Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 / 97 Factibilidad del uso de polímeros para la clarificación del agua potable en la ciudad de Mérida Samanta GIORDANI, Luzmari GONZÁLES, Astrid MORALES Jessica QUIJANO y Andreína TEJADA. U. E. Colegio “La Presentación”. Mérida, estado Mérida, 2008. RESUMEN El agua es un fluido indispensable para la vida humana y su consumo debe estar dentro de los parámetros de calidad. El crecimiento demográfico de Mérida en los últimos 30 años, ha incrementado la demanda de agua potable y no se han construido nuevas plantas ni ampliado las existentes. El objetivo del presente trabajo fue mejorar el tratamiento químico del agua, utilizando productos de reciente tecnología (polímeros) en el actual proceso de potabilización. La variable dependiente fue el grado de ‘turbiedad’ del agua potable final, mientras la variable independiente fue la dosis de polímeros coagulantes y floculantes que permiten alcanzar un valor: la turbiedad ideal, inferior a los límites permitidos. Utilizando técnicas de laboratorio denominadas ‘pruebas de jarras’, se simula y reproducen las condiciones operativas de la planta, comparando la eficiencia de estos productos con el tratamiento actual y se determina su dosis óptima; el valor de pH siempre estuvo ubicado dentro de los límites recomendados por la Organización Mundial de la Salud, entre 6,5 y 8,5. Se aceptó la hipótesis: “El uso de clarificantes de nuevas tecnologías, como el polímero coagulante “PAC” (Policloruro de aluminio) y el polímero floculante ‘Poliacrilamida’, en sustitución del tratamiento actual, mejorarán los niveles de turbiedad del agua potable producida en la Planta de Tratamiento “Dr Enrique Bourgoin” a niveles inferiores a 5 NTU, recomendados por la Organización Mundial de la Salud y Panamericana de la Salud”. Como conclusión: el coagulante P.A.C y el floculante Poliacrilamida, clarifican el agua hasta valores inferiores a los exigidos por las organizaciones reguladoras. Palabras clave: uso, factibilidad, polímero, agua potable, Mérida. INTRODUCCIÓN Se denomina agua potable a la tratada para el consumo humano bajo unos estándares de calidad, determinados por las autoridades locales e internacionales. El suministro de agua potable al consumidor es un problema que ha ocupado al hombre desde la antigüedad. No existe tal cosa como agua pura natural; en la naturaleza, toda agua contiene impurezas. El agua potable se produce en plantas de tratamiento (hidrológicas) especialmente diseñadas para ello. Son grandes obras civiles, donde el agua cruda que ingresa es transformada en agua potable. Al proceso de conversión de agua común en agua potable según las normas de calidad de la Organización Mundial de la Salud, se le denomina potabilización. El objetivo de toda planta de tratamiento de agua, es el de eliminar la mayor cantidad de impurezas y contaminantes, tanto microbiológicos como sólidos minerales y sales inorgánicas, mediante una serie de equipos y operaciones (proceso físico o mecánico), y el remanente eliminarlo mediante un proceso 98 / Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 químico (coagulación y floculación con productos químicos), para obtener un producto transparente, incoloro, insípido, desinfectado, sin presencia de microorganismos patógenos al hombre, entregando así al usuario un agua potable de calidad, totalmente confiable. El objetivo general del presente trabajo, está dirigido a mejorar la parte del tratamiento químico del agua para uso potable en la ciudad de Mérida, utilizando productos de reciente tecnología (polímeros) que sustituyan los productos que se utilizan actualmente, ya que las dos últimas décadas, la calidad del agua en nuestra ciudad ha desmejorado notoriamente con el consecuente impacto sanitario sobre la población. ALCANCE DEL TRABAJO. DETERMINACIÓN DE OBJETIVOS Concluida la investigación y sus correspondientes fases, como son la revisión bibliográfica, inspección de la planta de tratamiento y comprensión de sus operaciones, determinación y desarrollo del procedimiento experimental, discusión y análisis de los resultados experimentales, se habrá alcanzado el objetivo de “Determinar la factibilidad de la aplicación de estas nuevas tecnologías de polímeros y sus correspondientes dosis para la clarificación del agua en Planta de Tratamiento “Dr. Enrique Bourgoin” de la ciudad de Mérida”. Objetivo general Probar que se puede disminuir notablemente la turbiedad, sedimentos y color del agua potable, mediante el uso de nuevos polímetros como son el polímetro coagulante PAC o policloruro de aluminio y el floculante poliacrilamida. Objetivo especifico Demostrar que el polímero coagulante policloruro de aluminio y el polímero floculante poliacrilamida, clarifican el agua en forma más eficiente que los productos que se utilizan actualmente. Hipótesis planteada “El uso de clarificantes productos de nuevas tecnologías, tales como el polímero coagulante PAC ó Policloruro de Aluminio y el polímero floculante Poliacrilamida, en sustitución de los productos actuales, mejorarán notablemente los niveles de turbiedad del agua potable producida en la Planta de Tratamiento “Dr. Enrique Bourgoin” de la ciudad de Mérida, a pesar de que esta planta opera por encima del 70% de su capacidad. La turbiedad se reducirá a niveles aceptados por la Organización Mundial de