ANÁLISIS COMPARATIVO DEL POLICLORURO DE ALUMINIO …

1

ANÁLISIS COMPARATIVO DEL POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) Y

SULFATO DE ALUMINIO LÍQUIDO (SAL) PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL

PROCESO COAGULACIÓN EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA

POTABLE FRANCISCO WIESNER

IVANNA DANIELA SIERRA MOLINA

VIVIANA GUATAME FONTECHA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN

PROYECTO CURRICULAR DE LICENCIATURA EN QUÍMICA

BOGOTÁ D.C.

2016

2

ANÁLISIS COMPARATIVO DEL POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) Y

SULFATO DE ALUMINIO LÍQUIDO (SAL) PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL

PROCESO COAGULACIÓN EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA

POTABLE FRANCISCO WIESNER

IVANNA DANIELA SIERRA MOLINA

VIVIANA GUATAME FONTECHA

Director Interno:

LUIS EDUARDO PEÑA PRIETO

Ph. D. en Química

Director Externo:

CARLOS ALBERTO RINCÓN PEÑA

Ingeniero Químico, Jefe de tratamiento Planta Francisco Wiesner

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN

PROYECTO CURRICULAR DE LICENCIATURA EN QUÍMICA

BOGOTÁ D.C.

2016

3

NOTA DE ACEPTACIÓN

_________________________

_________________________

_________________________

________________________

Presidente del Jurado

________________________

Jurado

Bogotá, D.C._______________________________

4

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a Dios por guiarnos y darnos fortaleza para seguir adelante a pesar de las

dificultades; A nuestros padres y hermanos por su apoyo incondicional y por habernos

proporcionado la mejor educación y lecciones de vida.

A la universidad Distrital Francisco José de Caldas por brindarnos la oportunidad de

formarnos como profesionales.

Al docente Luis Eduardo Peña, por su dedicación, compromiso y profesionalidad en la

dirección de nuestro trabajo.

Al ingeniero Carlos Alberto Rincón, Jefe de Tratamiento de la Planta Francisco Wiesner

por su colaboración durante la ejecución del trabajo realizado.

Al ingeniero Rodrigo Andrés Pertúz y al docente Carlos Alberto Ortiz Solano por su

apoyo, amistad y enseñanza.

A todos los funcionarios de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner por orientar,

fortalecer y enriquecer nuestros conocimientos.

5

TABLA DE CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................................ 4

1. RESUMEN ................................................................................................................................. 17

2. INTRODUCCION ..................................................................................................................... 18

3. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA .......................................................................................... 19

3.1 DESCRIPCIÓN ................................................................................................................... 19

3.2 DELIMITACIÓN ................................................................................................................. 19

3.3 PLANTEAMIENTO .............................................................................................................. 19

4. ANTECEDENTES ..................................................................................................................... 20

5. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................................................... 21

6. HIPÓTESIS................................................................................................................................ 22

7. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 23

8. MARCO TEÓRICO .................................................................................................................. 24

8.1 DESCRIPCION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE FRANCISCO

WIESNER ........................................................................................................................................ 24

8.1.1 Ubicación de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner ................................................ 24

8.1.2 Funcionamiento de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner ....................................... 24

8.2 TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE ................................................................................. 26

8.2.1 El agua ............................................................................................................................ 26

8.2.2 Características físico-químicas del agua ........................................................................... 26

8.2.2.1 Turbiedad ........................................................................................................................ 27

8.2.2.2 Color ............................................................................................................................... 28

8.2.2.3 pH ................................................................................................................................... 28

8.2.2.4 Aluminio Residual ........................................................................................................... 29

8.2.3 Fases de tratamiento de agua potable ................................................................................ 29

8.2.3.1 Partículas en suspensión .................................................................................................. 29

8.2.3.2 Coagulación .................................................................................................................... 30

8.2.3.3 Floculación ..................................................................................................................... 38

8.2.3.4 Filtración ........................................................................................................................ 39

8.2.3.5 Desinfección .................................................................................................................... 40

8.3 ENSAYO DE JARRAS .......................................................................................................... 42

8.3.1 Factores que influyen en la coagulación ........................................................................... 43

8.3.3.1 Influencia del pH ............................................................................................................. 43

8.3.3.2 Influencia de la Turbiedad ............................................................................................... 43

8.3.3.3 Influencia de las Sales Disueltas....................................................................................... 44

8.3.3.4 Influencia de la Temperatura del Agua ............................................................................. 44

8.3.3.5 Influencia de la Dosis del Coagulante ............................................................................... 44

8.3.3.6 Influencia de Mezcla........................................................................................................ 45

8.4 CALIDAD DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO ............................................................. 47

8.4.1 Marco legal colombiano................................................................................................... 47

8.4.2 Decreto 1575 resolución 2115/2007 ................................................................................. 48

8.5 ANÁLISIS ESTADÍSTICO .................................................................................................... 49

9. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 50

9.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................. 50

9.2 DISEÑO EXPERIMENTAL .................................................................................................. 50

9.2.1 Toma de muestras de agua ............................................................................................... 50

6

9.2.2 Métodos, Instrumentos y materiales ................................................................................. 50

9.2.2.1 Parámetros fisicoquímicos ............................................................................................... 50

9.2.2.2 Ensayo de tratabilidad ..................................................................................................... 51

9.2.3 Preparación de soluciones ................................................................................................ 51

9.2.4 Determinación de la dosis optima de materia prima coagulante de acuerdo a la NTC 3903

[27]…………………………………………………………………………………………………..51

9.2.5 Determinación de la dosis optima de materia prima coagulante según la Planta de

tratamiento Francisco Wiesner [28] .............................................................................................. 52

9.2.6 Metodología experimental empleada ................................................................................ 53

10. RESULTADOS ...................................................................................................................... 54

10.1 RESULTADOS DE CHINGAZA......................................................................................... 54

10.1.1 RESUMEN DE LOS RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LA TURBIEDAD CON

SAL Y PAC ....................................................................................................................................... 72

10.1.1.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DE LA TURBIEDAD CON SAL Y

PAC………………………………………………………………………………………………………………….76

10.1.2 RESUMEN DE LOS RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL COLOR CON SAL Y

PAC………………………………………………………………………………………………………………….77

10.1.2.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL COLOR CON SAL Y PAC .... 80

10.1.3 RESUMEN DE LOS RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL PH CON SAL Y PAC ... 81

10.1.3.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL PH CON SAL Y PAC ............ 84

10.2 RESULTADOS DE MEZCLA ............................................................................................. 85


SAL Y PAC ..................................................................................................................................... 103


PAC………………………………………………………………………………………………………………..107


PAC………………………………………………………………………………………………………………..108

10.2.2.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL COLOR CON SAL Y PAC .. 111

10.2.3 RESUMEN DE LOS RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL PH CON SAL Y PAC . 112

10.2.3.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL PH CON SAL Y PAC .......... 115

10.3 RESULTADOS DE SAN RAFAEL ................................................................................... 116


SAL Y PAC ..................................................................................................................................... 134


PAC………………………………………………………………………………………………………………..138


PAC………………………………………………………………………………………………………………..139

10.3.2.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL COLOR CON SAL Y PAC .. 142

10.3.3 RESUMEN DE LOS RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL PH CON SAL Y PAC . 143

10.3.3.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO DEL PH CON SAL Y PAC .......... 146

10.4 RESUMEN DE LOS RESULTADOS DE CHINGAZA, MEZCLA Y SAN RAFAEL ......... 147

10.4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE CHINGAZA, MEZCLA Y SAN RAFAEL .......................... 148

10.5 RESULTADOS DE ALUMINIO RESIDUAL EN CHINGAZA, MEZCLA Y SAN

RAFAEL……………………………………………………………………………………..……….149

10.5.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL ALUMINIO RESIDUAL CON SAL Y PAC EN CHINGAZA,

MEZCLA Y SAN RAFAEL ............................................................................................................... 150

11. CONCLUSIONES................................................................................................................ 151

12. RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 152

13. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 153

14. ANEXOS .............................................................................................................................. 157

7

14.1 ANEXO I............................................................................................................................ 158

14.2 ANEXO II .......................................................................................................................... 162

14.3 ANEXO III ......................................................................................................................... 168

14.4 ANEXO IV ......................................................................................................................... 170

8

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Mapa de ubicación de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner [39]................. 24

Figura 2. Embalse de Chuza (Sistema Chingaza). [41]............................................................ 24

Figura 3. Instalaciones de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner (izquierda); Estación

de bombeo y Embalse de San Rafael (derecha). [40] ............................................................... 25

Figura 4. Doble capa de una partícula coloidal [14]............................................................... 30

