003 TESIS Documento Final

APLICACIÓN DE MEDIOS FILTRANTES PARA REDUCCION
DE FLUORUROS EN AGUA PARA CONSUMO
Ing. Juan Carlos Godoy Ayestas
1.- FLUORUROS
1.1.- GENERALIDADES. 1
El flúor es un gas halógeno cuyo número atómico es 9 y de peso atómico 19.
Es el más electronegativo de todos los elementos conocidos, a lo cual se debe su gran
reactividad.
Es un elemento muy común, el decimotercero más frecuente en la naturaleza
y, por la gran atracción del núcleo (positivo) sobre un posible electrón a adicionar, lo
que le confiere su gran reactividad, se encuentra siempre combinado. En el reino
mineral se presenta en forma de fluorapatita o espato flúor (CaF2 ), fluorapatita
[Ca10 (PO4 )6F2 ] y criolita (Na3 AlF 6 ).
En los seres vivos puede considerarse omnipresente en proporción variable.
Su descubrimiento se debe a Marggraf (1786) y al sueco farmacéutico Scheele
(1771), pero fue Moissan quien logró liberar el flúor gaseoso.
1
www.Miexamen_com/Fluoruros.htm
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
1
El flúor es usualmente considerado como un elemento que se encuentra en el
agua a concentración menos de 1 mg/l y menos de 0.01% en la masa del organismo.
Tiene un amplio ciclo vital que incluye su dispersión en la biosfera, y se
encuentra en la litosfera formando parte de gran número de minerales, de los que más
de 50 han sido identificados, la mayoría de los cuales son silicatos.
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1.2.- USOS2
El calcio y el aluminio desempeñan un papel importante en la fijación del
flúor y su limitada solubilidad, lo contrario que ocurre con los suelos salinos ricos en
sodio.
Aportación humana como resultado de las actividades industriales, agrícolas y
de cualquier otro tipo han dado lugar a la modificación de la presencia del flúor tanto
en la biosfera, la hidrosfera y la atmósfera.
Las concentraciones de flúor en el agua están en relación con la actividad y
solubilidad de los propios minerales, la porosidad de las rocas y suelos que atraviesa
el agua, tiempo de paso, pH, temperatura y la presencia de elementos que puedan
complejar el flúor.
La fuente de mayor entidad de consumo de flúor en la especie humana es el
agua fluorada. Las aguas marinas contienen entre 1.2 y 1.4 ppm. Los productos
dentífricos para adultos presentes en el mercado de muchos países suelen contener
fluoruros en concentraciones de 1000 a 1500 µg/g; algunos productos infantiles
contienen niveles más bajos, de 250 a 500 µg/g. Se han identificado productos
dentales, por ejemplo pasta de dientes, colutorios y suplementos de fluoruros, como
fuentes importantes de éstos. Los enjuagues bucales comercializados para uso
doméstico cotidiano suelen contener entre 230 y 500 mg de fluoruros/l mientras que
los lavatorios destinados a un uso semanal o quincenal suelen contener 900-1000 mg
de fluoruros/l. 3
2
Fuente :www.who.int/pcs/ehc/summaries/ehc_227.htm·Emglish
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EFECTOS DELETEREOS DE LA ADMINISTRACIONORAL DE FLUOR Dr. Patricio Ortiz Ruiz
Departamento de Medicina Interna,Facultad de Medicina, Universidad de Concepción, Chile
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1.3.- FUENTES DE EXPOSICIÓN HUMANA Y AMBIENTAL4
Los fluoruros se liberan en el medio ambiente de manera natural a través de la
meteorización y disolución de minerales, las emisiones de volcanes y los aerosoles
marinos. También se liberan a través de la combustión del carbón y las aguas
industriales y los desechos de diversos procesos industriales, en particular la
fabricación de acero, la producción primaria de aluminio, de cobre y de níquel, la
elaboración de minerales de fosfato, la producción y uso de fertilizantes fosfatados, la
fabricación de vidrio, ladrillos y cerámica y la producción de cola y adhesivos. La
utilización de plaguicidas que contienen fluoruros, así como la fluoración del
abastecimiento de agua potable contribuyen a la emisión de fluoruros a partir de
actividades humanas. Según los datos disponibles, la obtención y uso de minerales de
fluoruro, así como la fabricación de aluminio, son las principales fuentes industriales
de emisiones de fluoruros en el medio ambiente.
1.4.- TRANSPORTE, DISTRIBUCIÓN Y TRANSFORMACIÓN EN EL MEDIO
AMBIENTE
Los fluoruros se pueden encontrar en la atmósfera en forma gaseosa o
partic ulada.
Los
fluoruros
atmosféricos
pueden
recorrer
largas
distancias
transportados por el viento o por turbulencias atmosféricas, o eliminarse mediante
deposición húmeda y seca o hidrólisis. No cabe esperar de los compuestos de
fluoruro, con la excepción del hexafluoruro de azufre, una permanencia prolongada
en la troposfera o su desplazamiento hacia la estratosfera. El hexafluoruro de azufre
tiene un tiempo de permanencia en la atmósfera que oscila entre 500 y varios miles
años.
El transporte y la transformación de los fluoruros en el agua dependen del pH, la
dureza del agua y la presencia de materiales intercambiadores de iones, como la
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Fuente :www.who.int/pcs/ehc/summaries/ehc_227.htm·spanish
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arcilla. Los fluoruros se suelen transportar a través del ciclo hidrológico formando
complejos con el aluminio.
El transporte y la transformación de los fluoruros en el suelo dependen del pH y
de la formación de complejos, sobre todo con el aluminio y el calcio. La adsorción a
la fase sólida del suelo es más fuerte con un pH ligeramente ácido (5,5-6,5). No es
fácil su lixiviación del suelo.
La absorción de los fluoruros por la biota depende de la vía de exposición, de su
biodisponibilidad y de la cinética de absorción / excreción del organismo. Cierta biota
acuática y terrestre bioacumula fluoruros solubles. Sin embargo, en la literatura
revisada no se pudo encontrar información relativa a la bioamplificación de los
fluoruros en las cadenas alimentarías acuática o terrestre.
Las plantas terrestres pueden acumular fluoruros a través de la deposición de
partículas suspendidas en el aire y la absorción del suelo.
1.5.- NIVELES AMBIENTALES Y EXPOSICIÓN HUMANA 5
Los niveles de fluoruros en las aguas superficiales varían en función del lugar y
de la proximidad a fuentes de emisión. Las concentraciones en aguas superficiales
generalmente oscilan entre 0,01 y 0,3 mg/l. El agua marina contiene más fluoruros
que el agua dulce, con concentraciones que van de 1,2 a 1,5 mg/l.
Se han registrado niveles más altos de fluoruros en zonas cuyas rocas naturales
los contienen en una elevada proporció n, y se observan con frecuencia niveles altos
de fluoruros inorgánicos en regiones con actividad geotérmica o volcánica (p. ej., 2550 mg/l en fuentes termales y géiseres y hasta 2800 mg/l en ciertos lagos del valle del
Rift, en la región oriental de Áfric a). Las descargas de origen humano pueden
provocar también un aumento de su concentración en el medio ambiente.
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Fuente :www.who.int/pcs/ehc/summaries/ehc_227.htm·spanish
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Los fluoruros son ubicuos en el medio ambiente; por ello, es frecuente que las
fuentes de agua de bebida los contengan por lo menos en pequeñas cantidades. La
cantidad de fluoruros presentes de manera natural en el agua potable no fluorada (es
decir, agua de bebida a la cual no se han añadido deliberadamente fluoruros para
prevenir la caries dental) es muy variable, dependiendo del entorno geológico
concreto de procedencia del agua. Los niveles pueden alcanzar hasta unos 2,0 mg/l;
sin embargo, en las zonas del mundo con fluorosis endémica del esqueleto y/o los
dientes bien documentada (ver mapa 1), las concentraciones de fluoruros en la red de
abastecimiento de agua potable van de 3 a más de 20 mg/l. En zonas con agua potable
fluorada (es decir, con adición deliberada de fluoruros para la prevención de la caries
dental), la concentración de fluoruros en ella generalmente oscila entre 0,7 y 1,2 mg/l.
Los fluoruros tienen efectos tanto positivos como negativos para la salud
humana, pero el margen entre las ingestas asociadas con estos efectos es reducido. Es
importante la exposición a todas las fuentes de fluoruros, en particular el agua de
bebida y los productos alimenticios.6
El efecto más grave es la acumulación esquelética de fluoruros debida a una
exposición excesiva prolongada y sus efectos en las enfermedades óseas no
neoplásicas, en particular la fluorosis esquelética y las fracturas óseas. Hay pruebas
claras obtenidas en la India y en China de que una ingesta total de 14 mg de
fluoruros/día provoca fluorosis esquelética y un aumento del riesgo de fracturas óseas
y otras pruebas hacen pensar en un mayor riesgo de efectos óseos con una ingesta
total superior a unos 6 mg de fluoruros/día.
6
\http://www.ciese/du.htm
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
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Imagen 1.1 : Niño con fluorosis Esquelética en India
Fuente : http://www.fluoridealert.org/iFluorosis -India.htm
1.6.- ASPECTOS FISIOLOGICOS 7
De una ingesta dada de flúor, el 80% aproximadamente es absorbido en el estómago e
intestino delgado principalmente y el resto eliminado a través de las deposiciones.
El flúor absorbido pasa al plasma sanguíneo y luego es distribuido a los diferentes
tejidos, donde se mantiene en proporciones establecidas respecto a la concentración
plasmática. Este equilibrio dinámico es posible ya que el flúor no se encuentra unido
a proteínas en el plasma y su difusión a través de las diferentes membranas es
dependiente de gradientes de pH.
7
WHITFORD GM. The physiological and toxicological characteristics of fluoride J Dent Res
1990;69(Spec Iss):539 -549.
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Lo anterior no determina concentraciones de sat uración en los diferentes
compartimentos orgánicos, como se consideró inicialmente, puesto que el organismo
humano no cuenta con mecanismos de regulación homeostática de flúor.
La concentración de flúor en la leche materna es constante (0.008 ppm) e
independiente de la concentración plasmática de flúor de la madre, lo que puede
considerarse como el único mecanismo de regulación homeostática presente en el ser
humano.
La concentración de flúor en los diferentes tejidos luego de su absorción, depende de
la ingesta y depuración plasmática. Esta última se efectúa en proporciones iguales a
través de la captación por tejidos calcificados y la excreción renal.
La afinidad de los tejidos calcificados por el flúor es importante, determinando su
retención persistente y acumulativa en el hueso, siendo mayor en los organismos en
crecimiento. En el recién nacido, cerca del 90% del flúor absorbido es retenido en el
hueso. Esta afinidad decrece con la edad y se estabiliza en alrededor de un 50% del
flúor absorbido al completarse el desarrollo del esqueleto, siendo el 50% restante,
excretado a través del riñón.
La excreción renal depende de la funcionalidad del riñón y pH urinario. A mayor
acidez, la reabsorción tubular de flúor es mayor, pasando al intersticio y luego a los
capilares, incrementando el pool plasmático.
1.7.- TOXICIDAD AGUDA DEL FLUOR8 .
A la concentración de 1 ppm, la ingesta de flúor está desprovista de efectos deletéreos
importantes, a excepción de los pacientes sometidos a diálisis renal crónica, en
quienes se han reportado muertes en paro cardíaco por fibrilación verticular,
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EFECTOS DELETEREOS DE LA ADMINISTRACIONORAL DE FLUOR Dr. Patricio Ortiz Ruiz
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secundaria a concentraciones excesivas de flúor en la solución de diálisis e
hiperpotasemia importante. Esta situación resulta de la incapacidad de los equipos de
deionización utilizados habitualmente de asegurar una adecuada depuración de flúor
en la solución dialítica y se corrige de forma importante con el uso procedimientos de
osmosis reversa en la deionización .9
Otra situación de toxicidad aguda que también puede llevar a la muerte, está dada por
la ingesta voluntaria o involuntaria de preparados con alta concentración de flúor.
En el lumen gástrico, el flúor está presente como ácido fluorhídrico (HF). Esta
molécula no ionizada atraviesa fácilmente la membrana de las células epiteliales,
penetrando al interior de las células donde se disocia en iones fluoruro e
hidrogeniones, los cuales lesionan estructuras y alteran funciones celulares por
ruptura de la barrera mucosa gástrica .
La dosis única y de alta concentración del flúor de aplicación tópica a nivel de la
cavidad bucal con deglución del flúor, daña la mucosa gástrica, generando
alteraciones de esta estructura. La lesión se intensifica al utilizar un gel fluorado a
concentraciones de flúor en un rango de 5.000 - 12.300 ppm y a ma yor viscosidad del
producto. La ingesta involuntaria de estos productos genera irritación gástrica
manifestada en dolor epigástrico, náuseas, vómitos. La ingesta accidental o deliberada
de productos de alta concentración puede ocasionar estado comatoso, acidosis,
convulsiones, parálisis respiratoria o arritmia seguida de muerte por falla cardíaca.
Estudios experimentales y en humanos con aplicación de gel fluorado a
concentraciones de 1,23% (12.300 ppm), han mostrado en algunos casos, aparición de
síntomas epigástricos, cambios en los niveles de CAMP en plasma y tejidos, en el
metabolismo de la gIucosa y de la secreción de amilasa salivar. La estandarización de
los métodos de aplicación del gel disminuye la cantidad de flúor ingerido.
9
www.Miexamen_com/Fluoruros.htm
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9
En 1989, Spak y Col(1 6), en una muestra de doce voluntarios adultos con mucosa
gástrica endoscópicamente normal, encuentran daño de la mucosa gástrica después de
ingesta de dosis única de veinte mg. de fluoruro de sodio (NAF). Al cabo de dos
horas, los doce sujetos presentaban petequias y erosiones en el cuerpo gástrico al
estudio endoscópico y de biopsia gástrica. La mitad de ellos también presentó
alteraciones en el antro gástrico. En cuatro de estos voluntarios se observó
sangramiento sobre una gran extensión de la mucosa gástrica. Tanto el epitelio y
estroma superficial como los acinos gástricos estaban afectados; las células epiteliales
eran de menor tamaño que las normales. El epitelio más severamente dañado se
observó disgregado o totalmente perdido. En los acinos se presentó dilatación
irregular y ensanchamiento de las células epiteliales. La pérdida de municiones fue
muy notoria.
En 1990 nuevamente Spak y Col(17), efectúan la aplicación oral de un gel fluorado
de menor concentración (0,42%), en diez adultos con mucosa gástrica previamente
sana. La cantidad de flúor retenida después de la aplicación fue de un 40% de la
cantidad de F aplicado. En siete sujetos se presentaron petequias y erosiones. El
examen histológico gástrico mostró alteraciones epiteliales en nueve de los
voluntarios. Experiencias en ratas, demuestran que las lesiones gástricas son de rápida
y progresiva recuperación al suspender la aplicación de flúor .
1.8.- TOXICIDAD CRONICA DEL FLUOR.
La acumulación persistente de flúor en el hueso favorece la actividad osteoblástica, lo
que en algún momento se consideró como beneficioso en el tratamiento de la
osteoporosis .
El tejido óseo neoformado no mantiene la estructura del tejido óseo normal, siendo un
hueso más denso pero menos elástico, lo que lo hace más susceptible de fracturarse .
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10
La acumulación de flúor en el diente produce cambios similares en el esmalte con la
aparición de fluorosis, defecto en la mineralización del esmalte dentario secundario a
exceso de flúor durante su formación. La fluorosis se evidencia inicialmente en un
aspecto moteado del diente por depósito de substancias coloreadas de la alimentación
en un diente poroso, hasta deformación y destrucción importante de los dientes.
Estudios de prevalencia de fluorosis en niños de educación básica en diferentes zonas
de Mexico, han documentado proporciones altas de fluorosis (61.4%) en Iquique, con
concentraciones naturales altas de flúor en el agua potable, Quinta Región (56,0%)
con programas de fluoruración del agua potable hace 10 años, medianas en Santiago
(18.6%) previo al comienzo de los programas de fluoruración del agua potable y bajas
en Temuco (4.2%). El índice colectivo de fluorosis en Iquique ha sobrepasado el
valor de 0.6 sobre el cual la patología estudiada se considera como un problema de
salud pública.
La evidencia de manifestaciones de exposición excesiva al flúor en zonas donde no se
efectúan programas de fluoruración de las aguas de abasto, señala la existencia de
otras fuentes potenciales de flúor que deben ser estudiadas.
A nivel de tubo digestivo, la administración crónica de flúor puede asociarse a la
presencia de síntomas dispépticos.
Waldbott10 reporta diferentes síntomas gastrointestinales con el uso crónico de F a
concentraciones de 1 ppm, representados por náuseas, vómitos, dolor abdominal,
diarrea y constipación intermitentel metabolismo del flúor ingerido en forma
prolongada determina la factibilidad biológica de que aparezcan efectos deletéreos
sistémicos, dependientes de diferentes variases metabólicas intra e interindividuales.
10
(WALDBOTTJ. Incipient chronic fluoride intoxication from drinking water: report of 52 cases. Acta
Med Scand 1956; 156:157-168)
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
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Los productos fluorurados de administración local no representan riesgo para la salud
humana, a excepción de su ingesta accidental en cantidades importantes.
En el entorno de agua dulce, las concentraciones de fluoruros naturales suelen
ser inferiores a las supuestamente tóxicas para los organismos acuáticos. Sin
embargo, estos organismos podrían verse afectados negativamente en las
proximidades de descargas de origen humano. La toxicidad de los fluoruros depende
de la dureza del agua.
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2.- FLUOROSIS COMO INDICIO DE LA TOXICIDAD DEL
FLUOR
En las investigaciones epidemiológicas sobre los efectos de los fluoruros en la
salud humana se han examinado trabajadores expuestos en el lugar de trabajo
empleados fundamentalmente en la industria de la fundición del aluminio y
poblaciones consumidoras de agua potable fluorada. En algunos estudios
epidemiológicos analíticos de trabajadores expuestos en el lugar de trabajo a
fluoruros, se ha detectado una mayor incidencia de cáncer de pulmón y de vejiga y un
aumento de la mortalidad debida al cáncer de estos y otros órganos. En general, sin
embargo, no se ha observado una pauta uniforme; en algunos de estos estudios
epidemiológicos, el aumento de la morbilidad o la mortalidad debidas al cáncer se
puede atribuir a la exposición de los trabajadores a sustancias distintas de los
fluoruros. 11
Se ha examinado en un gran número de estudios epidemiológicos realizados en
numerosos países la relación entre el consumo de agua potable fluorada y la
morbilidad o la mortalidad por cáncer. No hay pruebas convincentes de una
asociación entre el consumo de agua potable fluorada controlada y el aumento de la
morbilidad o la mortalidad por cáncer.
Los fluoruros tienen efectos tanto beneficiosos como perjudiciales en el esmalte
dental. La prevalecía de la caries dental es inversamente proporcional a la
concentración de fluoruros en el agua potable. La prevalecía de la fluorosis crónica
está muy asociada con la concentración de fluoruros, con una relación dosis-respuesta
positiva.
11
Fuente :www.who.int/pcs/ehc/summaries/ehc_227.htm·spanish
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La fluorosis dental se clasifica según el grado de severidad que esta presente:
Tipo 1: La señal más temprana de fluorosis dental es líneas blancas delgadas que
corren por el diente. Las puntas de dientes son blancas y opacas.
Tipo 2: Las líneas blancas Feas están más definidas y son más espesas. El diente
muestra áreas nubladas o las vendas opacas espesas. El daño de esmalte mayor.
Tipo 3: La mancha Castaña sobrepuso en las áreas nubladas blancas. El diente
Entero es opaco y nublado. Hay pérdida completa de translucidez.
Tipo 4: Los dientes hacen erupción blanquecino blanco. Después el diente despliega
el daño de la superficie es decir coloración café. Presenta hoyos Extensos castaños y
se levantan debido al fluoruro excesivo. Este daño es irreversible.
Tipo 5: El daño de esmalte afecta más dientes. Los dientes resultan feos y débiles. La
Mayoría de esmalte se ha perdido de la superficie del diente. La capa protectora se ha
ido.
Tipo 6: Todos los dientes son severamente afectados. Los dientes tienen muchos
hoyos y agujeros. Ahora estos dientes más probablemente pueden deteriorarse y
desmenuzar.
