Ing. Samir Fernando Castilla Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Colombia.
ESTUDIO DEL EFECTO DE FLOCULANTE EN LA REMOCIÓN DE CONTAMINANTES EN AGUAS De: Oscar David Rodriguez Víctor Hugo Ortega Juan Sebastián López Para: Ing. Samir Fernando Castilla Fecha: 02/Abril/2017 Asunto: Estudio del efecto de floculante en la remoción de contaminantes en aguas.
INTRODUCCIÓN El tratamiento de las aguas para procesos industriales tiene una gran importancia debido a que la presencia de partículas coloidales en ésta afecta la calidad de los procesos y el producto, para mantener el agua con la mejor calidad posible se debe someter a procesos de coagulación y floculación, en el cual se hace precipitar el material extraño para su posterior separación. Para estudiar este proceso se tomaron 16L de agua del lago de la Universidad del Valle, separándolo en muestras de 1L midiendo Turbidez y PH antes y después de agregar los coagulantes (Al2(SO4)3 y FeCl3, todo esto se hace agitando mecánicamente a determinadas velocidades.
Figura 1. Floculador que es el equipo de laboratorio con el que se lleva a cabo la prueba.
METODOLOGÍA
Se diseñó un proceso por bloques donde se agrega 1L en cada una de las 4 Jarras de un floculador.
Ing. Samir Fernando Castilla Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Colombia.
Después de agitar por 1 minuto en el floculador se mide la turbidez y pH de cada una de las muestras antes de agregar los coagulantes. Se agrega una cantidad de 120, 140 y 160 gramos de sulfato de aluminio en cada jarra y la misma cantidad de cloruro férrico en jarras diferentes, se deben agregar al mismo tiempo. Después de agregados los coagulantes se debe fijar la velocidad a 100 rpm. Cuando se forme el primer floculo se debe bajar la velocidad de las aspas a 60 rpm por 10 minutos para facilitar la formación de los floculos. Pasados los 10 minutos se retiran las aspas de las jarras y se deja sedimentar los sólidos. Se agregan muestras en las viales para posteriormente realizar una centrifugación y a éste medir la turbidez y el pH. Se repite el proceso, pero se modifica los rpm a los cuales se baja la velocidad de las aspas este sería ahora 40 rpm, y se repite de nuevo el último proceso de centrifugar las muestras y medir turbidez y pH.
Ing. Samir Fernando Castilla Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Colombia.
RESULTADOS Y ANALISIS Los resultados que se obtuvieron en el tratamiento del agua del lago llevado a cabo en laboratorio de investigación y servicios ubicado en el edificio 336 fueron:
Figura 2. pH y turbiedad de las corridas a 40 rpm.
Figura 3. pH y turbiedad de las corridas a 60 rpm. Todos los sistemas muestran que a mayor concentración hay una caída más pronunciada de los valores de pH y turbidez final, por lo cual se espera que la dosis óptima se encuentre en este rango de trabajo, situación acorde con lo teórico, puesto que a mayores concentraciones, menor será el tiempo de formación del primer floculo1, logrando llegar en mayor medida a los niveles óptimos de aceptación del agua para el consumo humano.
Ing. Samir Fernando Castilla Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Colombia.
Según la organización mundial de la salud, el máximo nivel permitido de la turbidez es de 5 NTU, situación que se acopla a los sistemas de ambas velocidades y coagulantes pero en conc entraciones altas; como se puede observar en las figuras 2 y 3, además se obtiene que a concentraciones bajas y en mayor medida a velocidades altas hay mayor probabilidad de que algún sistema sobrepase el rango permitido de turbidez. De acuerdo al decreto 2 1575, resolución 2115 de 2007 del ministerio de ambiente que hace referencia a las características químicas y físicas del agua para consumo humano; se expresa que el rango máximo permisible de pH es de 6,5 - 8,5. Con base en esta especificación para el pH, el sistema de tratamiento óptimo se encuentra en las velocidades 40 y 60 RPM para ambas concentraciones y coagulantes. Para poder hacer una inferencia estadística sobre los factores influyentes en los parámetros de calidad de agua (turbiedad, pH) se procedió a realizar una ANOVA, en el cual se presentan los factores principales y sus interrelaciones (efectos); estos se encuentran en la sección Anexos. Donde se afirma con una confiabilidad del 99% que para los datos obtenidos experimentalmente el único factor que influye en el parámetro de la turbiedad es la concentración del coagulante a emplear, mientras que en el caso del parámetro pH se tiene que tanto el tipo de coagulante, su dosis y la velocidad de operación son significantes. Finalmente, la dosis que cumple con las características permisibles tanto para pH y turbidez al mismo tiempo es el sulfato de aluminio en una concentración alta a cualquier velocidad en comparación con los otros parámetros.
CONCLUSIONES
En términos generales, el coagulante que demuestra mayores beneficios para la obtención de la dosis óptima en el tratamiento de aguas es el cloruro de hierro en cuanto a nivel de turbiedad, pero con este a grandes concentraciones se obtiene un pH muy acido. Para obtener mayores eficiencias en los diferentes sistemas se recomienda manejar concentraciones altas de coagulante. Realizar una prueba estadística permite corroborar que parámetros interfieren más en el proceso y de esta manera planear con mayor precisión los diferentes sistemas a utilizar. Para este caso, el parámetro de la turbiedad es afectada solamente por la concentración, como se puede confirmar en la ANOVA de la tabla 4 y para el pH todos los parámetros principales infieren de acuerdo a la tabla 3. El método grafico permite dar un acercamiento inicial del comportamiento de cada sistema, situaciones que se ven confirmada cualitativamente con el cálculo del porcentaje de remoción y la prueba estadística (ANOVA).
Ing. Samir Fernando Castilla Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Colombia.
BIBLIOGRAFÍA 1. http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualII/ma2 _cap3.pdf 2. http://www.ins.gov.co/tramites-y-servicios/programasdecalidad/Documents/resolucion%202115%20de%202007,MPSMAVDT.pdf
Ing. Samir Fernando Castilla Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, Colombia.
ANEXOS. Tabla 1. Datos experimentales del pH y turbiedad a 40 RPM. 40 RPM Concentración (mg)
120
0 Medidas iniciales
140
160
sulfuro de
cloruro de
sulfuro de
cloruro de
sulfuro de
cloruro de
hierro
hierro
hierro
hierro
hierro
hierro
Turbidez
27,7
23,7
11,2
23,4
5,2
21,1
7,02
pH
8,95
5,88
3,1
6,18
2,37
5,72
3,15
Tabla 2. Datos experimentales del pH y turbiedad a 60 RPM. 60 RPM Concentración (mg)
120
0 Medidas iniciales
140
160
sulfuro de
cloruro de
sulfuro de
cloruro de
sulfuro de
cloruro de
hierro
hierro
hierro
hierro
hierro
hierro
Turbidez
28,8
23,5
5,3
23,6
4,38
21
4,46
pH
7,53
5,95
2,99
5,74
3,01
5,6
2,73
Tabla 3. Prueba estadística (ANOVA) para el pH.
Tabla 4. Prueba estadística (ANOVA) para la turbidez.
De donde: CG: Coagulante, CO: Concentración, VE: Velocidad