UNIVERSIDAD CATÓLICA DE MANIZALES Facultad de Ingenierías y Arquitectura Ingeniería Ambiental
Operaciones Unitarias INFORME: Prueba de Jarras "Determinación de coagulante óptimo y dosis óptima"
Trabajo presentado por: Mary Luz Herrera Arredondo (0T820111016) Pablo Andrés Pérez Salazar (0T820111011) Oscar Salazar Serna (0T820111033) Luisa Fernanda Loaiza M (0T820141041)
Trabajo presentado a: Jenny Carolina Ramírez Jiménez
Manizales, Colombia 08.04.2014
PRUEBA DE JARRAS "DETERMINACIÓN DE COAGULANTE ÓPTIMO Y DOSIS ÓPTIMA"
INTRODUCCIÓN
La prueba de jarras busca determinar la dosis apropiada de coagulante y el coagulante que se debe suministrar al agua para optimizar el proceso de sedimentación. Este proceso consiste en la simulación de la coagulación, floculación y sedimentación con diferentes dosis de coagulante. El agua es el recurso natural más importante del mundo, ya que sin él no podría existir la vida. En vista de que el agua representa un papel vital en el desarrollo de las comunidades, en procesos a nivel industrial, comercial y alimentario entre otros, es indispensable para abastecer a la población en general. La potabilización es un proceso que se lleva a cabo sobre cualquier agua para transformarla en agua potable y de esta manera hacerla apta para el consumo humano, sin ningún tipo de restricción. [1] La resolución que establece las condiciones con las cuales se obtiene un nivel óptimo de calidad de agua es la 2115 de 2007 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. [2]
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL Determinar el coagulante óptimo, dosis óptima, gradiente optimo y tiempo óptimo de floculación, para un agua determinada.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar una prueba de jarras con el fin de observar el proceso de coagulación, floculación y sedimentación a través de una pequeña prueba piloto.
Hallar los parámetros de la calidad del agua como turbiedad, PH y temperatura.
MATERIALES
MATERIALES 1 Kg de tierra 6 Beackers para tomar muestras 3 Jeringas de 5 ml 3 Jeringas de 10 ml Equipo para prueba de jarras Muestra de Agua jarras pH-metro Turbidímetro Cronómetro
REACTIVOS Sulfato de Aluminio Al 2 (SO4)3 Cloruro Férrico FeCl3 Cal en solución
PROCEDIMIENTO
COAGULANTE ÓPTIMO
Se tomó agua del grifo y se depositó en una caneca, luego se añadió tierra.
Se ubicó el equipo de 2 jarras debajo de cada una de las paletas de agitación.
Se depositó en cada jarra exactamente 1 litro de muestra fresca de agua cruda, añadiéndole tierra. (250 ml)
Se agregó cal en solución (2,5 ml) a las jarras con el fin de aumentar su pH a 9,86.
Se agregó diferente coagulante en cada jarra, 2 ml de Sulfato de Aluminio (Jarra 1), 2 ml de Cloruro Férrico (Jarra 2).
Se ubicaron las paletas de agitación dentro de cada jarra, arrancando el agitador y operándolo durante 1min a una velocidad de 260 rpm.
Reducimos la velocidad al grado de agitación a 40 rpm y permitimos que la agitación continuara durante unos 20 min.
Se esperó el tiempo necesario para observar que los Flòculos se sedimentaran mejor. (10 min)
Por último medimos la turbiedad, pH y temperatura.
DOSIS ÓPTIMA
Se tomó agua del grifo y se depositó en una caneca, luego se añadió tierra.
Se ubicó el equipo de 6 jarras debajo de cada una de las paletas de agitación. (Jarras cuadradas)
Colocamos en cada jarra exactamente 1 litro de muestra fresca de agua cruda con tierra.
Depositamos en cada jarra diferentes cantidades de coagulante (1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4 ml).
Se ubicaron las paletas de agitación dentro de cada jarra, arrancando el agitador y operarlo durante 1min. A una velocidad de 300 rpm.
Reducimos la velocidad al grado seleccionado de agitación a 40 rpm y permitimos que la agitación continuara durante uno s 20 min.
Se esperó 10 min para que se llevara a cabo el proceso de sedimentación.
