UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD: DE INGENIERÍA CIVIL Ordoñez Jose Felipe, Paz Muñoz Juan David
DETERMINACIÓN DEL GRADIENTE Y TIEMPO ÓPTIMO DE FLOCULACIÓN RESUMEN En esta práctica se determinó el gradiente gradiente y el tiempo de mezcla lenta óptimo para el proceso de floculación de una muestra de agua, para ello primero se midieron las condiciones con diciones iníciales del agua (Turbiedad, pH, Temperatura, Alcalinidad), donde se presentaba una turbiedad “moderada”. Posteriormente “moderada”. Posteriormente se hicieron varias pruebas con diferentes valores de gradiente y variando el tiempo de mezcla lenta; al final de cada prueba se volvieron a medir las condiciones del agua (Turbiedad y pH), para realizar una comparación y determinar el valor óptimo de gradiente y el tiempo de mezcla lenta. Al realizar el análisis de los resultados obtenidos se observó que el gradiente gradiente y tiempo de mezcla para la floculación es de 33 s1(40 RPM) y 30 minutos respectivamente.
1. INTRODUCCIÓN La floculación es una agitación lenta en el agua para permitir el crecimiento de floc. Tanto el gradiente de velocidad como el tiempo de detención óptimo varían según el tipo de agua y deben hallarse por experimentación, mediante el análisis de jarras. La determinación de estos parámetros optimo tiene como objetivo buscar la mayor eficiencia en la formación de floculos que pueden sedimentarse y a su vez disminuyendo su grado de hidratación para obtener una alta eficiencia en la fase de separación (sedimentación – (sedimentación – filtración). filtración). En el proceso de floculación existen tres características esenciales que se deben estudiar para mejorar los rendimientos como lo son la forma de producir la agitación y el gradiente de velocidad junto con el tiempo de retención los cuales son el tema de estudio de esta práctica.
En la coagulación se llevan a cabo reacciones hidrolíticas en las que adhieren iones a la superficie de las partículas que componen la suspensión, creando fuerzas mayores que las que hacen que la partículas se repelan entre sí, esto permite que tras sucesivas colisiones las partículas formen flóculos que aumentan de tamaño a medida que pasa el tiempo y que dependerá del tamaño de las partículas, del gradiente de agitación, del grado de turbiedad del agua y de que tan desestabilizadas estén las partículas que es lo que hace que las partículas colisionen y se adhieran. Tanto el gradiente de mezcla lenta como el tiempo que dure este en el proceso de floculación son importantes de determinar ya que habrá gradientes y tiempos de floculación en los que se obtengan mayor
rendimiento, en estos llamados factores óptimos las partículas se unen y logran permanecer unidas en floculos de mayor tamaño que terminan precipitándose y dando una menor turbiedad residual. Estos factores varían según las características del agua, por lo que deben hallarse mediante experimentación con el fin de obtener un mayor rendimiento en el tratamiento.
Tabla 2. Datos obtenidos para el tiempo de mezcla lenta con gradiente 30 RPM Jarra 30 rpm Turbiedad pH TML NTU
2. RESULTADOS
Tabla 3. Datos obtenidos para el tiempo de mezcla lenta con gradiente 40 RPM
2.1 Determinación de tiempo de mezcla lenta con gradiente 20 RPM, 30 RPM y 40 RPM. Parámetros iníciales del agua Turbiedad: 146 NTU Alcalinidad: 50 mg/L CaCO3 pH: 8.11 Temperatura: 20,6 °C Condiciones de la prueba Mezcla rápida: Gradiente=300 rpm TMR= 60 S Mezcla lenta: Gradiente=20, 30 y 40 rpm TML= Variable Sedimentación: TS= 10 min Dosis optima: 20 mg/L
1 2 3 4 5 6
10 15 20 25 30 35
13,0 9,17 5,50 3,90 2,87 2,15
6,72 6,69 6,69 6,66 6,68 6,67
Jarra
40 rpm TML
Turbiedad NTU
pH
1 2 3 4 5 6
10 15 20 25 30 35
6,89 3,96 2,77 2,17 1,54 1,67
6,56 6,55 6,55 6,57 6,62 6,56
Nota: las turbiedades registradas en las tablas corresponden a turbiedades residuales, al igual que los valores de pH.
Tabla 1. Datos obtenidos para el tiempo de mezcla lenta con gradiente 20 RPM Jarra 20 rpm Turbiedad pH TML NTU 1 2 3 4 5 6
10 15 20 25 30 35
28,2 19,1 11,9 7,31 7,41 5,01
6,66 6,66 6,66 6,65 6,68 6,64
La gráfica 1 permite hallar el equivalente del gradiente en s-1 para las temperaturas 22°C, 16°C, 10°C y 6°C, en jarras cuadradas de 2L, la temperatura en la cual se realizó la práctica fue 20,6°C ya que no se encuentra este valor en la gráfica de conversión se trabajara con la temperatura más próxima que sería la de 22°C. Para 20 RPM, el equivalente es 14 s-1. Para 30 RPM, el equivalente es 24 s-1. Para 40 RPM, el equivalente es 33 s-1.