Tipo 1
Tipo 2
Tipo 3
Tipo 4
Tipo 5
Tipo 6
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
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Imagen 2.1.- Diferentes tipos de Fluorosis Dental12
Además del daño al esmalte de los dientes y del efecto psicológico que este
daño represente se siguen notificando casos de fluorosis esquelética asociada con el
consumo de agua potable que contiene niveles elevados de fluoruros. Se considera
que algunos factores, como el estado nutricional y el régimen alimenticio, el clima
(en relación con el consumo de líquidos), la exposición simultánea a otras sustancias
y la ingesta de fluoruros de fuentes distintas del agua de bebida, desempeñan una
función importante en la aparición de esta enfermedad. La fluorosis esquelética puede
aparecer en trabajadores ocupacionalmente expuestos a concentraciones elevadas de
fluoruros suspendidos en el aire; sin embargo, sólo se ha encontrado información
nueva limitada, La fluorosis esquelética es una discapacidad invalidante que afecta a
millones de personas en diversas regiones de África, China y la India, con
repercusiones importantes para la salud pública y socioeconómicas. 13
12
13
fuente: www.fluoride.org.uk/picture_gallery/fluorosis.html
Línea Calidad de Vida.htm, Dpto. Ciencias Básicas - Dpto. Ciencias Aplicadas
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
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Imagen 2.2. Hombre con fluorosis Esquelética en India
Fuente : http://www.fluoridealert.org/iFluorosis -India.htm
Algunas pruebas obtenidas en varios estudios ecológicos parecen indicar que
podría haber una asociación entre el consumo de agua fluorada y las fracturas de
cadera.
Sin
embargo,
otros
estudios,
incluidas
algunas
investigaciones
epidemiológicas, no respaldan esta conclusión. En algunos casos se ha notificado un
efecto protector de los fluoruros en las fracturas.
Hay dos estudios que permiten evaluar el riesgo de fractura teniendo en cuenta
una serie de ingestas de fluoruros. En un estudio, los riesgos relativos de todas las
fracturas y de la fractura de cadera eran elevados en los grupos que utilizaban agua de
bebida con >1,45 mg de fluoruros/l (ingesta total >6,5 mg/día); esta diferencia
alcanzó significación estadística para el grupo expuesto al agua de bebida con
>4,32 mg de fluoruros/l (ingesta total, 14 mg/día). En el otro estudio se observó un
aumento no dependiente de la dosis de la incidencia de fracturas en un grupo de edad
de mujeres expuestas a fluoruros en el agua de bebida.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
16
Según los estudios epidemiológicos, no hay pruebas de una asociación entre el
consumo de agua de bebida fluorada por las madres y el aumento del riesgo de aborto
espontáneo o malformación congénita. Otras investigaciones epidemiológicas de
trabajadores expuestos en el lugar de trabajo no han proporcionado pruebas
razonables de efectos genotóxicos o efectos sistémicos en los sistemas respiratorio,
hematopoyético, hepático o renal que puedan ser directamente atribuibles a la
exposición en sí a los fluoruros.
Imagen 2.3 Fluorosis ósea en Joven de la India
Fuente : http://www.fluoridealert.org/iFluorosis in India - Recent Reports.htm
Imagen 2.4 Fluorosis ósea en Anciana
Fuente : http://education.vsnl.com/fluorosis/abuot3.jpg
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3.- BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
DE FLUORUROS A NIVEL MUNDIAL
El flúor constituye uno de los elementos químicos mas ampliamente
estudiado, en relación con los efectos beneficiosos, en la prevención y control de la
caries dental, pudiendo ejercer su efecto cuando es administrado en forma, tanto
sistémica como tópicamente. A partir de mediados de los años 80 conjuntamente con
una reducción en la incidencia de caries, tanto en los países desarrollados como en los
países en vías de desarrollo, se ha observado un incremento en la incidencia de
fluorosis dental, como consecuencia de la utilización indiscriminada e inadecuada de
las diferentes formas de fluoruros entre ellas el consumo de agua con altos contenidos
de fluoruros.
Esta claramente demostrado que el fluoruro, en concentraciones mas altas que los
niveles recomendados , puede afectar las funciones del ameloblasto, alterando en los
mecanismo de mineralización y llevando a la producción de una hipoplasia e
hipocalcificación del esmalte, denominada fluorosis dental, existen alrededor del
mundo países donde el problema de fluorosis es endémico (ver mapa), entre ellos
México y Argentina. La fluorosis constituye el indicador mas precoz y el primer
signo clínico del efecto tóxico del flúor en los niños pudiendo este daño llegar a ser
mayor y afectar el sistema óseo.
El desarrollo de la fluorosis esta en función de varios factores como son: de la
cantidad de fluoruro, del tiempo de exposición, del estadio de desarrollo dentario
durante el tiempo de exposición y de la variación en la susceptibilidad individual.
Estudios recientes han sugerido que el periodo de mayor susceptibilidad, en los
incisivos centrales superiores, generalmente comienza al año y medio de edad y
continua hasta los 3 años . En los varones , el periodo mas crítico se extiende entre los
15 y 24 meses, en tanto, en las niñas es entre los 21 y 30 meses.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
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MAPA 1. Países con fluorosis endémica debido al exceso de fluoruros en agua de bebida
Fuente: www.unicef.org/programme/wes/info/fluor.htm
Desde el punto de vista estético y clínico el efecto sobre el ameloblasto, que
cobra importancia, se produce durante la formación de los 8 dientes anteriores,
periodo que va desde el nacimiento hasta los 5 años de edad.
La fuentes potenciales de fluoruro identificadas, lo suficientemente fuertes,
para producir fluorosis durante este periodo incluyen la ingesta de agua con
contenidos por arriba de 1 mg/l de flúor, leche en polvo, jugos y comidas de bebes
preparados con aguas con contenidos elevados de flúor, el uso inadecuado de
suplementos fluorados o multivitaminas fluoradas, la ingestión inadvertida de
dentífricos fluorados durante el cepillado, el tragado inadvertido de los fluoruro
tópicos aplicados por el profesional o autoaplicados, administrados hacia el final del
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
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rango de edades susceptibles a asociación entre la aparición de fluorosis dental y el
uso inapropiado de todas las formas de fluoruros.
La ingestión de aguas con contenido superiores a los óptimos (>1.0 mg/l) de
flúor, conjuntamente con la utilización de suplementos fluorados, han sido
ampliamente estudiados y consistentemente identificados como factores de riesgo
para la producción de fluorosis dental. Mas recientemente numerosos estudios han
identificado que la utilización temprana y/o aumentada de dentífricos fluorados
constituye un factor de riesgo adicional .
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
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4.- EL PROBLEMA EN LA REGION CENTROAMERICANA.
4.1.- ANTECEDENTES
Aunque en el mapa de fluorosis a nivel mundial no se reporta la región
centroamericana como área endémica, según estudios realizados por los ministerios
de salud de los países que conforman la región centroamericana, los efectos de la
fluorosis dental (como primer indicativo de la intoxicación por fluor) revelan que
existen zonas donde la presencia de elevadas concentraciones de fluoruros en agua
para consumo es evidente y que en comunidades como las del valle de sula en
Honduras y las del sector de Los Amates Izabal en Guatemala que las
concentraciones de este compuesto en agua son elevadas (300-800 % de la dosis
máxima recomendada), es to constituye un potencial indicativo de la presencia de
fluorosis y otros daños asociados con la ingesta prolongada de altas concentraciones
de fluoruros presentes en los abastecimientos de agua.
4.2.- ESTUDIOS HECHOS EN GUATEMALA
La facultad de Odontología de la universidad de San Carlos de Guatemala
cuenta con extensos estudios que se han realizado en diferentes comunidades del país
en las que se ha detectado fluorosis.
El ministerio de salud publica de Guatemala a través de su Programa Nacional
de Salud buco-dental realizo un estudio de la prevalecía de fluorosis y el contenido de
fluoruros en un gran numero de comunidades en los distintos departamentos del país.
Entre las conclusiones que presenta este informe están:
1. La prevalecía de Fluorosis dental aumenta cuando se realizan programas de
fluoración. Se acepta, en términos generales, que con una concentración de
fluoruros de 0.7 a 1.2 mg/l, la fluorosis (leve y muy leve) puede alcanzar el
10% de la población.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
21
2. Es necesario controlar la exposición innecesaria e inapropiada a los
fluoruros, para evitar mayores casos de fluorosis dental.
3. En general se puede concluir que las concentraciones de fluoruros
encontradas en el agua de consumo de las poblaciones anteriormente
mencionadas, son deficientes, y muy por debajo de la concentración optima
correspondiente a cada región para proporcionar el beneficio necesario a los
consumidores.
4. Únicamente en Izabal reportan que en el municipio de los Amates se
encontraron nueve comunidades con concentraciones Súper óptimas, que
oscilan entre 1,67 y 5,70 mg/l, y el municipio de Sayaxché Petén con una
concentración de 1.01 mg/l.
Las comunidades con mayor presencia de fluoruros en el sector de Izabal Son14 :
Cuadro 1 Comunidades con concentraciones altas de Fluoruros en agua de
Consumo
Tipo
Nombre
Finca
Finca
Finca
Finca
Finca
Finca
Comunidad
Creek
El pilar
Silay
Yaqui
Patzún
Yuma
Choctaw
14
15
Población
(habitantes)15
Concentración en
mg/l
494
660
5,18
5,46
5,46
5,70
3,07
3,20
2,98
1230
1200
1560
620
Concentración
máx.
permisible
0,67
0,67
0,67
0,67
0,67
0,67
0,67
Fuente: MSPAS Subprograma Preventivo Dra. C. Lissette Vanegas
Fuente: MSPAS, Inspección de Salud y Ambiente los Amates, Izabal, Aroldo Hernández .
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
22
La ubicación de las principales comunidades con prevalecía de fluor en sus sistemas
de abastecimiento de agua que fueron identificadas por el programa Nacional de
Salud Bucal del Ministerio de Salud Publica de Guatemala se indican en el siguiente
mapa.
GUATEMALA
Mapa 2 Comunidades Identificadas con Concentraciones
elevadas de Fluoruros en su sistema de abastecimiento
El acceso a estas comunidades es carretera asfaltada en un 95% partiendo de
ciudad de Guatemala, el resto es carretera de terraceria (13 Km.), el ingreso es a
través de las fincas de BANDEGUA ya que en su mayoría los habitantes de la región
son trabajadores de la misma.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
23
4.3.- ESTUDIOS HECHOS EN HONDURAS
En Honduras El ministerio de Salud Publica y COSUDE realizaron un estudio
en 39 comunidades del Valle de Sula en las que los contenidos de fluoruros en agua
para consumo superaban los valores máximos permitidos por la OMS/OPS y la
norma nacional de aguas.
Este estudio revelo que las comunidades descritas en el cuadro siguiente
presentaban diferentes tipos de fluorosis asociada al consumo de agua con
concentraciones elevadas de fluoruros.
En este estudio realizado por COSUDE-MSP se encontraron los siguientes
resultados 16 :
Cuadro 2 Grupos Afectados por Fluorosis en Comunidades del Valle de Sula
Honduras
Sexo/fluorosis
Mujeres
Hombres
Total
Nivel 0
Inicial
Severa
275
288
563
28
32
60
236
239
475
Total
539
559
1,098
La fluorosis dental se manifiesta a partir de los 7 años cuando surge la
dentadura permane nte. Antes de los 5 años las niñas y niños no presentan ningún
signo. El grupo de los adolescentes de 10 a 20 años es muy afectado por la fluorosis,
así como toda la población de mas de 20 años que desarrolla una actividad laboral.
16
Fuente: Documento Técnico XXII Congreso de Ingeniería Sanitaria AIDIS- Honduras, Presentación hecha por
ing. carlo Foletti
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
24
Se determinó que con más tiempo de permanencia en la comunidad hay más
presencias de Fluorosis (Grafica 4.1) 17 .
100%
80%
60%
40%
20%
0%
de 0 a 9
de 10 a 19
Fluorosis 0
de 20 a 29
Fluorosis 1
de 30 a 39
> 40
Fluorosis 2
Grafica 4.1 Prevalecía de Fluorosis dental por año de residencia en la comunidad.
Se tomaron en cuenta todos los pozos perforados accesib les de la zona (31)
ubicándolos topográficamente y se anotaron las características principales (tipo de
pozo, diámetro, profundidad, existencia y tipo de bomba), y se realizó un diagnóstico
de riesgo en cada pozo.
Existen muchos pozos superficiales, de lo s cuales se
tomaron al azar 35.
En cada pozo se determinó la temperatura, la conductividad el pH. Para el
contenido de Fluor se utilizó el electrodo Thermo Orion Modelo 96-09 F- y se siguió
la metodología indicada utilizando el secuestrador de iones interferentes TISAB. La
determinación de los parámetros químicos, físicos y organolépticos se realizó en el
campo. De cada pozo o sistema de agua potabe se obtuvo una muestra de 100 mL de
agua, flameando la llave y
con las precauciones del caso,
para el análisis
17
Fuente: Documento Técnico XXII Congreso de Ingeniería Sanitaria AIDIS- Honduras, Presentación hecha por
ing. carlo Foletti
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
25
bacteriológico utilizando la metodología de Petrifilm
MR
Incubando la muestra en
laboratorio por 24 horas.
Resultados del diagnóstico de pozos.
Los resultados resumidos están en el Cuadro 3 y en El Grafico 4.2 se
presentan en lo que se refiere a la cantidad de fluoruros y a la calidad bacteriológica.
Grafico 4.2. Resultado del análisis de agua de los pozos en la zona de estudio 18 .
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Pozos profundos
No Pozos
Pozos superficiales
> 0.5 ppm F
contam.bact
Se pudo comprobar, que el 48 % de los pozos profundos, equipados con
bombas sumergibles, en una zona determinada contienen niveles de fluor que
descalifican el agua como potable, de estos pozos el 25% presenta contaminación
bacterial. Con frecuencia el alto contenido en flúor está asociado con temperaturas
superior a los 35o C del agua.
18
Fuente: Documento Técnico XXII Congreso de Ingeniería Sanitaria AIDIS- Honduras, Presentación hecha por
ing. carlo Foletti
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
26
En los pozos superficiales o someros, en general equipados con bombas
manuales y mal protegidos el 11% indica niveles de flúor superiores a la norma pero
el agua en el 74% de los casos está contaminada. Además, el sabor y el olor del agua
de la mayoría de los pozos superficiales es pésimo. Hay una población de 1375
familias sujetas al uso de agua de pozos con contenido de flúor superior a la norma.
Se diagnosticaron además 31 pozos perforados de la zona encontrándose los
siguientes resultados 19 :
Cuadro 3. Datos y ubicación de algunos pozos y sus característica
Municipio
La Lima
Choloma
Pto Cortés
Pto Cortés
Pto. Cortes
El Progreso
El Progreso
El Progreso
El Progreso
El Progreso
El Progreso
El Progreso
El Progreso
El Negrito
El Progreso
El Progreso
Localidad
Diam.
Prof.
pg.
piés
pH
Cond
Tem
p.
Fluor
E.coli
mohm
C°
ppm
Coloni
Campo Tibombo
Empacadora Tibombo
Proteccion Lito C.
Proteccion Jorge H.
Manacalito I Migu.G
ManacalitoII,Lidia B.
Kele Kele,C.Salud
N. Ticamaya sellado
N. Ticamaya SanLopez
8
8
5
8
6
6
8
8
24
200
250
30
28
100
250
210
200
20
7.06
8.16
8.6
8.24
7.7
8.03
7.5
7.4
7
690
nd
nd
nd
590
580
390
580
1010
27.4
29
38
27
29.6
34
30
26
24.4
0.8
5
4.7
0.45
5
6
5.9
0.16
0.6
0
0
0
3
4
8
1
Nd
19
N.Ticamaya Tri M
El 45 1/2
Aldea La Fragua
Col. Omonita
Campo Mocula
Aldea 19 May.Rei D.
Aldea 19 May.Tri.Ca
Birichiche
Campo Palomas
Aldea Veracruz
Coop.La Productora
Finca Cobahsa
8 de mayo
24
4
6
4
4
3
4
8
8
6
6
8
3
20
360
300
220
300
30
25
250
300
260
200
350
196
7
7.9
7.2
7.3
7.2
7.07
7.1
7.7
7.2
7.5
7.3
7.6
7.13
770
1120
870
780
780
660
730
660
580
670
720
560
180
28
28.2
26.4
26.3
25
25
28.3
28
26.4
28.2
30.6
30.9
30.3
0.8
1
2.6
4
2.5
0.3
0.45
6.7
7.5
3.7
5
7.5
5
20
0
0
0
0
3
Inco
0
0
0
0
0
19
Fuente: Documento Técnico XXII Congreso de Ingeniería Sanitaria AIDIS- Honduras, Presentación hecha por
ing. carlo Foletti
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
27
El Negrito
El Progreso
El Negrito
El Progreso
El Negrito
Pavón 2. MigA.M
La Perdiz
La Perdiz
La Compuerta
Mealler
San Jose del Cayo
4
364
60
25
nd
30
6
6
210
200
6.9
9.3
7
7.7
8.1
7.7
680
390
1630
100
450
480
29.5
58.2
29
29.1
30.3
29.2
0.18
6
0.5
0.07
0.15
0.18
1
Nd
Incon
8
0
Incon
La ubicación de estas comunidades se indica en los Mapas siguientes:
Mapa 3 Comunidades Identificadas con Fluorosis en Honduras
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
28
Entre las Conclusiones de este estudio COSUDE menciona:20
•
Este nuevo diagnóstico confirma
que la problemática de la fluorisis ha
aumentado y afecta a 6,096 personas, en 20 de las 39 comunidades
estudiadas.
•
Muchos jóvenes entre 20 y 29 años sufren de fluorosis a nivel grave.
•
La mayoría de la población desconoce el origen de la fluorosis dental.
•
Hay una relación directa entre el uso de agua de pozos profundos y la
fluorosis dental. El 48% de los pozos profundos presentan concentraciones
de flúor arriba del 0.5 mg/l, y el 74 % de los pozos superficiales presentan
alta contaminación bacterial.
4.4.- JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO
El encontrar tanto en Honduras como en Guatemala comunidades que consumen agua
con elevadas concentraciones de fluoruros debe ser un motivo de preocupación de las
autoridades de salud. Razones que son fundamento para justificar la realización de
este estudio a fin de conocer métodos de remoción de fluoruros en aguas de consumo
humano que estén al alcance de las comunidades y que sirvan de medios de
prevención de enfermedades, que aunque no tan comunes como las asociadas a
agentes patógenos, son también motivo de deterioro a la salud humana y a la calidad
de vida.
20
Fuente: Documento Técnico XXII Congreso de Ingeniería Sanitaria AIDIS- Honduras, Presentación
hecha por ing. carlo Foletti
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
29
5.- TEORIA DE ELIMINACIÓN DEL FLÚOR
Teniendo presente los problemas asociados a la ingesta de altos contenidos de
fluoruros a través de diferentes fuentes, principalmente el agua de consumo se vuelve
necesario estudiar métodos que reduzcan las concentraciones de estos compuestos.
En diversos lugares del mundo, es frecuente caracterizar grandes zonas
territoriales en que las aguas subterráneas pueden aparecer con cantidades
relativamente elevadas de Flúor. Estas, que generalmente son explotadas para
satisfacer las necesidades para consumo humano, presentan el enorme riesgo que al
ser ingeridas en forma continua y por largos períodos, resultan altamente tóxicas a la
salud 21 .
Existen actualmente en el mercado diferentes procesos tecnológicos para la
eliminación parcial de Flúor, sin embargo se están ensayando otros métodos
alternativos, tales como los que utilizan hueso molido el cual se estudiara en este
trabajo en conjunto con otros métodos para establecer parámetros comparativos que
permitan la toma de decisiones.22
Entre los procedimientos que se emplean para reducción de fluoruros están23 :
1. Tratamiento con fosfato tricálcico: Desde hace mucho tiempo, se ha advertido la
afinidad del flúor por este cuerpo, ya que se encuentran siempre contenidos
apreciables de flúor en los fosfatos naturales, como los apatitos, las fosforitas (2 al
5 %), así como en los huesos. Parece que en el apatito, de fórmula 3Ca3 (P0 4 )2 ,
CaCO3, el ion carbonato ha sido reemplazado por el flúor para dar el fluorapatito
insoluble. El mismo papel de intercambiador de iones desempeña el
hidroxiapatito (en el que el CaCO3 es reemplazado por Ca(OH) 2 ), que puede
21
www.unicef.org/programme/wes/info/fluor.htm
www.cepis.org.pe/eswww/fulltext/aguabas/eliflu.htm
23
http://cidta.usal.es/unidad_H/ETAP/unidades/documen.alu/degremo/pr02.htm
22
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
30
regenerarse indefinidamente con sosa, que transforma el fluorapatito en
hidroxiapatito.
En la práctica, se utilizan:
•
productos naturales, extraídos de huesos de ganado especialmente:
cenizas de huesos (negro animal) o polvo de huesos;
•
O bien apatito sintético, que puede obtenerse en el agua por una mezcla,
cuidadosamente controlada, de cal y ácido fosfórico.
Estas sustancias pueden añadirse, en forma de polvo fino, al agua a tratar: por
otra parte, su acción puede combinarse entonces con la del sulfato de
aluminio. Pero, generalmente, es preferible acond icionarías de forma que se
constituya un material filtrante, que debe regenerarse periódicamente.
2. Tratamiento con alúmina: puede utilizarse sulfato de aluminio, pero la dosis
necesaria es muy elevada: 150 a 1000 g/m3 , según los casos. El agua así tratada
puede contener una dosis muy fuerte de aluminio disuelto; hay que prever una
floculación posterior al hacer el ajuste del pH.
