Práctica 1 Prueba de Jarras Taller III de Ingeniería Ambiental
Contenido
INVESTIGACIÓN PREVIA................................................................................................. 2 GENERALIDADES ........................................................................................................... 3 MÉTODO EXPERIMENTAL .............................................................................................. 4 OBJETIVO ............................................................................................................................... 4 PROCEDIMIENTO ..................................................... ....................................................... .......... 4 Datos del agua cruda ................................................................ ...................................... 4 Operación de la planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la UAM-A ................... 5 Dimensionamiento ................................................... .................................................... ... 5 Determinación del pH óptimo ............................................................................... .......... 6 Determinación de la dosis de coagulantes .................................................. .................... 9 Curva de distribución de velocidades de sedimentación .............................................. . 10
REPORTE ..................................................................................................................... 11 CUESTIONARIO ............................................................................................................ 12 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 12
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Investigación Previa 1. Explicar acerca de los coloides, lo siguiente: a. ¿Qué son? b. Sistema coloidal c. Carga eléctrica d. Balance de fuerzas 2. Pruebas de Jarras: definición y factores a considerar en el desarrollo de ésta. 3. Función del pH en el sistema de Coagulación-Floculación. 4. Nombrar los mezcladores utilizados para coagulación y los utilizados para floculación. 5. Mencionar los parámetros de diseño para impulsores tipo propela marina y tipo paleta plana en el sistema de Coagulación-Floculación.
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Generalidades
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Método Experimental Objetivo
Reproducir las condiciones de la Planta de Tratamientos de Aguas Residuales de la UAM-A empleando el procedimiento adecuado para determinar tanto el pH como la dosis óptima de diferentes coagulantes, para remover contaminantes y partículas suspendidas del agua cruda residual proveniente de ésta, mediante pruebas de jarras.
Equipo y Materiales Material de vidrio: Pipeta Vasos de precipitados Matraces Equipo de pruebas de jarras Cronómetros Turbidímetro Potenciómetro Balanza analítica
Reactivos Sulfato de aluminio (solución de 50 g/L)
Cloruro férrico (solución de 50 g/L) Hidróxido de sodio Ácido sulfúrico
Procedimiento
Datos del agua cruda
Datos promedio del agua cruda
pH Temperatura (°C) Conductividad (μS/cm)
Turbidez SST DQO (mg/L) Q mín. (L/min)
8 20 1500 300 200 450 30
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Operación de la planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la UAM-A
Previo a la entrada de las dos cámaras de Coagulación-Floculación
Etapa
Proceso
Dosis máx. de A l 2 (S O ) 4 3 (mL/min)
Mezclado Rápido
Adición de Coagulante
Tipo de Impulsor
Velocidad de rotación (rpm)
Tiempo de retención (min)
1209
0.30
Gradiente de Velocidad -1 (s )
Velocidad de rotación, 1 reducida (rpm)
Tiempo de retención (min)
80
61.1
15
20
24.7
15
(ver Figura 1)
120
Propela Marina
Datos de operación en las cámaras de Coagulación-Floculación
Cámara
Proceso
Tipo de Impulsor (ver Figura 2)
1era
Coagulación
2da
Floculación
Paleta Plana (45°) Paleta Plana (45°)
Dimensionamiento
Mezclado Rápido
20 cm 20 cm
90cm 1 m
Cámara de Coagulación
Cámara de Floculación
Tipo de Impulsores utilizados en la Planta 90 cm de Tratamiento de90Aguas cm Residuales de la UAMA en el proceso de Coagulación-Floculación: 1
En la planta de tratamientos de la UAM-A se emplea una velocidad de reducción 20:1 de la velocidad original del motor del impulsor tipo paleta plana (45°) en cada cámara. La velocidad de rotación original del motor en la cámara de coagulación y de floculación es de 1222 y 494 rpm respectivamente.
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Figura 1. Impulsor tipo propela marina
Figura 2. Impulsor tipo paleta plana (45°)
Determinación del pH óptimo
1. Caracterización de la Muestra Medir •Sólidos
Suspendidos •Turbidez •DQO •pH
2. Colocar en un vaso de precipitados con agitación 200 mL de muestra de agua cruda proveniente de la planta de tratamientos de la UAM-A. Adicionar la solución de 50 g/L de coagulante (Al o Fe) de 1 en 1 mL hasta observar buena formación de flóculos. Tomar esta concentración de coagulante. 3. En cada una de las cubas (ver Figura 3) del equipo para prueba de jarras (ver Figura 4), coloque 2 L de agua residual. Adicionar ácido sulfúrico 1M o hidróxido de sodio 1M para ajustar el pH de las muestras en un intervalo de 4 a 9, incrementando una unidad, es decir, las muestras tendrán un pH de 4, 5, 6, 7, 8 y 9.
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Figura 3. Cuba de 2 litros para la Prueba de Jarras
Figura 4. Equipo de Prueba de Jarras
4. Adicionar a las muestras el coagulante para alcanzar la concentración que se obtuvo en el punto dos (concentración constante). 5. Mezclar: 5.1 A partir de la Gráfica 1, determinar la velocidad de rotación (rpm) para la coagulación y floculación, que se empleará en cada cuba: 5.1.1 Coagulación G= 80 s-1 n=____rpm 5.1.2 Floculación G= 20 s-1 n=____rpm
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Gráfica 1 . Relación del gradiente de velocidad con las rpm de un equipo de prueba de jarras con cubas de sección cuadrada de 2 litros.