Figura 5. Coagulación [14] .................................................................................................... 31

Figura 6. Coagulación por Absorción [14] ............................................................................. 32

Figura 7. Coagulación por Barrido [14] ................................................................................. 32

Figura 8. Diagrama de remoción de Turbiedad [14] ............................................................... 33

Figura 9. Clasificación de los coagulantes [16] ...................................................................... 34

Figura 10. Ejemplos de polielectrolitos [15] ........................................................................... 36

Figura 11. Proceso de Coagulación en la planta de Tratamiento [14] ..................................... 42

Figura 12. Ensayo de jarras (Izquierda); Montaje de filtración de muestras (Derecha) [40] ... 42

Figura 13. Condiciones de mezcla [14] ................................................................................... 46

Figura 14. Diseño metodológico (Ensayo de tratabilidad) [29] ............................................... 53

9

LISTA DE GRÁFICAS

Gráfica 1. Comportamiento de la Turbiedad ........................................................................... 74

Gráfica 2. Comportamiento de la Remoción de Turbiedad ...................................................... 74

Gráfica 3. Gráfico de medias para el porcentaje de Remoción de Turbiedad entre el SAL (1) y

el PAC (2). .............................................................................................................................. 75

Gráfica 4. Comportamiento del Color ..................................................................................... 78

Gráfica 5. Comportamiento de la Remoción de Color ............................................................. 78

Gráfica 6. Gráfico de medias para el porcentaje de Remoción de Color entre el SAL (1) y el

PAC (2). ................................................................................................................................. 79

Gráfica 8. Comportamiento de la Variación de pH .................................................................. 82

Gráfica 7. Comportamiento de pH .......................................................................................... 82

Gráfica 9. Gráfico de medias para el porcentaje de Variación de pH entre el SAL (1) y el PAC

(2). .......................................................................................................................................... 83

Gráfica 10. Comportamiento de la Turbiedad ....................................................................... 105

Gráfica 11. Comportamiento de la Remoción de Turbiedad .................................................. 105


el PAC (2). ............................................................................................................................ 106

Gráfica 13. Comportamiento del Color ................................................................................. 109

Gráfica 14. Comportamiento de la Remoción de Color ......................................................... 109


PAC (2). ............................................................................................................................... 110

Gráfica 16. Comportamiento de pH ...................................................................................... 113

Gráfica 17. Comportamiento de la Variación de pH .............................................................. 113


PAC (2). ............................................................................................................................... 114

Gráfica 19. Comportamiento de la Turbiedad ....................................................................... 136

Gráfica 20. Comportamiento de la Remoción de Turbiedad .................................................. 136


PAC (2). ............................................................................................................................... 137

Gráfica 22. Comportamiento del Color ................................................................................. 140

Gráfica 23. Comportamiento de la Remoción de Color ......................................................... 140


PAC (2). ............................................................................................................................... 141

Gráfica 25. Comportamiento de pH ...................................................................................... 144

Gráfica 26. Comportamiento de la Variación de pH .............................................................. 144


PAC (2). ............................................................................................................................... 145

10

LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner............................... 170

Ilustración 2. Embalse y estación de bombeo San Rafael ....................................................... 170

Ilustración 4. Tanques de coagulantes y ayudantes de coagulación ....................................... 171

Ilustración 5. Rotodip dosificador de sulfato de aluminio ...................................................... 171

Ilustración 3. Estructura de llegada del embalse de Chingaza ............................................... 170

Ilustración 6. Resalto hidráulico y dosificación de productos químicos ................................. 171

Ilustración 7. Filtros ............................................................................................................. 172

Ilustración 8. Desinfección en sitio con oxidantes mixtos ...................................................... 172

Ilustración 9. Tanques y evaporadores de cloro .................................................................... 172

Ilustración 10. Tanques de cal .............................................................................................. 173

11

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Especificaciones del lecho filtrante [7] ...................................................................... 26

Tabla 2. Características del agua [10] .................................................................................... 27

Tabla 3. Clasificación de los polielectrolitos [15] ................................................................... 34

Tabla 4. Ventajas y desventajas del sulfato de aluminio [15] ................................................... 37

Tabla 5. Ventajas y desventajas del policloruro de aluminio [15] ............................................ 37

Tabla 6. Valores máximos aceptables de las características físicas del agua potable [3] ......... 48

Tabla 7. Características químicas que tienen mayores consecuencias económicas e indirectas

sobre la salud humana [3] ...................................................................................................... 48

Tabla 8. Métodos y equipos para la determinación de los parámetros fisicoquímicos [25] ...... 50

Tabla 9. Equipos, materiales y reactivos para la realización del ensayo de tratabilidad [25] 51

Tabla 10. Características fisicoquímicas del agua cruda #1 .................................................... 54

Tabla 11. Resultados ensayo de jarras general SAL #1............................................................ 54

Tabla 12. Resultados ensayo de jarras general PAC #1 ........................................................... 54



Tabla 15. Resultados ensayo general PAC #2.......................................................................... 55


Tabla 17. Resultados ensayo de jarras específico SAL ............................................................. 56

Tabla 18. Resultados ensayo de jarras específico PAC ............................................................ 56


Tabla 20. Replica ensayo de jarras SAL #1 ............................................................................. 57

Tabla 21. Replica ensayo de jarras PAC #1 ............................................................................ 57
















Tabla 37. Características fisicoquímicas del agua cruda #10 .................................................. 63








12



Tabla 47. Replica ensayo de jarras SAL #10 ........................................................................... 66

Tabla 48. Replica ensayo de jarras PAC #10........................................................................... 66
















Tabla 64. Resumen de características fisicoquímicas del agua cruda ...................................... 72

Tabla 65. Resumen dosis óptimas de SAL y PAC para ensayos de jarras ................................. 72

Tabla 66. Resumen general de los resultados de Turbiedad ..................................................... 73

Tabla 67. Resultados de Remoción de Turbiedad .................................................................... 73

Tabla 68. Resumen Estadístico para % R. Turbiedad .............................................................. 75

Tabla 69. Tabla ANOVA para % R. Turbiedad por Coagulantes ............................................. 75

Tabla 70. Resumen general de los resultados de Color ............................................................ 77

Tabla 71. Resultados de Remoción de Color ........................................................................... 77

Tabla 72. Resumen Estadístico para % R. Color ..................................................................... 79

Tabla 73. Tabla ANOVA para % R. Color por Coagulantes .................................................... 79

Tabla 74. Resumen general de los resultados de pH ................................................................ 81

Tabla 75. Resultados de Variación de pH ................................................................................ 81

Tabla 76. Resumen Estadístico para % V. pH.......................................................................... 83

Tabla 77. Tabla ANOVA para % V. pH por Coagulantes......................................................... 83



Tabla 80. Resultados ensayo de jarras general PAC #1 ........................................................... 85



Tabla 83. Resultados ensayo general PAC #2.......................................................................... 86


Tabla 85. Resultados ensayo de jarras específico SAL ............................................................. 87

Tabla 86. Resultados ensayo de jarras específico PAC ............................................................ 87







13













Tabla 105. Características fisicoquímicas del agua cruda #10 ................................................ 94










Tabla 115. Replica ensayo de jarras SAL #10 ......................................................................... 97

Tabla 116. Replica ensayo de jarras PAC #10 ......................................................................... 97







Tabla 123. Características fisicoquímicas del agua cruda #16 .............................................. 100

Tabla 124. Replica ensayo de jarras SAL #13 ....................................................................... 100

Tabla 125. Replica ensayo de jarras PAC #13 ....................................................................... 100







Tabla 132. Resumen de características fisicoquímicas del agua cruda .................................. 103

Tabla 133. Resumen dosis óptimas de SAL y PAC para ensayos de jarras ............................. 103

Tabla 134. Resumen general de los resultados de Turbiedad ................................................. 104

Tabla 135. Resultados de Remoción de Turbiedad................................................................. 104

Tabla 136. Resumen Estadístico para % R. Turbiedad .......................................................... 106

Tabla 137. Tabla ANOVA para % R. Turbiedad por Coagulantes ......................................... 106

Tabla 138. Resumen general de los resultados de Color ........................................................ 108

Tabla 139. Resultados de Remoción de Color........................................................................ 108

Tabla 140. Resumen Estadístico para % R. Color ................................................................. 110

14

Tabla 141. Tabla ANOVA para % R. Color por Coagulantes ................................................ 110

Tabla 142. Resumen general de los resultados de pH ............................................................ 112

Tabla 143. Resultados de Variación de pH ............................................................................ 112

Tabla 144. Resumen Estadístico para % V. pH ...................................................................... 114

