UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA LABORATORIO DE PROTECCIÓN AMBIENTAL 2
PRÁCTICA 1 PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
PROFESORA LUZ MARÍA LAZCANO ARRIOLA
INTEGRANTES
CARRILLO TIBURCIO LUCÍA MIRANDA ATRIANO KARLA XAREL CARREON ALVARADO SERGIO
INTRODUCCIÓN La coagulación es un proceso en el cual se añade un agente químico (coagulante) al agua para:
Neutralizar la carga de los coloides, generalmente electronegativos, presentes en el agua. Formar un precipitado.
La sedimentación de los coloides requiere un determinado tamaño de partícula, que se consigue mediante el proceso de coagulación. Incluso partículas mayores, que no son realmente coloidales y que sedimentarían si se les diera un tiempo suficiente, requieren de la coagulación para asentarse con mayor rapidez. Un floculante reúne partículas floculadas en una red, formando puentes de una superficie a otra y transformando así, partículas individuales en aglomerados. Esta aglomeración de coloides puede que no sea lo bastante grande como para asentarse con la rapidez deseada. La floculación es estimulada por un mezclado lento con el fin de aumentar las posibilidades de que las partículas coloidales descargadas eléctricamente se encuentren con una partícula de flóculo; una agitación demasiado intensa puede romperlos y raramente vuelven a adquirir el tamaño óptimo. La floculación no sólo incrementa el tamaño de las partículas del flóculo, sino que también afecta a su naturaleza física MATERIAL -
6 vasos de precipitados de 1000mL 6 pipetas graduadas de 10mL 6 propipetas 2 buretas de 25mL 2 soportes universales 3 pinzas de 3 dedos 1 espátula 5 charolas de aluminio para pesar 12 vasos de precipitado de 25mL 1 cronómetro
REACTIVOS SO (¿¿ 4 )3∗18 H 2 O Al 2 ¿ -Solución de NAOH 0.1N -Solución de HCL 0.1N -Solución de HCL 0.2N -Indicador fenolftaleína -Indicador naranja de metilo
METODOLOGÍA
DIAGRAMA DE EXPERIMENTACIÓN
RESULTADOS Tabla 1. Datos experimentales.
Datos de muestra inicial (la “sucia”): pH= 8.09
Turbiedad= 225 NTU
No. de muestra
Dosis [mg/L]
10 min
17 min
25 min
30 min
35 min
40 min
1
50
86
81
80
78
77
77
2
100
63
56
56
57
57
57
3
150
72
63
63
64
62
62
4
200
72
67
69
70
69
67
5
250
69
60
57
58
58
58
6
Blanco
151
153
156
139
141
145
A continuación se calcularon los porcentajes de remoción para cada dosis de sulfato de aluminio: %Remoción =
C inicial −C final ∗100 C inicial
Ejemplo: %Remoción =
225−86 ∗100=61.77 225 % Remoción
Vaso 1
Vaso 2
Vaso 3
Vaso 4
Vaso 5
Vaso 6
65.78
74.67
72.44
70.22
74.22
35.56
El mayor porcentaje de remoción se presentó en el vaso 2, donde la dosis de sulfato de aluminio de 100 mg/L. Por lo tanto, elegimos esta dosis para continuar con la segunda parte de la experimentación, cuyos resultados se presentan en la siguiente tabla. Tabla 2. Datos experimentales parte 2. Turbide z
10
20
30
inicial
min
min
min
2.1
267
146
124
114
57.30
2
4
301
96
97
96
68.11
3
6.03
305
153
133
128
58.03
4
8
251
76
73
74
70.52
5
10
185
33.02
25.05
27.26
85.26
6
12
182
18.42
17.77
19.94
89.04
No. de muestr a
pH
1
% de Remoción
ANÁLISIS DE RESULTADOS Gráfica 1 Comportamiento de la turbidez a través del tiempo para diferentes concentraciones de sulfato de aluminio añadido (blanco incluido) 160 140 Vaso 1
120 Turbidez (NTU)
Vaso 2 vaso 3
100
vaso 4
80
vaso 5 vaso 6
60 40
10
15
20
25
30
35
40
Tiempo (min)
Esta gráfica nos muestra el comportamiento de la turbidez a través del tiempo, contando como tiempo cero cuando se añade el coagulante. Primeramente se observa que todas las dosis (vasos) tienen una turbidez menor a la del blanco, esto se debe al efecto del sulfato de aluminio. Además, en general, todos los vasos, incluyendo el blanco, tienden a disminuir la turbidez a través del tiempo por efecto de la agitación y sedimentación de partículas. Por lo tanto, el tiempo más eficiente para determinar la turbidez final fue de 40 minutos, pues ya no cambiaban tanto los datos respecto al de 30 minutos.
Gráfica 1 bis Comportamiento de la turbidez a través del tiempo para diferentes concentraciones de sulfato de aluminio añadido (excluyendo blanco) 90 80
Turbidez (NTU)
Vaso 1 Vaso 2
70
vaso 3 vaso 4
60 50
vaso 5
10 15
20
25
30
35
40
Tiempo (min)
Esta gráfica es la misma que la primera pero excluyendo el blanco, para poder contrastar las diferentes dosis (vasos). No se observa una tendencia en general de los vasos, pero se sabe por los resultados que el vaso 2 es el que presenta una menor turbidez final. Sin embargo, los resultados para este vaso 2 son muy cercanos al vaso 5, por lo que pudiese haber existido error de medición o por no haber realizado las mediciones por triplicado.
