CAPÍTULO 6 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 6.1 Caracterización del

CAPÍTULO 6
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
6.1 Caracterización del Agua del Pozo No.1Bis en OOMAPAS-N
En la Tabla 6.1 se muestran los resultados de los análisis fisicoquímicos del agua del
pozo No.1Bis proporcionados por el OOMAPAS-N donde se puede observar valores de
574 mg/L para cloruros y de 725 mg/L para dureza total. Estos valores se encuentran por
arriba del LMP que especifica la NOM-127.
6.2 Caracterización del Agua del pozo No.1Bis en el Laboratorio
En la Figura 6.1 se muestran los resultados de los análisis de cloruros y dureza total que
se obtuvo en el laboratorio previo tratamiento por intercambio iónico. Se observa que los
valores promedio de cloruros y dureza total no cumplen con los LMP de la NOM-127.
6.3 Alternativas de Métodos para Tratamiento de Agua
La Figura 6.2 muestra los resultados de los análisis de cloruros a diferentes tiempos de
tratamiento de agua con carbón activado de cáscara de coco acondicionado con nitrato
de plata. Se puede apreciar que la concentración más alta utilizada en este método de
tratamiento fue de 1.6% y se puede observar como resultado una concentración de
cloruros por arriba de 400 mg/L. Esta alternativa, quedó descartada por el consumo de
nitrato de plata que se requirió para acondicionar el carbón activado además del alto
costo que éste tiene en el mercado.
Tabla 6.1 Resultados de análisis fisicoquímicos de agua del pozo No.1Bis
proporcionados por OOMAPAS-N.
Parámetro
Unidad
Resultado LMP*
Método de prueba
Color
UPC
< 5.0
20
NMX-AA-045-SCFI-2001
Turbiedad
UNT
< 2.0
5
NMX-AA-093-SCFI-2000
Alcalinidad como CaCO3
mg/L
170
NA
NMX-AA-036-SCFI-2001
Dureza total como CaCO3
mg/L
725
500
NMX-AA-072-SCFI-2001
Cloruros
mg/L
574
250
NMX-AA-073-SCFI-2001
Conductividad eléctrica
μS/cm
2,130
NA
NMX-AA-093-SCFI-2000
Sulfatos
mg/L
18
400
NMX-AA-074- SCFI 1981
Sólidos disueltos totales
mg/L
1,630
1000
NMX-AA-034-SCFI-2001
Hierro
mg/L
0.036
0.30
NMX-AA-051-SCFI-2001
Manganeso
mg/L
<0.017
0.15
NMX-AA-051-SCFI-2001
NA: no aplica
*Límite máximo permisible según la NOM-127-SSA1-1994
800
Concentración (mg/L)
700
600
500
400
300
200
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Número de muestra
Dureza
LMP de dureza total
Cloruros
LMP de cloruros
Figura 6.1 Concentración de cloruros y dureza total antes del tratamiento por
intercambio iónico.
560
Cloruros (mg/L)
540
0.5 %
520
0.8 %
500
1.0 %
480
1.2 %
460
440
1.6 %
420
400
0
10
20
30
Tiempo (min)
40
50
Figura 6.2 Concentración de cloruros en agua tratada por el método de adsorción con
carbón activado acondicionado con nitrato de plata.
El método de electrocoagulación mostró la formación de flóculos y coágulos en exceso
debido a la alta concentración de cloruros presentes en el agua, por lo que también
quedo descartado como una alternativa de tratamiento de agua en esta investigación.
La Figura 6.3 muestra los resultados obtenidos por el método de intercambio iónico por
medio de agitación utilizando resina mixta Purolite NRW-37 al 1%. Cabe mencionar que
se realizaron varias pruebas donde se utilizaron concentraciones de resina mixta desde
0.1 al 2 % y según los resultados obtenidos se observó que a mayor concentración de
resina utilizada para el tratamiento de agua era mayor la eficiencia de la reducción de
cloruros, dureza total, de calcio y magnesio.
El método de tratamiento de agua por intercambio iónico en columna mostró, según los
resultados obtenidos, que a mayor cantidad de resina mixta utilizada en el lecho era
mayor el tiempo de saturación de la misma considerando constante el flujo del agua en
todos los tratamientos. Por lo cual la concentración de resina mixta que se seleccionó
para el lecho de la columna fue de 10 gr (15 mL) con un flujo promedio aproximado de
16-18 mL/min.
El método de intercambio iónico en columna fue el elegido para tratar el agua del pozo
No.1Bis en esta investigación. Los resultados obtenidos mediante este método se
describen con más detalle en el siguiente punto.
6.4 Tratamiento del Agua del Pozo No.1Bis por Intercambio Iónico en Columna
El tratamiento del agua por intercambio iónico en la columna se realizó a un flujo
promedio de 16.75 mL/min y se trataron aproximadamente 2 L de agua con 15 mL de
resina Purolite NRW-37.