la Salud y la Organización Panamericana de la Salud (menor que 5 NTU)”. DESCRIPCIÓN DE LAS VARIABLES Todo proyecto científico que pretenda resolver un determinado problema mediante la verificación de una hipótesis, debe necesariamente diferenciar las variables involucradas en el mismo. La “variable dependiente” o la variable estudiada (el efecto), se refiere a la variación del grado “turbiedad” del agua potable que llega como producto final al consumidor. La “variable independiente” se refiere a las dosis de polímeros coagulantes y floculantes que permiten alcanzar un bajo valor de turbiedad (ideal), inferior a los límites permitidos por los entes reguladores (Ministerio del Ambiente, OMS, etc.). Tipo de investigación La metodología de investigación se fundamentó en la Investigación científica y empírica, del tipo Experimental de laboratorio, donde se plantea y somete a evaluación la Variable independiente, en este caso los nuevos productos químicos (polímeros) a evaluar, los cuales mejorarán la turbiedad y / 97 / 97 Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 empírica, del tipo Experimental de laboratorio, empírica, tipo Experimental laboratorio,la donde sedelplantea y somete adeevaluación donde se y somete a evaluación la calidad delplantea agua potable, esen decir, la caso Variable Variable independiente, este los Variable independiente, en este caso los dependiente. Una vez desarrollado el proceso nuevos productos químicos (polímeros) a nuevos (polímeros) ay analítico, se presentan y analizan resultaevaluar,productos los cuales químicos mejorarán la los turbiedad evaluar, los cuales mejorarán la turbiedad y dos obtenidos parapotable, emitir lasescorrespondientes calidad del agua decir, la Variable calidad del agua potable, es decir, laelVariable recomendaciones. dependiente. Una vez desarrollado proceso dependiente. Una vez desarrollado el proceso analítico, se presentan y analizan los analítico, se obtenidos presentan y analizan Población y muestra para resultados emitir los las resultados obtenidos para emitir las Para justificar el presente estudio, se correspondientes recomendaciones. correspondientes recomendaciones. realizaron encuestas para medir el grado de satisfacción o inconformidad Población y muestra de la población Población y muestra merideña respecto a la calidad de agua Paracon justificar el presente estudio, se Para justificar el presente estudio, potable que recibe de Aguas de Mérida. realizaron encuestas para medir el gradose de realizaron encuestas para medir de satisfacción o inconformidad de el la grado población satisfacción o inconformidad de la población El muestreo se realizó encalidad toda la de ciudad merideña con respecto a la agua merideña con respecto a la calidad de agua de Mérida, separando los diversos sectores potable que recibe de Aguas de Mérida. potable recibe dede Aguas de Mérida. según laque ubicación las sub-estaciones (tanques dentro de la ciudad) detoda distribución. El muestreo se realizó en la ciudad El muestreo se realizó en toda la ciudad de Mérida, separando los diversos sectores de Mérida, separando los diversos sectores Población: Se encuestaron 100 persosegún la ubicación de las sub-estaciones según la ubicación de las sub-estaciones nas habitantes de las zonas cercanas a las (tanques dentro de la ciudad) de distribución. (tanques dentro de la de distribución. 4 sub estaciones deciudad) distribución de agua potable de la Ciudad de Mérida, sin discrimi100 P oblación: Se encuestaron P oblación: Se encuestaron 100 nación de edad, sexo, estrato social, religión personas habitantes de las zonas cercanas a personas zonas cercanas a olas profesión. 4 subhabitantes estacionesde delas distribución de agua las 4 sub estaciones de distribución de agua potable de la Ciudad de Mérida, sin potable de la Ciudad de Mérida, sin Muestreo: Se encuestaron 25 personas discriminación de edad, sexo, estrato social, discriminación delas edad, sexo,sub estrato social, de cada ouna de cuatro estaciones religión profesión. religión o profesión. (La Carvajal, La Pedregosa, Chamita y La Carabobo) Muestreo: Se encuestaron 25 personas Muestreo: 25 personas de cada una deSe lasencuestaron cuatro sub estaciones (La de cada una de las cuatro sub estaciones (La Carvajal, La Pedregosa, Chamita y La Carvajal, Carabobo)La Pedregosa, Chamita y La Carabobo) / 99 Formato utilizado para las encuestas: Formato utilizado para las encuestas: Formato utilizado para las encuestas: REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. U.E. PODER COLEGIO "LA PRESENTACIÓN" MINISTERIO DEL POPULAR PARA LA EDUCACIÓN Anteproyecto: U.E. COLEGIO "LA PRESENTACIÓN" Anteproyecto: "FACTIBILIDAD DEL USO DE POLÍMEROS PARA LA CLARIFICACIÓN DE AGUA POTABLE EN LA CIUDAD "FACTIBILIDAD DEL USO DE POLÍMEROS PARADE LAMÉRIDA" CLARIFICACIÓN DE AGUA POTABLE EN LA CIUDAD DE MÉRIDA" N° Encuesta: u Ubicación: N°Sector Encuesta: Sector u Ubicación: Marque con una "X" la opción que corresponda: Sí conPotable una "X" laque opción queacorresponda: 1Marque El Agua llega su casa, ¿presenta turbiedad? Sí No No 1 2ElEl Agua Potable que llega a su casa, ¿presenta turbiedad? Agua Potable que llega a su casa, ¿presenta color? 2 3ElEl Agua Potable que llega a su casa, ¿presenta color? Agua Potable que llega a su casa, ¿tiene sabor? 