DETERMINACIÓN DE DOSIS Y PH ÓPTIMO PARA FILTRACIÓN DIRECTA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Ambiental
PRACTICA II
Curso
:
TRATAMIENTO DE AGUA II
Tema
:
ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO
Alumno
:
CUSIHUAMAN CCOLLANA, JULIO
Código
:
19931271C
Profesor
:
ING. VERONICA HUAMAN
2017
DETERMINACIÓN DE DOSIS Y PH ÓPTIMO PARA
FILTRACIÓN DIRECTA
1. OBJETIVO
 Simular el proceso de filtración directa en el laboratorio, para determinar si es factible
tratar dicha muestra mediante filtración directa.
 Determinar la dosis óptima y pH óptimo para tener un agua tratada a través de la
filtración directa.
 Conocer el procedimiento experimental para determinar la gradiente y tiempo de
prefloculación más recomendable para una mejor remoción de la turbiedad.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO
La velocidad de filtración es muy superior a la de filtración lenta varia 5 a 7 – 8 m/ hora. No
tienen la misma eficiencia que el lento, sobre todo desde el punto de vista Bacteriológico.
Se necesita mayor cuidado en la desinfección, el agua que se trata en un filtro rápido debe
estar previamente coagulada, floculada y sedimentada. Si la calidad del agua excediera de
5 a 9 ppm de turbiedad hay que mejorar la etapa de coagulación, floculación y
sedimentación.
Se va formando una película que después de un periodo de formación trabaja por tamizado.
Cuando la película se colmato hay que lavar el filtro.
Diferencias con el filtro lento:
 El lavado del filtro se hace en contracorriente con bastante presión.
 Entre dos lavados sucesivos en un filtro el tiempo (se llama carrera) es de 30 a 36 h.
Hay dos tipos de filtros rápidos:
1. Tipo Americano
2. Tipo Europeo
1. TIPO AMERICANO
El americano produce la filtración en superficie. Arena de grano fino en la superficie
con un aumento gradual en la arena de arriba hacia abajo. El espesor de la capa
filtrante de los primeros centímetros es donde se produce la colmatación de la capa
de arena. El lavado se realiza de abajo hacia arriba.
Velocidad de
Filtración
Espesor del
manto de Arena
Arena
Perdida de Carga
Altura del manto
sostén.
2.4 m
0.6 a 0.8
Tamaño efectivo: 0.4
a 0.6
5 a 7 m/h
0.6 a 0.8 m
Coef de uniformidad
: de 1.5 a 1.8
La pérdida de carga en el filtro es Cte: la diferencia entre los 40 o 50 cm de pérdida de
carga por el filtro más la producida por la válvula reguladora de aire tiene que ser Cte. Esta
regulada por un tubo Venturi.
Lavado:
Se cierra la entrada de agua decantada del filtro, se cierra la válvula de salida del agua
filtrada y se abre el conducto de lavado. El agua ingresa por el múltiple sale por los laterales,
asciende por todo el manto filtrante, se expande la arena y esa agua es recogida por los
vertederos. Dura de unos 5 a 6 minutos. El consumo de agua es de un 2 a un 4 % de lo que
produce el filtro. El lavado se detiene cuando la turbiedad esta en 70 ppm.
Hay tres sistemas de lavados:
a) Lavado de alta densidad: Toda el agua de lavado se ingresa por abajo, consume
mucha agua, la expansión del manto de arena es del 50 % y la velocidad de lavado
es de 50 m/h.
b) Lavado superficial: él se inyecta por abajo y complementando con un % de agua
que se inyecta por el sistema de lavado superficial. Los picos superiores quedan
sumergidos por la expansión de la arena. La expansión de la arena es del 30 % y la
velocidad es de 40 m/ hora.
c) Lavado subsuperficial: Inyección por debajo complementado por un lavado
subsuperficial realizado por unos filtros de malla (coladores) ubicados sobre la
superficie del manto. La expansión de la arena es del 20 % y la velocidad del lavado
de 30 m/h.
Las pendientes de las canaletas deben ser pronunciadas, se colocan a no más más de 30
o 40 cm del manto de arena expandido. La pendiente es del 3 al 5 %. El borde de la canaleta
es horizontal. Todo el sistema de laterales y múltiples se lo llama también de drenaje.
2. TIPO EUROPEO
El europeo, usa mantos de arena de mayor espesor con granulometría mayor que
la del tipo americano y más homogénea. El lavado se realiza con agua y aire de
abajo hacia arriba.
Se lo denomina filtro Aquazur.
Velocidad de
Filtración
Espesor del
manto de Arena
Arena
Perdida de Carga
Altura del manto
sostén.
2m
No tiene manto
sostén.