Gráfica 2 Efecto de la concentración del coagulante (sulfato de aluminio) en la turbidez después de 40 minutos 160 140 120
Turbidez final (NTU)
100 80 60 40
0
50
100
150
200
250
Dosis del Coagulante (mg/L)
Una vez que se sabe que a 40 minutos es cuando la turbidez es la mínima, se comparan los valores de turbidez final alcanzados para las diferentes dosis de coagulante. Esta gráfica nos confirma que la menor turbidez final se encuentra en la dosis de 100 mg/L y de 250 mg/L. Sin embargo, puede representar el mismo problema de medición falta de triplicados que la gráfica 1 bis explicada anteriormente.
Gráfica 3
Efecto del pH en la turbidez después de 30 minutos para una dosis de coagulante de 100 mg/L 140 120 100
Turbidez final (NTU)
80 60 40 20 0
0
2
4
6
8
10
12
14
pH
En la gráfica 3 se observa el comportamiento del pH respecto a la turbidez final para la dosis de coagulante previamente seleccionada (100 mg/L) después de 30 minutos. Se observa que la menor turbidez final es en pH de 12. Algo interesante a resaltar de esta gráfica es que, considerando el pH de las muestras de la primera prueba (pH = 8.09 fijo durante toda la experimentación), la turbidez final registrada después de 30 minutos con una dosis de 100 mg/L (dosis seleccionada para la segunda prueba) fue de 57 NTU (ver Tabla 1). Si comparamos este dato con el observado en el gráfico 3 o tabla 2, en este caso para un valor de pH de 8, la turbidez final fue de 74 NTU. Esto puede sugerir, entonces, que la dosis seleccionada no fue la mejor y que sí pudo haber existido un error de medición en el primer experimento.
Gráfica 4
Efecto del pH en la remoción de turbidez con una dosis de 100 mg/L de sulfato de aluminio después de 30 minutos 95 90 85 80 75
% de remoción 70 65 60 55 50
0
2
4
6
8
10
12
14
pH
La gráfica anterior es otra forma de ver la gráfica 3 pero en términos de porcentaje de remoción de turbidez. La mayor remoción (89%) se presenta a pH de 12 pues es cuando la turbidez final es la menor.
CONCLUSIONES
El proceso de coagulación-floculación reduce los sólidos en suspensión La dosis óptima para tratar el agua sucia de esta práctica fue de 0.158 g/L ya que es la cantidad mínima de coagulante que da la menor turbidez final, es decir, que presenta la mayor remoción Entre más tiempo se deja agitando el sistema con el coagulante, en este caso 3040 minutos, la turbidez final alcanza valores menores, siendo mayor la remoción de sólidos Considerando el efecto de pH, se puede decir que a mayores valores de pH, la remoción será mayor y por lo tanto la turbidez menor
CUESTIONARIO 1.- ¿Qué se observó en el agua residual contenida en las jarras al agregar las diferentes cantidades de sulfato de aluminio octadeca hidratado? Pequeñas partículas suspendidas en el líquido que parecían aumentar en cantidad conforme pasaba el tiempo, así como precipitar y dejar un poco más clara el agua. 2.- ¿Qué fenómeno se asocia al cambio observado en la solución? El fenómeno de floculación, observamos la formación de aglomerados (flóculos) a través del tiempo. 3.- ¿Qué procesos se presenta al disminuir la agitación? La floculación, la disminución de agitación permite que una vez finalizada la coagulación, los pequeños flóculos empiezan a unirse y a crecer. También ocurre precipitación de los flóculos. 4.- La rapidez de sedimentación es igual o diferente para cada dosis. Justifique su respuesta Diferente. Se observó que entre más coagulante, más rápido sedimentaban las partículas. 5.- Explique el comportamiento de la gráfica 1 sobre la turbidez final con respecto a la dosis del coagulante? Se logra ver que a mayor dosis de coagulante la turbidez final es menor debido a que a mayores dosis mayor sedimentación y con esto menor turbidez 6.- ¿Cuál es el efecto de la dosis, con respecto a los valores de turbiedad final obtenidos a los 30 min? Podemos observar que conforme aumenta la dosis, la turbidez disminuye, porque se forman más flóculos debido a la repulsión de cargas entre estos.
7.- ¿Existen más de una dosis óptima del coagulante? En caso afirmativo, ¿ a qué se atribuye? Para esta práctica sí hubo dos dosis óptimas, la de 100 y la de 250 mg/L. Sin embargo escogimos la más baja por razones económicas. 8.- ¿Considera que el agua residual utilizada requiere de un proceso de coagulación-floculación? Si 9.- ¿Cuál es la dosis de coagulante y valor de pH seleccionado para este tratamiento? 100mg/L de coagulante con un pH de 12
REFERENCIAS John C., MWH’s Water Treatment: Principles and Design, Cap 9 Coagulation y Flocculation. Third Edition