3 4El¿Hierve Agua Potable que llega aque su llega casa,a¿tiene sabor? el Agua Potable su casa, ó utiliza algún equipo ó sistema (ej.llega pasteurizadures, filtros,algún equipos de ozono)? 4 ¿Hierve el para Aguapurificarla Potable que a su casa, ó utiliza equipo ó para purificarla pasteurizadures, equipos de ozono)? 5sistema El Suministro de agua(ej. potable a su viviendafiltros, o sector ¿es contínuo? 5 6El¿Confía Suministro decalidad agua potable a su vivienda sector ¿esacontínuo? en la del Agua Potable queosuministra su familia? 6 7¿Confía en la del AguadePotable que suministra ade suacuerdo familia? Desearía uncalidad mejor servicio agua potable?¿Estaría en que un se mejorara el tratamiento actual? 7 Desearía mejor servicio de agua potable?¿Estaría de acuerdo que se mejorara elatratamiento 8en¿Estaría dispuesto pagar más actual? por un mejor tratamiento ó servicio? 8 ¿Estaría dispuesto a pagar más por un mejor tratamiento ó servicio? Integrantes: Giordani T. Samanta / González R. Luzmari / Morales C. Astrid / Quijano S. Jessica / Tejada G. Integrantes: Giordani T. Samanta / González R.Andreina Luzmari / Morales C. Astrid / Asesor: Ing.Quijano ArnaldoS. Giordani Jessica / Tejada G. Andreina Asesor: Ing. Arnaldo Giordani Resultadosdede encuestas: Resultados laslas encuestas: de las encuestas: Resultados Gráficos Gráficos Gráficos 1° El Agua Potable que llega a su casa, ¿presenta 1° El Agua Potable que llega a su casa, ¿presenta Turbiedad? Turbiedad? No 19% No 19% Sí 81% Sí 81% 100 98 / /Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 2° El Agua Potable que llega a su casa, ¿presenta Color? Sí 63% 6° Confía en la calidad de Agua Potable que suministra a su familia? Sí 11% No 37% No 89% 3° El Agua Potable que llega a su casa, ¿presenta Sabor? No 38% Sí 62% 7° ¿Desearía un mejor servicio de Agua Potable?¿Estaría de acuerdo en mejorar el actual Tratamiento? No 11% Sí 89% 4° Hie rv e e l Agua o utiliza filtros, paste urizadore s o siste mas de ozono N o 27% Sí 73% 8° Estaría dispuesto a pagar por un mejor tratamiento o servicio? Sí 16% 5° El suministro Agua Potable a su sector ¿es contínuo? Sí 28% No 84% No 72% / 99 Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 / 101 ANÁLISIS DE LAS ENCUESTAS. Análisis de las JUSTIFICACIÓN DEencuestas. LA INVESTIGACIÓN Justificación de la investigación Definitivamente, la calidad de agua Definitivamente, la calidad de agua suministrada a la población a través del suministrada la población través del sis-y sistema de aplantas de atratamiento tema de plantas de tratamiento distribución de agua potable a yladistribución ciudad de de aguaespotable a la yciudad deelMérida es Mérida deficiente justificó presente deficiente y justificó porcentajes el presente estudio. estudio. Grandes de los Grandes porcentajes de los encuestados, encuestados, coinciden en que el agua coinciden en que presenta el agua potable recibida, potable recibida, altos niveles de presenta altos niveles de turbiedad y color, así turbiedad y color, así como sabor, hechos como sabor, graves hechospara sumamente graves para sumamente la salud pública, que la salud que pública, que indican que el sistema indican el sistema de tratamiento ha de tratamiento ha colapsado por diferentes colapsado por diferentes razones, como el razones, comodemográfico el crecimientoy demográfico crecimiento fallas en ely fallas en el suministro continuo de (cloro) biocidasy suministro continuo de biocidas (cloro) y coagulantes (sulfato de aluminio) coagulantes (sulfato de aluminio) para la para la reducción de turbiedad,haciéndose haciéndose reducción de turbiedad, insuficiente para satisfacer las necesidades de la a calidad deldel agua pola población poblaciónen encuanto cuanto a calidad agua table. Esto justifica de por sí la implementación potable. Esto justifica de por sí la de nuevas tecnologías que ayuden a minimizar implementación de nuevas tecnologías que estos problemas. ayuden a minimizar estos problemas Muy pocos confían en la calidad del agua recibida y un gran número de encuestados proceden a hervir el agua o a utilizar equipos de purificación en función de su capacidad adquisitiva. Es de recordar que hervir el agua puede dede laslas bacterias y ma-y puede eliminar eliminarparte parte bacterias teria orgánica, pero no reduce los los niveles de materia orgánica, pero no reduce niveles turbiedad. de turbiedad. Las fallas en el sistema de bombeo, contribuyen loslos niveles de turcontribuyenaaincrementar incrementar niveles de biedad y sólidos, ya que las tuberías y tanques turbiedad y sólidos, ya que las tuberías y se llenan se de lodo y productos corrosión en tanques llenan de lodo ydeproductos de el fondo, y cuando se reactiva el bombeo corrosión en el fondo, y cuando se reactivase el remueven todos los sólidos enturbiando aún bombeo se remueven todos los sólidos más el agua aún paramás el consumo. enturbiando el agua para el consumo. Resalta el hecho, de que a pesar de que la mayoría de los encuestados no confían en el agua que reciben sus familias y coinciden en que es necesario una notable mejoría en el tratamiento y calidad final del agua potable que se ciudad, muy pocos esseconsume consumeenenla la ciudad, muy pocos tán dispuestos a pagar por ello. Esto dificulta están dispuestos a pagar por ello. Esto las inversiones en la mejora condiciones dificulta las inversiones ende lalas mejora de las mecánicas y mecánicas