La filtración sobre alúmina activada ya se ha practicado con éxito; la
regeneración se hace con sulfato de aluminio, o con sosa y ácido sulfúrico. La
capacidad de retención puede ser muy variable, según el contenido inicial de
fluor en el agua bruta y las condiciones de funcionamiento: 0,3 a 4,5 g de ion
F- por litro de producto.
3.
Desendurecimiento del agua con cal: puede emplearse este método si el agua
tiene un contenido suficiente en magnesio, ya que el hidróxido magnésico
formado es el que adsorbe el flúor. En caso contrario, hay que enriquecer
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
31
fuertemente el agua en magnesio por adición de sulfato magnésico o utilizando
cal dolomítica.
Se estima que son necesarios 50 mg/l de magnesio para eliminar 1 mg/I de
flúor.
4. Filtración sobre carbón activo: este tipo de tratamiento (regeneración con sosa y
gas carbónico) sólo puede aplicarse si se trabaja en medio muy ácido (en
principio, pH 3, como máximo) y se practica seguidamente una recarbonatación,
lo que le hace inaplicable en la mayoría de los casos.
5.
Otros procedimientos: si el ion fluoruro ha de eliminarse coincidiendo con una
mineralización excesiva del agua, la ósmosis inversa puede representar una
solución
específica
de
este
problema
particular.
Igualmente,
existen
procedimientos electroquímicos con ánodo de aluminio, de los cuales, sin
embargo, todavía no se tiene noticia de aplicación industrial importante.
En todos los casos, par a definir. el tratamiento más conveniente, deberán
realizarse ensayos previos (si es posible, sobre el terreno), así como un estudio
económico.
Puede decirse que el conjunto de las técnicas que acaban de enumerarse puede
conducir a procesos que incluyan una decantación o una filtración; este último tipo,
sobre todo, es el que ha dado lugar a algunas realizaciones industriales, estando
constituidos los materiales filtrantes más frecuentes por productos a base de fosfato
tricálcico (negro animal o productos sintéticos), o por alúmina activada.
En vista de la falta de parámetros que permitan un diseño apropiado que sea
eficiente a nivel rural, el presente estudio tiene entre sus objetivos el estudiar las
propiedades de tres diferentes medios de remoción de fluoruros y poder determinar
parámetros comparativos y de diseño.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
32
6.- METODOLOGÍA DE INVESTIGACION
El estudio especial “APLICACION DE MEDIOS FILTRANTES PARA LA
REDUCCIÓN DE FLUORUROS EN AGUA PARA CONSUMO HUMANO”
comprendió las actividades generales que se describen en el flujo grama siguiente:
FLUJOGRAMA DE ACTIVIDADES DESARROLLADAS
Estudio Especial
Aplicacion de Medios Filtantes para Reduccion de Fluoruros en agua para consumo
Protocolo de investigacion
aprobado
Busqueda de
Informacion para
Diseño de filtro y marco teorico
Solicitud a DELICARNES
para apoyo con 50 Kg de
Hueso de femur de res
Solicitar nota para MSP
Salud Bucal, Apoyo para
Realizar Estudio Especial
Informacion para
Marco Teorico
Fluorosis, fluoruros
Busqueda de
Informacion para
Diseño del Filtro
Obtencion de hueso
Transporte a la USAC
Limpieza y preparacion
Ponerse en contacto
con representante
de Salud en Izabal
Elaboracion de
Procedimientos
de investigacion
Obtencion de arena
y piedra pomes
para filtros
Calcinar el Hueso
en la Mufa
Molido del Hueso
Visita a Izabal
Buscar Comunidad
Toma de muestras
(No se Realizo)
Elaborar calendario
de muestreo, definir
analisis a realizar
Tamizado de arena
Granulometria
densidades
Molido del Hueso
Tamizado y grafica
de granulometria
Seleccion de Comunidad
No se Realizo debido
a Negativa de BANDEGUA
Elaborar diseño
de los filtros 1,2,3
con datos obtenidos
Seleccion de Nuevo Sitio
Laboratorio de USAC
Dosificando Fluor
elaborar instructivo
de operacion del
sistema modelo
Obtencion de materiales
para construccion
del modelo de investigacion
Construccion del modelo
de investigacion en
el sitio seleccionado
Caracterizacion completa
del agua cruda
previo al ingreso al filtro
Puesta en funcion
del Modelo de
investigacion
Recoleccion de series
de datos de agua cruda
y agua tratada
Tabulacion de
de los Resultados
Interpretacion de datos
Elaboracion de
Conclusiones
y recomendaciones
del Estudio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
33
El estudio se desarrolló simultáneamente en cinco grandes áreas, las que incluyeron
una serie de actividades para llegar a los objetivos previstos con el estudio, esas áreas
fueron:
1. Búsqueda de información para desarrollo de marco teórico y para los
criterios de diseño del modelo experimental.
2. Adquisición de medios filtrantes que fueron utilizados en el modelo
experimental diseñado de acuerdo a los criterios investigados.
3. Búsqueda de sitio para instalación del modelo experimental evaluado.
4. Fase de Investigación.
5. Fase Final.
Cada una de estas áreas comprendió una diversidad de actividades que fueron
concebidas con el propósito de obtener el mayor beneficio posible del estudio
planteado, las áreas se describen a continuación.
6.1 BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN
Se subdivide en dos sub-áreas de investigación cada una comprendió la
búsqueda de la información necesaria para conocer los diferentes aspectos
teórico-prácticos relacionados con el estudio.
La primera enfoco la información relacionada con el marco teórico del estudio ,
se busco información sobre:
Ø Fluor y Fluoruros, información básica, su presencia en la Naturaleza, su
importancia para la salud.
Ø Problemas asociados con el alto consumo de fluoruros.
Ø ¿Qué es la fluorosis? ¿qué tipos existen?
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
34
Ø Relación de los fluoruros y la fluorosis, áreas donde la fluorosis es
endémica, problemas en Centroamérica por el alto contenido de fluoruros
en agua de consumo.
Ø Métodos para medir el contenido de fluoruros en agua de consumo,
procedimientos.
Esta etapa comprendió también:
Ø La preparación del procedimiento de investigación.
Ø Elaboración con ayuda del asesor de los calendarios de muestreo y tipos
de análisis a realizar.
Ø Elaboración de los instructivos de operación del modelo experimental a fin
de que pueda ser entendido el proceso operacional del mismo.
La segunda parte en esta fase fue la búsqueda de la información para el diseño del
filtro
Esta parte comprendió la búsqueda de la información relacionada con el diseño
del modelo experimental, con el propósito que dicho modelo refleje en alguna
forma el comportamiento real de una estructura a escala normal que pueda ser
usada en la aplicación de los objetivos buscados en el presente estudio.
Se buscó información relacionada con:
v Tipos de filtros.
v Especificaciones de diseño para los diferentes tipo de filtros, perdidas
por ficción en filtros, especificaciones granulométricas de los lechos
filtrantes,
v Obtención de muestras de medios filtrantes a ser usados en el proceso de
investigación, elaboración de ensayo granulométrico para establecer su
aplicabilidad como medio filtrante, corrección de granulométrica en caso
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
35
de ser necesario, elaboración de graficas granulométricas que sirvan de
comparación y de parte del marco teórico.
6.2.- ADQUISICIÓN DE MEDIOS FILTRANTES
Esta fase comprendió la adquisición de los medios filtrantes que fueron usados
para tratar de remover fluoruros en el agua objeto de análisis, esto comprende:
v Obtención de 50 Kg. de hueso de fémur de res de los que se usaron 25
Kg. Para producción de carbón y el resto en hueso desgrasado molido.
v Transporte, limpieza y preparación del hueso.
o Este procedimiento de limpieza consistió en remover de los
huesos los restos de tejidos, cortan con una segueta en trozos
pequeños, eliminar las puntas o rotulas que por lo general son
los que almacenan mas grasa, quitar la medula central y lavar
con agua.
o Calcinar el hueso a altas temperaturas en la mufla (400 ºC
durante una hora).
o Molido del hueso una vez carbonizado y realización de análisis
granulométrico para ver si la granulometría se ajusta al perfil
necesario para que sea usado como un medio filtrante, hacer las
correcciones granulométricas de ser necesario.
o Evaluar propiedades físicas del carbón de hueso (densidad, peso
volumétrico seco y húmedo, porosidad, relación de vacíos,
coeficiente de uniformidad, esfericidad, tamaño efectivo, etc).
o Para el hueso desgrasado se empleo sosa cáustica para la
remoción de grasa y tejidos, la solución de sosa cáustica
empleada fue de 450 gr. en 4 litros de agua.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
36
v Obtención de otros medios a ser usados en el proceso de investigación
como ser:
o Se obtuvo arena pómez, esta fue adquirida en una venta de
materiales.
o Se procedió a su análisis granulométrico y estudio de
propiedades físicas.
o SE selecciono la porción de la arena que cumpliese con los
parámetros físicos de filtros.
Una vez obtenida la información se procedió al diseño del modelo experimental,
el cual consistió de un tanque de almacenamiento y regulador de presión, tres
dispositivos de filtrado cada uno con los siguientes materiales:
1. Filtro de carbón de hueso.
2. Filtro de piedra pómez.
3. Filtro de Hueso desgrasado molido.
6.3.- SELECCIÓN DEL SITIO
Comprendió la selección del sitio donde el modelo de investigación había de ser
instalado, esta fase tuvo por objeto seleccionar una comunidad que fuese
accesible, que los lideres comunales estuviesen de acuerdo en permitir la
realización del estudio, que la comunidad permitiera la instalación del modelo y
que pudiera estar seguro contra el vandalismo, además que el sistema tuviera
una concentración alta de fluoruros que seria usada como materia prima para ser
analizada y poder con ella demostrar o no la hipótesis planteada al inicio del
estudio, en la visita realizada al sector de loa Amates Izabal, se observo una
negativa de parte de BANDEGUA a la realización del estudio, negativa que
quedo evidenciada por la nota de negación del permiso solicitado (ver anexos),
debido a esta situación se busco un nuevo sitio para instalar los filtros, en
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
37
consulta realizada con el asesor del estudio se estableció como sitio probable el
laboratorio de Ingeniería.
Fotografía 6.1 Sitio Seleccionado para la Instalación del Modelo Experimental
Una vez seleccionado el sitio y preparado el lugar se procedió a:
Ø
Comprar los materiales para la fabricación del modelo experimental.
Ø
Construcción del modelo de investigación en el lugar seleccionado.
Ø
Instalación del Dosificador y fontanería necesaria para el buen
funcionamiento del sistema.
Ø
Comprobación de funcionamiento de l modelo experimental previo a la
operación definitiva.
6.4.- FASE DE INVESTIGACIÓN
Esta fase es la convergencia de las tres fases anteriores, una ves hechas las
investigaciones, elaborado el diseño, obtenido el o los medios filtrantes y construido
el modelo en el sitio seleccionado se procedió a la verificación o negación de la
hipótesis haciendo uso de un programa de monitoreos que incluyó lo siguiente:
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
38
1. Evaluación de las características físico-químicas-bacteriológicas del agua
cruda que ingreso al modelo experimental, en diferentes fechas.
2. Evaluación de las características físico-químicas-bacteriológicas del efluente
que sale de cada uno de los medios filtrantes investigados, en diferentes
fechas, en esta fase se hizo uso de un Espectrofotómetro DREL 2020 y de una
solución SPAND para determinar la concentración de fluoruros tanto a la
entrada como a la salida de cada uno de los filtros y poder establecer el
porcentaje de remoción, en el anexo A se detalla el procedimiento
experimental para la determinación de la concentración de fluoruros..
3. Monitoreo de la remoción de la remoción de fluoruros en los efluentes de los
medios filtrantes analizados y su variación en el tiempo, para ello se realizo el
numero de análisis recomendados por el asesor que fueron necesarios para
verificar o negar la hipótesis planteada.
4. Monitoreo del comportamiento de perdidas de carga en cada uno de los
medios filtrantes sujetos de investigación y evaluación de los procesos de
lavado y regeneración del medio filtrante.
5. Evaluación de la capacidad de remoción una vez realizado el retro- lavado, y la
variación de dicha capacidad en el tiempo.
6. Recopilación de datos de caudal filtrado y volumen de lavado de cada medio
filtrante.
6.5.- FASE FINAL
Una vez recopilada la información de campo se procedió a la tabulación de los datos
obtenidos y al análisis de los mismos para la obtención de las conclusiones del
estudio realizado.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
39
Para facilitar la interpretación de los resultados obtenidos se realizaron graficas con
los datos obtenidos tales, estas graficas se muestran en la sección de resultados.
como:
§
Grafica Remoción de Fluoruros Vrs. Tiempo de filtrado.
§
Grafica de variación de otros parámetros Vrs. Tiempo de filtrado.
§
Grafica Remoción de Fluoruros Vrs. Volumen Filtrado.
§
Grafica Perdidas de Carga.
De los datos obtenidos, ordenados y tabulados se realizaron las interpretaciones que
permitieron:
1. Obtener conclusiones del proceso de investigación realizado.
2. Obtener parámetros de diseño de estructuras para reducir la cantidad de
fluoruros en caudales mayores.
3. Retroalimentación de los supuestos de investigación planteados.
4. Comparar los resultados obtenidos con los diferentes medios filtrantes y
establecer criterios de selección del mas eficiente y el mas accesible para su
aplicación en situaciones de campo.
5. Establecer recomendaciones que permitan mejorar el proceso de investigación
o su aplicabilidad a condiciones reales en campo.
6. Elaborar un documento que este a disposición de la solución de problemas
relacionados con la concentración de fluoruros en agua de consumo y que
pueda servir como criterios de prevención de los efectos de tal anormalidad en
el agua de consumo.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
40
7.- MODELOS EXPERIMENTALES USADOS EN LA INVESTIGACION
7.1.- PLANTEAMIENTO DEL MODELO EXPERIMENTAL
Para el proceso de investigación se desarrollaron dos modelo experimentales
de filtración en los que se investigo el comportamiento de tres medios filtrantes:
carbón de hueso, arena pómez y hueso desgrasado molido. En el diseño de cada
modelo se analizaron las propiedades físicas de los medios utilizados (ver anexo C), y
se hicieron las correcciones granulométricas necesarias para que los medios se
apegaran a las características generales de construcción y operación de filtros
propuesta por algunos textos sobre el tema de filtración. 24
Fotografía 7.1, Modelo Experimental 1, tres columnas de filtración rápida
El primer modelo desarrollado es un sistema de tres columnas de filtración
que asemejan una planta de filtración rápida, el segundo modelo son dos filtros tipo
casero que a la vez sirven para evaluar el comportamiento de los filtros a tasas muy
bajas de filtración. Cada modelo experimental fue evaluado en su comportamiento
hidráulico así como las propiedades de remoción.
24
Fair, Geyer & Okun, Purificación de Agua y tratamiento y remoción de aguas residuales, Tomo 2,
tabla 27-1, Pág. 221-222
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
41
7.2.- PREPARACIÓN DE LOS MEDIOS FILTRANTES
Los medios filtrantes usados en el proceso de investigación fueros carbón de
hueso de res, hueso molido desgrasado y arena pómez, estos fueron seleccionados por
estar mencionados en la literatura investigada, de los medios mencionados en ningún
documento consultado se menciona las condiciones bajo las cuales se da el proceso
de remoción, no se menciona tampoco el porcentaje de remoción y las consecuencias
o efectos secundarios de dicho proceso, razón por la que, en aras de conocer
parámetros que permitan el diseño de un mecanismo de defluoración del agua para
consumo humano, se considero estudiar el comportamiento de los tres medios
indicados anteriormente.
El proceso de preparación de los medios de filtración usados incluyo las
siguientes etapas:
Cuadro 4 Preparación de medios filtrantes usados
Carbón de Hueso
Arena Pómez
Hueso Molido
Adquisición en Rastro
Adquisición
Adquisición en
Rastro
Limpieza de materia
grasa
Análisis Granulométrico
Limpieza de materia
grasa
Secado en Horno
Tamizado y selección
Secado en Horno
Calcinado en la mufla
Trituración
Trituración
Análisis
Granulométrico
Análisis
Granulométrico
Tamizado y selección
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
42
7.2.1.- SECUENCIA FOTOGRAFICA DEL PROCESO DE PREPARACIÓN DEL
HUESO
Lugar de adquisición del Hueso (DELICARNES S.A.)
Foto 7.3
Preparación y selección del Hueso
Foto 7.4
Limpieza de medula y Grasa
Foto 7.5
Secado en el Horno a 110 ºC
Foto 7.6
Hueso Desgrasado
Foto 7.7
Carbonizado en la Mufla
Foto 7.8
Hueso Carbonizado
Foto 7.9
Análisis Granulométrico
Foto 7.2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
43
7.3.- PRIMER MODELO EXPERIMENTAL
El primer modelo experimental que se diseño consiste de tres columnas de
filtración, cada una de ellas con tuberías de entrada , salida y retrolavado, de manera
que pudiesen ser semejantes al proceso que se sigue en plantas de filtración, posee
también cada columna de filtración piezómetros que permiten leer las perdidas de
carga en funcionamiento normal como en proceso de lavado. Se ha provisto dos
depósitos en los que se mantiene agua a ser filtrada en uno de ellos y en el otro una
solución de hidróxido de sodio (al 0.1%) que es utilizado para regenerar el medio
filtrante de los filtros.
Foto 7.10 Vista General del Modelo Experimental #1
Columnas de Filtración rápida (en construcción)
Este modelo permite trabajar los filtros con tasas altas de filtración (10 a 180
m3 /m2-día), similar al funcionamiento de plantas piloto de filtración rápida. Se coloco
tres capas en cada filtro; grava (25 cm), arena (30 cm) y medio filtrante (variable), se
evaluó su comportamiento por un periodo de tres meses.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
44
7.3.1.- SECUENCIA FOTOGRAFICA DE CONSTRUCCIÓN MODELO #1
Foto 7.11
Preparación de Columnas de filtración
Foto 7.12
Tubos de Filtración e instalación de tuberías para
lectura de presión
Foto 7.13
Construcción de Estructura de Soporte de Filtros
Foto 7.14
Fontanería de la salida de filtros
Foto 7.15
Sistema de filtración terminado
Foto 7.16
Preparación de los medios Filtrantes
Foto 7.17
Colocación de las Capas de Medio Filtrante
Foto 7.18
Filtros en pleno funcionamiento
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
45
7.4.- SEGUNDO MODELO EXPERIMENTAL
Para comprobar el comportamiento de los medios filtrantes a tasas mas bajas de
filtración (1 a 9 m3/m2 -día) se desarrollo un segundo modelo experimental que
consistió de dos filtros lentos, a semejanza de filtros caseros, en los que se hizo pasar
la muestra de agua con concentraciones altas de fluoruros, el lecho filtrante de cada
uno consistió de una capa de arena de 15 cm como soporte y una capa de 15 cm del
medio de intercambio (carbón de hueso en uno y hueso desgrasado molido en el
segundo.
La tasa a la que se trabajo con este modelo fue de 5 litros por hora, se evaluó su
comportamiento por un periodo de 10 días y durante ese tiempo se dejo trabajar un
promedio de ocho (8) horas diarias tomando muestra a cada hora para re alizar análisis
de fluoruros.
Foto 7.19
Vista general del modelo experimental #2
(carbón y hueso desgrasado)
Foto 7.20
Filtros Lentos caseros
(Válvula Reguladora en deposito de abasto)
Foto 7.21
Válvulas de Salida en Filtros
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
46
8.- ANÁLISIS DE LABORATORIO Y RESULTADOS
8.1.- ANÁLISIS PRACTICADOS
Para la verificación de la hipótesis planteada y la comprobación de la remoción
de fluoruros se hizo uso del laboratorio de Química y microbiología Sanitaria de la
ERIS ubicado en el Centro de Investigaciones de Ingeniería, se practicaron análisis de
fluoruros, además se practicaron pruebas de pH, Turbidez, Color, olor, Temperatura,
Alcalinidad, conductividad eléctrica, y en menor cantidad hierro, manganeso,
bacteriológico, sulfatos, cloruros, nitritos, nitratos y nitrógeno amoniacal. El
procedimiento usado para la determinación de fluoruros fue el método SPANDS
haciendo uso de un espectrofotómetro, se verifico la concentración de fluoruros tanto
a la entrada como a la salida de cada filtro lo que permitió establecer el porcentaje de
remoción y el comportamiento de dicha remoción a lo largo de la carrera de
filtración.
En un principio los filtros se hicieron trabajar con una carga de agua sobre la
superficie del medio filtrante de aproximadamente 50 cm, observándose que los
medios filtrantes utilizados removían los fluoruros pero su tasa de remoción declinaba
considerablemente en un lapso muy corto de tiempo.