Tamaño efectivo:
0.9
7 a 12 m/h
1.2 m
Coef de
uniformidad : de
1.2 a 1.3
El coeficiente de uniformidad, cuanto más cercano a 1 es mas uniforme.
El fondo está constituido por unas losetas que constituyen un falso fondo que tienen
insertadas unas toberas que tienen una ranura por donde para el agua filtrada. El único
manto es una capa de piedra que cubre las cabezas de las toberas. Hay de 50 a 60 toberas
por m2. El falso fondo esta conectado a un doble múltiple el cual circula aire y agua.
Lavado:
Se abre primeramente la válvula de entrada de aire y 1/3 la del agua, en la tobera se mezcla
el aire y el agua. La presión mínima del agua de lavado la da un tanque a por 4.5 metros
por encima. El aire inyectado está a una presión de 0.35 Kg/cm2 o 55 m3/m2*hora.
El caudal no se regula como en el filtro americano, solo en el caso de que el filtro trabaje a
nivel cte. Se regula la altura del agua en el manto filtrante.
Filtro de manto Combinado:
La permeabilidad del manto aumenta de arriba hacia abajo. Solo los primeros 4 a 5 cm son
los que filtran.
Lo ideal sería al revés, que la permeabilidad disminuyera de arriba hacia abajo, esto es
imposible de lograr con la arena sola, por lo que un filtro europeo tiene una capa
prácticamente homogénea para que se produzca la filtración a toda la profundidad.
Se coloca en la parte superior del manto una capa de antracita y en el inferior una capa de
arena. La Antracita tiene mayor permeabilidad que la arena porque tiene mayor
granulometría.
Antracita
Arena
Tamaño efectivo
0.8 a 1.4
0.4 a 0.6
Permeabilidad
1.4 a 1.6
2.65
Coeficiente de uniformidad
1.5 a 1.8
1.4 a 1.7
Si se aumenta la Antracita la perdida de carga para un mismo trabajo es menor. A partir
de un 60 % de antracita sobre el total la perdida de carga se estabiliza por lo que lo ideal
es un 60 % de antracita y 40 % de arena.
La velocidad final es de 10 a 14 m/h, superior a la del filtro americano o europeo.
Filtración directa:
Sistema de clarificación del agua en la que se prescinde del proceso de decantación y
puede realizarse de 3 formas:
1. Proceso de mezcla rápido después de la adición de los coagulantes y filtros. La
floculación se realiza dentro del mismo manto filtrante.
2. Coagulación, mezcla rápida, 7 a 10 minutos de floculación con alto gradiente de
velocidad y filtración.
3. Se realizan todos los procesos convencionales (coagulación, mezcla rápida,
floculación de 20 a 40 minutos y filtración sin que pase por la decantación).
Ventaja: Costo de la planta se reduce un 50 %, costo de operación se reduce porque se
utiliza menos coagulante.
Desventaja: requiere un control de la dosificación muy cuidadoso y puede producirse
carreras muy cortas de los filtros en especial cuando las dosis del coagulante superan los
15 mg/l.
AWWA: Dice que se pueden distinguir 3 tipos de tratamientos según la calidad del agua a
tratar.
1. Aguas con valor mayor a 30 unidades de color y turbiedad > a 15 UNT, pueden
tratarse con coagulación y filtración (filtración directa sin sedimentación previa).
2. Aguas entre 30 y 50 unidades de color y entre 15 y 30 UNT. Solo la experimentación
de plantas pilotos pueden decidir si se pueden prescindir de la sedimentación.
3. Más de 50 unidades de color y > 30 UNT hay que tratar con todos los procesos.
3. PARTE EXPERIMENTAL
MATERIALES

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

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6 vasos de precipitados de 50 ml.
6 deflectores.
6 jarras de 2000 ml.
6 jeringas hipodérmicas
6 flotadores con manguera flexible.
1 pipeta.
1 probeta de 1 l.
6 embudos.
Papel filtro Watman N° 40.
EQUIPO REQUERIDO
 Turbidímetro
 Potenciómetro
 Equipo de prueba de jarras
REACTIVOS
 Coagulante: sulfato de aluminio al 1%
PROCEDIMIENTO
DOSIS ÓPTIMA
 Tomar la muestra de pH = 7.8 (natural) y llenar las jarras de 2000 ml con la muestra.
 Tener 6 vasos de precipitados de 50 ml para recibir la muestra filtrada.
 Seleccionar 6 dosis de coagulante para cada jarra con pH = 7.8, estas son: 0 mg/l, 2
mg/l, 4 mg/l, 6 mg/l, 8 mg/l y 10 mg/l.
 Graduar el equipo a 300 RPM para simular el proceso de mezcla rápida durante 5
segundos. Aplicar el coagulante simultáneamente a todas las jarras.
 Realizar inmediatamente la filtración de cada una de las muestras a través del papel
filtro Whatman Nº 40.