uso de productos químicos, así condiciones y uso de productos como la ampliación plantas actuales químicos, así comodela las ampliación de las de tratamiento. plantas actuales de tratamiento. MATERIALES Materiales Yy EQUIPOS equipos realizacióndede experiencias Para lalarealización laslas experiencias de de laboratorio requierededelos lossiguientes siguientes laboratorio sese requiere equipos y materiales: TTabla abla No. No.2:2: Recursos de laboratorio utilizados en las experiencias EQUIPOS MATERIALES Equipo de jarras Polímero coagulante (policloruro de aluminio PAC) Turbidímetro Polímero floculante (poliacrilamida) Medidor de pH Sulfato de aluminio, Al2(SO4)2 Colorímetro Cloruro férrico, FeCl3 Vasos precipitado (50 a 500 Carbonato de calcio, CaCO3 ml) Matraz erlenmeyer (100 y 250 Sol. patrones de turbiedad (1, 10, 100 ml) NTU) Jeringas (1, 2, 5, 10 ml) Soluciones patrones de pH (4 y 7) Cilindros graduados (10~100 Agua destilada ml) Tubos de ensayo Rejillas para tubo de ensayo Agitadores de vidrio Soporte universal Pinzas Espátula Recipientes plásticos de 1 galón Pizetas Cronómetro Procedimiento Experimental Procedimiento Experimental la “Muestra • Caracterización Caracterización de lade “Muestra patrón”: • patrón” : se determina se determina la turbiedad, y color patrón”: la “pH” turbiedad, del agua cruda tratar) a la entrada “pH” y color del(sin agua cruda (sin tratar)de a dede tratamiento. Este es nuestro la planta entrada la planta de tratamiento. “blanco” o patrón“blanco” de comparación. Este es nuestro o patrón de comparación. • Condiciones mecánicas de las pruebas: a continuación se presenta una tabla con • Condiciones mecánicas de las • “Pruebas de jarras” para el ajuste : a continuación deMérida-Venezuela. la dosis del mejor coagulante pruebas: seCreando presenta coagulante: 102 pruebas /Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Revista Científica Juvenil. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 : una tabla con las velocidades de una vez determinado el mejor agitación y tiempos de mezcla utilizados coagulante, se realizan una nueva serie durante las “Pruebas de jarras” de “pruebas de jarras” con ese producto, las velocidades de agitación y tiempos realizan una nueva serie de “pruebas realizadas variables variando 1 y variando 12 ppm) y de mezcla (estos utilizados duranteson lasiguales “Pruede jarras” su condosis ese (entre producto, abas losde valores empleados utilizando nuevamente floculante jarras”operacionales realizadas (estos variables su dosis (entre 1 y 12 ppm)el y utilizando en planta):a los valores operacionales cuya dosis una vez más, se mantiene sonlaiguales nuevamente el floculante cuya dosis empleados en la planta): una vez más, (3 se mantiene constante constante ppm). Se miden (3 ppm). Se miden Tabla No. 3 nuevamente los nuevamente parámetroslosde Tabla No. 3 parámetros de turbiedad, color ede turbiedad, “pH”, color“pH”, e Índice Velocidades y tiempos de agitación Velocidades y tiempos de agitación utiliÍndice de Willcomb. La finalidad es deWillcomb. La finalidad es determinar la utilizados en el equipo de jarras zados en el equipo de jarras terminar la mejor dosis del coagulante mejor dosis del coagulante seleccionado seleccionado en la prueba anterior. en la prueba anterior. ETAPA DEL PROCESO Tiempo (minutos) Mezcla rápida Velocidad de agitación (r.p.m.) 2 100 10 40 30 0 (Etapa de Coagulación) Mezcla lenta (Etapa de floculación) Sedimentación • “Pruebas de jarras” para la selección del mejor coagulante: para efectos de comde jarras” para la selección • “Pruebas paración, se realizan “pruebas de jarras” del mejor coagulante coagulante:: para efectos de con las sales inorgánicas coagulantes comparación, se realizan “pruebas de sulfato de aluminio y cloruro férrico y jarras” con las sales inorgánicas el polímero “policloruro de aluminio”. coagulantes Se añaden sulfato 8 ppm de de aluminio cada unoy cloruro de los férrico y el polímero “policloruro de tres coagulantes. Como floculante se aluminio”. Se añadenpotable, 8 ppm de uno utiliza el polímero la cada poliacrilamida (Floctreat-7913) a razón de 3 de los tres coagulantes. Como floculante ppmutiliza constante para cadapotable, una de las se el polímero la pruebas. Se deja sedimentar o asentar poliacrilamida (Floctreat-7913) a razón de un período de 30 minutos. 3durante ppm constante para cada una de las Esta prueba permite determinar el mepruebas. Se dejaque sedimentar o asentar jor coagulante, es el que reduce en durante un período de 30 minutos. mayor porcentaje los niveles de turbidez Esta prueba permite determinar el mejor y color del agua cuando es combinado coagulante, que constante es el que reduce en mayor con una dosis de floculante. Se reportalos turbiedad, colory ecolor Ínporcentaje niveles de“pH”, turbidez dice de Willcomb. del agua cuando es combinado con una • dosis “Pruebas de jarras” para el Se ajuste de constante de floculante. reporta la dosis del mejor coagulante: una vez turbiedad, “pH”, color e Índice de determinado el mejor coagulante, se Willcomb. • “Pruebas de jarras” para la determi“Pruebas de dosis jarras” para la • nación de la mejor de floculante: una vez determinada la mejor determinación de la mejor dosis dosisdede policloruro de aluminio, se procede floculante floculante:: una vez determinadaala simular la fase floculacióndeo