En virtud de lo anterior se planteo el segundo modelo de filtración para hacer
trabajar los medios filtrantes a tasas mas bajas de filtración, A raíz de las
investigaciones realizadas en el segundo modelo de filtración propuesto se observo
una mejoría en la remoción si la carga hidráulica sobre el lecho filtrante era
eliminada, razón por la que se procedió a modificar la salida de las columnas de
filtración y eliminar la carga de agua permitiendo el paso libre del agua a través del
medio filtrante sin ninguna restricción de flujo en la salida.
Los resultados del proceso de investigación se presentan en las tablas y graficas
siguientes, estos resultados incluyen solo los datos mas relevantes.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
47
8.2.- Resultados del Modelo Experimental # 1
COLUMNAS DE FILTRACIÓN RAPIDA
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
48
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F1-1
Fecha
28-mar-03
ANALISIS CARGA - TASA DE FILTRACION
FILTRO 1
Carga - Caudal
Tasa de
Aforo
Carga filtracion
Volumen
Caudal
(cm)
Tiempo (s)
(m3 /m2-dia)
(litros)
(l/min)
Hora
(seg)
0,00
12,17
27,96
44,22
61,83
79,48
97,16
116,55
137,10
158,60
181,64
206,80
233,97
264,44
299,60
341,63
399,31
457,69
500,54
3,37
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,341
1,011
12,17
15,79
16,26
17,61
17,65
17,68
19,39
20,55
21,50
23,04
25,16
27,17
30,47
35,16
42,03
57,68
58,38
42,85
16,62
12,81
12,44
11,49
11,46
11,44
10,43
9,84
9,41
8,78
8,04
7,44
6,64
5,75
4,81
3,51
3,43
1,42
110
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
28,5
354,9418
273,5682
265,6606
245,2948
244,7389
244,3236
222,7768
210,2015
200,9135
187,4844
171,6869
158,9857
141,767
122,8567
102,7752
74,88976
73,33331
30,23356
Descripcion del Filtro
0,06605
Medio:
Carbon de hueso
Espesores:
Medio:
3
cm
Arena:
30
cm
Grava:
25
cm
Total:
58
cm
Carga (cm)
GRAFICO F1-1
Carga-Tasa de Filtracion
150
100
50
0
0
50
100
150
200
250
300
m
350
2
Area:
400
Tasa de Filtracion (m3/m2-dia)
FILTRO 1
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
49
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F1-2
Lecturas de Perdida de Carga
FILTRO 1
Medio de Intercambio:
Carbon de Hueso
Medio Arena Grava
Espesor del Medio de Intercambio:
3
cm
3
30
25
cm
3
2
Tasa de Filtracion inicial:
10,67 m /m -dia
(
0,5
l/min)
Tiempo
Lecturas de Perdida de Carga (cm)
Perdida
Carga Caudal
Fecha
Hora
de
de
(cm) (l/min)
operación
1
2
3
4
5
6
7
Carga
28-mar-03 13:00
0,00
59
0,5 57,8 58,8 58,8 56,5 49,4
48,4 48,2
-9,6
Retrolavado 13:40
0,66
59
58,7 58,7 57,7 56,5 49,6
48,2 47,9
-10,8
Filtrado
14:45
0,00
54,3
64,6 64,6 64,7 65,9
69
69,8 69,9
5,3
15:00
0,33
54,3
64,6 64,6 64,7 65,9
69
69,8 69,9
5,3
17:00
2,33
54,3
3
56
56
56 64,5 85,4
89,1 89,4
33,4
18:00
3,33
54,3
3
56
56
56 64,5 85,4
89,1 89,4
33,4
31-mar-03 8:00 Presentaba color y turbidez alta se inicia lavado a tasa alta 1,50 l/min, se inicia filtrado a las 12:00
Inicio
12:00
0,00
54
0,5 61,1 61,1 61,1 61,5 63,4
63,7 63,8
2,7
13:00
1,00
56,9
65
65 61,1 65,6 67,2
67,5 67,6
2,6
14:30
1,50
52,6
67,6 67,6 67,6 68,5 70,9
71,1 71,2
3,6
01-abr-03 12:00
2,00
52,6
0,5 59,8 58,8
60 60,6 61,3
61,5 61,6
1,8
13:00
2,50
53,8
66,8 66,8
67 67,4 68,4
68,5 68,6
1,8
14:30
3,50
53,8
70
70 71,2 71,6 72,4
72,5 72,6
2,6
02-abr-03 9:00
0,00
53,8
1
65
65
65 66,1 72,9
73,8 73,9
8,9
11:30
2,50
54
59,8 59,8 59,8 61,5 67,3
68,2 68,3
8,5
13:00
4,00
54
59,9 59,9 59,9 61,6 67,3
68,2 68,3
8,4
14:00
5
52,6
59,9 59,9 59,9 61,8 67,5
68,4 68,5
8,6
16:00
6
52,6
58
58
58 61,5 71,7
73,4 73,6
15,6
Perdida de Carga (cm)
GRAFICA F1-2
Perdida de Carga Vrs Tiempo
16
14
12
10
8
6
4
2
0
aumento
tasa de
0
1
2
3
4
5
Tiempo (Horas)
6
7
8
Perdida de carga para 0,50 l/min
Perdida de carga para 1,00 l/min
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
50
GRAFICA F1-3
Integracion de perdida de carga durante filtrado
Filtro #1 Carbon de Hueso
2% 0% 2%
15%
Interfase agua-medio
23%
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
58%
Medio Filtrante : CARBON DE
HUESO
Espesor del Medio: 3 cm
3
2
GRAFICA F1-4
Integracion de perdida de carga durante Lavado
Filtro #1 Carbon de Hueso
13%
0%
3%
9%
Interfase agua-medio
11%
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
64%
Medio Filtrante : CARBON DE
HUESO
Espesor del Medio: 3 cm
3
2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
51
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
TABLA F1-3
Carbon de Hueso
Espesor del Medio de Intercambio:
3
cm
3
2
10,67
m
/m -dia
Tasa de Filtracion inicial:
Medio de Intercambio:
Fecha
28-mar-03
Lavado
01-abr-03
Filtrado
02-abr-03
Hora
Operación
Continua
14:00
14:45
15:00
16:10
15:10
8:45
11:00
12:00
13:00
16:00
17:00
0,00
0,75
1,00
1,50
2,50
0,00
2,25
3,25
4,25
5,25
6,25
8:00
10:00
11:30
13:00
14:00
15:00
16:20
6,25
8,00
9,50
11,00
12,00
13,00
14,33
Temperatura
°C
(
0,5
Fluoruros
pH
salida
21,5
21,5
Arena
30
Grava
25
cm
Otros Parametros
Color
AlcalinidadConductividad
Salida Entrada Salida
Turbiedad
%
Entrada Salida
Entrada
Ambiente Entrada Salida
Remocion
23
23 7,21
6,95
0,8
88,49%
0,85
23
23 7,26
6,95 1,03
85,18%
2
Debido al color muy alto en la salida
23
23 7,21
7,31
23,1
23,1
Medio
3
l/min)
7,27
7,26
7,21
7,26
7,21
7,7
7,95
7,95
7,95
6,9
2,45
3,45
3,9
5,15
5
68,18%
56,60%
50,94%
35,22%
27,54%
8,6
7,8
7,8
5,95
5,95
6,05
6,95
7,3
6,9
7,45
1,45
3,3
3,45
3,6
4,25
5,1
7
75,63%
44,54%
42,98%
48,20%
41,78%
26,09%
6,04%
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
0,245
0,339
0,724
0,25
0,26
0,65
1,4
3
3
410
260
260 / 278
124/140
2,06
1,8
2,01
1,73
1,73
2
5
0
0
1
280 / 306
320 / 322
83 104/144
85
71
77
77
52
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
GRAFICA F1-5
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
80%
% de Remocion
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
Horas de operacion
Remocion de Fluoruros
- Tiempo (medio nuevo)
GRAFICA F1-6
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
10
mg/l
8
6
4
2
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Retrolavado con Hidroxido de
Remocion de Fluoruros (medio Regenerado)
7,00
Horas de operacion
Fluoruros en Entrada
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : CARBON DE HUESO
Espesor del Medio: 3 cm
3
2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -dia
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso
una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio filtrante (Carbon de Hueso) en un 100%,
ya que despues de haber retrolavado se optubo una remosion promedio de 76%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
un problema en el retrolavado y que afecto los resultados despues del mismo fue la ruptura del medio debido a un chorro de agua que ascendio por
la arena causando la mezcla de aproximadamente el 50% del medio de intercambio con la arena y ocacionando una superficie sin contacto con el
medio.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
53
100
80
60
40
20
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Color en entrada
Retrolavado con Hidroxido de
Unidades de Color
GRAFICA F1-7
Color vrs Tiempo
7,00
Color en Salida
UNT
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Turbiedad en Entrada
Retrolavado con Hidroxido de
GRAFICA F1-8
Turbiedad vrs Tiempo
7,00
Turbiedad en Salida
% de Remocion
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
1
2
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
GRAFICA F1-9
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
Area del Filtro = 0.06605 m
3
4
5
3
6
2
7
2
Volumen Equivalente m /m
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
Remocion de Fluoruros medio Regenerado
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
54
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
TABLA F1-4
Medio de Intercambio:
Carbon de Hueso
Espesor del Medio de Intercambio:
10
cm
3
2
Tasa de Filtracion inicial: 10,67 m /m -dia
Fecha
03-abr-03
Hora
8:30
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
16:00
16:30
17:30
Retrolavado inicio
04-abr-03
9:00
10:00
10:25
Filtrado
inicio
04-abr-03 12:00
13:00
14:00
Nota:
(
0,5
Medio Arena
10
30
l/min)
Grava
25
cm
Opera
Temperatura
Otros Parametros
Fluoruros
ción
°C
pH
Turbiedad
Color
Contin
salida
%
Entrad
Alcalinidad Conductividad
Entrada Salida
Salida Entrada Salida
ua AmbienteEntrada Salida
Remosion
a
0,00
23
23
7,34
5,25
1,35
74,29%
1
1,71
3
70
260 / 278
1,50
23
23
4,85
1,4
71,13%
2
1,4
3
65
2,50
5,85
1,7
70,94%
1
4
3,50
23
23
7,21
4,15
1,95
53,01%
0,351
2,53
1
65
124/140
280 / 306
4,50
7,31
6,1
2,7
55,74%
0,21
1,8
1
50
320 / 322
5,50
7,3
4,2
42,47%
0,2
3,99
0
59
7,50
5,8
5,8
0,00%
0,2
3,99
1
59
8,00
6,4
6,3
1,56%
0,32
1,1
1
60
9,00
6,6
6,5
1,52%
0,32
3
2
67
tiempo 25 minutos a 1.5 10,56
l/min
10,52
9,75
2,00
3,00
4,00
8,21
8,45
7,85
7,15
1
4,15
87,26%
41,96%
0,18
0,15
0,42
0,49
1
1
70
65
Al momento de retrolavar se produjo ruptura del medio perdiendose aprox. el 40% de la superficie efectiva del mismo.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
55
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
GRAFICA F1-10
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
80%
% de Remocion
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
Horas de Operacion
Remocion de Fluoruros - Tiempo
GRAFICA F1-11
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
2,00
4,00
Fluoruros en Entrada
6,00
8,00
Retrolavado con Hidroxido de
Concentracion de Fluoruros-Tiempo
10,00
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : CARBON DE HUESO
Espesor del Medio: 10 cm
3
2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -dia
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de
capacidad de remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de
hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del
medio filtrante (Carbon de Hueso) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado
se optubo una remosion promedio de 56%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado
con el medio nuevo.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
56
GRAFICA F1-12
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
Color en entrada
6
7
8
9
Color en Salida
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
Color vrs Tiempo
10
GRAFICA F1-13
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
Turbiedad vrs Tiempo
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
Turbiedad en Entrada
6
7
8
9
10
Turbiedad en Salida
GRAFICA F1-14
% de Remocion
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
80%
Area del Filtro = 0.06605 m
2
60%
40%
20%
0%
0
1
2
3
4
5
Volumen Equivalente (m3/m2)
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
57
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
TABLA F1-5
FILTRO 1 (Sin Carga Hidraulica)
Carbon de Hueso
Medio de Intercambio:
cm
Espesor del Medio de Intercambio: 15
3
2
Tasa de Filtracion inicial:
10,67 m /m -dia
(
Fecha
Hora
12-may-03
8:30
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
16:00
0,5
Medio Arena
15
30
l/min)
Grava
25
cm
Opera
Temperatura
Otros Parametros
Fluoruros
ción
°C
pH
Turbiedad
Color
Contin
salida
Alcalinidad Conductividad
%
Entrada Salida
Entrada Salida Entrada Salida
ua Ambiente Entrada Salida
Remocion
0,00
7,56
6,6
2,8
57,58%
2
6
1
70
270 / 340
1,50
6,6
2,7
59,09%
2,5
3
1
65
2,50
7,6
6,6
1,2
81,82%
1
4
0
80
3,50
7,21
6,8
1,25
81,62%
0,351 2,53
1
65 130/144 280 / 346
4,50
7,31
6,8
1,15
83,09%
0,21
1,8
1
50
320 / 340
5,50
6,8
1,25
81,62%
0,2
3
0
59
7,50
6,7
1,2
82,09%
0,2
3
1
59
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
58
GRAFICA F1-15
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
% de Remocion
100%
80%
60%
40%
20%
0%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Horas de Operacion
Remocion de Fluoruros - Tiempo
GRAFICA F1-16
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
Concentracuon
mg/l
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Horas de Operacion
Fluoruros en Entrada
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : CARBON DE HUESO
Espesor del Medio: 15 cm
3
2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -dia
Nota:
Se observo que al operar el filtro bajo esta modificacion la remocion de fluoruros es mas
permanente en el tiempo y la tasa de remocion tiende a mantenerse casi constante, el
problema de color persiste en esta modalidad de operación del filtro.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
59
GRAFICA F1-17
GRAFICA F1-18
Color vrs Tiempo
Turbiedad vrs Tiempo
Unidades de
Turbiedad
90
Unidades de Color
80
70
60
50
40
30
7
6
5
4
3
2
1
0
20
0
10
1
0
3
4
5
6
7
8
Horas de Operacion
0
1
2
3
4
Horas de Operacion
Color en entrada
5
6
7
8
Turbiedad en Entrada
Color en Salida
GRAFICA F1-19
100%
Turbiedad en Salida
GRAFICA F1-20
Remocion de Fluoruros
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
80%
60%
40%
Remocion
% de Remocion
2
Area del Filtro = 0.06605 m2
20%
0%
0
1
1
2
2
3
3
4
4
Volumen Equivalente (m3/m2)
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Remocion de
Fluoruros
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
Sin Carga
Hidraulica
Con Carga
Hidraulica
Tipo de Filtracion
60
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F2-1
ANALISIS CARGA - TASA DE FILTRACION
FILTRO 2
Hora
(seg)
Fecha
25-mar-03
0,00
13,17
28,56
44,22
61,83
79,48
97,16
116,55
137,10
158,60
181,64
206,80
233,97
264,44
299,60
341,63
399,31
457,69
500,54
Carga - Caudal
Aforo
Tasa de
filtracio
Volume
T i e m p o C a u d a lC a r g a ( c m ) n
n
(s)
(l/min)
3
2
( m /m (litros)
3,37
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,371
3,341
1,011
13,17
15,39
15,66
17,61
17,65
17,68
19,39
20,55
21,50
23,04
25,16
27,17
30,47
35,16
42,03
57,68
58,38
42,85
15,36
13,14
12,92
11,49
11,46
11,44
10,43
9,84
9,41
8,78
8,04
7,44
6,64
5,75
4,81
3,51
3,43
1,42
110
105
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
28,5
Descripcion del Filtro
328
280,7
275,8
245,3
244,7
244,3
222,8
210,2
200,9
187,5
171,7
159
141,8
122,9
102,8
74,89
73,33
30,23
Area:
Medio:
0,066
Espesores:
Medio:
10
cm
Arena:
30
cm
Grava:
25
cm
Total:
65
cm
GRAFICA F2-1
120
Carga (cm)
100
80
60
40
20
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Tasa de Filtracion (m3/m2-dia)
FILTRO 2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
2
Arena Pomez
Carga-Tasa de Filtracion
0
m
61
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F2-2
Lecturas de Perdida de Carga
FILTRO 2
Arena Pomez
Medio Arena Grava
10
cm
10
30
25
3
2
10,67 m /m -dia
(
0,5
l/min)
Medio de Intercambio:
Espesor del Medio de Intercambio:
Tasa de Filtracion inicial:
Fecha
26-mar-03
27-mar-03
28-mar-03
Lavado
Filtrado
Hora
Tiempo de
operación
15:45
16:10
12:00
13:00
14:00
15:00
17:00
8:00
10:45
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
Carga Caudal
(cm) (l/min)
0,75
1,17
1,17
2,17
3,17
4,17
6,17
21,17
84
63,5
66,4
67,5
65,6
62,8
64,5
33,1
1,00
2,00
3,00
4,00
60
53,8
48,8
48,8
0,5
cm
Lecturas de Perdida de Carga (cm)
1
36,9
56,8
53,4
52,1
54
56,8
55,2
86,7
60
2
36,9
56,8
53,4
52,1
54
56,8
55,2
86,7
60
3
37
56,8
53,8
52,3
54,3
57,1
55,6
86,9
59,9
4
38,5
57,9
54,6
53,1
55,1
57,5
56,3
87,3
56,6
5
39,7
58,9
55,2
54
55,9
58,3
57,1
87,5
51,4
6
40,1
59,1
55,3
54,1
56
58,5
57,2
87,7
50,1
7
40,1
59,2
55,5
54,1
56,1
58,6
57,3
87,8
49,9
59,8
66,8
70
70
58,8
66,8
70
70
60
67
71,2
71,2
60,6
67,4
71,6
71,7
61,3
68,4
72,4
72,5
61,5
68,5
72,5
72,6
61,6
68,6
72,6
72,7
Perdida de
Carga
3,2
2,4
2,1
2
2,1
1,8
2,1
1,1
-10,1
0
1,8
1,8
2,6
2,7
Variacion de Perdida de Carga
GRAFICA F2-2
Perdida de Carga (cm)
(Arena Pomez)
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
Tiempo (Horas)
Variacion Perdida de Carga-Tiempo 27-Marz-03
Variacion Perdida de Carga- Tiempo 28-Marzo-03
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
62
Integracion de perdida de carga durante filtrado
GRAFICO F2-3
Arena Pomez
0%
10%
19%
5%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
29%
perdida en grava
37%
Medio Filtrante : ARENA POMEZ
Espesor del Medio: 10 cm
3 2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -
Integracion de perdida de carga durante Lavado
0%
2%
GRAFICO F2-4
Arena Pomez
1%
13%
33%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
51%
Medio Filtrante : ARENA POMEZ
Espesor del Medio: 10 cm
3 2
Tasa de filtracion : 38,45 m /m -
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
63
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F2-3
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
FILTRO 2
Arena pomez
cm
E s p e s o r d e l M e d i o d e I n t e r c a m b1i o0:
3
2
1 0 , 6 7 m /m -dia
(
Tasa de Filtracion inicial:
Medio de Intercambio:
Fecha
26-mar-03
27-mar-01
27-mar-03
28-mar-03
Retrolavado
28-mar-03
Filtrado
28-mar-03
Hora
15:10
15:30
11:00
12:00
13:00
14:30
16:00
16:30
17:30
8:00
inicio
9:00
10:00
10:25
inicio
12:00
13:00
14:00
3:00
Nota:
Operación
Continua
0,34
0,50
1,50
2,50
4,06
5,00
5,50
6,50
21,00
Temperatura
°C
pH
salida
Ambiente Entrada Salida
23
23
23
23
23
23
7,21
7,31
0,5
Medio A r e n a
10
30
l/min)
Grava
25
cm
Otros Parametros
Turbiedad
Color
%
Entrad
Alcalinidad Conductividad
Entrada Salida
Salida Entrada Salida
Remocion
a
5,25
1,35
74,29%
1
1,71
3
5
260 / 278
4,85
1,4
71,13%
2
1,4
3
5
Fluoruros
4,15
6,1
7,3
5,8
6,4
6,6
0,36
1,95
2,7
4,2
5,8
6,3
6,5
0,36
53,01%
55,74%
42,47%
0,00%
1,56%
1,52%
0,00%
0,351
0,21
0,2
2,53
1,8
3,99
1
1
0
7 124/140
5
4
0,32
1,1
1
6
7,85
7,15
6,7
1
4,15
6,65
87,26%
41,96%
0,75%
0,18
0,15
0,42
0,49
1
1
0
5
1
1
280 / 306
320 / 322
2 3 , 2 5 t i e m p o 2 5 m i n u t o s a 1 . 5 l / m i1n0 , 5 6
10,52
9,75
25,00
26,00
27,00
28,00
8,21
8,45
Al momento de retrolavar se produjo ruptura del medio perdiendose aprox. el 40% de la superficie efectiva del mismo.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
64
60%
% de Remocion
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
GRAFICO F2-5
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
7,00
Horas de operacion
Remocion de Fluoruros - Tiempo
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
Retrolavado con Hidroxido de
mg/l
GRAFICO F2-6
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
Horas de operacion
Fluoruros en Entrada
Nota:
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : ARENA POMEZ
Espesor del Medio: 10 cm
3
2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -dia
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros,
para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la
regeneracion del medio filtrante (Arena Pomez) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una
remosion promedio de 56%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
un problema en el retrolavado y que afecto los resultados despues del mismo fue la ruptura del medio debido a un chorro
de agua que ascendio por la arena causando la mezxcla de aproximadamente el 70% del medio de intercambio con la
arena y ocacionando una superficie sin contacto con el medio.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
65
Retrolavado con Hidroxido de
Unidades de Color
GRAFICO F2-/
Variacion de Color -Tiempo
8
6
4
2
0
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Color en entrada
Color en Salida
5
UNT
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
Retrolavado con Hidroxido de
GRAFICA F2-8
Variacion de Turbiedad-Tiempo
7
8
9
10
Horas de operación
Carrera del Filtro
Turbiedad en Entrada
Turbiedad en Salida
GRAFICA F2-9