Tabla 145. Tabla ANOVA para % V. pH por Coagulantes ..................................................... 114


Tabla 147. Resultados ensayo de jarras general SAL #1 ........................................................ 116

Tabla 148. Resultados ensayo de jarras general PAC #1 ....................................................... 116


Tabla 150. Resultados ensayo de jarras general SAL #2 ........................................................ 117

Tabla 151. Resultados ensayo general PAC #2 ...................................................................... 117


Tabla 153. Resultados ensayo de jarras específico SAL ......................................................... 118

Tabla 154. Resultados ensayo de jarras específico PAC ........................................................ 118



Tabla 157. Replica ensayo de jarras PAC #1......................................................................... 119
































15












Tabla 200. Resumen de características fisicoquímicas del agua cruda .................................. 134

Tabla 201. Resumen dosis óptimas de SAL y PAC para ensayos de jarras ............................. 134

Tabla 202. Resumen general de los resultados de Turbiedad ................................................. 135

Tabla 203. Resultados de Remoción de Turbiedad................................................................. 135

Tabla 204. Resumen Estadístico para % R. Turbiedad .......................................................... 137

Tabla 205. Tabla ANOVA para % R. Turbiedad por Coagulantes ......................................... 137

Tabla 206. Resumen general de los resultados de Color ........................................................ 139

Tabla 207. Resultados de Remoción de Color........................................................................ 139

Tabla 208. Resumen Estadístico para % R. Color ................................................................. 141

Tabla 209. Tabla ANOVA para % R. Color por Coagulantes ................................................ 141

Tabla 210. Resumen general de los resultados de pH ............................................................ 143

Tabla 211. Resultados de Variación de pH ............................................................................ 143

Tabla 212. Resumen Estadístico para % V. pH ...................................................................... 145

Tabla 213. Tabla ANOVA para % V. pH por Coagulantes ..................................................... 145

Tabla 214. Comparación de comportamiento de las variables fisicoquímicas entre SAL y PAC

............................................................................................................................................. 147

Tabla 215. Comparación estadística de las variables fisicoquímicas entre SAL y PAC .......... 147

Tabla 216. Aluminio residual en la fuente de Chingaza ......................................................... 149

Tabla 217. Aluminio residual en la Mezcla ............................................................................ 149

Tabla 218. Aluminio residual en la fuente de San Rafael ....................................................... 149

16

INDICE DE ABREVIATURAS

SAL: Sulfato de aluminio líquido

PAC: Policloruro de aluminio

NTU: Unidades Nefelométricas de Turbiedad

UPC: Unidades de Platino y Cobalto

pH: Potencial de Hidrógeno

ppm Partes por millón

nm: Nanómetros

mL: mililitro

rpm: Revoluciones por minuto

EDTA: Ácido etilendiaminotetraacético

NTC: Norma Técnica Colombiana

RAS: Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico

ASTM: American Society for Testing Materials

APHA: American Public Health Association

AWWA: American Water Works Association

WPCF: Water Pollution Control Facilities

17

1. RESUMEN

El objetivo principal de esta investigación fue comparar las ventajas y la efectividad del

Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante primario en contraste con el Sulfato de

Aluminio Liquido (SAL) en el proceso de coagulación del agua tratada en la Planta de

Tratamiento de agua Potable Francisco Wiesner (PTAP) y así mismo se evaluó el

comportamiento de estos dos coagulantes para la optimización de dicho proceso. La

investigación se llevo a cabo con el estudio de los parámetros físico-químicos

(Turbiedad, color, pH y aluminio residual) y un análisis estadístico.

El diseño experimental que se implementó en esta investigación está relacionado con el

ensayo de jarras de las fuentes de abastecimiento San Rafael, Chingaza y mezcla

(Chingaza 60% y San Rafael 40%) de la Planta, en donde se realizo un análisis

comparativo de los parámetros fisicoquímicos iniciales (agua cruda) con los finales

(después de la aplicación de coagulante), para seleccionar el producto con mejor

desempeño. La concentración de aluminio residual se determinó únicamente como

parámetro final.

Los resultados muestran que para la fuente de Chingaza la dosis óptima necesaria para

el proceso de coagulación fue mayor en SAL que en PAC, mientras que para la fuente

de San Rafael y la mezcla la dosis óptima mostró ser igual para ambos coagulantes.

Dependiendo de la muestra de agua y su composición, el PAC presenta una dosis

óptima menor o igual que la que se utiliza con el SAL.

En cuanto a los ensayos de jarras para la fuente de Chingaza se evidenció un óptimo

desempeño del coagulante policloruro de aluminio en cuanto a las cuatro variables

fisicoquímicas evaluadas al igual que en la muestra de mezcla (Chingaza y San Rafael).

La fuente de San Rafael tratada con PAC arrojó mejores resultados en los parámetros

turbiedad y pH. Cabe resaltar que estadísticamente el PAC fue altamente efectivo en

evitar cambios drásticos de pH en las tres fuentes de agua. El aluminio residual resulta

igual para ambos productos químicos.

El PAC representó ventajas tales como mayor remoción de sólidos suspendidos y de

materia orgánica (color). El pH del PAC (Quimpac 5500) es más alto con respecto al

SAL (Sulfoquímica) lo que permitió una mínima variación de pH en el agua. El SAL al

bajar el pH también representa una mayor utilización de cal.

18

2. INTRODUCCION

El agua se define químicamente como una molécula sencilla compuesta por dos átomos

de hidrogeno y una de oxigeno. En la naturaleza ésta no se encuentra pura, debido a

fuentes de contaminación naturales dependiendo del terreno que atraviese el agua o

artificiales como consecuencia de actividades humanas [1]. El desarrollo de industrias,

la sobrepoblación e incluso la falta de educación del hombre son los principales factores

de contaminación de las fuentes hídricas en el mundo. La presencia de agentes

infecciosos, productos químicos tóxicos o radiaciones alteran la calidad del agua y por

ende la salud [2]. Por ello es tan necesario un sistema para la protección y el control de

la calidad, con el fin de monitorear, prevenir y controlar los riesgos para la salud

humana causados por su consumo [3].

Colombia cuenta con el acueducto de Bogotá que es la empresa prestadora de servicios

de acueducto y alcantarillado más grande del país. La función es la de abastecer con una

de las mejores aguas del continente, cerca de 1 millón 700 mil usuarios en la capital del

país y prestar el servicio a 11 municipios vecinos, además posee un compromiso

ambiental como el de cuidar más de 40 mil hectáreas en la reserva natural Chingaza y 5

mil en los cerros de la capital. Protege, conserva y recupera el recurso hídrico de la

región [4].

“La planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner pertenece a la empresa de

acueducto y alcantarillado EAB-ESP, es una planta de filtración directa y se encuentra

ubicada en el kilometro 14 de la vía Bogotá la Calera. Se abastece de los embalses

Chingaza con capacidad de 250 millones de m3 y San Rafael con 75 millones de m

3”

[5]. La planta opera con procesos de coagulación, filtración y desinfección. El papel

que desempeña la planta es abastecer a la capital con agua de excelente calidad que

cumpla con características fisicoquímicas según la reglamentación establecida.

En esta investigación se realizó un análisis comparativo entre los coagulantes sulfato de

aluminio líquido Tipo B, actualmente utilizado en la planta de tratamiento Francisco

Wiesner y el policloruro de aluminio producto que promete en la actualidad mejores

resultados de los parámetros físico-químicos. Se realizó la selección del mejor producto

con base en el estudio de los parámetros fisicoquímicos iniciales y finales de cada

muestra de agua después de la aplicación de los coagulantes, además de la dosis óptima

de cada producto.

19

3. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

3.1 DESCRIPCIÓN

La planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner se actualiza

constantemente con el fin de disminuir costos, aumentar la capacidad de

producción y lo que es más importante, mejorar la calidad del agua, cumpliendo

así mismo con las exigencias que la ciudad de Bogotá requiere. Es por tal razón

que para cumplir con dichas necesidades, ha optado por llevar a cabo un

proyecto, cuya intencionalidad es optimizar el proceso de coagulación

utilizando policloruro de Aluminio, el cual garantiza mejores resultados en

contraste con el sulfato de aluminio tales como: aumentar la retención de las

partículas en suspensión, trabajar en un rango amplio de pH y mejora en la

remoción de color y turbiedad del agua.

3.2 DELIMITACIÓN

La presente investigación se fundamenta en una metodología de

experimentación basada en ensayos de jarras y a su vez cumpliendo con la

normatividad vigente de potabilización de agua, para determinar la efectividad

del policloruro de aluminio en términos de los parámetros de estudio (pH, color,

turbiedad y aluminio residual) para la optimización del proceso coagulación.