aluminio, mezcla mejor dosis dedepolicloruro lenta y se agrega el polímero floculante, se procede a simular la fase de “poliacrilamida”. Se reporta “pH”, color, floculación o mezcla lenta y se agrega turbiedad e Índice de Willcomb. El el polímero floculante, “poliacrilamida”. proceso se repite para diferentes dosis Se reporta “pH”, color, turbiedad e Índice de floculante (entre 0,5 y 4 ppm), hasta de Willcomb. El procesomás se repite para obtener los “flóculos” grandes, consistentes y dedemayor velocidad diferentes dosis floculante (entrede 0,5 asentamiento o precipitación. finaliy 4 ppm), hasta obtener los Al “flóculos” zar esta prueba se pueden cuantificar más grandes, consistentes y de mayor los polímeros coagulantes y floculante velocidad de asentamiento o ideales para la clarificación del agua. precipitación. Al finalizar esta prueba se pueden cuantificar polímeros • Evaluación de la calidadlos de los “flocs” y floculante ideales paraa la ycoagulantes de su velocidad de sedimentación: clarificación se delpresenta agua. una tabla con continuación el denominado “Índice de Willcomb”, el permite asignar valor cualitativo Evaluación de launcalidad de los • cual para poder calificar la formación “flocs” y de su velocidadmásde consistente y rápida de sedimentar, de sedimentación sedimentación:: a continuación se los “flocs”. Para efectos de referencia y presenta unatambién tabla conseelpresenta denominado comparación, un “Índice de Willcomb” Willcomb”, el cual permite diagrama con las dimensiones y disperasignartípicas un valor cualitativo para poder siones de los “flocs” formados. calificar la formación más consistente y rápida de sedimentar, de los “flocs”. Para efectos de referencia y comparación, también se presenta un diagrama con las dimensiones y dispersiones típicas de los “flocs” formados. / 101 Tabla No. 4 Índice de Willcomb 103 producto en 99 ml de agua destilada). 101 Se diluye con la finalidad de abrir las producto en 99 de aguaydestilada). cadenas de ml polímeros así poder Se diluye con la finalidad de abrir las atrapar más “flocs”. Se diluye con finalidad abrir las producto en 99laml de yagua destilada). cadenas de polímeros así de poder 6 = Factor de conversión ü 10 cadenas de polímeros y así poder atrapar Se diluye con la finalidad de abrir las atrapar más “flocs”. Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 // Tabla No. 4 Número Descripción delÍndice índice de Willcomb abla No. No.44 TTabla Índice de Willcomb Willcomb ÍndiceVisible. de 2 Flóculo muy pequeño, casi imperceptible para Número Descripción 0 Flóculo coloidal. del índice 0 Flóculo coloidal. un observador no entrenado. Número Descripción 2del índice Visible. Flóculo muy pequeño, casi imperceptible para 4 Disperso. no Flóculo bien formado pero uniformemente un observador entrenado. 0 Flóculo coloidal.(Sedimenta muy lentamente o no sedimenta). distribuido 4 Disperso. Flóculo bien formado pero uniformemente 2 Visible. Flóculo muy pequeño, casi imperceptible para distribuido muy lentamente o no sedimenta). 6 Claro. (Sedimenta Flóculo de tamaño relativamente grande pero que un observador no entrenado. precipita lentitud.relativamente grande pero que 6 Claro. Flóculocon de tamaño 4 Disperso.con Flóculo precipita lentitud.bien formado pero uniformemente distribuido o no sedimenta). 8 Bueno.(Sedimenta Flóculo muy que lentamente se deposita fácil pero no 8 Bueno. Flóculo que se deposita fácil pero no completamente. 6 Claro. Flóculo de tamaño relativamente grande pero que completamente. precipita con lentitud. 10 Excelente. Flóculo que se deposita completamente 10 Excelente. Flóculo que se deposita completamente 8 Bueno. que se deposita fácil pero no dejando el agua cristalina. dejando elFlóculo agua cristalina. completamente. 10 Excelente. Flóculo que se deposita completamente dejando el agua cristalina. Figura No.No. 2 2 Figura Diámetros típicos de de referencia parapara la la Diámetros típicos referencia Figura No. 2 Figura No. 2 evaluación de “flocs”. evaluación detípicos “flocs”.de Diámetros típicos de referencia referencia para para la la Diámetros evaluación de “flocs”. evaluación de “flocs”. másü“flocs”. cadenas polímeros y así poder = Factor de conversión 106 de 6 = Factor de conversión ü 10 atrapar más “flocs”. del color • Evaluación color:: para determinar Factor de: conversión 106 =parámetro del color • üEvaluación color: para este en determinar las muestras • este Evaluación del color: para determinar parámetro en las muestras analizadas se utilizó un colorímetro este parámetro en las muestras analiEvaluación del color • analizadas color:: para determinar se utilizó un colorímetro digital (Standard Methods No. 2120-B). zadas(Standard se utilizó Methods unen colorímetro digital este parámetro lasNo.muestras digital 2120-B). La puntuación asignada a cada lectura (Standard Methods No. 2120-B). La analizadas seasignada utilizó un colorímetro La puntuación a cada lectura puntuación asignada a cada lectura se presenta la siguiente tabla:se digital (Standard Methods No. 2120-B). se presenta en laen siguiente tabla: presenta en laasignada siguienteatabla: La puntuación cada lectura se Tpresenta Tabla No. No. 5 en5la siguiente tabla: abla Tabla No. 5 Escala de las de color Escala deunidades las unidades de color Escala de las unidades de color Tabla No. 5 Escala de las unidades de color UNIDADES DE COLOR ESCALA ó UNIDADES DE COLOR ESCALA PUNTUACIÓN (lectura) PUNTUACIÓN ó UNIDADES (lectura)DE COLOR ESCALA 1 a 50 (lectura) 1 a 50 51 a 100 1 a 50 a 100 101 51 a 200 51 a 100 201 101 a 300 a 200 101 a 200 301 201 a 400 a 300 201 a 300 401 a 500 a 400 301 301 a 400 1PUNTUACIÓN 401 a 500 50 50 5 1 10 5 25 10 35 25 50 35 401 a 500 RESULTADOS ó 1 5 10 25 35 wo rd en ne no tie ne en no tie no tie ne en w w or or d d • Cantidad de productos a ser RESULTADOS dosificados a cada jarra con las 4.1.