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
% de Remocion
60%
Area del Filtro = 0.06605 m
50%
2
40%
30%
20%
10%
0%
0
1
2
3
3
Volumen Equivalente m /m
4
2
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
66
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F2-4
Lecturas de Perdida de Carga
FILTRO 2
Arena Pomez
Medio
20
cm
20
3
2
10,67 m /m -dia
(
0,5
Medio de Intercambio:
Espesor del Medio de Intercambio:
Tasa de Filtracion inicial:
Fecha
Tiemp C a r g a Caudal
o de
( c m ) (l/min)
1
8:45
0,00
67,9
0,5
51,7
10:00
1,25
67,9
0,5
51,7
11:00
2,25
67,9
0,5
51,9
12:00
3,25
71,8
0,5
48,2
13:00
4,25
72,5
0,5
47,3
17:20
8,58
72,8
0,5
46,9
8:00
23,24
65,7
0,5
52,2
despues de regenerar el medio 12:00
12:00
0,00
59,5
0,4
60,5
13:00
1,00
57,5
0,4
62
14:00
2,00
56,5
0,4
63
9:00
0,00
65,3
1,00
54,5
11:30
2,50
64,7
1,00
55
13:00
4,00
64
1,00
55,8
14:00
5,00
64,3
1,00
55,4
15:00
6,00
64,3
1,00
55,4
16:00
7,00
65
1,50
55,4
Hora
31-mar-03
01-abr-03
Inicio Filtrado
02-abr-03
Arena G r a v a
30
25
l/min)
Lecturas de Perdida de
2
3
4
51,8
52,1
52,6
51,8
52,1
52,6
51,9
52,3
52,7
48,2
48,4
48,6
47,3
47,6
47,8
46,9
47,2
47,6
52,2
52,6
53,2
60,6
62,1
63,1
54,7
55,2
56,1
55,7
55,7
56
61,4
62,9
64,1
57,2
57,4
58,3
57,9
57,9
60,3
61,8
64,4
64,6
58,6
58,5
59,5
59,1
59,1
62,5
Carga (cm)
5
6
53,5
53,7
53,5
53,6
53,5
53,6
49,6
49,7
48,8
48,9
48,5
48,6
54,1
54,2
62,7
65
65,2
60,5
60,1
60,9
60,5
60,5
65,1
62,8
65,1
65,3
60,7
60,3
61
60,7
60,7
65,5
cm
7
53,8
53,8
53,7
49,8
49,1
48,7
54,3
Perdid
a de
2,1
2,1
1,8
1,6
1,8
1,8
2,1
62,9
65,2
65,4
60,8
60,4
61,1
60,7
60,8
65,6
2,3
3,1
2,3
6,1
5,2
5
5
5,1
9,6
(cm)
Perdida de Carga
Variacion Perdida de Carga-Tiempo
Filtro 2 (Arena Pomez)
GRAFICA F2-10
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Tiempo (Horas)
Variacion Perdida de Carga-Tiempo tasa 10 m3/m2-dia
Variacion Perdida de Carga-Tiempo para 20 m3/m2-dia
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
67
GRAFICA F2-11
Integracion de perdida de carga durante filtrado
3
2
Tasa de Filtracion 10,67 m /m -dia
5%
10%
5%
14%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
24%
42%
Medio Filtrante : ARENA POMEZ
Espesor del Medio: 20 cm
3
2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -
GRAFICA F2-12
Integracion de perdida de carga durante filtrado
3
2
Tasa
2% de Filtracion 20 m /m -dia
3%
3%
30%
40%
22%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
Medio Filtrante : ARENA
POMEZ
Espesor del Medio: 20 cm
GRAFICA F2-13
Integracion de perdida de carga durante filtrado
3
2
Tasa de Filtracion 37 m /m -dia
4%
1%
6%
25%
42%
22%
Interfase agua-medio
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
Medio Filtrante : ARENA
POMEZ
Espesor del Medio: 20 cm
3
2
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
68
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F2-5
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
FILTRO 2
Arena pomez
20
cm
3
2
10,67 m /m -dia
Medio de Intercambio:
Espesor del Medio de Intercambio:
Tasa de Filtracion inicial:
Fecha
Hora
Operaci
Temperatura
ón
Continu
E n t r a d a Salida
a
pH
Entrada
(
Fluoruros
Salida
Entrada
Salida
31-mar-03
8:45
0,00
23
23
6,752
8,631
7,1
1,8
10:00
1,25
23
23
6,752
8,72
6,6
3,2
11:00
2,25
6,735
8,54
7
5,7
12:00
3,25
23
23
6,662
8,43
6,5
4,85
13:00
4,25
6,62
8,45
7,35
6,2
17:00
8,25
23
23
6,63
8,09
6,75
6,75
19:00
10,25
6,63
7,94
5,15
7,05
01-abr-03
8:00
23,25
6,76
7,74
2,45
3,5
Inicio Retrolavado a las 8:30 con solucion de Hidroxido de Sodio, se inicio filtrado a
01-abr-03
8:00
12:00
1,00
6,75
9,125
7,95
2,8
13:00
2,00
6,7
9,13
7,95
2,8
14:30
3,50
6,7
8,72
7,45
6,4
16:00
5,00
6,735
8,56
0,94
1,37
17:00
6,00
6,665
8,09
11-abr-03
10:00
11:30
13:00
14:00
15:00
16:00
1,00
2,50
4,00
5,00
6,00
7,00
6,8
6,69
0,5
8,481
8,06
6,5
5,45
6,6
7,45
6,4
6,4
4,75
2,9
4,2
7,1
6,4
6,4
Medio
20
l/min)
Turbiedad
%
R e m o c i o Entrada
n
74,65%
0,29
51,52%
0,302
18,57%
0,403
25,38%
0,277
15,65%
0,248
0,00%
0,27
-36,89%
-42,86%
0,258
las 11:00
64,78%
64,78%
14,09%
-45,74%
26,92%
46,79%
36,36%
4,70%
0,00%
0,00%
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
0,724
0,25
0,25
Salida
3
3,15
1,81
1,04
0,624
0,557
Arena
30
Grava
25
cm
Otros Parametros
Color
Entrada
Salida
Conductividad
Alcalinidad
Entrada
0,557
1
4
1
2
1
1
0
0
3
9
6
7 110 / 144
4 114 /152
1
1
1 110 / 142
0,591
0,49
0,49
0
0
0
0
1
1
Salida
305
314
359
338
300
331
118 / 210
128 / 152
120 / 152
69
GRAFICA F2-14
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
GRAFICA F2-15
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
40%
20%
0%
-20%0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
-40%
-60%
Horas de Operacion
Remocion de Fluoruros - Tiempo (31 / marzo/03)
8
Concentracion (mg/l)
80%
60%
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
% de Remosion
100%
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
Horas de Operacion
Remocion de Fluoruros -Tiempo (01/abril/03)
Remocion de Fluoruros - Tiempo (11/ abril/03)
Fluoruros en Entrada
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : ARENA POMEZ
Espesor del Medio: 20 cm
3
2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -dia
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de fluoruros, para la
regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio
filtrante (Arena Pomez) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una remosion inicial de 60%, valor tipico al
inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo. Se observa que el pH despues del Retrolavado se incrementa considerablemente,
teniendo que dejar pasar 60 litros de agua (segun el area del filtro) para poder bajar el pH a un valor aceptable.
Un problema en el retrolavado y que afecto los resultados despues del mismo fue la ruptura del medio debido a un chorro de agua
que ascendio por la arena causando la mezxcla de aproximadamente el 70% del medio de intercambio con la arena y ocacionando
una superficie sin contacto con el medio.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
70
GRAFICA F2-16
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
Unidades de Color
Color vrs Tiempo
10
8
6
4
2
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
Horas de operacion
Color en entrada
Color en Salida
GRAFICA F2-17
Unidades NT
4
3
2
1
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
Horas de operacion
Turbiedad en Entrada
Turbiedad en Salida
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
Turbiedad vrs Tiempo
25,00
% de remocion
GRAFICA F2-18
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
80%
2
Area del Filtro = 0.06605 m
60%
40%
20%
0%
0
1
2
3
Volumen Equivalente m3/m2
4
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
71
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
TABLA F2-6
FILTRO 2 (Trabajando sin carga Hidraulica sobre el lecho)
Arena pomez
30
cm
3
2
15
m /m -dia
Medio de Intercambio:
Espesor del Medio de Intercambio:
Tasa de Filtracion inicial:
Fecha
Hora
Opera Temperatura
ción
Contin E n t r a d
Salida
ua
a
pH
Entrad
a
0,7
Fluoruros
S a l i d a Entrada S a l i d a
12-may-03 Inicio de filtrado a 12:30 tasa 0,70 l/min
13:00
0,50
21
21 6,752
14:00
1,50
6,735
15:00
2,50
21
21 6,662
16:00
3,50
6,62
17:00
4,50
21
21
6,63
(
( 15 m3/m2-dia)
8,72
6,6
1,55
8,54
6,6
5,3
8,43
6,5
5,05
8,45
6,6
5
8,09
6,75
5,3
Medio A r e n a
30
30
l/min)
Turbiedad
%
Remosio
n
76,52%
19,70%
22,31%
24,24%
21,48%
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
Grava
25
cm
Otros Parametros
Color
Conductividad
Alcalinidad
Entrad
S a l i d a Entrada S a l i d a
E n t r a d a Salida
a
0,302
0,403
0,277
0,248
0,27
3,15
1,81
1,04
0,624
0,557
4
1
2
1
1
9
6
7
4
1
72
GRAFICA F2-19
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
GRAFICA F2-20
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,00
1,00
2,00
3,00
Horas de Operacion
4,00
Concentracion (mg/l)
% de Remocion
80%
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
90%
5,00
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
Remocion de Fluoruros - Tiempo (12/ mayo/03)
Nota:
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
Horas de Operacion
Fluoruros en Entrada
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : ARENA POMEZ
Espesor del Medio: 30 cm
3
2
Tasa de filtracion : 15 m /m -dia
Se observa una tendencia a ser constante la remocion en un orden del 20%, al comparar con los otas pruebas de remocion se ve que
la grafica no declina tan rapido, tal y como sucedia en las otras pruebas realizadas, se puede mejorar la remocion aumentando el
espesor del lecho de arena y colocando arena mas fina en el lecho de intercambio.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
73
GRAFICA F2-21
Color vrs Tiempo
10
9
8
Unidades de Color
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
Horas de operacion
Color en entrada
Color en Salida
GRAFICA F2-22
Turbiedad vrs Tiempo
3,5
3
Unidades NT
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
Horas de operacion
Turbiedad en Entrada
Turbiedad en Salida
GRAFICA F2-23
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
90%
80%
Area del Filtro = 0.06605 m
70%
2
% de remocion
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Volumen Equivalente m3/m2
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
74
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F3-1
ANALISIS CARGA - TASA DE FILTRACION
FILTRO 3
Carga - Caudal
Tasa de
Aforo
Hora
segundos Volumen Tiempo Caudal Carga (cm)filtracion
3
3
2
(s)
(l/min)
(cm )
(m /m 25-mar-03
0,00
15,26
3,371
15,26
13,25 105,00 283,18
30,76
3,371
15,50
13,05 100,00 278,79
47,09
3,371
16,33
12,39
95,00 264,62
63,67
3,371
16,58
12,20
90,00 260,63
81,01
3,371
17,34
11,66
85,00 249,21
100,13
3,371
19,12
10,58
80,00 226,01
119,52
3,371
19,39
10,43
75,00 222,86
140,81
3,371
21,29
9,50
70,00 202,97
163,07
3,371
22,26
9,09
65,00 194,13
186,89
3,371
23,82
8,49
60,00 181,41
213,26
3,371
26,37
7,67
55,00 163,87
241,87
3,371
28,61
7,07
50,00 151,04
276,18
3,371
34,31
5,90
45,00 125,95
310,52
3,371
34,34
5,89
40,00 125,84
353,70
3,371
43,18
4,68
35,00 100,08
407,98
3,371
54,28
3,73
30,00
79,61
446,53
2,022
38,55
3,15
27,00
67,24
Fecha
Descripcion del Filtro
m
0,067425
Medio:
Hueso desgrasado
Espesores:
Medio:
5
cm
Arena:
30
cm
Grava:
25
cm
Total:
60
cm
GRAFICA F3-1
Carga-Tasa de Filtracion
120
Carga (cm)
100
80
60
40
20
0
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
2
Area:
250
275
300
Tasa de Filtracion (m3/m2-dia)
Filtro #3 (Hueso Desgrasado molido)
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
75
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F3-2
Lecturas de Perdida de Carga
FILTRO 3
Medio de Intercambio:
Hueso Desgrasado Molido
Medio Arena G r a v a
Espesor del Medio de Intercambio:
5
cm
5
30
25
3
2
10,67 m /m - d i a
Tasa de Filtracion inicial:
(
0,5
l/min)
3:46
4:11
12:00
13:00
14:00
15:00
17:00
8:00
Horas C a r g a C a u d a
de
( c m ) l (l/m)
0,00
82,6
1
0,42
60,5
0,5
0,42
63
0,5
1,42
66,7
0,5
2,42
64,5
0,5
3,42
62,5
0,5
5,42
65,5
0,5
15,42
31,4
0,45
1
37,3
58,8
56,2
53,4
54,5
56,5
53,3
86,9
9:45
1,66
60
60
59,9
56,6
0,5
0,5
0,5
63,7
68,5
69
63,7
68,5
69
63,8
68,6
69,1
64
68,8
69,3
Fecha
Hora
26-mar-03
27-mar-03
28-mar-03
Retrolavado
28-mar-03
Filtrado
02-abr-03
13:00 15,42
14:00 16,42
15:00 17,42
Modificacion de Lecho de Intercambio
55,5
50,6
50,3
Lecturas de Perdida de Carga
2
3
4
5
37,3
37,4
x
39,6
58,8
58,9
x
59,4
56,2
56,2
56,6
57,6
53,4
53,4
53,8
54,8
54,5
54,5
54,9
56
56,5
56,5
57
57,8
53,3
53,3
54,2
55,2
86,9
88
88,4
88,6
cm
(cm)
6
40,2
59,8
57,7
54,9
56,1
57,9
55,3
88,7
7
40,4
59,9
57,8
54,9
56,1
58
55,4
88,7
Perdid
a de
3,1
1,1
1,6
1,5
1,6
1,5
2,1
1,8
51,4
50,1
49,9
10,1
65,3
69,8
70,2
65,5
69,9
70,3
65,6
70
70,4
1,9
1,5
1,4
GRAFICA F3-2
Variacion Perdida de Carga-Tiempo
Perdida de Carga (cm)
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Tiempo (Horas)
Variacion Perdida de Carga-Tiempo
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
76
GRAFICA F3-3
Integracion de la Perdida de Carga durante el Filtrado
0%
6%
6%
Interfase agua-medio
0%
25%
perdida en el medio
interfase medio-arena
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
63%
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDO
Espesor del Medio: 5 cm
3
2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -dia
GRAFICA F3-4
Integracion de la Perdida de Carga durante el
Retrolavado
2%
Interfase agua-medio
0%
1%
perdida en el medio
13%
interfase medio-arena
33%
perdida en arena
interfase arena grava
perdida en grava
51%
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO
MOLIDO
Espesor del Medio: 5 cm
3
2
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de
remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una
concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio filtrante (hueso molido) en un
100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una remosion promedio de 87%, valor
tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
un problema en el retrolavado y que afecto los resulytados despues del mismo fue la ruptura del
medio debido a un chorro de agua que ascendio por la arena causando la mezcla de
aproximadamente el 50% del hueso con la arena y ocacionando una superficie sin contacto con
el medio.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
77
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F3-3
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
FILTRO 3
Hueso desgrasado Molido
Espesor del Medio de Intercambio: 5
cm
3
2
Tasa de Filtracion inicial:
10,67 m /m -dia
(
Medio de Intercambio:
Fecha
Hora
26-mar-03
15:10
15:30
12:00
13:00
14:30
16:00
16:30
17:30
8:00
inicio
10:25
10:46
inicio
12:00
13:00
14:00
3:00
27-mar-03
28-mar-03
Retrolavado
28-mar-03
Filtrado
28-mar-03
Nota:
0,5
Medio Arena
5
30
l/min)
Grava
25
cm
Operaci
Temperatura
Otros Parametros
Fluoruros
ón
°C
pH
Turbiedad
Color
Continu
salida
Alcalinidad Conductividad
%
Entrada Salida
Entrada Salida Entrada Salida
a
Ambiente Entrada Salida
Remocion
0,17
23
23
3,1
0,5
83,87%
1,71
3,57
5
10
260/278
0,50
23
23
3,7
0,6
83,78%
1,71
4,15
7
11
1,50
23
23
7,325
3,2
0,65
79,69%
0,311
5,12
1
17 124/160
2,50
5,95
0,35
94,12%
0,21
5,57
1
14 124/160
280/343
4,06
7,65
1,4
81,70%
0,2
3,99
0
11
5,00
6,25
3,35
46,40%
5,50
6,45
3,2
50,39%
0,32
2,6
1
9
6,50
6,55
3,8
41,98%
21,00
1,46
1,46
0,00%
23,25 tiempo 25 minutos a 1.5 l/min
25,00
26,00
27,00
28,00
9,41
9,31
7,99
8,32
1,8
7,45
7,45
6,85
0,55
2,05
4,65
92,62%
72,48%
32,12%
0,18
0,15
2,03
2
1
1
0
5
9
8
Al momento de retrolavar se produjo ruptura del medio perdiendose aprox. el 40% de la superficie efectiva del mismo.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
78
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
Horas de operacion
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
% de Remocion
GRAFICA F3-5
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
30,00
Remocion de Fluoruros - Tiempo
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
Retrolavado con Hidroxido de
mg/l
GRAFICA F3-6
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
Horas de operacion
Fluoruros en Entrada
Nota:
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDO
Espesor del Medio: 5 cm
Tasa de filtracion : 10.67 m 3 /m 2-dia
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de
remocion de fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una
concentracion de 1.5 g/litro, esto logro la regeneracion del medio filtrante (hueso molido) en un
100%, ya que despues de haber retrolavado se optubo una remocion promedio de 87%, valor
tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
un problema en el retrolavado y que afecto los resultados despues del mismo fue la ruptura del
medio debido a un chorro de agua que ascendio por la arena causando la mezxcla de
aproximadamente el 50% del hueso con la arena y ocacionando una superficie sin contacto con
el medio.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
79
20
15
10
5
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
Retrolavado con Hidroxido de
Unidades de Color
GRAFICA F3-7
Color vrs Tiempo
25,00
30,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Color en entrada
Color en Salida
UNT
6
4
2
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Turbiedad en Entrada
Retrolavado con Hidroxido de
GRAFICA F3-8
Turbiedad vrs Tiempo
25,00
30,00
Turbiedad en Salida
GRAFICA F3-9
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
% de Remocion
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Area del Filtro = 0.06605 m
0
2
4
6
8
10
3
2
12
14
2
Volumen Equivalente m /m
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
80
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F3-4
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
FILTRO 3
Hueso desgrasado Molido
Espesor del Medio de Intercambio:
10
cm
3
2
Tasa de Filtracion inicial:
10,67 m /m -dia
(
Medio de Intercambio:
Fecha
31-mar-03
01-abr-03
Retrolavado
01-abr-03
02-abr-03
0,5
Medio
Arena
10
30
l/min)
Grava
25
cm
Operaci
Temperatura
Otros Parametros
pH
Fluoruros
ón
°C
Turbiedad
Color
Hora
Continu
Alcalinidad
%
Entrada Salida Entrada Salida Entrada Salida
Entrada Salida Entrada Salida
a
Remocion
8:45
0,00
21
21,5
6,752
7,587
6,75
0,5
92,59%
0,441
10,2
4
40
10:00
1,25
21
23
6,752
8,767
6,75
3,05
54,81%
0,38
9,87
2
40
11:00
2,25
21
23
6,735
8,62
6,8
3,95
41,91%
0,403
2,18
1
12
12:00
3,25
6,662
8,58
6,85
2,6
62,04%
0,277
2,36
2
13 110/154
13:00
4,25
6,62
8,59
7,05
2,6
63,12%
0,248
2
1
12 114/168
17:30
8,75
6,62
8,53
6,85
5
27,01%
0,27
0,99
1
6
19:00
10,25
6,64
7,96
4,95
4,5
9,09%
0,258
0,506
1
5
8:00
23,25
6,64
7,551
2,55
3,4
-33,33%
0,285
0,506
1
5 142/168
inicio a las 8:40 am, se utilizo 78 litros para lavado, 30 litros solucion hidroxido, 48 agua clara, se inicio filtrado a las 11:00
12:00
1,00
6,7
8,36
7,95
0,75
90,57%
13:00
2,00
6,7
9,186
7,15
2,45
65,73%
0,724
0,582
0
3
14:30
3,50
7,15
2,35
67,13%
0
8
16:00
5,00
4,7
3,25
30,85%
0,25
0,69
0
8
inicio filtrado 9:00 am
No se realizo Retrolavado
9:00
5,00
6,5
4,55
30,00%
0,251
0,59
1
0 118/164
10:00
6,00
6,5
4,55
30,00%
128/158
11:30
7,50
6,6
4,4
33,33%
120/150
13:00
9,00
6,6
3,8
42,42%
14:00
10,00
6,4
5,75
10,16%
15:00
11,00
5,8
5,7
1,72%
16:20
12,33
7,1
7,1
0,00%
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
Conductividad
311/379
314/369
300/327
81
GRAFICA F3-10
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
% de Remocion
80%
60%
40%
20%
0%
-20% 0
5
10
15
-40%
Horas de operacion
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
100%
20
25
Remocion de Fluoruros - Tiempo para Q= 0,40 l/min
Remocion de Fluoruros-Tiempo para Q= 0,50 l/min
Continuacion para Q= 0,5 l/min
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
Retrolavado con Hidroxido de
mg/l
GRAFICA F3-11
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
25,00
Horas de operacion
Fluoruros en Entrada
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDO
Espesor del Medio: 10 cm
3
2
Tasa de filtracion : 10.67 m /m -dia
Nota:
El retrolavado se realizo no porque el medio se colmatara, sino por la perdida de capacidad de remocion de
fluoruros, para la regeneracion se uso una solucion de hidroxido de sodio a una concentracion de 1.5 g/litro, esto
logro la regeneracion del medio filtrante (hueso molido) en un 100%, ya que despues de haber retrolavado se
optubo una remocion promedio de 87%, valor tipico al inicio del proceso de filtrado con el medio nuevo.