800
Concentración (mg/L)
700
600
500
400
300
200
100
0
0
Dureza total
10
20
30
40
Tiempo (min)
Dureza de calcio
Dureza de magnesio
50
Cloruros
Figura 6.3 Concentración de cloruros, dureza total, de calcio y magnesio en agua tratada
por el método de intercambio iónico por medio de agitación del agua con resina mixta al
1%.
En el influente de la columna de intercambio iónico (Figura 6.4) se muestra el promedio
de las concentraciones iniciales de cloruros, dureza total, de calcio, y magnesio y en el
efluente (después del tratamiento) se muestra el promedio de los resultados de las
concentraciones de estos minerales. Las concentraciones de estos minerales en el
efluente muestran una reducción de aproximadamente el 50% y dentro de los LMP de la
NOM-127.
La Figura 6.5 muestra la curva de ruptura del promedio de los resultados de cloruros
obtenida mediante el análisis de éste mineral en muestras de agua tomadas cada 10
minutos de tratamiento por intercambio iónico a un flujo promedio de 16.75mL/min. Se
observa que el tiempo de ruptura (tR) se alcanzó a los 40 minutos; tiempo en el cual se
trató un promedio de 670mL de agua y se obtuvo un valor promedio de cloruros en el
efluente de 235mg/L.
En esta figura se muestra también la desviación estándar de la curva de ruptura de
cloruros, donde se observa un comportamiento normal y no excesivo respecto a la
variación de los datos.
La Figura 6.6, 6.7 y 6.8 muestra las curvas de ruptura del promedio de los resultados de
dureza total, de calcio y magnesio obtenidos mediante el análisis de estos minerales en
muestras de agua tomadas cada 10 minutos de tratamiento por intercambio iónico a un
flujo promedio de 16.75mL/min. En éstas se observa que el tiempo de ruptura se alcanzó
a los 60 minutos, tiempo en el cual se trató un promedio de 1.005 L de agua y se obtuvo
en el efluente valores promedio de dureza total de 363, de calcio de 186 y de magnesio
de 177 mg/L.
En estas figuras se muestra también la desviación estándar de las curvas de ruptura de
dureza total, de calcio y magnesio, donde al igual que el caso anterior se observa un
comportamiento normal y no excesivo respecto a la variación de los datos.
Dureza de calcio*= 362 mg/L
Dureza de magnesio*= 356 mg/L
Dureza total*= 718 mg/L
Cloruros* = 520 mg/L
Flujo* = 16.75 mL/min
Dureza de calcio*= 186 mg/L
Dureza de magnesio*= 177 mg/L
Dureza total*= 363 mg/L
WR
Cloruros* = 235 mg/L
Flujo* = 16.75 mL/min
*Promedio de resultados de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio.
Figura 6.4 Columna de intercambio iónico con resina mixta Purolite NWR-37.
Concentración (mg/L)*
600
500
400
300
200
100
0
10
20
30
40
tR
Más desvest
50
60
70
80
90
100 110 120
Tiempo (min)
Promedio
Menos desvest
*Concentración promedio de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio.
Desvest: desviación estándar.
Figura 6.5 Curva de ruptura de cloruros.
800
Concentración (mg/L)*
700
600
500
400
300
200
100
0
10
20
30
40
Más desvest
50
60
tR
Promedio
70
80 90 100 110 120
Tiempo (min)
Menos desvest
* Concentración promedio de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio.
Desvest: desviación estándar.
Figura 6.6 Curva de ruptura de dureza total.
Concentración (mg/L)*
400
350
300
250
200
150
100
50
0
10
20
30
40
Más desvest
50
60
tR
70
Promedio
80
90
100 110 120
Tiempo (min)
Menos desvest
* Concentración promedio de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio.
Desvest: desviación estándar.
Figura 6.7 Curva de ruptura de dureza de calcio.
400
Concentración (mg/L)*
350
300
250
200
150
100
50
0
10
20
30
40
50
60
tR
Más desvest
Promedio
70
80
90
100 110 120
Tiempo (min)
Menos desvest
* Concentración promedio de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio.
Desvest: desviación estándar.
Figura 6.8 Curva de ruptura de dureza de magnesio.
6.5 Cálculo de la Capacidad de Intercambio Iónico en el Laboratorio
Con los datos utilizados en el tratamiento del agua por intercambio iónico en la columna
de diseño con resina Purolite NRW-37, los resultados obtenidos después del tratamiento
de agua para la reducción de cloruros, dureza total, de calcio y magnesio en el
laboratorio y las fórmulas descritas en el capítulo anterior se determinó la capacidad de
intercambio aniónico y catiónico de la resina. Los datos y resultados obtenidos en el
laboratorio se muestran en la Tabla 6.2.
6.5.1 Capacidad de Intercambio Aniónico Experimental (CIAe)
=
=
= .
(
) = 40
(
9.83
15
(
)=
.× 16.75
)
×
.
[5.6]
×
× 14.67
[5.5]
×
1000
)= .
