[ESCRIBIR EL NOMBRE DE LA COMPAÑÍA]
Práctica#2: Coagulación -Floculación
Procesos de Tratamientos de Aguas Residuales
2 de noviembre del 2013
RESUMEN
En esta sesión de laboratorio se realizó la prueba de jarras que consiste en manipular las
condiciones de pH y velocidad de agitación de una solución coloidal de agua y bentonita,
a la que se le agrega cloruro férrico como coagulante, para determinar la dosis mínima
del mismo, la velocidad óptima de agitación y el pH adecuado para la máxima
coagulación y floculación de las partículas en suspensión.
Se pudo concluir que la coagulación y floculación se llevan mejor a cabo a pH bajo
obteniéndose concentraciones de 101mg/L en la jarra cuyo pH fue de 5.3. Así también
fue posible determinar que es mejor un mezclado a una velocidad media ya que
promueve la mezcla entre la solución coloidal y el coagulante pero permite la formación
de coágulos.
INTRODUCCIÓN
Objetivos
o Aprender el método de la prueba de jarras así como sus ventajas y desventajas.
o Conocer los parámetros que influyen en la coagulación y la floculación de las
partículas en una suspensión coloidal.
o Determinar las condiciones óptimas para la coagulación y floculación de las
partículas suspendidas de una solución coloidal de agua y bentonita.
Sección Teórica
Al hablar de Tratamiento de Agua Residual, es importante establecer un color que a la
vista sea saludable, es decir, debe tratarse la turbiedad de los efluentes. Esta
característica, es alterada por pequeñas partículas llamadas partículas coloidales y
permanecen en suspensión en el agua y su concentración es muy estable.
“Las partículas muy finas son una parte de las materias solubles y de las materias
coloidales como: proteínas, virus; moléculas y los iones pueden ser separados por
adsorción o intercambio de iones.
Los Coloides son suspensiones estables, por lo que es imposible sus sedimentación
natural, son sustancias responsables de la turbiedad y del color del agua.
Se caracterizan por ser hidrofílicos (tienen afinidad por el agua) e hidrófobos (es decir
que rechazan al agua), los primeros se dispersan espontáneamente dentro del agua y
son rodeados de moléculas de agua que previenen todo contacto posterior entre estas
partículas; las partículas hidrofóbicas no son rodeados de moléculas de agua, su
dispersión dentro del agua no es espontáneo por lo que requiere de la ayuda de medios
químicos y físicos.
Las partículas hidrófobas son en general partículas de materias inorgánicas mientras que
las hidrofílicas son materias orgánicas; en realidad solo un poco son las partículas que
son exclusivamente hidrofílicas o hidrofóbicas; se obtienen más bien partículas
hidratadas a los diferentes grados. La carga eléctrica y la capa de agua que rodean las
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partículas hidrófilas tienden a desplazar las partículas unas de otras y, en consecuencia
los estabiliza entro de la solución”. (SEDAPAL.) Sin embargo, es posible eliminarlas
mediante dos procesos:
•
Coagulación: tiene por objeto desestabilizar las partículas en suspensión es decir,
facilitar su aglomeración. En la práctica este procedimiento es caracterizado por
la inyección y dispersión rápida de productos químicos, que neutralizan las
cargas entre las partículas. Es un método económico y que permite eliminar gran
cantidad de sustancias de diferente naturaleza, sin embargo, su mala aplicación
puede acelerar la degradación de la calidad del agua y de ahí surge la importancia
de conocer la cantidad exacta de coagulante que se ve a utilizar.
Los principales coagulantes utilizados son: sulfato de aluminio, aluminato de
sodio, cloruro de aluminio, cloruro férrico, sulfato férrico, sulfato férrico, sulfato
ferroso, etc.
•
Floculación: la floculación tiene por objeto, favorecer el contacto entre las
partículas desestabilizadas, mediante una mezcla lenta, para así poder ser
eliminadas fácilmente mediante decantación y filtración. La mezcla debe ser lo
suficiente para crear diferencias de velocidad del agua dentro de la unidad pero
no muy grande, ya que los flóculos corren el riesgo de romperse. La floculación
no solo aumenta el tamaño de las partículas, sino también su peso.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Materiales
• Vaso precipitado de 300 mL
• Pipetas de 2 mL
• Pipetas de 5 mL
• Probeta
• Pastilla
• Succionador
• lámpara
• tubos Hach
• gradilla
Reactivos
• Cloruro Férrico
• Ácido: HCl
• Base: NaOH
• Agua Residual (agua turbia)
Equipo
• Equipo de prueba de jarras
• Agitador magnético
• pH metro
• Espectrofotómetro
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Procedimiento #1: Determinación de dosis mínima de coagulante
1. Se llenó tres vasos precipitados con 200 mL de agua residual junto con una
pastilla.
2. Cada vaso se colocó encima de un agitador. Se encienden los agitadores a
diferentes niveles: 1 es bajo, 3 es medio y 6 es alto.