Se observa que cuando la concentracion en los fluoruros del agua entrante al filtro baja drasticamente se produce
un efecto inveso es decir el medio filtrante desprende fluoruros que son transferidos al agua, lo que indica que en
el intercambio ionico se produce un enlace quimico muy debil en el medio de intercambio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
82
Unidades de Color
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
GRAFICA F3-12
Color vrs Tiempo
25,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Color en entrada
Color en Salida
12
10
UNT
8
6
4
2
0
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Turbiedad en Entrada
Turbiedad en Salida
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
GRAFICA F3-13
Turbiedad vrs Tiempo
25,00
GRAFICA F3-14
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
% de Remocion
100%
Area del Filtro = 0.06605 m 2
80%
60%
40%
20%
0%
-20% 0
-40%
2
4
6
8
10
12
Volumen Equivalente m 3/m 2
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
83
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA F3-5
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
Medio de Intercambio:
Espesor del Medio de Intercambio:
Tasa de Filtracion inicial:
Fecha
12-may-03
Hora
12:30
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
Operació
n
Continua
0,00
1,25
2,25
3,25
4,25
8,75
Temperatura
°C
Entrada
Salida
FILTRO (SIN CARGA HIDRAULICA)
Hueso desgrasado Molido
20
cm
3
2
15
m /m -dia
(
pH
Entrada
Fluoruros
Salida
Entrada
6,6
6,6
6,6
6,6
6,55
Salida
0,5
Medio
20
l/min)
Turbiedad
%
Remocion
1
2,9
2,8
2,8
2,9
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
84,85%
56,06%
57,58%
57,58%
55,73%
Entrada
0,38
0,403
0,277
0,248
0,27
Salida
9,87
2,18
2,36
2
0,99
Arena
30
Grava
25
cm
Otros Parametros
Color
Alcalinidad
Conductividad
Entrada
Salida
2
1
2
1
1
20
12
13 110/154
12 114/168
6
311/379
314/369
300/327
84
GRAFICA F3-16
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
GRAFICA F3-15
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
7
90%
6
80%
70%
% de Remocion
mg/l
5
4
3
2
60%
50%
40%
30%
20%
1
10%
0
0%
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
0,00
2,00
Fluoruros en Entrada
4,00
6,00
8,00
10,00
Horas de operacion
Horas de operacion
Fluoruros en Salida
Remocion de Fluoruros - Tiempo para Q= 0,70 l/min
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDO
Espesor del Medio: 20 cm
3
2
T a s a d e f i l t r a c i o n : 1 0 . 6 7 m /m -dia
Nota:
Se observa una tendencia a mantenerse constante la remosion de los fluoruros, al compararla con los otras
analisis hechos se observo que la remocion es mas permanente en el tiempo ubicandose en un valor promedio
de 61,99%. Los datos incluidos aquí reflejan una mejor capacidad de remision del filtro si se elimina la carga
hidraulica sobre el lecho de intercambio, tal parece que cuando dicha carga esta presente existe una
transferencia de iones fluor desde la superficie a la masa de agua que ya atraveso el medio de intercambio.
Se aprecia tambien una mayor tasa de filtracion, lo que reduce el tamaño del filtro.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
85
Retrolavado con Hidroxido de
GRAFICA F3-17
Color vrs Tiempo
25
Unidades de Color
20
15
10
5
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Color en entrada
Color en Salida
Retrolavado con Hidroxido de
GRAFICA F3-18
Turbiedad vrs Tiempo
12
10
UNT
8
6
4
2
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Turbiedad en Entrada
Turbiedad en Salida
GRAFICA F3-19
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
90%
2
Area del Filtro = 0.06605 m
80%
70%
% de Remocion
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3
3,5
4
4,5
2
Volumen Equivalente m/m
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
86
8,3.. Resultados del Modelo Experimental ·# 2
FILTROS CASEROS
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
87
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA FC1-1
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
FILTRO CASERO 1
Medio de Intercambio:
Hueso desgrasado Molido
Espesor del Medio de Intercambio: 5
cm
3
2
Tasa de Filtracion inicial:
0,55
m /m -dia
(
Fecha
29-abr-03
Hora
11:00
12:00
13:00
14:00
14:30
16:20
17:00
Operación
Continua
0,00
1,00
2,00
3,00
3,50
5,33
6,00
Temperatura
°C
Entrada
Salida
pH
Entrada
6,752
6,752
6,735
6,662
6,62
6,62
6,64
0,03
Fluoruros
Salida
Entrada
7,587
7,767
7,62
7,58
7,59
7,53
7,96
6,4
5,5
6,55
6
6,5
6,05
6,05
Promedio
Salida
2,8
2,6
4,25
4,2
4,5
4,8
4,9
Medio
5
l/min)
Turbiedad
%
Entrada
Remocion
56,25%
0,441
52,73%
0,38
35,11%
0,403
30,00%
0,277
30,77%
0,248
20,66%
0,27
19,01%
0,258
Salida
10,2
9,87
8,9
9
9
9,9
10,06
Arena
30
Grava
25
cm
Otros Parametros
Color
Alcalinidad Conductividad
Entrada Salida
4
2
1
2
1
1
1
40
40
12
13
12
6
8
35,08%
30-abr-03 Se inicio filtrado con superficie sin carga hidraulica, se observo que en el otro filtro hubo un incremento de la remosion al quedarse la superficie sin carga hidraulica
9:00
0,00
9:30
0,50
6,3
2,9
53,97%
10:30
1,50
6,35
1,7
73,23%
11:30
2,50
6,25
1,65
73,60%
12:30
3,50
6,15
1,05
82,93%
13:00
4,00
6,25
1,3
79,20%
16:00
7,00
6,25
1,05
83,20%
09-may-03 Se inicio Filtrado a las 9:00 am, aun no se ha regenerado el medio de intercambio
11:00
2,00
6,25
0,55
91,20%
14:00
5,00
6,25
0,7
88,80%
12-may-03 Se inicio Filtrado a las 12:30 , aun no se ha regenerado el medio filtrante, se observa presencia de moho,(hongos) en la superficie del lecho)
13:00
0,50
6,75
1
85,19%
14:00
1,50
6,75
0,65
90,37%
15:00
2,50
6,75
1,05
84,44%
Promedio
80,56%
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
88
GRAFICA FC1-1
FILTRO CASERO 1
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
% de Remocion
100%
80%
60%
40%
20%
0%
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
Horas de operacion
Remocion de Fluoruros - Tiempo con carga Hidraulica
Remocion de Fluoruros-Tiempo Sin Carga Hidraulica
GRAFICA FC1-2
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
Filtro Con Carga Hidraulica
7
GRAFICA FC1-3
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
Filtro Sin Carga Hidraulica
6
mg/l
mg/l
5
4
3
2
1
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
7,00
4,00
6,00
8,00
Horas de operacion
Horas de operacion
Fluoruros en Entrada
2,00
Fluoruros en Entrada
Fluoruros en Salida
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : HUESO DESGRASADO MOLIDO
Espesor del Medio: 5 cm
3
2
T a s a d e f i l t r a c i o n : 0 . 6 7 m /m -dia
Nota:
Se observo una mejoria en la remosion de fluoruros cuando se trabbajo con superficie sin carga hidraulica, permitiendo que el agua
percolara por el medio de intercambio, de un valor promedio de 35,08% subio a un valor promedio de 80,56.
Despues de siete dias el medio de intercambio seguia reteniendo fluoruros sin necesidad de ser regenerado.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
89
GRAFICA FC1-5
Turbiedad vrs Tiempo
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0,00
12
10
8
UNT
Unidades de Color
GRAFICA FC1-4
Color vrs Tiempo
6
4
2
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
0
0,00
Color en entrada
2,00
3,00
Turbiedad en Entrada
Color en Salida
GRAFICA FC1-6
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
60%
1,00
4,00
5,00
7,00
Turbiedad en Salida
GRAFICA FC1-7
Remocion de Fluoruros
50%
80,56%
Area del Filtro = 0,03142 m
40%
2
% de Remocion
% de Remocion
6,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Horas de operación
Carrera del Filtro
30%
20%
10%
0%
0
50
100
150
200
Volumen Equivalente Lts/m
250
300
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
2
35,08%
Con Carga Hidraulica
Sin Carga Hidraulica
Tipo de Filtrado
Remocion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
90
UNIVERSIDAD SAN CARLOS
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA REGIONAL DE INGENIERIA SANITARIA
Estudio Especial
"Aplicación de Medios Filtrantes para reducir Fluoruros en agua de Consumo"
TABLA FC2-1
Resultados de Laboratorio
Analisis de Reduccion de Fluoruros
FILTRO CASERO 2
Medio de Intercambio:
Carbon de Hueso
5
cm
3
2
0,55
m /m -dia
Espesor del Medio de Intercambio:
Tasa de Filtracion inicial:
Fecha
29-abr-03
Hora
11:00
12:00
13:00
14:00
14:30
16:20
Operación
Continua
0,00
1,00
2,00
3,00
3,50
5,33
Temperatura
°C
Entrada
Salida
pH
Entrada
(
0,03
Fluoruros
Salida
Entrada
5,5
5,5
6,55
6
6,5
6,05
Promedio
Salida
% Remocion
0,375
93,18%
0,375
93,18%
1,875
71,37%
1,875
68,75%
2,5
61,54%
1,125
81,40%
Medio
6
l/min)
Turbiedad
Entrada
Salida
0,441
10,2
0,38
9,87
0,403
8,9
0,277
9
0,248
9
0,27
9,9
Arena
30
Grava
25
cm
Otros Parametros
Color
Alcalinidad
Entrada
Salida
4
200
2
350
1
300
2
250
1
275
1
306
Conductividad
74,90%
30-abr-03 Se inicio filtrado con superficie sin carga hidraulica, se observo que en el otro filtro hubo un incremento de la remosion al quedarse la superficie sin carga hidraulica
9:00
0,00
9:30
0,50
6,3
6,75
6,3
0,75
88,10%
10:30
1,50
6,35
0,625
90,16%
11:30
2,50
6,27
6,81
6,25
0,625
90,00%
12:30
3,50
6,15
0,375
93,90%
13:00
4,00
6,25
2
68,00%
16:00
7,00
6,25
1,75
72,00%
09-may-03 Se inicio Filtrado a las 9:00 am, aun no se ha regenerado el medio de intercambio
11:00
2,00
6,25
0,65
89,60%
14:00
5,00
6,25
0,9
85,60%
12-may-03 Se inicio Filtrado a las 12:30 , aun no se ha regenerado el medio filtrante, se observa presencia de moho,(hongos) en la superficie del lecho)
13:00
0,50
6,75
0,5
92,59%
14:00
1,50
6,75
0,3
95,56%
15:00
2,50
6,75
0,8
88,15%
Promedio
86,68%
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
91
GRAFICA FC2-1
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
% de Remocion
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
Horas de operacion
Remocion de Fluoruros - Tiempo con carga Hidraulica
GRAFICA FC2-2
GRAFICA FC2-3
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
Filtro Con Carga Hidraulica
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
Filtro Sin Carga Hidraulica
7
7
6
6
5
5
4
4
mg/l
mg/l
Remocion de Fluoruros-Tiempo Sin Carga Hidraulica
3
3
2
2
1
1
0
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
0
0,00
Horas de operacion
Fluoruros en Entrada
2,00
4,00
6,00
8,00
Horas de operacion
Fluoruros en Salida
Fluoruros en Entrada
Fluoruros en Salida
Medio Filtrante : Carbon de Hueso
Espesor del Medio: 5 cm
3
2
T a s a d e f i l t r a c i o n : 0 . 6 7 m /m -dia
Nota:
Se observo una mejoria en la remocion de fluoruros cuando se trabbajo con superficie sin carga hidraulica, permitiendo que el
agua percolara por el medio de intercambio, de un valor promedio de 74,90% subio a un valor promedio de 86,69%.
Despues de siete dias el medio de intercambio seguia reteniendo fluoruros sin necesidad de ser regenerado.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
92
G R A F I C A F C 2 - 5
F I L T R O C A S E R O 2
Turbiedad vrs Tiempo
G R A F I C A F C 2 - 4
F I L T R O C A S E R O 2
Color vrs Tiempo
1 0 0
100
1 0
UNT
Unidades de Color
1000
1 0
1
1
0,1
0,00
0,1
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
0
6,00
Horas de operación
Carrera del Filtro
Color en entrada
1
2
3
4
5
6
Horas de operación
Carrera del Filtro
Turbiedad en Entrada
Color en Salida
Turbiedad en Salida
GRAFICA FC2-7
Remocion de Fluoruros En filtro Casero 2
G R A F I C A F C 2 - 6
F I L T R O C A S E R O 2
Remocion de Fluoruros vrs Volumen
86,68%
1 0 0 %
8 8 %
9 0 %
Area del Filtro = 0,03142 m
2
8 6 %
8 4 %
% de Remocion
% de Remocion
8 0 %
7 0 %
6 0 %
5 0 %
4 0 %
3 0 %
8 2 %
8 0 %
74,90%
7 8 %
7 6 %
7 4 %
7 2 %
2 0 %
7 0 %
1 0 %
6 8 %
Con Carga Hidraulica
0 %
0
5 0
1 0 0
150
2 0 0
Volumen Equivalente Lts/m
250
3 0 0
Sin Carga Hidraulica
Tipo de Filtrado
2
Remosion de Fluoruros - volumen Equivalente
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
93
9.- DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
9.1.- DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN COLUMNAS DE
FILTRACIÓN RAPIDA
Del estudio de la información suministrada en el capitulo anterior, fruto del
proceso de investigación, se puede establecer la siguiente discusión de resultados:
9.1.1.- Columna de Filtración #1 (Carbón de Hueso)
Con las columnas de filtración rápida que se han construido para este proceso
de investigación es posible trabajar con tasas desde 10 m3/m2-día hasta 350
m3/m2-día a diferentes cargas sobre el lecho filtrante, con una turbiedad
menor a las 10 UNT, para turbiedades mayores estas tasas de filtración se ven
afectadas ya que el filtro se colmata muy rápido.
Este filtro es capaz de reducir la turbiedad en un 99,5% respecto de su valor
inicial cuando esta es muy alta, pero la carrera del filtro es muy reducida, en
los ensayos practicados se pudo reducir la turbiedad de un valor de 200 UNT a
un valor menor de 1 UNT, cuando el agua es muy clara (turbiedad < 1,5 UNT)
se da un efecto inverso ya que la turbiedad se ve incrementada a un valor
promedio de 2 UNT esto debido a las algas que se desarrollaron en el fondo
del filtro y en el estrato de grava poe estar expuesta al sol.
Con respecto a las perdidas de carga registradas en el filtro se observa que a
10 m3/m2 -día la pérdida máxima registrada fue de 3,6 cm, es decir 6,21
cm/m, la perdida de carga mínima registrada fue de 1,5 cm ( 2,58 cm/m), al
aumentar la tasa de filtración de 10 a 20 m3/m2-día se ve un incremento del
300 % en el valor de la perdida de carga, observándose un crecimiento de la
misma en un periodo de ocho (8) horas de funcionamiento.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
94
En el proceso de retrolavado fue necesario una tasa de 36 m3/m2-día (0,24
m/min.) para lograr una expansión del 15%, a pesar del calculo
granulométrico para lograr que esta fuese uniforme, esto no fue posible ya que
se produjo un chorro entre los estratos que produjo ruptura del medio y la
mezcla del mismo con la arena perdiéndose capacidad de intercambio, razón
por la que las pruebas siguientes no reportaron el mismo resultado de la
primera serie de ocho horas de operación, debido a esto se tuvo que
reacomodar el lecho filtrante colocando un dispositivo que permitiera sacar el
carbón de hueso en el momento de retrolavar el filtro para evitar la perdida del
medio.
En cuanto a la remoción de fluoruros se obtuvo un valor promedio de 49,81%
respecto de la concentración inicial con 3,00 cm de capa de medio de
intercambio a una tasa de 10,67 m3/m2-día, al aumentar la capa a 10,00 cm
se observo una remoción de 62,10 %, respecto a la concentración en el
afluente, a la misma tasa de filtración. Se observo también que la capacidad de
remoción declinaba en un periodo menor a las 8 horas de carrera del filtro, a
las 4 horas dicha capacidad había bajado en un 60 %.
De observaciones realizadas en el modelo experimental #2 se cambio el
proceso de filtración eliminando la carga hidráulica sobre el medio de
intercambio, se pudo apreciar una mejoría en la remoción de fluoruros al dejar
percolar el agua sobre el medio de intercambio, aumentando de un valor
promedio del 55,96% a un valor de 75,27%25 en las primeras horas de
percolación y permaneciendo constante después en 80%, se observo también
una mayor constancia de la tasa de remoción ya que por un periodo de tres
días esta permaneció en un valor promedio de 80,26%.
25
Todas las remociones están referenciadas al valor de la concentración en la entrada del filtro,
%remoción = 100 * (concentración inicial – concentración Final)/concentración inicial
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
95
En el proceso de remoción de fluoruros filtrando en carbón de hueso se
observo un incremento apreciable del color en el agua, tornándose esta en un
color amarillo intenso, situación que la excluye como agua apta para consumo
humano, junto con la presencia de color se observo olor y sabor, esto
posiblemente debido a la presencia de materia orgánica (tejidos y grasa) en el
momento de carbonización, el carbón de esta materia orgánica son los
posibles causantes de color ya que no se eliminaron en forma apropiada antes
de carbonizar el hueso.
Al pasar el agua por el medio filtrante se observa un incremento en la
alcalinidad debida a los carbonatos relacionada con la remoción de fluoruros,
ya que al haber remoción existe un incremento de la alcalinidad por
carbonatos los que no están presentes en el agua cruda, al reducir la remoción
esta alcalinidad también desaparece, esta alcalinidad vario de un valor
promedio de 114 a un valor de 140 mg/l de CaCO3 .
El pH se ve afectado también, de un valor promedio de 6,83 unidades a un
valor de 7,86 unidades, el agua se vuelve mas
básica. Al hacer la
regeneración del medio filtrante con hidróxido de sodio se vio no solo un
incremento del color debido al carbón de la materia orgánica que reacciono
con el hidróxido de sodio sino también un incremento en el pH del agua en la
salida del filtro, llegando a valores superiores a 8,50 unidades, teniéndose que
descartar la primera hora de filtración a una tasa muy alta para limpiar
adecuadamente el medio filtrante, normalizándose después el pH a los valores
típicos encontrados al inicio del proceso.