(
(
)
La capacidad de intercambio aniónico que se obtuvo en el laboratorio fue de 0.66
comparación con la reportada en la ficha técnica de 1.3
.
en
Tabla 6.2 Datos utilizados en tratamiento de intercambio iónico en columna y resultados
obtenidos en la reducción de cloruros, dureza total, de calcio y magnesio; y tiempo de
ruptura.
Flujo del pozo 1Bis 19
Concentración inicial (Co) de iones en el agua del pozo:
Ca+2 (como CaCO3) 362
(7.24
Mg+2 (como MgCO3) 356
)
(8.46
Cl- (como Cl-) en el agua 520
)
(14.67
)
Flujo del agua en la columna en el laboratorio: 16.75
Volumen de resina mixta Purolite NRW-37 utilizada: 15
Relación por volumen de resina: 1.5 partes de anión Purolite NRW- 400,
partes de catión Purolite NRW-100 (60% de anión y 40% de catión)
Concentración de iones a reducir (Cr) en el agua del pozo:
Ca+2 (como CaCO3) 176
(3.5
Mg+2 (como MgCO3) 180
)
(4.27
Cl- (como Cl-) en el agua 285
)
(8.03
Tiempo de ruptura (tR) cationica (Ca+2 y Mg+2), 60
Tiempo de ruptura (tR) aniónica (Cl-), 40
)
6.5.2 Capacidad de Intercambio Catiónico Experimental (CICe)
=
(
(
)=
+
=
×
(
×
.× 16.75
[5.8]
+
× 15.70
)[5.7]
×
1000
.
15
)
) = 60
+
15.78
+
(
+
=
= .
(
+
)
La capacidad de intercambio catiónico que se obtuvo en el laboratorio fue de 1.05
en comparación con la reportada en la ficha técnica de 1.8
.
6.6 Densidad de la Resina (ρ)
Se determinó la densidad de la resina en el laboratorio diariamente, obteniéndose un
total de 10 determinaciones. Se utilizó la siguiente fórmula:.
ρ=
[5.9]
El promedio de estas determinaciones fue de0.68
en la hoja técnica de0.74
.
en comparación con la reportada
6.7 Diseño de la Columna de Intercambio Iónico para Tratamiento del Agua del
Pozo No.1Bis para Ciclos de 6 Horas
Con las capacidades aniónica y catiónica obtenidas experimentalmente y los datos de la
Tabla 6.2 se diseñó la columna para intercambio iónico con resina mixta Purolite NRW37 en el pozo, para una capacidad de tratamiento de agua de 410,400 , volumen que
abastece el pozo en 6 horas considerando un gasto de 19 .
6.7.1 meq Aniónicos a Reducir
ó
ó
=
ó
×
= 19 × 8.03
= ,
×
ó
[5.10]
3600
6ℎ
×
ℎ
,
6.7.2 Volumen de Resina Aniónica (VRA)
Se calculó el volumen de resina aniónica considerando que la resina mixta Purolite
NRW-37 se compone de un 60% de resina aniónica Purolite NRW-400
=
=
3,295,512
0.66
= . ó
× 0.60 ×
1000
× 0.60[5.11]
×
1000
6.7.3 meq Catiónicos a Reducir
ó
ó
=
ó
×
= 19 × 7.77
= ,
×
ó
[5.12]
3600
6ℎ
×
ℎ
,
6.7.4 Volumen de Resina Catiónica (VRC)
Se calculó el volumen de resina catiónica considerando que la resina mixta Purolite
NRW-37 se compone de un 40% de resina catiónica Purolite NRW-100
=
=
3,188,808
1.05
ó
× 0.40 × × 0.40[5.11]
×
1000
1000
= .
6.7.5 Volumen de Resina Mixta (VRM) Purolite NRW-37
El volumen de resina mixta Purolite NRW-37 a utilizar es la suma de la resina aniónica
Purolite NRW-400 y la catiónica Purolite NRW-100.
=
= 3.0
= .
+ 1.21
+
[5.12]
6.7.6 Volumen de la Columna
Se calculó el volumen de la columna, dejando un 25% de espacio para expansión.
=
= 4.21
×
×
1
[5.13]
0.75
1
0.75
= .
6.7.7 Área de la Columna
Se calculó el área de la columna considerando un diámetro de 1.5 m.
Á
Á
=
Á
= .
4
=
4
[5.14]
1.5
6.7.8 Altura de la Columna
=
=
5.61
1.77
= .
Á
[5.15]
La Tabla 6.3 muestra los resultados obtenidos en el laboratorio de las capacidades de
intercambio experimental, la densidad y el diseño de la columna para tratamiento de
agua en el pozo No.1Bis.
Tabla 6.3 Datos obtenidos en el laboratorio y diseño de la columna para tratamiento por
intercambio iónico con resina mixta Purolite NRW-37 del pozo No.1Bis.
Datos obtenidos en el laboratorio
= 0.66
= 1.05
Datos según hoja técnica de la resina mixta
= 1.3
= 1.8
= 0.68
= 0.74
Datos para el diseño de la columna para el pozo No.1Bis
= 3.0
á
= 1.22
Á
= 1.77
= 3.17
= 4.21
= 1.5
= 5.61