3. Cada 30 segundos con una pipeta de 2 mL se le agregó 0.5 mL de la solución
coagulante, en este caso fue cloruro férrico.
4. Se deja de añadir solución hasta observar coágulos.
5. Con el volumen final utilizado de solución coagulante hasta la formación de los
coágulos, se obtiene la concentración de coagulante.
𝐶𝑜𝑛𝑐.𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 𝑉
𝑚𝑐𝑜𝑎𝑔.
𝑎𝑑𝑖. +𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
Ecuación 1
Ilustración 1. Agua Residual 200 mL
Procedimiento #2: Equipo chico para “Prueba de Jarras”
Determinación del pH óptimo.
1. Las seis jarras del sistema se llenaron con 1L de agua residual y se colocaron las
jarras en el equipo con paletas planas para después prender el equipo a una
velocidad de 25 RPM.
Ilustración 2. Prueba de Jarras
2. Se midió el pH de cada una de las jarras.
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Ilustración 3. Medición de pH
3. Se realizó un promedio de las seis jarras para después incrementar o disminuir
el pH a partir del valor central, tomando el promedio pH muestra jarra. Buscando el
pH objetivo.
4. Dependiendo de la jarra se agregó ácido HCl o base NaOH para modificar el pH y
ajustarlo al pH objetivo. Se cuido la precisión a la hora de agregar los reactivos.
Ilustración 4. Solución reguladora
5. Una vez teniendo el pH ajustado, se apagó el equipo y se registró el volumen
utilizado de solución reguladora.
6. Se calculó el volumen requerido de solución de coagulante de concentración.
7. Se añadió la solución correspondiente de coagulante para cada jara y se registró
volumen añadido.
8. Por 2 minutos se prendió el equipo a una velocidad de 100 RPM.
9. Se pasó la velocidad de 100 a 25 RPM por 15 minutos.
Ilustración 5. Ajuste de velocidad
10. Se apagó el equipo y se dejó reposar por 15 minutos para que sucediera una
sedimentación.
PAG 5
Ilustración 6. Sedimentación
11. Con pipetas de 5 mL, se tomó muestras de la superficie de cada jarra para
después medir la absorbancia.
Ilustración 7. Muestra y espectrofotómetro
RESULTADOS Y ANALISIS DE DATOS
#1: Determinación de dosis mínima de coagulante
Como se describe anteriormente, se tomaron tres muestras de agua residual y se
colocaron en recipientes con pastillas agitadoras; cada una de estas a diferentes grados
de agitación (bajo, medio y alto). A continuacion se presentan los resultados:
Para el grado de agitación bajo
Para el grado de agitación medio
Tabla 3.3 datos G.A. Bajo
Csol coag (mg/mL)
Sulfato
Cloruro
de aluminio
Férrico
50
50
mcoag (mg)
Vadi*Csol.coag =
125
Vmues+Vadi(mL)
202.5
CcoagMues (mg/mL)
mcoag/(Vmues+Vadi)
0.6172
Tabal 3.4 datos G.A. Medio
Csol coag (mg/mL)
Sulfato
Cloruro
de aluminio
Férrico
50
50
mcoag (mg)
Vadi*Csol.coag
100
Vmues+Vadi(mL)
202
CcoagMues (mg/mL)
mcoag/(Vmues+Vadi)
0.4950
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El grado de agitación alto resultó ser tal, que impidió la sedimentacion de los flóculos, e
incluso inhibio la formación floculos grandes. Lo que se observó despues de alrededor
de 7 minutos fue pequeños floculos siendo resuspendidos por el agitador.
Se promediaron las concentraciones de coagulante en las muestras de agitacion baja y
media:
Ccoag.muest PROMEDIO (mg/mL)
0.5562
#2: Prueba de Jarras y determinación de pH optimo
Se midió el pH del agua residual en las seis jarras para obtener el promedio y decidir
los intervalos de pH que se probarían, obteniendo los siguientes resultados:
Tabla 3.5 pH Jarras
Jarra No.
pH jarra
I
6.8
II
6.6
III
6.6
IV
6.7
V
6.6
VI
6.4
Promedio pH
6.6
Desv. Std.
0.1329
Ilustración 8. Medición de pH de las cada jarra.
Jarra No
pH Objetivo
pH Ajustado
Vol Añadido (Vadi)
solución Reguladora (mL)
Vol Total(Vtot)=VmuesJarra+Vadi
mcoagmues(mg)=VtotalCcoag.mues
mcoagmues/Csolcoag=Vsolcoag
Tabla 3.6 Registro de pH, volumetría
I
II
III
5
5.53
6.06
3.6
5.7
6.3
IV
7
6.6
V
7.5
7.8
VI
8
8.5
3.5
1
0.4
0
0.2
0.5
1003.5
558.11
11.162
1001
556.72
11.134
1000.4
556.39
11.128
1000
556.17
11.123
1000.2
556.28
11.126
1000.5
556.44
11.129
Después de haber ajustado las jarras a los intervalos de pH, se inicio la agitación rápida,
a 100 rpm durante 2 minutos. En esta etapa solo se observo la formación de coágulos
en las jarras I y VI, con pH de 3.6 y 8.5 respectivamente.