En el análisis bacteriológico se observo una contaminación alta de Coliformes
tanto totales como fecales a la salida del filtro, situación no presente en el
agua cruda, al investigar la causa de tal contaminación en el medio filtrante
siendo que este no estaba en contacto con aguas residuales ni ninguna
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
96
contaminación de ese tipo y que se había adquirido arena lavada, se investigo
la procedencia de la arena que se había utilizado y se comprobó que el
deposito de materiales donde esta fue comprada la adquiere en las orillas del
rió Villalobos que conduce las aguas residuales de ciudad de Guatemala, y la
lavan con las mismas aguas del rió. Por lo que se produjo la contaminación
del agua. Otro de los factores que afectaron la presencia de Coliformes fue la
presencia de algas en el fondo del filtro, por lo que se cubrió con plástico
negro para reducir el proceso de fotosíntesis, dando buenos resultados en la
reducción de algas. (ver cuadro de análisis en el anexos D)
Del análisis físico-químico en los anexos se observa que el resto de los
parámetros no sufren modificaciones apreciables si se comparan con el
análisis del agua cruda.
9.1.2.- Columna de Filtración #2 (Arena Pómez)
El propósito de usar Arena pómez en este estudio se debió a una referencia
que se hace a estas como posibles medios de intercambio iónico en una de las
bibliografías consultadas. 26
En la revisión del análisis Carga -Tasa de filtración se ve que es posible
trabajar con tasas desde 10 m3 /m2-día hasta 300 m3 /m2 -día a diferentes cargas
sobre el lecho filtrante, con una turbiedad también menor a las 10 UNT, para
turbiedades mayores estas tasas de filtración se ven afectadas severamente ya
que el filtro se colmata muy rápido y la carrera de filtración se reduce a menos
de 6 horas.
Este filtro es capaz de reducir la turbiedad en un 99,5% cuando esta es muy
alta, pero la carrera del filtro es muy reducida, en los ensayos practicados se
26
Ortiz Castillo, Edgar Roberto, Fluorosis dental en los Amates, Izaba, Facultad de Odontología,
USAC
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
97
pudo reducir la turbiedad de un valor de 200 UNT a un valor menor de 1
UNT, cuando el agua es muy clara (turbiedad < 1,5 UNT) se da un efecto
inverso ya que la turbiedad se ve incrementada a un valor promedio de 2 UNT
esto debido a las algas que se desarrollaron en el fondo del filtro y en el
estrato de grava.
Foto 9.1 Comparación agua filtrada y agua Entrante al filtro 2
Con respecto a las perdidas de carga registradas en el filtro se observa que a
10 m3/m2 -día la perdida máxima registrada fue de 3,2 cm, es decir 4,92
cm/m, la perdida de carga mínima registrada fue de 1,5 cm ( 2,58 cm/m), al
aumentar la tasa de filtración de 10 a 20 m3/m2-día se ve un incremento del
200 % en el valor de la perdida de carga, observándose un crecimiento no
muy significativo de la misma en un periodo de ocho (6) horas de
funcionamiento, durante ese tiempo la perdida de carga permaneció casi
constante.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
98
En el proceso de retrolavado fue necesario una tasa de 36 m3/m2-día (0,24
m/min.) para lograr una expansión del 18%, a pesar del calculo
granulométrico para lograr que esta expansión fuese uniforme, esto no fue
posible ya que se produjo un chorro entre los estratos que produjo ruptura del
medio y la mezcla del mismo con la arena perdiéndose un 70 % del medio y
reduciéndose la capacidad de intercambio, razón por la que las pruebas
siguientes no reportaron el mismo resultado de la primera serie de ocho horas
de operación, debido a esto se tuvo que reacomodar el lecho filtrante.
En cuanto a la remoción de fluoruros se obtuvo un valor promedio de
59,32%27 con 10,00 cm de capa de medio de intercambio a una tasa de 10,67
m3/m2-día durante las primeras cuatro (4) horas de filtración, al hacer el
retrolavado el promedio de remoción de las primeras cuatro horas después de
este proceso fue de 43,32%, al aumentar la capa a 20,00 cm se observo una
remoción de 37,23 % a la misma tasa de filtración, esta baja remoción se
debió a que durante el proceso de retrolavado se perdió parte del medio de
intercambio y se produjo una ruptura de los estratos. Se observo también que
la capacidad de remoción declinaba en un periodo menor a las 4 horas de
carrera del filtro, a las 4 horas dicha capacidad había bajado en un 70 %, esta
baja remoción también se debió al tamaño del grano usado en la segunda capa
que se coloco, este lecho estaba constituido por partículas mas gruesas a
diferencia del primero que contenía partículas entre los tamices #12 y #50 este
estaba formado por partículas del tamiz ¼ al ·12 de donde se puede observar
que entre mas pequeño es el grano de las partículas del medio de intercambio
mayor será la capacidad de intercambio.
De observaciones realizadas en el modelo experimental #2 se cambio el
proceso de filtración eliminando la carga hidráulica sobre el medio de
27
Todos los porcentajes de remoción están referenciados a la concentración en la entrada al filtro.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
99
intercambio, se pudo apreciar una mejoría en la carrera remoción de fluoruros
al dejar percolar el agua sobre el medio de intercambio, aumentando de un
tiempo promedio de 4 horas a mas de tres días con la misma tasa de remoción,
a pesar de que dicha tasa era baja ( 26%) la permanencia de la misma por mas
tiempo abre la oportunidad para experimentar con granos mas finos
percolando el agua y observando su comportamiento. Se observo tamb ién que
al bajar súbitamente el contenido de fluoruros en el agua entrando al filtro se
producía una liberación de los fluoruros retenidos en el medio de intercambio
al agua, aumentando la concentración de fluoruros en el efluente con respecto
a la entrante.
En el proceso de remoción de fluoruros filtrando en Arena Pómez se observo
una mejor calidad de agua que en los otros dos filtros, solamente que su
remoción era mucho menor, el incremento del color en el agua es leve
manteniéndose por debajo del valor limite establecido por la norma. Al pasar
el agua por el medio filtrante se observa un incremento en la alcalinidad
debida a los carbonatos relacionada con la remoción de fluoruros, ya que al
haber remoción existe un incremento de la alcalinidad por carbo natos los que
no están presentes en el agua cruda, al reducir la remoción esta alcalinidad
también desaparece, al igual que en los otros filtros esta alcalinidad vario de
un valor promedio de 124 a un valor de 146 mg/l de CaCO3
El pH se ve afectado también, de un valor promedio de 6,83 unidades a un
valor de 7,86 unidades, el agua se vuelve mas básica. Al hacer la regeneración
del medio filtrante con hidróxido de sodio se vio un incremento en el pH del
agua en la salida del filtro, llegando a valores superiores a 8,50 unidades
(10,56 unidades como valor máximo), teniéndose que descartar la primera
hora de filtración a una tasa muy alta para limpiar adecuadamente el medio
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
100
filtrante, normalizándose después el pH a los valores típicos encontrados al
inicio del proceso de filtración.
En el análisis bacteriológico se observo una contaminación alta de Coliformes
tanto totales como fecales a la salida del filtro, situación no presente en el
agua cruda, al igual que en los otros filtros se investigo la causa de tal
contaminación en el medio filtrante siendo que este no estaba en contacto con
aguas residuales ni ninguna contaminación de ese tipo y que se había
adquirido arena lavada como lecho de soporte, se investigo la procedencia de
la arena que se había utilizado y se comprobó que el deposito de materiales
donde esta fue comprada la adquiere en las orillas del rió Villalobos que
conduce las aguas residuales de ciudad de Guatemala, y la lavan con las
mismas aguas del rió. Por lo que se produjo la contaminación del agua. Otro
de los factores que afectaron la presencia de Coliformes fue la presencia de
algas en el fondo del filtro, por lo que se cubrió con plástico negro para
reducir el proceso de fotosíntesis, lo que dio buenos resultados en la reducción
de algas. (ve r cuadro de análisis en los anexos)
Del análisis físico-químico en los anexos se observa que el resto de los
parámetros no sufren modificaciones apreciables si se comparan con el
análisis del agua cruda.
9.1.2.- Columna de Filtración #3 (Hueso Desgrasado Molido)
En la revisión del análisis Carga -Tasa de filtración se ve que es posible
trabajar con tasas desde 10 m3 /m2-día hasta 280 m3 /m2 -día a diferentes cargas
sobre el lecho filtrante que van desde 25 cm hasta 105 cm, con una turbiedad
también menor a las 10 UNT, para turbiedades mayores estas tasas de
filtración se ven afectadas severamente ya que el filtro se colmata muy rápido
y la carrera de filtración se reduce a menos de 5 horas.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
101
Este filtro es capaz de reducir la turbiedad en un 99,2% cuando la turbiedad es
muy alta, pero la carrera del filtro es muy reducida, en los ensayos practicados
se pudo reducir la turbiedad de un valor de 210 UNT a un valor menor de 1,50
UNT, cuando el agua es muy clara (turbiedad < 1,5 UNT) se da un efecto
inverso ya que la turbiedad se ve incrementada a un valor promedio de 4 UNT
esto debido a las algas que se desarrollaron en el fondo del filtro y en el
estrato de grava que sirve como lecho de soporte.
Foto 9.2 Comparación agua filtrada y agua Entrante al filtro 3
Con respecto a las pérdidas de carga registradas en el filtro se observa que a
10 m3/m2 -día la perdida máxima registrada fue de 3,1 cm, es decir 5,64
cm/m, la perdida de carga mínima registrada fue de 1,5 cm ( 2,58 cm/m), al
aumentar la tasa de filtración de 10 a 20 m3/m2-día se ve un incremento del
200 % en el valor de la perdida de carga, observándose un crecimiento no
muy significativo de la misma en un periodo de ocho (6) horas de
funcionamiento, durante ese tiempo la perdida de carga permaneció casi
constante en un valor de 2,10 cm.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
102
En el proceso de retrolavado fue necesario una tasa de 36 m3/m2-día (0,24
m/min.) para lograr una expansión del 15%, a pesar del calculo
granulométrico para lograr que esta expansión fuese uniforme, esto no fue
posible ya que se produjo un chorro entre los estratos que produjo ruptura del
medio y la mezcla del mismo con la arena perdiéndose un 50 % del medio y
reduciéndose la capacidad de intercambio, razón por la que las pruebas
siguientes no reportaron el mismo resultado de la primera serie de ocho horas
de operación, debido a esto se tuvo que reacomodar el lecho filtrante.
En cuanto a la remoción de fluoruros se obtuvo un valor promedio de 70,24%
con 5,00 cm de capa de medio de intercambio a una tasa de 10,67 m3/m2 -día
durante las primeras cuatro (6) horas de filtración, a las cinco horas de filtrado
se observo una caída súbita de la tasa de remoción de un valor de 81,70% a un
valor de 46,40%, al hacer el retrolavado el promedio de remoción de las
primeras cuatro horas después de este proceso fue de 65,74%, observándose al
igual que en la primera serie de ocho horas una caída súbita de la remoción a
la quinta hora.
Al aumentar la capa a 10,00 cm se observo una remoción de 63,89 % a la
misma tasa de filtración, esta baja remoción se debió a que durante el proceso
de retrolavado se perdió parte del medio de intercambio y se produjo una
ruptura de los estratos. Se observo también que la capacidad de remoción
declinaba en un periodo menor a las 5 horas de carrera del filtro, a las 4 ho ras
dicha capacidad había bajado en un 46 %, esta baja remoción también se
debió al tamaño del grano usado en la segunda capa que se coloco, este lecho
estaba constituido por partículas mucho mas gruesas a diferencia del primero
que contenía partículas entre los tamices #12 y #50 este estaba formado por
partículas del tamiz ¼ al #12 de donde se puede observar que entre mas
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
103
pequeño es el grano de las partículas del medio mayor será la capacidad de
intercambio iónico.
De observaciones realizadas en el modelo experimental #2 se cambio el
proceso de filtración eliminando la carga hidráulica sobre el medio de
intercambio, se pudo apreciar una mejoría en la carrera remoción de fluoruros
al dejar percolar el agua sobre el medio de intercambio, aumentando de un
tiempo promedio de 4 horas a mas de tres días con la misma tasa de remoción,
dicha mejoría también se vio reflejada en la capacidad de remoción ya que
esta se mantuvo por mas tiempo en un valor promedio de 62,36%, sin
necesidad de regenerar el medio en un periodo superior a tres días, es posible
que en las condiciones anteriores de filtración el medio no se ionizara sino que
hubiese una transferencia de iones entre la capa de agua sobre el medio
filtrante y la capa de agua que ya había atravesado el medio de intercambio
dando valores altos de concentración de fluoruros, bajo la segunda modalidad,
es decir sin carga hidráulica, no se da la oportunidad de ninguna transferencia
entre el agua entrante y el agua que ya paso del medio de intercambio, por lo
que la remoción es mas permanente.
Al igual que con el Filtro #2 se observo también que al bajar súbitamente el
contenido de fluoruros en el agua entrando al filtro se producía una liberación
de los fluoruros retenidos en el medio de intercambio al agua, aumentando la
concentración de fluoruros en el efluente con respecto a la entrante.
En el proceso de remoción de fluoruros filtrando en Hueso Desgrasado
Molido se observo un persistente incremento del color en el agua ( de 1 unid.
a 10 unid) valor que es menor al limite máximo permitido por la norma
COGUANOR 29001 y por la norma de Calidad de Agua de la Republica de
Honduras. Al pasar el agua por el medio filtrante se observa también un
incremento en la alcalinidad debida a los carbonatos relacionada con la
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
104
remoción de fluoruros, ya que al haber remoción existe un incremento de la
alcalinidad por carbonatos los que no están presentes en el agua cruda, al
reducir la remoción esta alcalinidad también desaparece, al igual que en los
otros filtros esta alcalinidad vario de un valor promedio de 122 a un valor de
160 mg/l de CaCO3 .
El pH se ve afectado también, de un valor promedio de 6,83 unidades a un
valor de 8,40 unidades, el agua se vuelve mas básica esto debido a la
regeneración del medio con hidróxido de sodio. Al ha cer la regeneración del
medio filtrante con hidróxido de sodio se vio un incremento en el pH del agua
en la salida del filtro, llegando a valores superiores a 8,50 unidades (9,66
unidades como valor máximo), teniéndose que descartar la primera hora de
filtración a una tasa muy alta para limpiar adecuadamente el medio filtrante,
normalizándose después el pH a los valores típicos encontrados al inicio del
proceso de filtración.
En el análisis bacteriológico se observo una contaminación alta de Coliformes
tanto totales como fecales a la salida del filtro, situación no presente en el
agua cruda, al igual que en los otros filtros se investigo la causa de tal
contaminación en el medio filtrante siendo que este no estaba en contacto con
aguas residuales ni ninguna contaminación de ese tipo y que se había
adquirido arena lavada como lecho de soporte, se investigo la procedencia de
la arena que se había utilizado y se comprobó que el deposito de materiales
donde esta fue comprada la adquiere en las orillas del rió Villalobos que
conduce las aguas residuales de ciudad de Guatemala, y la lavan con las
mismas aguas del rió. Por lo que se produjo la contaminación del agua. Otro
de los factores que afectaron la presencia de Coliformes fue la presencia de
algas en el fondo del filtro, por lo que se cubrió con plástico negro para
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
105
reducir el proceso de fotosíntesis, dando buenos resultados en la reducción de
algas. (ver cuadro de análisis en los anexos).
Una característica de este medio de intercambio es un leve olor a materia
orgánica en el agua del efluente, aunque muy leve se logra percibir. Al
mantener el filtro inactivo por periodos superiores a dos días se observo olor
desagradable en el agua como a materia orgánica en descomposición por lo
que fue necesario hacer pasar una solución de cloro (3 a 4 mg/l) para
desinfectar el lecho filtrante, lográndose reducir significativamente el olor,
siendo necesaria una pre-cloración del agua para evitar este efecto en el agua.
Del análisis físico-químico en los anexos se observa que el resto de los
parámetros no sufren modificaciones apreciables si se comparan con el
análisis del agua cruda.
9.2.- DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS EN LOS FILTROS CASEROS
(FILTRACIÓN LENTA)
En los resultados obtenidos del segundo modelo de Investigación(filtros lentos
caseros) se observa una muy importante mejoría en la tasa de remoción de fluoruros,
manteniéndose en ambos filtros en valores superiores al 80% por periodos mayores
de tiempo sin necesidad de regeneración.
Se observo un incremento en el color de l agua en la salida del filtro casero #2
(carbón de hueso), esto tal y como se explico en el caso de los filtros columna se debe
posiblemente a la presencia de tejidos y sangre presente en el momento de
carbonización del hueso.
Se observa también una mejor remoción cuando estos filtros se trabajan a
superficie libre, no se encontraron variaciones significativas en la mayoría de los
parámetros físico-químicos.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
106
Se observó que el agua entrante caía únicamente sobre un sector del filtro y a
pesar de ello la capacidad de remoción fue alta, lográndose un valor superior al 80%
en la mayoría de los casos con tasas de filtración de 0,50 m3/día, (únicamente agua
para el consumo).
En lo que respecta a la calidad bacteriológica del agua en la salida del filtro se
observo una alta contaminación de Coliformes fecales y totales producto de la
procedencia de la arena, por lo que fue necesario desinfectarla haciendo pasar una
solución de cloro.
Se observa que cuando el filtro # 1 con hueso molido pasa mas de 48 horas
inactivo desarrolla mayor color y olor en el agua, debido a la actividad que biológica
que sufre por el agua atrapada entre los poros del medio, por lo que debe ponerse al
sol si se dejara inactivo para que el agua se evapore y el medio se seque, es
recomendable que dos veces por semana el medio se seque completamente al sol para
mejorar la calidad en el funcionamiento del filtro.
Cuando no se distribuye adecuadamente el agua en la superficie del medio
filtrante un sector del filtro desarrolla hongos (de tipo blanquecino y Belloso) que
tienden a cubrir toda la superficie, por lo que es conveniente pre-clorar el agua para
evitar esta situación.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
107
10.- ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS DATOS
En el análisis de los datos obtenidos en las practicas de laboratorio se ha podido
establecer el siguiente cuadro estadístico de datos.
Filtro # 1
Carbon de Hueso
Filtro # 2
Arena Pomez
Filtro # 3
Hueso Molido
Maxima tasa de Filtracion (m3/m2-día)
354,94
354
283
Minima Tasa de Filtracion (m3/m2-día)
30,23
30
27
Maxima perdida de Carga (cm)
15,6
3,2
3,1
Minima Perdida de Carga (cm)
1,5
1,5
1,1
Maxima Remoción
88%
87,26%
94,12%
Minima Remoción
1,52%
0,75%
1,72%
Remoción Promedio en un periodo de 8 horas
62,10%
43,32%
63,89%
Remoción Promedio como percolador
75,27%
26%
62,36%
Variacion del pH
10,20%
29,87%
26,87%
Variacion de Color
199 U.C.
4 U.C.
9 U.C.
8,57
10,56
9,66
23:25 Horas
23:25 Horas
23:25 Horas
Color-olor-sabor
Baja remoción
olor
Concepto
Maximo pH registrado despues de Retrolavar
Tiempo maximo de Filtracion Continua registrado
Inconvenientes
Un análisis mas detallado de los resultados obtenidos ha permitido establecer
algunas correlaciones que pueden ser útiles para evaluar el comportamiento de los
filtros modelo propuestos para remoción de fluoruros, a continuación se presentan
algunas de ellas:
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
108
FILTRO # 1 GRAFICA 10-1
Remocion de Fluoruros vrs Tiempo
% de Remocion
100%
2
y = -0,0076x - 0,0276x + 0,77
80%
2
R = 0,9449
60%
40%
20%
0%
-20%
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
Horas de Operacion
Remocion de Fluoruros - Tiempo
Polinómica (Remosion de Fluoruros - Tiempo)
La Grafica 10-1 muestra la tendencia de variación de la remoción de fluoruros
en el tiempo en un proceso de filtración con carga de agua sobre el lecho de
intercambio, la ecuación predice la remoción de fluoruros a lo largo de la carrera de
filtración del filtro # 1 con carbón de Hueso como medio de intercambio, el modelo
matemático propuesto mediante la ecuación cuadrática indicada se ajusta en un
coeficiente de correlación de 0,9449.
y = -0,0174x3 + 0,2851x 2 - 0,5831x + 1,468
R2 = 0,991
7
6
5
4
3
2
1
0
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
Retrolavado con Hidroxido de Sodio
FILTRO # 1 GRAFICA 10-2
Concentracion de Fluoruros vrs Tiempo
10,00
Fluoruros en Salida
Polinómica (Fluoruros en Salida)
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
109
La Grafica 10-2 Representa la Concentración de Fluoruros en la Salida de un
Filtro Desfluorurador trabajando bajo las condiciones establecidas en el presente
estudio. La ecuación ayuda a estimar el valor de la concentración en función de las
horas de funcionamiento del filtro, la ecuación polinomica que se indica se ajusta a
los datos con un coeficiente de correlación de 0,991.
