Introducción
A lo largo de la historia, el agua siempre ha sido una necesidad básica del hombre y de bienestar general en el mejoramiento de la calidad de vida de la población.
Para que el agua pueda ser utilizada para diversas actividades, entre ellas para el consumo humano, es necesario un tratamiento, el cual puede abarcar las fases de coagulación, floculación, sedimentación, etc. [1].
La coagulación es el tratamiento más eficaz para la eliminación de material coloidal en el agua y también puede representar un gasto elevado cuando no se realiza adecuadamente [2].
La floculación es el proceso mediante el cual se juntan las partículas desestabilizadas o coaguladas para formar un aglomerado más grande llamado flóculo y se debe a un mecanismo de formación de puentes químicos o enlaces físicos [2].
La sedimentación de flóculos o decantación es el proceso de depósito de partículas floculentas. Este tipo de sedimentación se presenta en la clarificación de aguas, como proceso intermedio entre la coagulación-floculación y la filtración rápida [3].
Los coagulantes más comunes que se usan en el tratamiento de aguas son compuestos inorgánicos de aluminio o hierro como el sulfato de aluminio, aluminato de sodio, sulfato ferroso, sulfato férrico y cloruro férrico [4].
El SuperFloc SD 2080 puede ser utilizado como parte del proceso de coagulación, debido a que ayuda en la sedimentación con coagulantes inorgánicos y orgánicos. También en la clarificación del agua, ya que mejora la calidad del agua del influente y efluente por reducción de sólidos suspendidos y turbidez [5].
El cloruro férrico se utiliza en el tratamiento de aguas residuales y en la producción de agua potable. Es un tratamiento de agua usado debido a su capacidad de reaccionar en el agua a una solución corrosiva y ácida [6].
Su elevado poder de floculación lo destaca como un muy eficiente coagulante en el tratamiento del agua potable y de efluentes sanitarios e industriales, y su habilidad para coagular en un amplio rango de pH lo convierte en una herramienta de mayor utilidad que otros productos químicos utilizados con los mismos propósitos.
Es especialmente utilizado para la remoción del fósforo y del sulfuro en efluentes tanto industriales como saneamiento [7].
El siguiente artículo se basa en los coagulantes SuperFloc SD 2080 y cloruro férrico (FeCl3) con el objetivo de comparar cuál de estos dos es el más efectivo.
2. Metodología y equipo
Esta evaluación se llevó a cabo en el laboratorio de Ingeniería Sanitaria de la Universidad Tecnológica de Panamá (UTP).
Para la preparación del agua cruda se pesaron 28 gr de suelo, el cual previamente pasó por un tamiz N.°200. Luego en un tanque con 14 L de agua potable se vertió la muestra de suelo arcilloso, se mezcló por 5 min y se dejó sedimentar durante 15 min para evitar que partículas de arena intervinieran en el proceso de floculación.
La determinación de la dosis óptima se basó en tres pruebas que fueron: prueba de jarras, prueba de sedimentación (Cono Imhoff) y la columna de sedimentación. El gradiente de velocidad se obtuvo mediante el ancho de la paleta 7.5 cm a 140 RPM por 3 min, 40 RPM por 15 min y 0 RPM por 15 min.
Tabla 1. Gradiente de velocidad
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Mezcla rápida |
Floculación |
Sedimentación |
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140 RPM |
40 RPM |
0 RPM |
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130.78 S-1 |
20 S-1 |
0 S-1 |
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2. 1. Determinación de la dosis óptima
Se realizó mediante la prueba de jarra con el equipo Phipps &Birds PB-900. Dichas jarras tienen unas dimensiones de 19.5 cm de altura por 11.3 cm de base de ancho y la paleta 7.5 cm ancho de base por 2.5 cm de alto (figura 1), que simulan los procesos de coagulación, floculación y sedimentación con diferentes dosis de coagulante (0 ml, 3 ml, 5 ml, 6 ml, 7 ml, 10 ml). A través de una comparación visual se determinó que la muestra con la dosis óptima era aquella que contenía los flocs de mayor tamaño y con el espectrofotómetro (HACH DR/2010) se midió la turbiedad según el 2120C Método espectrofotométrico y con el medidor de pH (OAHUS STARTER 2100) se determinó el pH [8].