Dicha investigación se realizó con el apoyo de la Empresa de Acueducto y

Alcantarillado de Bogotá (EAB-ESP), en las instalaciones de la Planta de

Tratamiento de Agua Potable Francisco Wiesner (PTAP).

3.3 PLANTEAMIENTO

El objetivo principal de la investigación buscó comparar dos tipos de

coagulante, resaltando al policloruro de aluminio como opción principal del

proceso de coagulación tanto desde el enfoque físico-químico como desde sus

ventajas de operación, lo cual nos lleva a plantear: ¿Que coagulante ofrece

mejor efectividad en el proceso de coagulación en la Planta de Tratamiento de

agua potable Francisco Wiesner?

20

4. ANTECEDENTES

En la planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner (PTAP), se han

desarrollado diferentes investigaciones relacionadas con el tema de interés, las cuales

han estado destinadas a la utilización de distintos coagulantes, entre ellos los polímeros,

para una mayor optimización en el proceso de coagulación. Los correspondientes

trabajos se mencionan a continuación:

BARBOUR J, LOPEZ A. Evaluación del policloruro de aluminio (PAC) como

coagulante en plantas de potabilización de filtración directa. Trabajo de grado. Bogotá

D.C. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ingeniería; 2003.

PARRA J, RADA R. Influencia de diferentes floculantes orgánicos

polielectrolitos derivados de las poliacrilamidas, en las propiedades físico-químicas del

agua potabilizada en la planta de tratamiento Francisco Wiesner perteneciente a la

EAAB-ESP. Trabajo de grado. Bogotá D.C. Universidad Distrital Francisco José de

Caldas. Facultad de Ciencias y Educación; 2008.

CONHYDRA S.A, “Estudio tendiente a optimizar la calidad del agua tratada en

la planta Wiesner”. Bogotá D.C. Informe 5: “Coordinación y asesoría de la operación

rutinaria de la instalación piloto (IP)”; 2011.

GARAY A, MOYA M. Evaluación del uso de floculante en el proceso de

filtración directa en la planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner a nivel

laboratorio. Trabajo de grado. Bogotá D.C. Fundación Universitaria de América.

Facultad de Ingeniería; 2011.

MARTIN FUENTES R.E. Dosificación óptima de polímeros no iónicos de tipo

poliacrilamida como ayudantes de filtración y compatibilidad con los ayudantes de

coagulación aplicados en la planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner

(EAAB-ESP). Trabajo de grado. Bogotá D.C. Universidad Distrital Francisco José de

Caldas. Facultad de Ciencias y Educación; 2013.

21

5. JUSTIFICACIÓN

La planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner cuenta con tres procesos de

tratamiento que son la coagulación, filtración y desinfección con el fin de obtener el

agua apta para consumo en Bogotá. El agua que es captada de los embalses de Chingaza

y San Rafael presenta contaminación por partículas coloidales que deben ser removidas

por medio de la sedimentación. En el proceso de coagulación es esencial la utilización

de reactivos químicos que interactúen con el agua y permitan tanto la desestabilización

de los coloides como su aglomeración, para una posterior sedimentación.

El coagulante empleado en la planta Wiesner es el sulfato de aluminio, pero la

aplicación de este provoca en el agua una disminución del pH y por ende, un aumento

de aplicación de cal. Por el contrario, el policloruro de aluminio trabaja a una alta

efectividad en un amplio rango de pH, es decir, cumple su función de coagulante sin

afectar el pH y así mismo disminuye la aplicación de cal, lo cual se ve reflejado en un

descenso de costos.

Por otra parte, el uso de productos químicos, más específicamente los coagulantes con

sales de aluminio puede provocar en el agua un aumento de residual de aluminio en el

agua tratada donde la concentración máxima permitida por el decreto 1575 de 2007 es

de 0,2 mg/L, de esta forma también se genera mayores costos en la remoción del mismo

[3].

Por tales razones, el eje de esta investigación se enfocó en la selección y la

determinación de la dosis óptima del mejor coagulante teniendo en cuenta su eficacia en

características como en la remoción de turbiedad y color, variación del pH y aluminio

residual en las aguas tratadas por medio de ensayos de tratabilidad.

22

6. HIPÓTESIS

Fisicoquímicamente el policloruro de aluminio será más efectivo con relación al

sulfato de aluminio, mostrando una mayor efectividad de operación en el

proceso coagulación.

Considerando que la Planta de Tratamiento de agua potable Francisco Wiesner

cuenta básicamente con dos fuentes de abastecimiento (Chingaza y San Rafael),

posiblemente se obtengan resultados significativamente diferentes en los

parámetros iniciales y posteriormente en los ensayos de jarras.

Estadísticamente el policloruro de aluminio presentará mejor desempeño en

contraste al sulfato de aluminio en términos de los parámetros fisicoquímicos y a

su vez como respuesta a la eficiencia en el proceso de coagulación.

23

7. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Comparar la efectividad de los coagulantes: policloruro de aluminio (PAC) y

sulfato de aluminio liquido tipo B (SAL) para la optimización del proceso de

coagulación en la planta de tratamiento Francisco Wiesner.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar mediante ensayos de jarras la dosificación óptima de policloruro de

aluminio y sulfato de aluminio líquido, con base en los estándares de

aplicación de los coagulantes que usualmente se efectúan en el proceso

coagulación.

Establecer las ventajas de la utilización del policloruro de aluminio (PAC)

como coagulante teniendo en cuenta parámetros tales como: color, turbiedad,

pH y aluminio residual realizando ensayos a escala de laboratorio.

Representar el desempeño de los coagulantes mediante análisis estadísticos de

control, usando como variable de respuesta la eficiencia del proceso de

coagulación en términos de los parámetros a determinar con el programa

STATGRAPHICS.

24

8. MARCO TEÓRICO

8.1 DESCRIPCION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE

AGUA POTABLE FRANCISCO WIESNER

8.1.1 Ubicación de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner

La planta de tratamiento Francisco Wiesner (Figura 1) entró en funcionamiento en 1982 y se

encuentra ubicada en el kilómetro 14 de la vía Bogotá la calera.

8.1.2 Funcionamiento de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner

La planta fue diseñada con una capacidad de 14 m³/s, para tratamiento de floculación por

contacto y filtración directa. Cuenta a su vez con el Sistema Chingaza (Figura 2) y el Embalse

de San Rafael de los cuales procesa en promedio 10.5 m3/s suministrando el 80% de agua

potable que es transportada a Bogotá y municipios aledaños.

Figura 1. Mapa de ubicación de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner [39]

Figura 2. Embalse de Chuza (Sistema Chingaza). [41]

[1] SALUD PUBLICA Y AP DE SALUD, «Contaminación del agua,» 2002. [En línea]. Available: http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/salud-publica-y-atencion-primaria-de-

salud/otros-recursos-1/lecturas/bloque-iii/Contaminacion%20del%20agua.pdf. [Último acceso: 06 10 2015].

[2] ORGANIZACION MUNDIAL DE SALUD, «Agua,» OMS, 2015. [En línea]. Available: http://www.who.int/topics/water/es/. [Último acceso: 06 10 2015].

25

En cuanto a los sistemas de captación del agua cruda con los que cuenta la Planta de

Tratamiento Francisco Wiesner son:

El Sistema Chingaza que consta básicamente del embalse de Chuza como principal

reservorio que permite el almacenamiento del recurso hídrico de los ríos Guatiquía y

Chuza principalmente. El agua es conducida por gravedad por medio de túneles operando a presión y flujo libre hasta la planta de tratamiento Francisco Wiesner.

Produce un caudal promedio de 8.79 m³/s, los cuales se aprovechan para el suministro

de agua a Bogotá y demás zonas de servicio atendidas por el Acueducto. [6]

El Embalse de San Rafael (Figura 3) tiene una capacidad de 75 millones de m³ y una

estación de bombeo para conducir el agua cruda almacenada a la planta de tratamiento.

Las principales fuentes de abastecimiento del embalse, provienen del Sistema Chingaza. La estación de bombeo la compone un pozo vertical de 46.85 m., de profundidad y 31.2

m., de diámetro, con seis pisos de operación, donde se alojan los equipos

electromecánicos compuestos por cuatro bombas centrífugas de 4.5 m³/s de capacidad cada una. [6]

La planta de tratamiento Francisco Wiesner (ANEXO IV), es una planta de tratamiento No

convencional, es decir, opera con los procesos de Coagulación, Filtración y Desinfección,

omitiendo en su procedimiento la Floculación y Sedimentación. Se utiliza una tecnología de filtración directa descendente a tasa constante, contando con 16 filtros los cuales están siendo

optimizados en el presente año (2016).