- Resultados de las “pruebas de RESULTADOS • jeringas Cantidad de productos a ser dosificados Cantidad de productos a ser • jeringas:: es necesario convertir la jarras” para la selección del mejor coagulante: a cada jarra con las jeringas: escon necesaCantidad productos apor •unidad dosificados ade cada jarra lasser de concentración “partes 4.1.- Resultados de las “pruebas de rio convertir la unidad de concentración dosificados a cada jarra con las jeringas : 4.1.Resultados de las “pruebas de jeringas: es necesario convertir la millón” (ppm) en mililitros, para poder jarras” para la selección del mejor coagulante: “partes por millón” (ppm) en mililitros, unidad de “partes por la jeringas : las jeringas: es necesario convertir agregar conconcentración jeringas la cantidad jarras” para la selección del mejor coagulante: para poder agregar con las jeringas millón” (ppm) en mililitros, para poder exacta de polímero para las pruebas. Lalapor unidad de concentración “partes cantidadutilizada exacta de polímero para las agregar con las es: jeringas la cantidad fórmula millón” (ppm) en mililitros, para poder pruebas. fórmula utilizada es: exacta polímero para La Dosis ende laLa jeringa (ml) = las pruebas. agregar con las jeringas la cantidad Dosis en la jeringa (ml) = fórmula utilizada es: ppm deseado x Volumen del Beaker exacta polímero para las pruebas. La ppm deseado x Volumen 6 Dosis en lade jeringa = del Concentración de la(ml) solución xBeaker 10 6 Concentración la es: solución x 10 fórmula utilizada ppm deseado xde Volumen del Beaker En donde: En donde: de la3solución Dosis en=lagrjeringa (ml) = x 106 üConcentración ppm / 3cm ü ppm = gr / cm donde: üEn Volumen del Beaker o Jarra 500 ml ppm deseado x Volumen del= Beaker ü Volumen del Beaker 3 o Jarra = 500 ml ü ppm = gr / cm ü Concentración Concentración de la solución = 61 dela lasolución solución x 110 Concentración üü Volumen Beaker o1Jarra ==500 ml / 100 = 0,01%del (sede diluye ml de En donde: / ü100 = Concentración 0,01% (se diluye 1 ml de de3la solución = 1 ü ppm = gr / cm producto en 99 ml de agua / 100 = 0,01% (se diluye destilada). 1 ml de ü Volumen del Beaker o Jarra = 500 ml ü Concentración de la solución = 1 / 100 = 0,01% (se diluye 1 ml de 102 / 102 //Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 104 DOSIS Tiempo DOSIS Tiempo r.p.m. FLOCULANTE r.p.m. MUESTRA (min) (ppm) (ppm) (min) DOS IS Tiempo DOS IS Tiempo DOS IS Tiempo DOS IS Tiempo r.p.m. FLOCULANTE r.p.m. MUESTRA TRA r.p.m. r.p.m. MUES (min) FLOCULANTE (ppm) (ppm) (min) Agua Cruda (sin (min) (ppm) (ppm) (min) N/A Coagulante ni Floculante) Agua (sin Agua Cruda Cruda (sin N/A N/A Agregando S ulfato de Coagulante ni ni Floculante) Floculante) Coagulante Aluminio, Al Agregando Sulfato ulfato de 2(SO4)de 3 Agregando S Agregando Cloruro Férrico, Aluminio, Al22(S (SO O )3 Aluminio, Al 4 4)3 100 10 2 3 40 8 Agregando Cloruro Férrico, 3 AgregandoFeCl Cloruro Férrico, 8 100 10 2 3 40 100 10 2 3 40 8 AgregandoFeCl Policloruro de FeCl33 Aluminio (PAC) de Agregando Policloruro de Agregando Policloruro Aluminio (PAC) (PAC) Aluminio Poliacrilamida Poliacrilamida Poliacrilamida (Floctreat-7913) (Floctreat-7913) (Floctreat-7913) ETAPA ETAPA ETAPA SSelección elección del del mejor mejor Selección del mejor Coagulante Coagulante Coagulante No. de JARRA No. de No. de JARRA JARRA 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 Tabla No. 6 TSelección abla No. No.6del 6 coagulante Tabla Selección del coagulante Tiempo de Turbiedad %Remoción Turbiedad (NTU) de Sediment. % Tiempo de %Remoción Remoción Turbiedad Tiempo de Turbiedad de Turbiedad Sediment. ediment. (NTU) de Turbiedad (NTU) S 0 113 0 113 0 113 26 76,99 26 76,99 26 76,99 30 31 72,57 30 31 72,57 30 31 72,57 17 84,96 17 84,96 17 84,96 Índice de Color %Remoción pH (UC) % Willcomb Color Índice de Remoción Índice de Color %de Remoción Color pH pH Willcomb (UC) de Color (UC) de Color Willcomb 7,89 N/A 0 50 7,89 0 50 7,89 N/A 0 50 N/A 15 70 6 7,63 15 70 6 7,63 15 70 6 7,63 7,64 4 25 50 7,64 4 25 50 7,64 4 25 50 7,40 8 10 80 7,40 8 10 80 7,40 8 10 80 Resultados de jarras” jarras” para para la la selección selección de de la la mejor mejor dosis dosis del del coagulante: coagulante: Resultados de de las las “pruebas “pruebas de Resultados de las “pruebas de jarras” para la selección de la mejor dosis del coagulante: Tabla Tabla No. No.7.7 7. TSelección abla No. 7 7.la de la mejor mejor dosis dosis de de coagulante coagulante Selección de Selección de la mejor dosis de coagulante 16 16 ETAPA ETAPA MUES TRA MUES TRA(sin Agua Cruda Coagulante ni Floculante) Agua (sin Agua Cruda Cruda (sin Coagulante Coagulante ni ni Floculante) Floculante) DOSIS r.p.m. (ppm) DOS IS DOS IS r.p.m. r.p.m. (ppm) (ppm) DOSIS Índice de Tiempo Tiempo Tiempo de Turbiedad % Remoción FLOCULANTE r.p.m. pH (ppm) Turbiedad Willcomb (min) (min) Tiempo