 Luego de filtrada la muestra en cada vaso precipitado, proceder a la medición de las
turbiedades finales de cada muestra.
 Llevar los resultados obtenidos a una gráfica para obtener los parámetros buscados.
pH ÓPTIMA
 Cada grupo seleccionara una muestra de pH diferentes: 6.0, 6.5, 7.0 y pH natural
(7.8). Corresponderá cada pH a un grupo diferente.
 Tener 6 vasos de precipitados de 50 ml para recibir la muestra filtrada.
 Seleccionar 6 dosis de coagulante para cada pH, estas son: 0 mg/l, 2 mg/l, 4 mg/l, 6
mg/l, 8 mg/l y 10 mg/l.
 Llenar las jarras de 2000 ml con las muestras.
 Graduar el equipo a 300 RPM para simular el proceso de mezcla rápida durante 5
segundos. Aplicar el coagulante simultáneamente a todas las jarras.
 Realizar inmediatamente la filtración de cada una de las muestras a través del papel
filtro Whatman Nº 40.
 Luego de filtrada la muestra en cada vaso precipitado, proceder a la medición de las
turbiedades finales de cada muestra.
 Llevar los resultados obtenidos a una gráfica para obtener los parámetros buscados.
4. CÁLCULOS Y RESULTADOS
Datos iniciales




To = 10 UNT
pH = 7.8
Coagulante = Sulfato de Aluminio
C=1%
Mezcla Rápida
 V = 300 RPM.
 T = 5 seg.
Filtración
 Papel filtro Watman Nº 40
RESULTADOS DOSIS ÓPTIMA
Dosis Coagulante
(mg/l)
Grupo
0
(0 ml)
2
4
(0.4 ml) (0.8 ml)
6
8
10
(1.2 ml)
(1.6 ml)
(2 ml)
1
2.4
1.95
1.888
1.20
1.32
1.46
2
2.26
1.86
1.56
1.27
1.70
1.74
3
7.02
6.41
5.59
1.59
1.78
4.56
4
1.91
0.47
0.138
0.152
2.66
3.06
Gráfico de Dosis Óptima
DOSIS OPTIMA
8
TURBIEDAD (UNT)
7
6
5
GRUPO 1
4
GRUPO 2
3
2
GRUPO 3
1
GRUPO 4
0
-1 0
2
4
6
8
10
12
DOSIS (mg/l)
RESULTADO pH ÓPTIMO
Dosis Coagulante
(mg/l)
Grupo
pH
0
2
4
6
8
10
(0 ml)
(0.4 ml)
(0.8
ml)
(1.2
ml)
(1.6
ml)
(2 ml)
1
7.0
2.38
1.58
1.65
1.45
1.00
1.20
2
6.5
1.74
1.69
1.64
1.24
1.26
1.35
3
6.0
5.24
4.99
4.09
2.61
2.88
4.77
4
7.8
1.88
0.35
0.12
0.47
2.96
3.16
Gráfico de pH Optimo
TURBIEDAD (UNT)
pH OPTIMO
6
ph=7
5
ph=6.5
4
ph=6
ph=7.8
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
DOSIS (mg/l)
5. CONCLUSIONES

De la gráfica dosis optima de coagulante, se aprecia que la dosis óptima de
coagulante es de 6 mg/lt, para un pH de 7.8 (pH natural del agua cruda), con estos
resultados óptimos se obtuvo la mayor remoción de turbiedad del agua cruda.
 En nuestro caso el pH óptimo hallado es igual al pH natural (ph de la muestra), pero
en caso de que el pH óptimo hallado sea diferente y si la diferencia en la calidad de
remoción es mínima, entonces se puede trabajar con el pH de la muestra.
6. RECOMENDACIONES
 La inyección del coagulante debe de ser en la zona de mayor agitación (cerca de
las paletas) para asegurar una mejor mezcla rápida.
 Es necesario que la toma de muestras para medir la turbiedad se realice lo más
pronto posible para todas las jarras, para reducir el porcentaje de error que se puede
presentar.
 Para la determinación del pH óptimo, se debe de tener entre las alternativas el pH
natural del agua cruda y que las diferencias de estos pH no sea mayor para gastar
menos reactivo de solución.
 Se debe humedecer un poco el papel filtro para que se adhiera en el embudo de
manera que cuando se vierta la muestra floculada no se drene por los contornos.
 Al momento de realizar la medición con el turbidimetro limpiar bien con el agua
destilada el envase de medición después de cada uso.
 La medición de la turbiedad se realiza con la primera lectura del turbidimetro, para
evitar errores de que se sedimente en el envase y registre medidas erróneas.
 Sería conveniente contar con un simulador de filtración, en reemplazo del papel de
filtro, de tal manera que se obtendría resultados más cercanos a la realidad.