El agua llega a una estructura de forma circular ubicada en la entrada de la planta, la cual

permite el rebose de los excesos al embalse San Rafael. La estructura de llegada cuenta con

doble resalto hidráulico con el fin de garantizar, en un momento dado, la turbiedad requerida para la mezcla rápida en el proceso de coagulación. [6]

Dependiendo de las condiciones de calidad del agua y los ensayos de tratabilidad, se pueden

aplicar coagulantes o ayudantes de coagulación en cada uno de los resaltos, según sea el caso, por lo general el coagulante más utilizado es el Sulfato de Aluminio Tipo B, adquirido en forma

líquida. Actualmente se están aplicando Sulfato de Aluminio como coagulante primario,

polímero catiónico como ayudante de coagulación y polímero no iónico como ayudante de filtración.

Cada uno de los dieciséis filtros es alimentado a través de los canales regulados por una compuerta de eje vertical tipo mariposa [6].Las especificaciones del lecho filtrante se presentan

en la Tabla 1.

Figura 3. Instalaciones de la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner (izquierda); Estación de bombeo y Embalse de San Rafael (derecha). [40]

26

Tabla 1. Especificaciones del lecho filtrante [7]

Característica Especificación

Falso fondo- polietileno de alta

densidad

Leopold tipo s

Polietileno de alta densidad

(material de soporte IMS)

0.05 m

Arena 0.20 m

Antracita 1.00 m

El agua utilizada para el lavado de los filtros es transportada hacia las lagunas de lodos, a través

de una tubería de 1.6 m de diámetro y aproximadamente 600 m de longitud hasta la estructura de entrada de la laguna. Finalmente el agua filtrada se descarga en la llamada cámara de cal,

donde se aplica el cloro por contacto, además actualmente se implementa una tecnología de

desinfección llamada MIOX, la cual consiste en la aplicación de oxidantes mixtos. Una vez

finalizado el proceso el agua tratada pasa a un tanque con una capacidad de 50000 m3 que

ofrece un tiempo de detención de una hora. Del tanque de almacenamiento, pasa al sistema de

transporte de agua tratada para continuar con su distribución. [5]

En la sala de control de la planta Wiesner se regula y monitorea todo el proceso y operación

desde que el agua sale de Chingaza, hasta que llega al embalse San Rafael y pasa por el

tratamiento dentro de la planta para su final distribución a la población de Bogotá y sus alrededores [7].

8.2 TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

8.2.1 El agua

El agua es un recurso natural que nos provee las lluvias. Este atraviesa un ciclo que tiene una gran capacidad de purificación. Pero esta misma facilidad de regeneración y su aparente

abundancia hace que sea el vertedero habitual de residuos: pesticidas, desechos químicos,

metales pesados, residuos radiactivos; todo esto dependiendo del origen y procedencia del agua

[8].

Estas contaminaciones que pueden ser de tipo natural (contacto con la atmosfera y el suelo) o

artificial (actividades humanas) ocasionan variaciones en la calidad del agua, concediendo ciertas características fundamentales que serán de suma importancia al tomar las medidas

adecuadas de tratamiento, dependiendo de la utilidad que se le va a dar.

En el caso de proporcionar a las poblaciones un agua de calidad media, llamada potable, es

decir, que puede ser consumida sin ningún inconveniente por el hombre y que al mismo tiempo

responda con las exigencias de calidad del consumidor, los criterios especiales serán satisfechos

por un tratamiento especial [9].

8.2.2 Características físico-químicas del agua

Las características fisicoquímicas tienen una directa incidencia sobre las condiciones de

aceptabilidad del agua (Tabla 2). El agua posee entonces unas características variables que la

hacen diferentes de acuerdo al sitio y al proceso de donde provenga. Es por tal razón que las condiciones de aceptabilidad están bajo la incidencia de las características físico-químicas, las

cuales se pueden medir y clasificar de acuerdo a las propiedades químicas, físicas o biológicas

[10].

27

Tabla 2. Características del agua [10]

PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS

Físicas

Turbiedad, color, olor, sabor, temperatura, sólidos, conductividad.

Químicas

pH, dureza, acidez/alcalinidad, fosfatos, sulfatos, Fe, Al, Mn, Cloruros,

Oxígeno disuelto, grasas y/o aceites, amoniaco, metales, nitratos,

pesticidas, entre otros.

Biológicas

Protozoarios (patógenos), Helmintos (patógenos), coliformes fecales, coliformes totales, E. Coli.

Entre los parámetros tomados en cuenta para la realización de este trabajo se muestran a

continuación.

8.2.2.1 Turbiedad

La turbiedad es originada por las partículas en suspensión o coloides (arcillas, limo, tierra

finamente dividida, etcétera). La turbiedad es causada por las partículas que forman los sistemas coloidales; es decir, aquellas que por su tamaño, se encuentran suspendidas y reducen la

transparencia del agua en menor o mayor grado. La medición de la turbiedad se realiza mediante

un turbidímetro o nefelómetro. Las unidades utilizadas son, por lo general, unidades

nefelométricas de turbiedad (UNT).

En la práctica, la remoción de la turbiedad no es un proceso difícil de llevar a cabo en una planta

de clarificación de agua; sin embargo, es uno de los que más influye en los costos de producción, porque, por lo general, requiere usar coagulantes, acondicionadores de pH,

ayudantes de coagulación, etcétera. El diseño de los sistemas de remoción de turbiedad debe

considerar no solo el tipo de partículas existentes (origen, estructura, composición y forma) sino también su tamaño y comportamiento. Aunque no se conocen los efectos directos de la

turbiedad sobre la salud, esta afecta la calidad estética del agua, lo que muchas veces ocasiona el

rechazo de los consumidores.

La turbiedad está directamente relacionada con los sólidos, y de acuerdo a la asociación que esta

tenga con el agua se pueden encontrar ya sea disueltos o suspendidos.

Por otra parte, estudios han demostrado que en el proceso de eliminación de los organismos

patógenos, por la acción de agentes químicos como el cloro, las partículas causantes de la

turbiedad reducen la eficiencia del proceso y protegen físicamente a los microorganismos del contacto directo con el desinfectante. Por esta razón, si bien las normas de calidad establecen un

criterio para turbiedad en la fuente de abastecimiento, esta debe mantenerse mínima para

garantizar la eficacia del proceso de desinfección.

Los estándares internos de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA)

establecen que las aguas de consumo humano deben tener preferentemente una UNT y en

ningún caso más de 5 UNT. Las Guías de Calidad para Agua de Bebida del Canadá y las Guías de Calidad para Aguas de Consumo Humano de la Organización Mundial de la Salud (OMS)

recomiendan como valor guía 5 UNT. La OMS indica, sin embargo, que para una desinfección

eficiente, el agua filtrada debería tener una turbiedad promedio menor o igual a una UNT [11].

28

8.2.2.2 Color

Esta característica del agua puede estar ligada a la turbiedad o presentarse independientemente de ella.

Aún no es posible establecer las estructuras químicas fundamentales de las especies

responsables del color. Esta característica del agua se atribuye comúnmente a la presencia de taninos, lignina, ácidos húmicos, ácidos grasos, ácidos fúlvicos, etcétera. Se considera que el

color natural del agua, excluyendo el que resulta de descargas industriales, puede originarse por

las siguientes causas:

La extracción acuosa de sustancias de origen vegetal;

La descomposición de la materia;

La materia orgánica del suelo; La presencia de hierro, manganeso y otros compuestos metálicos; y

Una combinación de los procesos descritos.

En la formación del color en el agua intervienen, entre otros factores, el pH, la temperatura, el

tiempo de contacto, la materia disponible y la solubilidad de los compuestos coloreados.

Se denomina color aparente a aquel que presenta el agua cruda o natural y color verdadero al

que queda luego de que el agua ha sido filtrada.

Existen muchos métodos de remoción del color. Los principales son la coagulación por compuestos químicos como el alumbre y el sulfato férrico a pH bajos y las unidades de contacto

o filtración ascendente.

Debido a que el color del agua se origina, en muchos casos, por la presencia de compuestos de

naturaleza orgánica, se recomienda que la desinfección se realice luego de que este haya sido

removido, para evitar que la aplicación de cloro como desinfectante pueda dar origen a la

formación de trihalometanos, compuestos que tienen efecto cancerígeno en animales.

El valor guía de la OMS y del Canadá es 15 UPC (Unidades de platino-cobalto) para aguas de

bebida [11].