Terminado el proceso de agitación, se procedió a esperar el tiempo necesario para que el flóculo se sedimentara en el fondo de la jarra y así determinar que dosis de coagulante era óptima, se procedió a determinar el pH y la turbiedad.
TIEMPO ÓPTIMO
Se ubicó el equipo con 3 jarras debajo de las paletas de agitación.
Se colocó en cada jarra exactamente 1 litro de muestra de agua cruda con tierra.
Se adiciono el coagulante óptimo (Cloruro férrico) y la dosis optima (70 ppm que es equivalente a 3,5 ml), Se varió el tiempo óptimo de floculación para las 3 jarras (10,20,30 min), con un gradiente óptimo de 40 rpm
Por último esperar un margen de tiempo de 10 min para que se sedimenten los floc’s.
Posteriormente se procedió a determinar el pH, temperatura y la turbiedad.
GRADIENTE ÓPTIMO
El anterior procedimiento se realiza nuevamente con las otras 3 jarras con la muestra (agua cruda con tierra), Ya teniendo el coagulante óptimo, la dosis óptima, el tiempo óptimo, se procedió a determinar el gradiente óptimo cambiando rpm para cada una de las jarras (36, 50,25 rpm), por último se midió la turbiedad, pH y temperatura.
CÁLCULOS
COAGULANTE OPTIMO
Se utilizó la siguiente fórmula para calcular volúmenes de coagulante que se debían adicionar al agua en este caso cloruro férrico y sulfato de aluminio.
V1 C1 = V2 C2
( )
[ ]
V1 C1 = V2 C2
Jarra
Coagulante
DOSIS ÓPTIMA
Utilizamos la siguiente fórmula para hallar la cantidad de Cloruro Férrico que se debe adicionar a cada jarra.
V1 C1 = V2 C2
( )
[ ]
Nota: Para cada jarra se realizó el procedimiento anterior, teniendo en cuenta que el valor de la concentración varía para cada jarra.
CANTIDAD DE JARRAS
1
2
3
4
5
6
DOSIS
30
40
50
60
70
80
1,5
2
2,5
3
3,5
4
(ppm ò mg/l ) CANTIDAD DE COAGULANTE (ml)
RESULTADOS
COAGULANTE ÒPTIMO
DATOS INICIALES Turbiedad Muestra Inicial: 57 NTU pH: 7,01 Temperatura: 18,1 °C
AGUA CRUDA (Agua Grifo + Tierra)
pH
TEMPERATURA
TURBIEDAD (NTU)
(°C)
JARRA 1
10,23
18,1
JARRA 2
7,50
18
877
RESULTADOS FINALES - Después de 35 min
AGUA CRUDA (Agua Grifo + Tierra)
pH
TURBIEDAD
TEMPERATURA
(NTU)
(°C)
JARRA 1
7,63
1,11
18
JARRA 2
6,53
3,17
18,5
COAGULANTE (ml)
3,5 Cloruro Férrico 3,5 Sulfato de Aluminio
DOSIS ÓPTIMA
DATOS INICIALES Turbiedad Muestra Inicial: 979 NTU pH: 7,04 Temperatura: 18,7 °C
AGUA CRUDA (Agua Grifo + Tierra) JARRAS
pH
TEMPERATURA (°C)
1
10,22
18.5
2
10.10
18.4
3
10.2
18.4
4
9.91
18.4
5
9.71
18.3
6
9.70
18.3
DATOS FINALES
AGUA CRUDA (Agua Grifo + Tierra) JARRAS
pH
TEMPERATURA (°C)
TURBIEDAD (NTU)
1
9.37
20.1
2,30
2
8.61
20.3
8,8
3
8.40
20.3
2,02
4
---------
--------
--------
5
8.2
20.4
1,61
6
7.93
20.6
1,63
NOTA: No se obtuvieron datos de la Jarra 4, ya que al sacar la muestra para tomar pH, temperatura y turbiedad la muestra se rego y los flocs que estaban sedimentados, se dispersaron nuevamente en el agua.