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Coagulación-Floculación. Tratamiento de agua para consumo humano. Plantas de Filtración
Rápida. Manual II Diseño de plantas de tecnología apropiada. Capítulo 11. Criterios para la selección de los procesos y parámetros óptimos de las unidades.
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• veloidad de
rotación: ___rpm • t: 15 minutos
Floculación • velocidad de
rotación: ___rpm • t: 15 minutos
Coagulación
• Tomar el tiempo
en el que se forman los flóculos
Tiempo
6. Esperar 20 minutos para que sedimente y luego determinar por cada muestra: El sobrenadante El pH Los sólidos suspendidos La DQO La turbidez 7. Construir una gráfica de cada parámetro (sólidos, DQO y turbidez), en función del pH.
Determinación de la dosis de coagulantes
1. Preparar 6 muestras de 2L de agua residual y ajustar todas al pH óptimo que se obtuvo en la prueba anterior. 2. Usar de 25-200% de la dosis de coagulante utilizada para la determinación del pH óptimo. Probar 6 dosis diferentes. 3. Mezclar:
• veloidad de
rotación: ___ rpm • t: 15 minutos
Coagulación
Floculación • velocidad de
rotación: ___ rpm • t: 15 minutos
• Tomar el tiempo
en el que se forman los flóculos
Tiempo
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Si va a adicionar polielectrolitros: Catiónicos • se agregan durante la fase de mezcla rápida. Aniónicos • se añaden en la etapa de la mezcla lenta. No-Iónicos • se adicionan en la etapa de mezcla lenta. 4. Dejar sedimentar durante 20 minutos y determinar en el sobrenadante de cada muestra: Los sólidos suspendidos La DQO La turbidez 5. Elaborar una gráfica de los sólidos, DQO y turbidez en función de la dosis de coagulante.
Curva de distribución de velocidades de sedimentación
1. Preparar 2L de agua residual con pH y dosis óptima en la cuba del equipo de prueba de jarras. 2. Mezclar:
• veloidad de
rotación: ___ rpm • t: 15 minutos
Coagulación
Floculación • velocidad de rotación: ___ rpm • t: 15 minutos
• Tomar el tiempo
en el que se forman los flóculos
Tiempo
3. Al finalizar el tiempo de agitación lenta, se detiene la agitación y se comienza a medir el tiempo para tomar muestras del puerto de muestreo a diferentes tiempos, a una altura de 10 cm abajo del nivel de agua, correspondiéndoles una velocidad de sedimentación.
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La siguiente tabla, nos muestra que deben ser 5 muestras, cada una a un tiempo determinado y por consiguiente correspondiéndoles una velocidad de sedimentación: Minutos 1 2 4 8 16
Velocidad de sedimentación cm/min 10 5 2.5 1.25 0.625
4. Medir la turbidez de cada muestra tomada y calcular el porcentaje de turbidez residual. % turbidez residual
turbidez de cada muestra
*100
turbidez de la muestra sin tratamient o
Reporte
Presentar los resultados de pH, dosis de coagulante, velocidad de sedimentación y % de turbidez y dar su interpretación de estos. Criterios de diseño para aguas residuales a partir de los resultados de coagulaciónfloculación.
A partir de los datos de operación de la Planta de Tratamientos de la UAM-A y los resultados de la prueba de jarras, realizar las siguientes operaciones: 1. ¿Cuál es la concentración en g/min que el dosificar debe descargar de coagulante? 2. ¿Cuál es el diámetro del impulsor de propela marina utilizado en el mezclado rápido (Re≈10,000) del coagulante? ¿Cuál es la potencia requerida del motor? 3. ¿Cuál es el diámetro (cm) del impulsor de paleta plana (45°) utilizado en la planta de tratamientos de la UAM-A? Comprobar tanto para la prueba de Coagulación como la de Floculación.
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Cuestionario 1. En el balance de fuerzas de coloides, ¿con qué objetivo, se busca reprimir el efecto de la fuerza de repulsión (V R) y aumentar el efecto de atracción (V A)? 2. ¿Cuándo se alcanza el punto óptimo de la coagulación? 3. ¿Qué factores se deben considerar en la selección del coagulante a emplear? 4. Explicar qué sucede cuando la dosis de coagulante agregado es menor y mayor a la dosis óptima. 5. ¿Para qué nos sirve la prueba de jarras?
Bibliografía Aguilar, M.I. Tratamiento físico-químico de aguas residuales: coagulación-floculación . Ed. Editum, 2002. C. de Vargas, Lidia. Tratamiento de agua para consumo humano. Plantas de Filtración Rápida. Manual II Diseño de plantas de tecnología apropiada. Capítulo 11. Criterios para la selección de los procesos y parámetros óptimos de las unidades. Perú, 2009.
Universidad Tecnológica Nacional . (sin fecha). Obtenido de Ingniería Sanitaria. Cap. VII Floculación: http://www.frbb.utn.edu.ar/carreras/materias/ing_sanitaria/ENOHSa%20Floculacion.pdf
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