3. DISCUSIÓN Entre los factores que influyen en la floculación se encuentran: el número de compartimentos de la unidad, el tiempo de floculación, las variaciones de caudal y la intensidad de agitación, la naturaleza del agua. Gradiente de velocidad. En el caso de la práctica se observa en la gráfica 2 que a medida que se aumenta el gradiente aumenta la eficiencia de la remoción de turbiedad, con lo cual para el gradiente de 33 S-1 (40 RPM) se obtuvo una mayor eficiencia de remoción, para este gradiente se puede observar que el tiempo de mezcla lenta para el cual se registró mejor eficiencia es de 30 min con el que se obtuvo la menor turbiedad residual registrada en la practica la cual fue de 1,54 NTU. Esto quiere decir que la velocidad de mezcla influye en la fuerza de las partículas para permanecer unidas, si la velocidad de mezcla es muy alta, los floculos pueden romperse, además la frecuencia en que se vuelvan a unir y conservar la fuerza inicial optima es muy esporádica. Posterior a este tiempo óptimo se puede observar que volvió a disminuir la eficiencia, ya que con un tiempo de mezcla lenta de 35 minutos la turbiedad vuelve aumentar de 1,54 a 1,67 debido a que las fuerzas de cizallamiento superan las fuerzas de adhesión entre las partículas rompiendo de esta manera el floculo ocasionando micro partículas más difíciles de precipitar en el proceso de sedimentación. Por lo tanto las gráficas con valores de tiempo de mezcla lenta superiores a los utilizados deberían de mostrar dicho
efecto, donde va disminuyendo la turbiedad hasta un punto que es el óptimo y después de este se empieza a aumentar nuevamente porque los floculos ya son muy grandes y tienden a romperse como se puede observar en la gráfica 2 para el caso de gradiente 33s-1. Dependiendo del tiempo de mezcla lenta los floculos que tienden romperse pueden volver a unirse y continuar en este ciclo como se puede observar en la gráfica 2 para el caso de gradiente 14s-1. Además se confirma el valor del gradiente porque solo se presentaron valores de turbiedad < 2 NTU con gradiente de 33s-1 y con tiempo de mezcla lenta igual a 30 y 35 minutos, como lo recomienda la resolución 2115 del 20074 (Por medio de la cual se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano), lo que indica que son muestras tratadas aptas para el consumo con parámetros fisicoquímicos finales de turbiedad dentro del rango permisibles por esta resolución; por lo tanto el valor óptimo de gradiente de velocidad para la muestra a tratar es de 33 s-1 o 40 RPM y un tiempo de mezcla lenta de 30 segundos. El tamaño límite está controlado por la fuerzas de corte producidas por la aglutinación del líquido, si esta es mayor que la fuerza de adherencia la partícula se rompe en dos o más partículas pequeñas que inician nuevamente el proceso, volviendo a incrementar su tamaño por un proceso semejante. Por lo tanto durante la floculación se debe considera que el floc está rompiéndose a cada instante y volviéndose a formar. Como ya fue mencionado es en esto donde se basa la
importancia de estudiar el gradiente de velocidad y tiempo de mezcla que garantice el tamaño limite y mayor remoción de turbiedad. Entre los posibles errores que pudieron afectar el desarrollo se encuentran errores en las medidas de la turbiedad, falta de homogenización a la hora de tomar las muestras, errores en el equipo utilizado para hacer el estudio de tratabilidad (prueba de jarras), junto con la sensible graduación del gradiente de mezcla lenta, ya que en el caso de la práctica no se trabajó con GML de 30 y 40 sino de 32 y 42, los cuales pudieron ser los más representativos.
5. BIBLIOGFRAFIA
4. CONCLUSIONES
Se determinó el gradiente de velocidad de floculación óptimo que fue de 33 s-1 y el tiempo de mezcla lenta óptima de 30 minutos para el tratamiento de clarificación de la muestra de agua. Es importante tener en cuenta que la prueba de jarras, para estudios de tratabilidad debe ser realizada cada vez que varié un parámetro de agua como es el caso de la turbiedad.
De los resultados obtenidos de la práctica se puede concluir que el parámetro de turbiedad y pH cumple con la norma establecida (2115 del 2007).
ArboledaV.J. (2000), “Teoría y práctica de la purificación del agua”. Santa Fe de Bogota, D.C., Colombia, Rodrigo Pertuz Molina. Tomo 1. TRATAMINETO DE AGUA. COAGULACION Y FLOCULACION. Fecha de visita: 29/04/2016. Disponible en: http://www.sedapal.com.pe/c/docume nt_library/get_file?uuid=2792d3e359b7 LA COAGULACION FLOCULACION EN EL PROCESO DE TRATAMIENTO Fecha de visita: 28/04/2016. Disponible en: http://www.elaguapotable.com/coagu lacion-floculacion.htm Resolución 2115 de 27 junio de 2007. Fecha de visita: 28/04/2016. Disponible en: http://www.ins.gov.co/tramites-yservicios/programas-decalidad/Documents/resolucion%2021 15%20de%202007,MPSMAVDT.pdf TEORIA DE FLOCULACION. Fecha de visita: 29/04/2016. Disponible en: http://datateca.unad.edu.co/contenido s/358040/Contenido_en_linea_Disen o_de_Plantas_Potabilizadoras/leccin _31_teora_de_la_floculacin.html