GRAFICA TURBIEDAD Vs DOSIS DE LA JARRA
TURBIEDAD (NTU)
2,3
DOSIS (Mg/l ò ppm)
30
8,8
40
2,02
50
1,61
60
1,63
70
GRÀFICA DE TURBIEDAD Vs DOSIS 10 9 8 ) U T N ( D A D E I B ) R U T
7 6 5 4 Series1
3 2 1 0 0
10
20
30
40
50
60
DOSIS (mg/L)
TIEMPO ÓPTIMO
DATOS INICIALES Turbiedad Muestra Inicial: 986 NTU pH: 7,63 Temperatura: 18,7 °C Gradiente óptimo: 40 rpm COAGULANTE ÓPTIMO: Cloruro férrico DOSIS ÓPTIMA: 70 ppm
3,5 ml
70
80
AGUA CRUDA (Agua Grifo + Tierra) pH
TURBIEDAD
TEMPERATURA
TIEMPO OPTIMO DE
(NTU)
(°C)
FLOCULACION (MIN)
JARRA 1
7,42
0,64
18,9
10
JARRA 2
8,53
1,15
19
20
JARRA 3
8,54
1,06
19
30
TURBIEDAD
TIEMPO OPTIMO DE
(NTU)
FLOCULACION (MIN)
0,64
10
1,15
20
1,06
30
GRÀFICA TURBIEDAD Vs TIEMPO ÒPTIMO DE FLOCULACIÒN 1.4
1.2
) 1 U T N ( 0.8 D A D E I 0.6 B R U T 0.4
Series1
0.2
0 0
10
20
30
TIEMPO ÒPTIMO DE FLOCULACION (min)
GRADIENTE ÓPTIMO
GRADIENTE ÓPTIMO: (36, 50,25 rpm) COAGULANTE ÓPTIMO: Cloruro férrico DOSIS ÓPTIMA: 70 ppm TIEMPO ÒPTIMO: 10 min
40
AGUA CRUDA (Agua Grifo + Tierra) pH
TURBIEDAD
TEMPERATURA
GRADIENTE OPTIMO
(NTU)
(°C)
(rpm)
JARRA 1
8,43
0,82
19,3
25
JARRA 2
7,30
0,61
19,5
36
JARRA 3
7,12
0,50
19,6
50
TURBIEDAD
REVOLUCIONES
(NTU)
POR MINUTO (rpm)
0,82
25
0,61
36
0,50
50
GRÀFICA TURBIEDAD Vs REVOLUCIONES POR MINUTO 0.9 0.8 ) 0.7 U T 0.6 N ( D0.5 A D 0.4 E I B R0.3 U í T
Series1
0.2 0.1 0 0
20
40
60
rpm
GRADIENTE
COAGULANTE OPTIMO
Se halló el gradiente teniendo en cuenta la tabla No 3 del Libro Floculación y Coagulación, tomando de allí la información necesaria de acuerdo a los datos obtenidos como lo son la Temperatura Inicial 19°C, y las especificaciones de la Jarra redonda con su revolución inicial de 260 rpm. Dándonos así un Gradiente de 250 s-1.
DOSIS ÓPTIMA
Se halló el gradiente teniendo en cuenta la tabla No 3 del Libro Floculación y Coagulación, tomando de allí la información necesaria de acuerdo a los datos obtenidos como lo son la Temperatura Inicial 19°C, y las especificaciones de la
Jarra cuadrada con su revolución inicial de 300 rpm. Dándonos así un Gradiente de 700 s-1, y con una revolución final de 40 rpm y un gradiente de 35 s-1.
TIEMPO ÓPTIMO
Se halló el gradiente teniendo en cuenta la tabla No 3 del Libro Floculación y Coagulación, tomando de allí la información necesaria de acuerdo a los datos obtenidos como lo son la Temperatura Inicial 19°C, y las especificaciones de la Jarra redonda con su revolución inicial de 40 rpm. Dándonos así un Gradiente de 21 s-1, y con una revolución final de 30 rpm y un gradiente de 15 s-1.
GRADIENTE ÓPTIMO
Se halló el gradiente teniendo en cuenta la tabla No 3 del Libro Floculación y Coagulación, tomando de allí la información necesaria de acuerdo a los datos obtenidos como lo son la Temperatura Inicial 19°C, y las especificaciones de la Jarra redonda con una revolución de 25 rpm y obteniendo así un gradiente de 12 s-1, con una revolución de 36 rpm y obteniendo así un gradiente de 25 s-1, con una revolución de 50 rpm y un gradiente de 40 s-1.