8.2.2.3 pH

El pH influye en algunos fenómenos que ocurren en el agua, como la corrosión y las

incrustaciones en las redes de distribución. Aunque podría decirse que no tiene efectos directos

sobre la salud, sí puede influir en los procesos de tratamiento del agua, como la coagulación y la desinfección.

Por lo general, las aguas naturales (no contaminadas) exhiben un pH en el rango de 5 a 9.

Cuando se tratan aguas ácidas, es común la adición de un álcali (por lo general, cal) para optimizar los procesos de coagulación. En algunos casos, se requerirá volver a ajustar el pH del

agua tratada hasta un valor que no le confiera efectos corrosivos ni incrustantes. Se considera

que el pH de las aguas tanto crudas como tratadas debería estar entre 5,0 y 9,0. Este rango

permite controlar sus efectos en el comportamiento de otros constituyentes del agua. Las guías canadienses han establecido el rango de pH 6,5 a 8,5 para el agua potable [11].

29

8.2.2.4 Aluminio Residual

Es un componente natural del agua, debido principalmente a que forma parte de la estructura de las arcillas. Puede estar presente en sus formas solubles o en sistemas coloidales, responsables

de la turbiedad del agua.

Las concentraciones más frecuentes en las aguas superficiales oscilan entre 0,1 y 10 ppm. El problema mayor lo constituyen las aguas que presentan concentraciones altas de aluminio, las

cuales confieren al agua un pH bajo, debido a sus propiedades anfóteras, que hacen que sus

sales se hidrolicen formando ácidos débiles. Durante el tratamiento es posible remover las sales de aluminio solubles, mediante la formación de hidróxido de aluminio. Sin embargo, es

necesario tener mucho control del pH, pues si este sube excesivamente, podría producirse la

formación de aluminatos, nuevamente solubles. La coagulación, en este caso, se realiza

mediante polímeros orgánicos, por lo general aniónicos.

Cuando el aluminio se encuentra en el agua cruda, se recomienda usar como coagulantes sales

de hierro o polímeros sintéticos. Los coagulantes alumínicos dejan un remanente de metal que, en algunos casos, puede llegar a niveles no deseados.

En el caso del aluminio, la OMS ha establecido un valor guía de 0,2 mg/L para aguas de consumo humano [11].

8.2.3 Fases de tratamiento de agua potable

Los contaminantes resultantes de la erosión del suelo, la disolución de minerales y la descomposición de materiales orgánicos, siempre han estado presentes en proporciones muy

variables en el agua, hecho que conlleva a la necesidad de eliminarlos para potabilizar las

fuentes de abastecimiento. En las operaciones de tratamiento de aguas ya sean residuales,

domesticas o industriales, se emplean diferentes procedimientos físicos, químicos o biológicos dentro de los que se encuentran la sedimentación, flotación, floculación, coagulación, filtración,

aireación, desaireación, desgasificación, mecanismos de acción de lodos activados, desinfección

entre otros. [12].

Para romper con la estabilidad de las partículas coloidales presentes en el agua y poderlas

separar, se hace necesario realizar tres operaciones: Coagulación, floculación y decantación o flotación posterior. [13].

8.2.3.1 Partículas en suspensión

Las partículas en suspensión de una fuente de agua superficial provienen de la erosión de suelos, de la disolución de sustancias minerales y de la descomposición de sustancias orgánicas. A este

aporte natural se debe adicionar las descargas de desagües domésticos, industriales y agrícolas.

En general la turbiedad del agua es causado por las partículas de materias inorgánicas (arcillas,

partículas de lo), en tanto que el color está formado por las partículas de materias orgánicas e hidróxidos de metal (hierro por ejemplo) [14].

Las características de las partículas en suspensión son las siguientes:

Los Coloides: son suspensiones estables, por lo que es imposible su sedimentación

natural, son sustancias responsables de la turbiedad y del color del agua. Los sistemas

coloidales presentan una superficie de contacto inmensa entre la fase sólida y la fase líquida, por ejemplo 1 cubo de 1 cm

3, tiene una superficie total de 6 cm

2; si está

dividido en pequeños cubos elementales, la superficie total de todos aquellos es mucho

más grande [14].

30

Afinidad de las Partículas Coloidales por el Agua: Las partículas coloidales se

caracterizan por ser hidrofílicos (tienen afinidad por el agua) e hidrófobos (es decir que

rechazan al agua), los primeros se dispersan espontáneamente dentro del agua y son rodeados de moléculas de agua que previenen todo contacto posterior entre estas

partículas; las partículas hidrofóbicas no son rodeados de moléculas de agua, su

dispersión dentro del agua no es espontáneo por lo que requiere de la ayuda de medios

químicos y físicos. Las partículas hidrófobas son en general partículas de materias inorgánicas mientras que las hidrofílicas son materias orgánicas; en realidad solo un

poco son las partículas que son exclusivamente hidrofílicas o hidrofóbicas; se obtienen

más bien partículas hidratadas a los diferentes grados. La carga eléctrica y la capa de agua que rodean las partículas hidrófilas tienden a desplazar las partículas unas de otras

y, en consecuencia los estabiliza entro de la solución [14].

Carga Eléctrica y Doble Capa: Dentro del Agua Superficial, las partículas coloidales,

son las causantes de la turbiedad y del color por lo que el tratamiento del agua está orientado a la remoción de estas partículas; estas poseen normalmente una carga

eléctrica negativa situado sobre su superficie. Estas cargas llamadas cargas primarias,

atraen los iones positivos del agua, los cuales se adhieren fuertemente a las partículas y atraen a su alrededor iones negativos acompañados de una débil cantidad de iones

positivos (Figura 4). [14]

Factores de Estabilidad e Inestabilidad: Las partículas coloidales están sometidas a dos

grandes de fuerzas [14]:

- Fuerzas de atracción de Van der Waals: Ea (factores de Inestabilidad); son fuerzas de atracción producidas por el movimiento continuo de las partículas.

- Fuerzas de repulsión electrostáticas: Eb (columbicas – factor de estabilidad); son fuerzas que impiden la aglomeración de las partículas cuando estas se acercan unas a

otras; por ejemplo 2 partículas de igual digno no se pueden aproximar, estas rechazan.

8.2.3.2 Coagulación

El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar las partículas coloidales que se

encuentran en suspensión, para favorecer su aglomeración; en consecuencia se eliminan las

materias en suspensión estables; la coagulación no solo elimina la turbiedad sino también la

concentración de las materias orgánicas y los microorganismos. Es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas

que los mantienen separados, por medio de la adición de los coagulantes químicos y la

aplicación de la energía de mezclado.

Figura 4. Doble capa de una partícula coloidal [14]

31

En la siguiente Figura 5 se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas eléctricas de

la superficie del coloide permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando

flóculos.

La desestabilización se puede obtener por los mecanismos fisicoquímicos siguientes:

Compresión de la doble capa.

Adsorción y neutralización de cargas.

Atrapamiento de partículas en un precipitado.

Adsorción y puente.

La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un gasto elevado

cuando no está bien realizado. Es igualmente el método universal porque elimina una gran cantidad de sustancias de diversas naturalezas y de peso de materia que son eliminados al menor

costo, en comparación con otros métodos.

El proceso de coagulación mal realizado también puede conducir a una degradación rápida de la

calidad del agua y representa gastos de operación no justificadas. Por lo tanto que se considera

que la dosis del coagulante condiciona el funcionamiento de las unidades de decantación y que

es imposible de realizar una clarificación, si la cantidad de coagulante está mal ajustada [14].

El proceso de coagulación se desarrolla en un tiempo muy corto (casi instantáneo), en el que se

presenta las siguientes etapas [14].

- Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas en suspensión. - Formación de Compuestos químicos poliméricos.

- Adsorción de cadenas poliméricas por los coloides.

Figura 5. Coagulación [14]

32

- Adsorción mutua de coloides.

- Acción de barrido.

Tipos de coagulación

Se presentan dos tipos básicos de coagulación: Por Adsorción y Por Barrido.

a) Coagulación Por Adsorción: Se presenta cuando el agua presenta una alta

concentración de partículas al estado coloidal; cuando el coagulante es adicionado al agua turbia los productos solubles de los coagulantes son absorbidas por los coloides y

forman los flóculos en forma casi instantánea (Figura 6).

b) Coagulación por Barrido.- Este tipo de coagulación se presenta cuando el agua es

clara (presenta baja turbiedad) y la cantidad de partículas coloides es pequeña; en este

caso las partículas son entrampadas al producirse una sobresaturación de precipitado de sulfato de aluminio o cloruro férrico (Figura 7).

Figura 6. Coagulación por Absorción [14]

Figura 7. Coagulación por Barrido [14]

33

Remoción de Turbiedad

La aplicación de una dosis creciente del coagulante al agua presenta diferentes zonas de coagulación, como se puede observar en la Figura 8.