Durante la agitación lenta (alrededor de 26 rpm, con un indicador de 8), que tuvo una
duración de 15 minutos, se observaron coágulos chicos en las jarras con pH más bajos y
coágulos más grandes en las jarras con pH más alto. La precipitación se dio en todas las
jarras.
En la etapa de sedimentación estática se observó una clara relación entre el tamaño y la
cantidad de flóculos, con respecto a su pH.
Jarra No
pH Objetivo
pH Ajustado
I
5
3.6
II
5.53
5.7
III
6.06
6.3
IV
7
6.6
V
7.5
7.8
VI
8
8.5
1
2
3
4
5
6
6
5
4
3
2
1
Foto
Tamaño de flóculos
Cantidad de
sedimento
Se asignó una escala del uno al seis, donde el 6 es tamaño más grande de flóculos y la
mayor cantidad de sedimentos y el 1 es el menor tamaño de flóculos y la menor
cantidad de sedimentos.
9
8
pH
7
tamaño de
floculos
6
5
cantidad de
floculos
4
3
1
3
5
Escala de tamaño y cantidad
Gráfica 1. Relación entre el tamaño y cantidad de coágulos y el pH.
Una vez que se vieron los tamaños de los flóculos se paso a tomar una muestra de cada
una des las jarras y se llevó al espectrofotómetro para medir su absorbancia para, con
la curva de calibración, poder determinar la Unidad Nefelométrico de Turbidez (NTU)
PAG 8
Curva de Calibración
Ilustración 9. Curva de calibración del espectrofotómetro utilizado.
Donde la ecuación de la recta es la siguiente:
Y = 506.64x2 + 328.29x + 5.2115
Donde al sustituir la absorbancia obtenida en X, se pueden saber los NTU para cada
jarra, de tal manera que los resultados quedaron de la siguiente manera:
Tabla 3.7 Registro de Valores de Turbidez o transmitancia vs pH
Jarra No
pH ajustado
Señal analítica
Turbidez Absorbancia
Concentración
I
5.3
II
5.7
III
6.3
IV
6.6
V
7.8
VI
8.5
0.2200
0.908
0.983
0.762
0.869
0.615
101.9567 721.0053 817.4812 549.546 673.0903 398.7338
pH vs NTU
1000
NTU
800
600
400
200
0
0
2
4
6
8
10
pH
Gráfica 2. Relación entre pH y NTU’s.
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En este grafico se muestra como varia el nivel de turbidez conforme al pH de la muestra,
donde se ve que a pH bajos la turbidez es menor que a pH altos.
Cómo se puede observar se obtuvieron mejores resultados (un agua más clara) en la
Jarra 1, la cual tenía un pH ajustado de 5.3. Pero debe señalarse que la cantidad de ácido
utilizado para ajustar el pH es siete veces mayor que la cantidad de hidróxido de sodio
utilizado para subir el pH en la Jarra 6.
En la Gráfica 3 se puede observar un comportamiento similar al de la Gráfica 2. En ella
se muestra la relación que tiene la absorbancia de la muestra con respecto al pH.
pH vs Absorbancia
1.2
Absorbancia
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
pH
Gráfica 3. Relación entre la absorbancia de la muestra y el pH a la cual fue tomada la misma.
CONCLUSIONES
Gracias a las prueba de jarras se pudieron llegar a las siguientes conclusiones:
1. Una velocidad de agitación media perimite un mezclado más efectivo entre la
solución coloidal y el coagulante sin interferir en la formación de coágulos.
2. Se obtienen concentraciones más bajas de bentonita en las muestras de las jarras
con pH más bajo (pH = 5.3). La concentración final en esta jarra fue de
101.95mg/L.
3. En un rango de pH neutro, entre 6.0 y 8.0, la eficiencia de la coagulación se redujo
dando concentraciones entre 670 y 720mg/L aproximadamente.
4. La segunda jarra con mejor eficiencia fue la Jarra 6 cuya concentración final de
bentonita fue de 398.73mg/L. Aunque la concentración es todavía alta, la
cantidad de base utilizada fue mucho menor (siete veces menor) que el volumen
de ácido utilizado en la Jarra 1.
REFERENCIAS
1. SEDAPAL., I. Y. (s.f.). Tratamiento de Agua, Coagulación y Floculación. Obtenido de
http://www.frm.utn.edu.ar/archivos/civil/Sanitaria/Coagulaci%C3%B3n%20y%20Flocu
laci%C3%B3n%20del%20Agua%20Potable.pdf
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