ANÁLISIS
COAGULANTE ÒPTIMO
De acuerdo a los resultados obtenidos de la práctica y después de realizar un segundo intento se pudo observar que si excede la dosis optima, el coagulante no cumple con su objetivo, ya que los coloides no se aglutinan para formar los floculos y posteriormente sedimentarse, si no que estos nuevamente se estabilizan.
DOSIS ÓPTIMA
Durante la agitación a 40 rpm y un tiempo de sedimentación de 20 minutos se pudo observar que en jarra 5 fue en la que mejor se observó el proceso de coagulación, con una dosis óptima de 70 ppm, donde se obtuvo el menor valor de la turbiedad es de 1,61 NTU, con respecto a las demás jarras.
TIEMPO ÓPTIMO
De acuerdo a los resultado obtenidos de la práctica se puede intuir que la jarra 1 fue la que presento un tiempo óptimo de 10 min, ya que tuvo el menor valor de la turbiedad (0,64 NTU), con respecto a las otras jarras
GRADIENTE ÓPTIMO
De acuerdo a la práctica realizada y al resultado obtenido se puede inferir que el gradiente óptimo es el de la jarra 3 con 36 rpm y con la turbiedad de 0,50 NTU
PREGUNTA
¿Cuál es el rango de pH en el que trabaja el cloruro férrico y el sulfato de aluminio (decir para cada uno cuál es el rango)?
SULFATO DE ALUMINIO
El sulfato de aluminio es el coagulante estándar usado en tratamientos de aguas. El material es empacado en diversas formas: en polvo, molido, en terrones, en granos parecidos al arroz y en forma líquida. El sulfato de aluminio ha estado disponible en todo el mundo con un costo razonable porque ha sido fácil de producir incluso en fábricas muy sencillas. La dosis varía normalmente entre 200 a 400 g/m3 para aguas naturales. El rango de pH efectivo para coagulación óptima es de 5,5 a 8,0 y se prefiere para tratar aguas superficiales de buena calidad por ser el único químico necesario para la coagulación. [3]
CLORURO FÉRRICO
Es el compuesto de hierro más importante por sus amplias aplicaciones industriales. Es un efectivo coagulante primario que se usa intensivamente en el tratamiento de aguas de alcantarillado y efluentes industriales para la remoción de los compuestos solubles de metales pesados y como coadyudante en la filtración de lodos muy difíciles. La dosis varía normalmente entre de 5 a 160 g/m 3 El rango de pH efectivo para coagulación óptima es entre 4 y 6, y mayor de 8. Sus excelentes propiedades coagulantes tienen aplicaciones en diversos procesos relacionados con el tratamiento de aguas y residuos líquidos. [4]
CONCLUSIONES
El coagulante óptimo para este tipo de aguas es el Cloruro Férrico, pues éste realiza una sedimentación más eficaz, pudiéndose observar a simple vista que hay mayor cantidad de partículas aglutinadas formando Flòculos.
La turbiedad es uno de los parámetros más importantes en la calidad del agua, es un indicativo de su contaminación, tiene un papel importante en el desempeño de laboratorios de prueba de análisis de
las plantas de
tratamiento de aguas residuales y de plantas purificadoras agua
Se realizaron pruebas de los parámetros de la calidad del agua como pH, Turbiedad y Temperatura, teniendo en cuenta que estos son de gran
importancia a la hora de tratar un tipo de agua con diferentes especificaciones.
Un coagulante optimo y una dosis optima es resultado de obtener un floculo de mayor tamaño y una sedimentación rápida, para obtener agua apta para el consumo humano.
REFERENCIAS ELECTRÓNICAS
[1] DEFINICIÓN DE POTABILIZACIÓN. Consultado el 16 de Marzo del 2014. Disponible
en
internet:
http://www.definicionabc.com/medio-
ambiente/potabilizacion.php [2] RESOLUCIÓN NÚMERO 2115 (22 JUN 2007). Consultado el 16 de Marzo del 2014.
Disponible
en
internet:
http://www.minambiente.gov.co/documentos/res_2115_220707.pdf [3] SULFATO DE ALUMINIO. Consultado el 16 de Marzo del 2014. Disponible en internet: http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/3146/1/6281622H565.pdf [4]
CLORURO FÉRRICO. Consultado el 16 de Marzo del 2014. Disponible en
internet: http://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_residuales/Tratamiento _f%C3%ADsico-qu%C3%ADmic