Sediment. (NTU) de DOS IS % Remoción Índice de Tiempo Tiempo de Turbiedad DOS IS % Remoción Índice de Tiempo Tiempo Tiempo de Turbiedad FLOCULANTE pH FLOCULANTE (ppm) r.p.m. r.p.m. (min) Sediment. (NTU) de Turbiedad pH Willcomb (min) de Turbiedad (min) (min) Sediment. (NTU) 0 (ppm) 113 0 7,89 Willcomb N/ A 0 0 1 1 12 3 2 2 4 3 3 5 4 4 6 5 5 7 6 6 8 7 7 9 8 8 10 9 9 11 10 10 12 11 11 100 2 100 100 2 2 Poliacrilamida Poliacrilamida (Floctreat-7913) (Floctreat-7913) Poliacrilamida (Floctreat-7913) MUESTRA Muestras Muestras de deAgua Agua variando variando las lasdosis dosis Muestras de Agua variando las dosis del del Coagulante Coagulante SSeleccionado eleccionado (P.A.C.) (P.A.C.) del Coagulante Seleccionado (P.A.C.) yyagregando agregando 33ppm ppm fijos fijosfijos de deFloculante Floculante y agregando 3 ppm de Floculante (Poliacrilamida, (Poliacrilamida, Floctreat/ Floctreat/ 7913) 7913) (Poliacrilamida, Floctreat/ 7913) 1 1 5 6 5 5 7 6 6 8 7 7 9 8 8 10 9 9 11 10 10 12 11 11 13 12 12 14 13 13 15 14 14 16 15 15 ETAPA Ajuste Ajuste de dela la Dosis Dosis del del Coagulante Coagulante Ajuste de la Dosis del Coagulante seleccionado seleccionado (Policloruro (Policloruro de deAluminio Aluminio P.A.C P.A.C seleccionado (Policloruro de Aluminio P.A.C No. de JARRA No. de No. de JARRA JARRA 1 12 12 113 113 74 71 74 74 63 71 71 55 63 63 3 40 10 30 3 3 40 40 10 10 30 30 49 55 55 38 49 49 26 38 38 17 26 26 14 17 17 11 14 14 18 11 11 19 18 18 19 19 0 0 34,51 37,17 34,51 34,51 44,25 37,17 37,17 51,33 44,25 44,25 56,64 51,33 51,33 66,37 56,64 56,64 76,99 66,37 66,37 84,96 76,99 76,99 87,61 84,96 84,96 90,27 87,61 87,61 84,07 90,27 90,27 83,19 84,07 84,07 83,19 83,19 Color % Remoción (UC) Color Remoción Color %de Remoción Color % (UC) de (UC) de Color Color 50 0 7,89 7,89 7,83 N/ N/2A A 50 50 50 7,83 7,83 7,83 7,81 7,83 7,83 7,77 7,81 7,81 2 2 2 2 2 2 4 2 2 35 50 50 6,43 6,43 4 4 10 10 0 0 0,00 30,00 0,00 0,00 30,00 30,00 30,00 30,00 30,00 50,00 30,00 30,00 50,00 50,00 80,00 50,00 50,00 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 90,00 80,00 80,00 80,00 90,00 90,00 80,00 80,00 80,00 7,72 7,77 7,77 7,70 7,72 7,72 7,69 7,70 7,70 7,40 7,69 7,69 7,13 7,40 7,40 7,01 7,13 7,13 6,58 7,01 7,01 6,43 6,58 6,58 4 4 4 4 6 4 4 8 6 6 8 8 8 8 8 8 6 8 8 4 6 6 35 35 35 35 35 25 35 35 25 25 10 25 25 10 10 10 10 10 10 5 10 10 10 5 5 10 10 10 80,00 80,00 Resultados Resultados de de las las “pruebas “pruebas de de jarras” jarras” para para la la selección selección de de la la dosis dosis óptima óptima de de polímero polímero floculante: floculante: Resultados de las “pruebas de jarras” para la selección de la dosis óptima de polímero floculante: Tabla No. 8 TSelección abla No. No.8 8 la dosis ideal de floculante poliacrilamida (Floctreat-7913) Tabla de Selección de la dosis ideal de floculante poliacrilamida (Floctreat-7913) (Floctreat-7913) PPoliacrilamida oliacrilamida Poliacrilamida (F (Floctreat-7913) loctreat-7913) (Floctreat-7913) Tiempo Tiempo Tiempo de Turbiedad %Remoción DOSIS Índice de Color %Remoción DOSIS pH r.p.m. FLOCULANTE r.p.m. MUESTRA (U C) %de Tiempo %R emoción DOS IS Índice deb C Rem oción Tiem po Tiempo de Turbiedad OSIS olor Turbiedad (ppm ) (min) (ppm ) (min) Sediment. (NTU) de Color W illcom D pH r.p.m. FLOCULANTE r.p.m. MUESTRA Willcomb (UC) de Color (ppm) (min) (ppm) (min) Sediment. (NTU) de Turbiedad Agua Cruda (sin 7,89 N/A 50 0 113 0 N/A Agua Cruda (sin Coagulante ni Floculante) 7,89 N/A 50 0 113 0 N/A Coagulante ni Floculante) 0,5 16 85,84 7,18 4 10 80,00 16 85,84 4 10 80,00 1,0 11 7,15 6 90,27 7,18 0,5 1,0 11 7,15 6 10 80,00 1,5 9 7,11 8 5 92,04 90,00 90,27 1,5 9 7,11 8 5 92,04 90,00 2,0 3 7,08 10 1 97,35 98,00 10 100 10 2 40 30 2,0 3 7,08 10 1 2,5 7 7,06 8 5 93,81 90,00 97,35 98,00 10 100 10 2 40 30 2,5 7 7,06 8 5 3,0 11 7,01 90,27 93,81 90,00 3,0 11 7,01 8 5 3,5 13 6,94 6 10 88,50 80,00 90,27 90,00 3,5 13 6,94 6 10 88,50 80,00 4,0 18 6,87 4 84,07 4,0 18 6,87 4 10 84,07 80,00 Muestras Muestras de deAgua Agua con con10 10 10 Muestras de Agua con ppm ppmppm fijo fijodel delC C oagulante oagulante fijo del Coagulante (P (P.A.C .A.C .)yyvariando variando elel el (P.).A.C .) y variando FFloculante loculante Floculante (P (Poliacrilamida, oliacrilamida, FFT-7913) T-7913) (Poliacrilamida, FT-7913) ETAPA ETAPA Ajuste Ajuste de dela la Dosis Dosis del delFF loculante loculante Ajuste de la Dosis del Floculante (P (Poliacrilamida, oliacrilamida, FFloctreat-7913) loctreat-7913) (Poliacrilamida, Floctreat-7913) No. de de JARR A No. JARRA 1 1 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 / Análisis y discusión de resultados Serie de pruebas No. 1, Tabla No. 6, Gráficos No. 9, 10, 11 y 12. Selección del Mejor Coagulante: • En la primera serie de pruebas de jarras, que sirvieron para seleccionar el coagulante manteniendo una dosis de 3 ppm de floculante invariable, se pudo observar claramente como el policluro de alumino (PAC), es mucho más eficiente como coagulante que las sales inorgánicas como el sulfato de aluminio (Al2(SO4)3 y el cloruro férrico (FeCl3). En el gráfico N° 9 se aprecia que con el PAC los niveles de turbiedad (17 NTU) disminuyen en aproximadamente 35% con respecto al sulfato de aluminio (26 NTU) y en 45% referido al cloruro férrico (NTU). El gráfico No. 10 muestra como el % de remoción de turbiedad del PAC (80%) fue mejor que el del