Es de hacer notar que las graficas fueron hechas para el filtro #1 trabajando con
carga de agua, para el filtro bajo condiciones de percolación no fue posible hacer
graficas similares ya que después de tres días de análisis el valor de la remoción
permaneció casi constante y el sacar una ecuación de tal situación podr ía dar lugar a
falsas interpretaciones de los valores, dando a entender un tiempo de remoción muy
largo sin necesidad de regeneración, lo que es un error considerando la ionizacion del
medio filtrante, las dos graficas anteriores se presentan únicamente como vía de
ilustración de que es posible hace un análisis estadístico correlacionando los valores,
pero será necesario realizar mayor cantidad de análisis de laboratorio de manera que
se tenga una gama amplia de datos que reduzcan las posibilidades de error y falsas
interpretaciones de los datos.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
110
11.- BREVE ANÁLISIS ECONÓMICO DE LAS OPCIONES
11.1.-CARBON DE HUESO
3
Produccion de 1 pie de carbon (27 litros)
Concepto
Hueso
Selección de hueso
Limpieza
Soda Caustica
Combustion
Trituracion
Cernido y selección
Cantidad
Unidad
Valor Unitario
70,6
2
2
4
70,6
1,5
3
libras
dias
dias
libras
libras
dias
dias
1,45
75,00
75,00
12,00
7,00
75,00
75,00
Costo Total
Precio Total
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
102,37
150,00
150,00
48,00
494,20
112,50
225,00
1.282,07
Cantidad Necesaria para Filtro Casero =
1,9 litros
Costo
Q
90,22
Mantenimiento
Cada semana debe hacerse pasar 15 litros de una solucion de hidroxido de sodio 1,9 g/litro
El costo del gramo es de 3 centavos por litro, tambien debera hacerse pasar una solucion de
Cloro a 2 mg/litro, el costo del cloro es de 2 centavos por ml (cloro comercial en tiendas
de abasto "magia blanca"), 6 gotas por galon
Costo inicial del Carbon
Mantenimiento mensual
Tiempo vida util
Tasa de retorno
Q
Q
90,22
9,00 ( Q 108,00 al año)
2 años
por ser proyecto de Carácter
12%
social se asume este valor solo
para establecer comparación
Nota : el mantenimiento mensial inclute costo de guantes de hule (un par por mes) a un costo de
Q 2,00 2l par, tambien se incluye el costo del cloro y de la Soda Caustica para regenerar el Medio
de Intercambio.
La produccion posible de agua es de 120 litros por dia como filtro casero, solo para las
necesidades de consumo, lo que implica un consumo de 20 litros/dia por persona en una vivienda
de 6 habitantes.
El costo total por año es de
3
El costo por m producido es de
Q
Q
198,22
4,55
No se incluye el costo del desfluorurador ya que es igual para todas las opciones
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
111
11.2.-ARENA POMEZ
Produccion de 1 pie3 de Arena Pomez (27 litros)
Concepto
Cantidad
Arena
Selección de Arena
Limpieza
Soda Caustica
Combustion
Trituracion
Cernido y selección
Unidad
3
1
1
1
1
0
3
1
pie
dias
dias
libras
libras
dias
dias
Valor Unitario
12,50
75,00
75,00
12,00
7,00
75,00
75,00
Costo Total
Precio Total
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
12,50
75,00
75,00
12,00
225,00
75,00
474,50
Cantidad Necesaria para Filtro Casero =
5,6 litros
Costo
Q
98,41
Mantenimiento
Cada semana debe hacerse pasar 15 litros de una solucion de hidroxido de sodio 1,9 g/litro
El costo del gramo es de 3 centavos por litro, tambien debera hacerse pasar una solucion de
Cloro a 2 mg/litro, el costo del cloro es de 2 centavos por ml (cloro comercial en tiendas
de abasto "magia blanca"), 6 gotas por galon
Costo inicial de la arena
Mantenimiento mensual
Tiempo vida util
Tasa de retorno
Q
Q
98,41
9,00 ( Q 108,00 al año)
2 años
por ser proyecto de Carácter
12%
social se asume este valor solo
para establecer comparación
Nota : el mantenimiento mensial inclute costo de guantes de hule (un par por mes) a un costo de
Q 2,00 2l par, tambien se incluye el costo del cloro y de la Soda Caustica para regenerar el Medio
de Intercambio.
La produccion posible de agua es de 120 litros por dia como filtro casero, solo para las
necesidades de consumo, lo que implica un consumo de 20 litros/dia por persona en una vivienda
de 6 habitantes.
El costo total por año es de
3
El costo por m producido es de
Q
Q
198,22
3,60
No se incluye el costo del desfluorurador ya que es igual para todas las opciones
En este caso la remocion es menor, ya que esta por el orden del 36% de los fluoruros, lo que la
hace aplicable a aguas con concentraciones menores a 1,90 mg/litro
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
112
11.3 .-HUESO DESGRASADO MOLIDO
Produccion de 1 pie 3 de carbon (27 litros)
Concepto
Hueso
Selección de hueso
Limpieza
Soda Caustica
Combustion
Trituracion
Cernido y selección
Cantidad
Unidad
Valor Unitario
70,6
2
2
4
0
5
3
libras
dias
dias
libras
libras
dias
dias
1,45
75,00
75,00
12,00
7,00
75,00
75,00
Costo Total
Precio Total
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
102,37
150,00
150,00
48,00
375,00
225,00
1.050,37
Cantidad Necesaria para Filtro Casero =
1,9 litros
Costo
Q
73,91
Mantenimiento
Cada semana debe hacerse pasar 15 litros de una solucion de hidroxido de sodio 1,9 g/litro
El costo del gramo es de 3 centavos por litro, tambien debera hacerse pasar una solucion de
Cloro a 2 mg/litro, el costo del cloro es de 2 centavos por ml (cloro comercial en tiendas
de abasto "magia blanca"), 6 gotas por galon
Costo inicial del Hueso
Mantenimiento mensual
Tiempo vida util
Tasa de retorno
Q
Q
73,91
9,00 ( Q 108,00 al año)
2 años
por ser proyecto de Carácter
12%
social se asume este valor solo
para establecer comparación
Nota : el mantenimiento mensial inclute costo de guantes de hule (un par por mes) a un costo de
Q 2,00 2l par, tambien se incluye el costo del cloro y de la Soda Caustica para regenerar el Medio
de Intercambio.
La produccion posible de agua es de 120 litros por dia como filtro casero, solo para las
necesidades de consumo, lo que implica un consumo de 20 litros/dia por persona en una vivienda
de 6 habitantes.
El costo total por año es de
3
El costo por m producido es de
Q
Q
181,91
4,15
No se incluye el costo del desfluorurador ya que es igual para todas las opciones
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
113
12.- LIMITACIONES
En el desarrollo del proceso de investigación se tuvieron varias limitaciones
que afectaron algunos de planteamientos hechos al inicio, entre estas limitaciones
estuvieron:
1) No fue posible obtener el permiso para tomar muestras de agua en las
comunidades identificadas por el ministerio de salud como afectadas por
altas concentraciones de fluoruros, teniendo de confiar en datos de
estudios de calidad de agua previos realizados por el Programa de Salud
Bucal del Ministerio de Salud Publica y asistencia Social.
2) En vista de la negativa de parte de BANDEGUA a permitir la instalación
de los modelos experimentales en las comunidades del interior de sus
Fincas, se tuvo que realizar el ensayo en laboratorio con muestras
preparadas y condiciones controladas en laboratorio.
3) Debido a que no existe información disponible sobre el proceso de
preparación y carbonización del hueso fue necesario un proceso de prueba
y error para sacar conclusiones que sirvieran para la utilidad de este
proceso y posteriores aplicaciones de los datos obtenidos.
4) El proceso de Carbonización se realizo en la Mufla de laboratorio lo que
limito la producción de carbón de hueso.
5) El proceso de trituración del hueso desgrasado fue necesario realizarlo
manualmente, siendo un proceso lento debido a las herramientas utilizadas
para tal fin. (martillo pesado y barra de metal de 1”)
6) En vista de ser muy escasa la información disponible sobre el estudio
especial que se desarrollo, gran parte de dicho proceso utilizado es
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
114
investigación propiamente dicho, lo que requirió la aplicación del ingenio
y la interpretación casi inmediata de algunos datos obtenidos a fin de
reorientar el estudio de acuerdo a los objetivos planteados.
7) El tiempo disponible para la realización del estudio constituyo una
limitante adicional ya que impidió la experimentación con otro tipo de
medios para remoción de fluoruros que se mencionan en alguna literatura
citada en este estudio como lo es el Apatito Sintético.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
115
13.- LECCIONES APRENDIDAS Y HALLAZGOS
13.1 .- LECCIONES APRENDIDAS.
Como parte de las lecciones aprendidas durante el desarrollo del proceso de
investigación usado para este Estudio Especial se pueden mencionar las siguientes:
v La arena disponible para ser utilizada en los filtros, debido a su procedencia,
puede ser un agente contaminante en lugar de un medio de tratamiento, por lo
que es necesario, independientemente de la procedencia de la arena,
desinfectarla con una solución de cloro (3 – 4 mg/l) por un periodo de
contacto de 30 minutos.
v El proceso de remoción de fluoruros es mas efectivo con los filtros trabajando
como percoladores que como filtros convencionales, el agua debe distribuirse
uniformemente sobre la superficie del filtro a tasas bajas de filtración (0,5 a 20
m3 /m2 -día), siendo posible una remoción de hasta el 85% por periodos de
cinco días consecutivos de filtración, .
v El medio mas efectivo para remoción de fluoruros fue el carbón de hueso,
lográndose un porcentaje de remoción del 85%, en segundo lugar el hueso
desgrasado molido con un porcentaje cercano al 80% y por ultimo la arena
pómez con aproximadamente el 20% pero pudiendo mejorar en función del
espesor de la capa y del tamaño del grano utilizado.
v Por su baja remoción la arena puede ser usada como capa de soporte, con un
coeficiente de uniformidad de 1,5 a 3, y un tamaño efectivo de 0,25 mm, lo
que vendría a refinar la calidad del agua saliente de los filtros, en vista que en
los depósitos que distribuyen materiales de construcción, donde es posible
conseguir arena pómez, estos la venden mezclada debe hacerse una selección
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
116
por flotación y de ser posible triturar las partículas grandes para obtener un
medio homogéneo en cuanto al tipo de material.
v El carbón de hueso imprime color en el agua saliente del filtro esto debido,
como se explico anteriormente, a la presencia de carbón de materia orgánica
(sangre y grasa) por lo que es necesario limpiar el hueso con hidróxido de
sodio (sosa cáustica a 455 g/5litros) previo a carbonizar el hueso.
13.2.- HALLAZGOS
En la literatura consultada que sirvió de base para la realización de este Estudio
de Investigación no se encuentran disponibles parámetros de diseño que puedan ser
usados en la selección de alternativas para el diseño de procesos de desfluoruración
del agua, por lo que como parte de los hallazgos de este estudio se presentan los
siguientes parámetros que son el cumplimiento de uno de los objetivos trazados al
inicio del proceso de investigación.
Parametro
Medio de Intercambio
Hueso Desgrasado
Capa soporte
Remocion Promedio
Capa de Medio de Intercambio
Capa Soporte
Tasa de Filtracion
Concentacion maxima de fluoruros en afluente
Concentracion esperada en el efluente
Carerra de filtracion
Turbiedad en el afluente
Coeficiente de Uniformidad del Medio
Tamaño efectivo
Arena pomez
75%
> 30 cm
> 40 cm
< 5 m3/m2-dia
4 mg/l
< 1 mg/l
5 dias
< 10 UNT
<3
0,25 mm
Tomando en cuenta este parámetros se puede proponer el siguiente proponer el
siguiente modelo de un desfluorurador:
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
117
Bomba Manual
Puede sustituirse por salida
de tuberia en la parte inferior
de la cisterna si el deposito
se coloca en alto
Ingreso de Agua Cruda
a una tasa de 5 m3/m2-dia
debe procurarse una distribucion
uniforme sobre el lecho del filtro
(Q = 2,2 l/min)
0,80 x 0,80 m
Cono de Hierro Galvanizado Perforado
para una distrubucion uniforme sobre
toda el area del filtro, o bien puede
sustituirse
por una red de tuberia perforada
0,30 m
C.U. < 3 D 1 0 = 0,25
0,50 m
C.U. = 1,50, D 1 0 = 0,30
0,70 m
0,20 m
Tapa Sanitaria
Válvula
Válvula
Medio de Intercambio
(hueso molido o carbon de hueso)
Arena Pomez como capa
de Soporte y Refinamiento
Grava o bien piedra pomez
( tamaño 1/2 pulg. o menor)
Para la regeneracion del medio
filtrante dede desviarse el flujo de
agua al drenaje, y dejarse pasar 2 m3
de agua (tasa alta para reducie el pH
del efluente)
Rebalse
Sello Sanitario
Cisterna Sanitaria, debe
aplicarse cloracion a 1,00 mg/l
para evitar degradacion de la
calidad del agua
1,20 m
Capacidad de la Cisterna 4,80 m
3
Drenaje
2,00 m
Modelo Propuesto para un desfluorurador comunitario en zona rural
Aplicable a una poblacion de 30 viviendas
(solo para Consumo Humano)
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
118
14.- CONCLUSIONES
Al revisar el proceso de investigación que se ha seguido, los resultados
obtenidos de las practica de laboratorio y los gráficos producto de la información de
los modelos de estudio se pueden establecer las siguientes conclusiones:
1.
La remoción de fluoruros en agua para consumo humano es posible aplicando
diferentes medios filtrantes como lo son la arena pómez, el carbón de hueso y
el hueso desgrasado molido, lo que verifica la hipótesis planteada al inicio del
estudio de investigación, esta reducción de fluoruros en agua para consumo es
mas efectiva cuando se trabajan a tasas de filtración bajas (entre 0,5 y 20
m3 /m2 -día) permitiendo un mayor tiempo de contacto.
2.
Los filtros lentos caseros fueron mas eficientes para remoción de fluoruros,
obteniéndose remociones que varían de un 20% a un 93% respecto de la
concentración inicial. De los tres medios de filtración estudiados el mas
eficiente en remoción fue el carbón de hueso, lográndose remociones
superiores al 50% cuando se hace trabajar con carga hidráulica sobre el lecho
de intercambio y superiores al 80% cuando se trabaja sin carga Hidráulica..
3.
La remoción de fluoruros en agua para consumo contribuye al mejoramiento
de la salud publica, se logro identificar con ayuda del ministerio de salud
publica y asistencia social comunidades en la Republica de Guatemala que
son afectadas por la presencia de fluoruros en concentraciones elevadas
(superiores a 6,00 mg/l)
4.
Las columnas de filtración dan mejores resultados cuando se trabajan con
precolación directa sobre el medio de intercambio y se elimina la carga
hidráulica sobre el medio, las capas usadas para cada medio que aseguran una
mejor remoción son superiores a los 30 cm con coeficientes de uniformidad
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
119
entre 1,5 y 3,0, los tamaños efectivos que mejor resultado dan son los
cercanos a 0,25 mm, 0,40 mm como máximo.
5.
La calidad del agua en el efluente del filtro de Arena Pómez es de mejor
calidad que el de los otros dos filtros en lo que respecta a los otros parámetros
físico-químicos (carbón de hueso y hueso desgrasado), pero su porcentaje de
remoción de fluoruros es menor manteniéndose en un valor entre el 20% y el
55 % respecto de la concentración entrante.
6.
En función de los costos el carbón de hueso es mas costoso en su producción,
teniendo un valor de producción de Q 1,282,07 el pie3 , el menos costoso es la
arena pómez con un costo de Q 474,50 el pie 3 , ocupando un lugar intermedio
el hueso desgrasado molido con un costo de Q 1,050.37 el pie 3 . el valor del
metro cubico filtrado (sin incluir acarreo y estructuras solo el valor del medio
de intercambio) es inferior a los Q 5,00.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
120
15.- RECOMENDACIONES
Al revisar el proceso de investigación que se ha seguido, los resultados
obtenidos de las practica de laboratorio, los gráficos producto de la información de
los modelos de estudio y las conclusiones planteadas en el capitulo anterior se pueden
establecer las siguientes recomendaciones:
15.1.- RESPECTO DEL PROCESO DE PREPARACIÓN DE LOS MEDIOS
FILTRANTES
15.1.1.- En la preparación del carbón de hueso debe eliminarse toda la
materia orgánica presente (tejidos y grasas) con una solución de
hidróxido de sodio ( 450 gramos en 5 litros de agua a 60 ºC), esto
con el propósito de reducir la aparición de color en el efluente, el
proceso de carbonizado debe hacerse a una temperatura mayor de
400ºC por un periodo de tres horas.
15.1.2.- La aplicación de medios filtrantes para reducción de fluoruros en
agua para consumo humano tiene algunos inconvenientes si no se ha
preparado adecuadamente el medio de intercambio (carbón de
hueso) que deben tenerse en cuenta al momento de plantear un
sistema desfluorurador de agua, entre estos inconvenientes esta la
aparición de color, olor y sabor por lo que debe tenerse sumo
cuidado al momento de preparar el carbón.
15.1.3.- Debe conocerse la procedencia de la are na que se usa como lecho de
soporte y en todo caso deberá desinfectarse haciendo pasar una
solución de cloro a 3-4 mg/litro con un tiempo de contacto de 30
minutos como minimo, a fin de evitar que el medio sirva como foco
de contaminación en lugar de reduc irla.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
121
15.1.4
Las partículas del medio de intercambio deben estar comprendidas
en los valores que establecen los parámetros encontrados en este
estudio a fin de asegurar una remoción satisfactoria.
15.2.- RESPECTO DE LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS FILTROS
15.2.1
Cuando el filtro deje de operar por un periodo mayor de dos días
deberá
desinfectarse
previo
a
ponerlo
en
funcionamiento
nuevamente.
15.2.2
Siendo este modelo de carácter experimental deberá dársele
seguimiento debiendo llevar registro de las concentraciones de
fluoruros a la entrada como a la salida del mismo, verificando y/o
comprobando las conclusiones que arrojo este estudio.
15.2.3
Por su baja remoción la arena pómez se puede usar como lecho de
soporte o como filtro secundario lo que vendría a refinar la calidad
del agua que sale de los filtros.
15.2.4
En vista que la calidad de agua al hacerla pasar por carbón de hueso
se vio afectada en su color, pero se observo una remoción mucho
mayor que con los otros dos medios de intercambio utilizados deberá
profundizarse en la investigación del mismo para establecer las
condiciones optimas en que este puede ser utilizado..
15.2.5
En caso de Implementar un desfluorurador en zona Rural tal y como
el planteado y en vista que los resultados de este estudio han sido
obtenidos bajo condiciones controladas, previo a suministrar agua a
las personas deberá ser sometido a un proceso de evaluación a fin de
comprobar la valides de las conclusiones una vez aplicadas en
campo.
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
122
15.2.6
Debe tenerse sumo cuidado en la limpieza del filtro una vez
regenerado, permitiendo el paso de agua al desagüe por un periodo
de dos horas previo al suministro comunitario a una tasa de 10 litros
/minuto distribuido uniformemente sobre la superficie a fin de
reducir el valor del pH, después de este proceso se puede comenzar a
almacenar agua para suministro.
15.2.7
Considerando el impacto a la salud que constituye la fluorosis y los
potenciales beneficios de este tipo de sistemas en beneficio de la
calidad del agua, es necesario establecer relaciones con las
instituciones involucradas con la salud publica, tal como es el caso
del MSPAS y su Programa de Salud Bucal a fin de instalar sistemas
pilotos
que
permitan
profundizar
esta
investigación
y
su
aplicabilidad en campo.
15.3 .- RESPECTO DE LOS MODELOS EXPERIMENTALES.
15.3.1
Los modelos experimentales que han sido construidos para esta
investigación
permiten
ser
utilizados
para
otro
tipo
de
investigaciones similares o bien para dar seguimiento a este estudio
de reducción de fluoruros modificando las condiciones de trabajo de
los medios de intercambio.
15.3.2
Es necesario pintar las estructuras con Antioxidante a fin de
preservar su vida útil y evitar el deterioro prematuro del modelo
experimental.
15.3.3
El modelo Experimental Nº 1 (columnas de filtración Rápida) es
aplicable al estudio de plantas piloto de filtración, siendo necesaria
únicamente
la
sustitución
de
los
medios
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
filtrantes.
123
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http://cidta.usal.es/Unidad_H/ETAP/unidades/documen.alu/degremo/pr02.htm
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
127
ANEXOS
Anexo
A
B
Contenido
Procedimiento Experimental para
determinación de Fluoruros en muestras
de Agua
Carbonización en Horno Metálico
(proceso de producción de carbón vegetal
que puede ser modificado para
producción de carbón de Hueso
C
Datos Granulométricos de los medios
filtrantes utilizados en este estudio
D
Resultados de los Análisis Físico
Químicos del agua Cruda y del Efluente
de los Filtros
“Aplicación de Medios Filtrantes para Reducción de Fluoruros en Agua para Consumo”
128