Figura 1. Prueba de jarra con distintas dosis de coagulante.
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2.2 Prueba de sedimentación
Se utilizó el Cono Imhoff de plástico con las siguientes descripciones: 10 cm de diámetro y 1 L de capacidad de volumen.
Figura 2. Prueba de sedimentación con coagulante SuperFloc SD 2080
A) Dosis 6 ml, B) Agua Cruda, C) Dosis 5 ml.Para evaluar el índice de volumen de lodos, previamente, se realizó la comparación de las dos dosis más efectivas, que, a nuestro criterio, presentaron mayor concentración de floc sedimentadas en las jarras. Posteriormente se evaluó el índice de volumen de lodo teniendo en cuenta la menor concentración de lodos sedimentadas en los conos.
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2.3 Columna de sedimentación
Para la prueba de sedimentación tipo II se utilizó la columna de sedimentación de material acrílico con dimensiones de 10 cm de diámetro y 120 cm de alto. Se tomaron cuatro muestras simultáneamente, a diferentes alturas (0.3 m, 0.5 m, 0.7 m, 0.9 m), en diversos intervalos de tiempos de la siguiente manera: a 0 min, a 5 min y a 10 min completando 120 min en total; los datos obtenidos nos ayudaron a determinar el coagulante que remueve más sólidos suspendidos, mediante la curva de porcentaje de isoremoción.
Una vez terminado la medición de la turbiedad (HACH DR/2010) [8], para diversos tiempos y profundidades de ambos coagulantes se procedió a calcular los porcentajes de concentraciones de sólidos suspendidos, por medio de la ecuación 1.
Ecuación 1. Porcentaje de concentración.
Fuente: Libro Potabilización del agua de Jairo Alberto Romero Rojas.Finalmente, se encontró el porcentaje de remoción de ambos coagulantes por medio la ecuación 2.
Ecuación 2. Porcentaje de remoción.
Fuente: Libro Potabilización del agua de Jairo Alberto Romero Rojas. -
3. Resultados
Este resultado se obtuvo mediante la comparación de diferentes dosis de coagulantes comunes usados en la clarificación del agua como SuperFloc SD 2080 y cloruro férrico.
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3.1 Dosis del coagulante
Para ambos coagulantes se determinó la dosis óptima con los valores de turbiedad más bajos de la prueba de jarra (figura 3) y a través de una comparación visual de la muestra que contenía flocs de mayor tamaño.
Observando la gráfica de la figura 3, podemos determinar que el valor más bajo de la turbiedad obtenida del SuperFloc SD 2080 fue de 50 NTU que representa al coagulante agregado en la jarra número 3, dando como resultado de 5 ml/2L de dosis óptima.
De igual manera el cloruro férrico fue de 10 NTU que representa al coagulante agregado en la jarra número 4, dando como resultado de 6 ml/2 L de dosis óptima.
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- Figura 3. Parámetro de turbiedad.
- El índice de volumen de lodos se realizado con Conos Imhoff, para el coagulante de SuperFloc SD 2080 fue que, por cada litro, hay 2.5 ml de sedimento (1 L/2.5 ml). Mientras que para el cloruro férrico por cada litro había 9.0 ml de sedimento (1L/9 ml).
Respecto al porcentaje del lodo en materia, esta dependerá del tipo decantador y coagulantes, estos lodos están formados por las aguas naturales y por sustancias como arcillas, limos o arenas finas.