Al2(SO4)3 (70%) y muy superior al del FeCl3 (50%). • El mejor tamaño y consistencia de los “flóculos”, así como la mayor velocidad de sedimentación, representados por el “Índice de Willcomb”, se obtuvieron con el coagulante policloruro de aluminio, superior al sulfato de aluminio y al cloruro férrico en la “escala de evaluación del color, 8 > 6 > 4 respectivamente (Gráfico No. 11). • La eficiencia de estos productos se repite en la evaluación del color, en el siguiente orden: PAC con 80% de remoción > Al2(SO4)2 con 70% > FeCl3 con 50% (Gráfico No. 12). Serie de pruebas No. 2, Tabla No. 7, Gráficos No. 13 y 14. Ajuste de la mejor dosis del coagulante seleccionado: • El gráfico No. 14, referente a la evaluación del tamaño, consistencia y velocidad de sedimentación de los “flóculos”, representado por el Índice de Willcomb, indica que para esta 105 serie de pruebas, los mejores resultados se obtienen con dosis de coagulante PAC, desde 8 hasta 10 ppm. Esto significa que la prueba no es determinante ya que tenemos tres valores óptimos para la dosis. • Para definir la dosis, se puede entonces analizar el Gráfico No. 13, donde se puede observar que los mejores resultados tanto en remoción de turbiedad como de color, se obtienen para una dosis de de 10 ppm de PAC. Para esta concentración de PAC (10 ppm) se obtuvo una remoción de turbiedad del 90,3 %, combinada con una remoción de color del 90%. También se puede observar que si agregamos cantidades de coagulante superiores a 10 ppm, ocurre un efecto de reversión, desmejorando los resultados. Serie de pruebas No. 3, Tabla No. 8, Gráficos No. 15, 16 y 17. Ajuste de la mejor dosis del floculante: • Definido el mejor coagulante (PAC) y su dosis (10 ppm), la siguiente serie de pruebas para definir la mejor dosis de floculante indica mediante los Gráficos No 15 y 16 que la mayor remoción de turbiedad (97,4%) y de color (98%) se obtienen con una dosis de 2 ppm del floculante, la poliacrilamida Floctreat-7913. • El Índice de Willcomb (gráfico No. 17), confirma los resultados anteriores, y es que para 10 ppm de coagulante PAC, y 2 ppm del floculante poliacrilamida. Las velocidades de sedimentación más rápidas, tamaño, consistencia y dispersión de los flóculos, obtienen las mejores puntuaciones para esta dosis de floculante. • En ninguna de las series de pruebas realizadas, el valor del “pH” presentó mayores variaciones del valor obtenido para el agua “cruda” (sin tratar). El valor del “pH” siempre estuvo ubicado dentro de los límites de control recomendado por la Organización Mundial de la Salud, esto es, entre 6,5 y 8,5. 106 /Samanta Giordani y otros. Factabilidad del... Creando Revista Científica Juvenil. Mérida-Venezuela. ISSN 1316-9505 Vol. VII-VIII (2008-2009): 97-108 Conclusiones • Quedó demostrada la hipótesis referente a la factibilidad de reducir los valores de turbiedad, color, sólidos y coloides al utilizar nuevas tecnologías de polímeros en proceso de tratamiento del agua potable en la ciudad de Mérida al minimizar la turbiedad hasta valores de 3 NTU, inferiores a los 5 NTU recomendados por la Organización Mundial de la Salud (O.M.S.) y por debajo de valores entre 60 y 80 NTU con que tiene que operar la planta en períodos de lluvia. • El PAC, es un coagulante mucho más eficiente que el sulfato de aluminio, el Al2(SO4)3 y el cloruro férrico, el FeCl3 en la reducción de los niveles de turbiedad y color • La dosis óptima de coagulante PAC, resultó ser de 10 ppm. Dosificaciones inferiores o superiores, producen un efecto de reversión sobre la turbiedad y color • La combinación de coagulantes (PAC) y floculantes (poliacrilamida), de concentraciones de 10 y 2 ppm respectivamente, permite “clarificar” el agua de la planta “Dr. Enrique Burgoin”, en un período mucho más rápido que utilizando el Al2(SO4)3 o el FeCl3, y por lo tanto ayuda a compensar la deficiencia en la capacidad operativa de la planta. Recomendaciones • Implementar el uso de coagulantes (PAC) y floculantes (poliacrilamida), en concentraciones de 10 y 2 ppm respectivamente • Realizar una “Prueba piloto”, o prueba en planta, en el sistema real y con condiciones reales de operación de la planta, con la finalidad de obtener resultados aún más exactos para ajustar más las dosis y reducir los costos de tratamiento. La duración ideal de la prueba sería de 6 horas. La dificultad sería obtener los fondos ya que para ese lapso se requerirían de 240 kg de coagulante y 48 kg de floculante con un costo total de 3.302 Bs.F • El costo actual del servicio de agua potable es de aprox. 0,45 Bs.F/m 3. Implementar el tratamiento con estos polímeros implica un incremento de aprox. un 23% sobre este costo, esto es, 0,55 Bs.F/m3, y las encuestas realizadas indican que más del 84% de los encuestados no está dispuesto a pagar más por una mejora del servicio. El usuario requiere ser educado mediante una campaña de información para que comprenda que la salud está por arriba de los intereses económicos. BIBLIOGRAFÍA Baker Performance Chemicals. (1997). Manual de polímeros. 2ª Edición. New York, NY: Editorial McGraw-Hill. pp. 43-131. Gaspart, Joaquín. (1999). Fundamentos para los procesos de potabilización, Tomos I y II. Barcelona: Rezza Editores, S.A. pp. 14-72. Gulf Coast Chemical. (1988). Tratamiento de agua potable. New York. pp. 66-113. 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