Zona 1.- La dosis de coagulante no es suficiente para desestabilizar las partículas y por lo tanto no se produce coagulación.

Zona 2.- Al incrementar la dosis de coagulantes, se produce una rápida aglutinación de los

coloides.

Zona 3.- Si se continua incrementando la dosis, llega un momento en que no se produce una buena coagulación, ya que los coloides se reestabilizan.

Zona 4.- Al aumentar aún más la dosis, hasta producir una sobresaturación se produce de nuevo

una rápida precipitación de los coagulantes que hace un efecto de barrido, arrastrando en su descenso las partículas que conforman la turbiedad.

Figura 8. Diagrama de remoción de Turbiedad [14]

Tipos de coagulantes

Los coagulantes los podemos clasificar en dos grupos: Los polielectrolitos o ayudantes de

coagulación y los coagulantes metálicos (Figura 9).

Ambos grupos básicamente actúan como polímeros además de la carga eléctrica que poseen.

En los polímeros, las cadenas políméricas están ya formadas cuando se los agrega al agua. En los segundos, la polimerización se inicia cuando se pone el coagulante en el agua, después de lo

cual viene la etapa de adsorción por los coloides presentes en la fase acuosa.

Es, sin embargo, necesario observar que la velocidad de sedimentación de las partículas coaguladas no depende en forma exclusiva de los coagulantes usados sino del peso de las

partículas que se trata de sedimentar [15].

34

COAGULANTES

Polielectrolitos o

ayudantes de

coagulación

Coagulantes

metálicos

Natural Sintéticos

Según su

origen

Según su

carga

Con carga Sin carga

Catiónicos Aniónicos No Iónicos

Sales de

aluminio

Sales de

hierro

Compuestos

varios

Figura 9. Clasificación de los coagulantes [16]

Coagulantes poliméricos (polielectrolitos)

Un polímero puede definirse como una sustancia formada por una cantidad de unidades básicas,

llamadas monómeras, unidas por enlaces covalentes que se repiten sucesivamente. Su grado de

polimerización está dado por el número de monómeros que conforman su cadena polimérica.

El tipo de polímeros que se forme depende de la naturaleza de los grupos funcionales que lo

integran (Tabla 3). Todos los monómeros capaces de formar polímeros deben tener por lo

menos dos núcleos activos para que la macromolécula formada pueda conservar su configuración inicial. Cuando las cadenas políméricas tienen múltiples grupos funcionales

activos se denominan polielectrolitos.

Los que se usan en plantas de tratamiento son compuestos de alto peso molecular (10

4 a 10

7)

que se aplican en muy pequeñas concentraciones (0.01 a 1.0 mg/l) lo que compensa

parcialmente su alto precio. La razón para usar bajas dosis está en la cantidad tan enorme de segmentos que ellos poseen. La poliacrilamida, con un peso molecular de 5.5 x 10

6, produce

1013

segmentos por litro de agua con una dosis de 0.1 mg/l. [15]

Los polielectrolitos de importancia en el tratamiento de agua pueden clasificarse así:

Tabla 3. Clasificación de los polielectrolitos [15]

Según su origen Según su carga

Polímeros Naturales Iónicos Catiónicos

Aniónicos

Polímeros sintéticos Sin carga No Iónicos

35

Según su origen

Polímeros naturales

Son los que se producen en las reacciones bioquímicas naturales de animales y plantas, tales

como proteínas, carbohidratos y polisacáridos (almidón, glucósidos).

Muchos de estos componentes tiene propiedades coagulantes o floculantes y son usados por los

nativos en forma empírica para clarificar el agua, como pasa con la penca de la tuna o nopal

(que se emplea en las sierras del Perú y en Méjico) o con las semillas del nirmalí (utilizado en la India).

Los que han dado mejor rendimiento y vale la pena considerarlos para su uso en plantas de

tratamiento son: los compuestos algínicos, los derivados de la tuna o nopal y los almidones.

Los componentes algínicos (alginato de sodio, ácido algínico) son obtenidos de algas marinas

del grupo Phaeophyceae (algas pardas), los cuales contienen polisacáridos ampliamente utilizados en la industria, especialmente en productos farmacéuticos, alimenticios y textiles. Por

eso, su empleo como coagulante o floculante consumiría solamente una fracción de su

producción total. Su eficiencia a este respecto, ha sido comprobada repetidas veces por varios

investigadores.

Una de las ventajas de los polielectrolitos naturales es su baja toxicidad pues en muchos casos

son empleados como alimentos o aditivos alimenticios. [15]

Polímeros sintéticos

Son compuestos orgánicos producidos por medio de la transformación química de derivados del carbón y del petróleo. Incluye la mayoría de los polímeros manufacturados por la industria y de

mayor venta comercialmente. Muchos, aunque no todos, se encuentran en forma de polvo seco.

Otros son líquidos con concentraciones del 10% al 60% de polímeros activos.

La poliacrilamida es típicamente un polímero no iónico que puede manejarse en forma muy

variada. Esto tiene la ventaja de que permite sintetizar una gran variedad de compuestos, con distintas propiedades y aplicaciones.

Uno de los más antiguos polielectrolitos sintéticos usados es la sílica activada, que se prepara

haciendo reaccionar una solución diluida de sodio Na2SiO3 con cualquiera de los siguientes

compuestos: ácido sulfúrico o silicato de sodio, solución de sulfato de aluminio, sulfato de

amonio, cloro, bicarbonato de sodio, o bióxido de carbono. Estos compuestos se denominan

agentes activadores y son los que promueven la polimerización del Na2SiO3. La extensión de este proceso depende del porcentaje de neutralización del silicato de sodio y se incrementa con

el tiempo. Si se deja que se complete, se forma un gel o pasta que puede tapar los conductos en

el sistema de dosificación, lo que crea serios problemas operativos. Este es el motivo por el cual este polímero no se usa hoy en día.

En la actualidad existen más de 100 marcas comerciales de polielectrolitos sintéticos aprobados

para uso en agua potable. Pero hay muchos más cuya toxicidad es alta, debido a que se producen con monómeros que pueden causar serios daños a la salud y no deben por eso

utilizarse nunca en plantas de tratamiento de agua. Antes de usarlos debe, por eso, consultarse si

existe o no aprobación oficial del producto de las autoridades sanitarias del país y en su defecto consultar la información pertinente de la EPA de los Estados Unidos. [15]

36

Según su carga

Un polímero puede tener o no carga eléctrica. Los que no la tienen se llaman no iónicos, los que la tienen pueden ser catiónicos (carga positiva) o aniónicos (carga negativa) y, debido a la

multiplicidad de grupos iónicos presentes en las cadenas poliméricas, reciben el nombre

genérico de polielectrolitos, como se explicó anteriormente.

Los derivados de la poliacrilamida son no iónicos y los de la poliacrilamida hidrolizada son

aniónicos. Los compuestos catiónicos son usualmente derivados de amonio cuaternario o de

imina de polietileno [15]. La Figura 10 da algunos ejemplos:

Coagulantes metálicos

Existe una variedad de coagulantes metálicos que los podemos clasificar en tres tipos: sales de

aluminio, sales de hierro y compuestos varios.

Coagulación con sales de aluminio

Las sales de aluminio forman un floc ligeramente pesado. Las más conocidas de éstas son el

sulfato de aluminio, el sulfato de aluminio amoniacal y el cloruro de polialuminio. El primero es el coagulante que por su bajo costo y su manejo relativamente sencillo se usa con mayor

frecuencia en las plantas de tratamiento de agua potable (Tabla 4).

El sulfato de aluminio Al2(SO)3 18H2O es un polvo de color marfil, ordinariamente hidratado,

que con el almacenaje suele convertirse en terrones relativamente duros.

Cuando está en solución se encuentra hidrolizado, es decir, asociado con el agua, como se puede

evidenciar en la siguiente ecuación química:

Al2(SO4)3 + Al (H2O)6

+ + +

+ 3SO4=6H2O

En realidad, esta es una propiedad común con todos los cationes metálicos, que no pueden

permanecer aislados cuando están rodeados de moléculas de agua.

Los iones de aluminio hidratados [Al (H2O)6]+++

actúan como un ácido en el sentido Brönsted1

y

reaccionan, por tanto, con las bases que encuentran en el agua, así:

1. Con la alcalinidad, que la expresaremos como: (OH)-, (CO3)

=, (HCO3)

-

1 Según la definición de Brönsted, se considera que una molécula actúa como un ácido cuando dona un protón (H+); y como base, cuando acepta un protón (H+).