Luego que se calcularon los porcentajes de sólidos suspendidos (ecuación 1) del coagulante SuperFloc SD 2080 para cada tiempo y profundidad de la muestra realizada, se elaboró la curva de Isoremoción (figura 4) mediante la carga superficial de 23 (m3*m-2*d-1) y un tiempo de 57 min, se pudo obtener el porcentaje de remoción (ecuación 2) de 37.00 %.
Figura 4. Trayectoria de sedimentación SuperFloc SD2080.
Igualmente se calcularon los porcentajes de sólidos suspendidos (ecuación 1) del coagulante cloruro férrico para cada tiempo y profundidad de la muestra realizada, se elaboró la curva de isoremoción (figura 4) mediante la carga superficial de 23 (m3*m-2*d-1) y un tiempo de 57 min, se pudo obtener el porcentaje de remoción (ecuación 2) de 83.00 %.
Figura 5. Trayectoria de sedimentación cloruro férrico.
Mediante el cálculo del porcentaje de remoción (ecuación 2) de ambos coagulantes se pudo determinar que el cloruro férrico tiene un mayor porcentaje de remoción de sólidos suspendidos.
3.3 Parámetros físico-química
Con estos resultados se realizaron diversos parámetros para determinar la dosis óptima, en la tabla 2 y tabla 3, se observó el agua cruda versus el coagulante cloruro férrico y SuperFloc SD 2080 respectivamente
Tabla 2. Dosis óptima cloruro férrico
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Parámetros |
Agua cruda |
Cloruro férrico (6 mL/2L) |
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Conductividad (μS/cm) |
142 |
156 |
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Sólidos suspendidos (mg/L) |
289 |
26 |
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Alcalinidad (mg/L como CaCO3) |
58 |
38 |
|
Turbiedad (NTU) |
413 |
10 |
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Color |
1350 |
111 |
|
pH |
7.13 |
6.49 |
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T (⁰C) |
25 |
24 |
En la tabla 2 el cloruro férrico a una dosis de 6 ml/2L se obtuvo un aumento en el parámetro de conductividad, mientras que los demás parámetros sólidos suspendidos, pH, alcalinidad, color y temperatura mostraron una disminución en comparación con el agua cruda.
Tabla 3. Dosis óptima SuperFloc SD 2080
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Parámetros |
Agua cruda |
SuperFloc SD 2080 (5 mL/2 L) |
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Conductividad (μS/cm) |
143 |
146 |
|
Sólidos suspendidos (mg/L) |
307 |
75 |
|
Alcalinidad (mg/L como CaCO3) |
70 |
58 |
|
Turbiedad (NTU) |
444 |
50 |
|
Color |
1245 |
228 |
|
pH |
7,08 |
6,93 |
|
T (⁰C) |
23,6 |
24,3 |
En la tabla 3 el SuperFloc SD 2080 a una dosis de 5 ml/2 L se obtuvo un aumento en el parámetro de conductividad y temperatura, como una disminución en los parámetros de sólidos suspendidos, alcalinidad, turbiedad, color y pH en comparación con el agua cruda.
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Se comprobó que se debe realizar la prueba de jarras, ya que es la más representativa para determinar el comportamiento de los coagulantes en el tratamiento de agua potable para determinar la dosis óptima.
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Se utilizó el parámetro turbiedad, para determinar el porcentaje de remoción, ya que este parámetro fue fácil de medir y no tomaba mucho tiempo.
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Con base en el análisis de los parámetros físico - químico, después de la prueba de jarra, utilizando el coagulante de SuperFloc SD 2080 y cloruro férrico, se concluyó que con el cloruro férrico se obtuvieron mejores resultados al momento de realizar las pruebas, ya que ambos lograron remover el material coloidal presentes en el agua cruda.
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La remoción total resultó en un 37% para SuperFloc SD 2080 y 83% cloruro férrico, con un tiempo de retención de 57 min y una carga superfical de 23 (m3. *m-2 * d -1). Lo que indica que el coagulante de cloruro férrico es el que tiene mayor porcentaje de remoción de sólidos suspendidos convirtiéndolo en el coagulante óptimo.