Figura 10. Ejemplos de polielectrolitos [15]

37

2. Con las moléculas de agua H2O.

Como las bases que constituyen la alcalinidad son más frecuentes que el H2O, el [Al (H2O)6]+++

reaccionará siempre antes con ellas, que con la molécula de agua. Por tanto, habrá un consumo

y un descenso del pH. [15]

Tabla 4. Ventajas y desventajas del sulfato de aluminio [15]

Coagulación con Policloruro de aluminio

El policloruro de aluminio (PAC) es un derivado polimérico del aluminio que existe desde hace

bastantes años en Europa y Japón y que ahora se ha introducido también en el mercado norteamericano. Los beneficios de este nuevo coagulante son: una mejor formación de floc, un

más amplio rango de pH, menor generación de lodos y poca o ninguna necesidad de usar

conjuntamente polielectrolitos. Su peor desventaja es que tiene mayor costo que el sulfato de

aluminio el cloruro férrico pero podría equilibrarse este costo si conjuntamente con los coagulantes metálicos, hay necesidad de usar polielectrolitos. [15]

Las ventajas de un coagulante de Policloruro de Aluminio (PAC) son muchas (Tabla 5). El pH óptimo de la coagulación puede ser más alto que cuando se usa el Sulfato de aluminio (SAL). El

pH de la coagulación puede ser el mismo de la distribución en aguas con alcalinidad alta.

Muchas veces es posible usar el PAC sin alcalinización en el proceso de coagulación. La

remoción de las sustancias orgánicas es mejor con el PAC en comparación con el Alum. Problemas con agua fría y con un proceso demasiado lento de la formación de flóculos pueden

muchas veces ser resueltos con el PAC porque reacciona más rápido que el Alum. Varios

diferentes grados de coagulantes de PAC han sido desarrollados durante las últimas décadas. Los productos pueden tener una basicidad diferente, pueden tener presentación líquida o sólida

o parte del grupo de cloruros puede ser sustituido por sulfatos. Si se adiciona un floculante con

el coagulante polimerizado una floculación muy rápida es posible con una muy baja dosis de químicos. [17]

Tabla 5. Ventajas y desventajas del policloruro de aluminio [15]

VENTAJAS DESVENTAJAS

Normalmente no requiere un ajuste del pH

En comparación con el Alum: un rango de trabajo de pH más amplio, aluminio residual más bajo

Mejor comportamiento que el Alum: en aguas frías,

en la remoción de sustancias orgánicas, en la

remoción de turbiedad y color, produce menos lodo

Manejo más fácil de producto liquido y solido

Menor consumo de polímero

Menor dosis de aluminio que con el Alum

Velocidad de reacción muy alta

El producto solido se disuelve fácil, sin insolubles

Precio más alto por Kg que con

el Alum (compensado por una menor dosis)

Un pH demasiado alto para la

coagulación puede bajar la

remoción de sustancia orgánica

VENTAJAS DESVENTAJAS

Conocido, buena disponibilidad.

Plantas normalmente diseñadas para el

Alum.

El personal capacitado para el Alum y

conoce su comportamiento.

Autoridades no cuestionan el uso del

Alum.

Forma flóculo blanco casi invisible.

Se requiere normalmente un control del

pH.

El rango de trabajo de pH muy limitado.

La remoción de material orgánica en el

proceso limitada.

Problemas con agua de alta turbiedad.

Muchas veces requiere un ayudante de

floculación (polímero) para flocular.

Problemas con alto contenido de Aluminio residual.

38

8.2.3.3 Floculación

En la segunda etapa de la mezcla que corresponde a una mezcla lenta tiene por objeto permitir

los contactos entre los flóculos, la turbiedad y el color, la mezcla debe ser lo suficiente para

crear diferencias de velocidad del agua dentro de la unidad pero no muy grande, ya que los

flóculos corren el riesgo de romperse; aún si el tiempo es no más del tiempo óptimo de floculación.

La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién formados

con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios para sedimentar con facilidad. Estos

flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de sedimentar.

Suceden que los flóculos formados por la aglomeración de varios coloides no sean lo que

suficientemente grande como para sedimentar con rapidez deseada, por lo que el empleo de un floculante es necesario para reunir en forma de red, formando puentes de una superficie a otra

enlazando las partículas individuales en aglomerados.

La floculación es favorecida por el mezclado lento que permite juntar poco a poco los flóculos;

un mezclado demasiado intenso los rompe y raramente se vuelven a formar en su tamaño y

fuerza óptimos. La floculación no solo incrementa el tamaño de las partículas del flóculo, sino

que también aumenta su peso. La floculación puede ser mejorada por la adición de un reactivo de floculación o ayudante de floculación. [14]

Los parámetros que se caracterizan la floculación son los siguientes:

Floculación Ortocinética (Se da por el grado de agitación proporcionada: Mecánica o

Hidráulica).

Gradiente de Velocidad (energía necesaria para producir la mezcla).

Número de colisiones (choque entre microflóculos).

Tiempo de retención (tiempo que permanece el agua en la unidad de floculación).

Densidad y tamaño de floc.

Volumen de lodos (los flóculos formados no deben sedimentar en las unidades de

floculación).

Tipos de Floculación

Hay 2 tipos de floculación:

Floculación Pericinética

Está producido por el movimiento natural de las moléculas del agua y esta inducida por la

energía térmica, este movimiento es conocido como el movimiento browniano. [14]

Floculación Ortocinética

Se basa en las colisiones de las partículas debido al movimiento del agua, el que es inducido por una energía exterior a la masa de agua y que puede ser de origen mecánico o hidráulico.

Después que el agua es coagulada es necesario que se produzca la aglomeración de los microflóculos; para que esto suceda se produce primero la floculación pericinética luego se

produce la floculación ortocinética. [14]

39

Tipos de Floculantes

Los floculantes son polímeros o polielectrolitos con pesos moleculares muy elevados moléculas orgánicas solubles en agua formadas por bloques denominados monómeros, repetidos en

cadenas larga.

Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y orgánico de síntesis. [14]

a) Floculantes Minerales: Se encuentra la sílice activada, que es el primer floculante

empleado, que debe ser preparado antes de emplear, su preparación es tan delicada y presenta el riesgo de la gelatinización; produce la neutralización parcial de la

alcalinidad de silicato de sodio en solución.

b) Floculantes Orgánicos Naturales: Son polímeros naturales extraídos de sustancias

animales o vegetales. Los alginatos, cuya estructura polimérica son: los ácidos

manuránicos, los ácidos glucónico. c) Floculantes Orgánicos de Síntesis.- Son los más utilizados y son macromoléculas de

una gran cadena, obtenidos por asociación de monómeros sintéticos con masa molecular

elevada de 106 a 107 gr./mol, estos se clasifican de acuerdo a la ionicidad de los

polímeros:

Aniónicos (generalmente copolímeros de la acrilamida y del ácido acrílico).

Neutros o no ionicos (poliacrilamidas).

Catiónicos (copolímero de acrilamidas + un monómero catiónico).

8.2.3.4 Filtración

La filtración consiste en la remoción de partículas suspendidas y coloidales presentes en una suspensión acuosa que escurre a través de un medio poroso. En general, la filtración es la

operación final de clarificación que se realiza en una planta de tratamiento de agua y, por

consiguiente, es la responsable principal de la producción de agua de calidad coincidente con

los estándares de potabilidad. El avance logrado por la técnica de filtración es el resultado de un esfuerzo conjunto dirigido a lograr que la teoría exprese los resultados de las investigaciones

experimentales, de tal modo que sea posible prever, en el diseño, cómo va a operar la unidad de

filtración en la práctica. [18]

Mecanismos de filtración

Como las fuerzas que mantienen a las partículas removidas de la suspensión adheridas a las

superficies de los granos del medio filtrante son activas para distancias relativamente pequeñas (algunos ángstroms), la filtración usualmente es considerada como el resultado de dos

mecanismos distintos pero complementarios: transporte y adherencia. Inicialmente, las

partículas por remover son transportadas de la suspensión a la superficie de los granos del medio filtrante. Ellas permanecen adheridas a los granos, siempre que resistan la acción de las

fuerzas de cizallamiento debidas a las condiciones hidrodinámicas del escurrimiento.

El transporte de partículas es un fenómeno físico e hidráulico, afectado principalmente por los

parámetros que gobiernan la transferencia de masas. La adherencia entre partículas y granos es

básicamente un fenómeno de acción superficial, que es influenciado por parámetros físicos y

químicos. Los mecanismos que pueden realizar transporte son los siguientes:

40

Cernido

Sedimentación

Intercepción

Difusión

Impacto inercial

Acción hidrodinámica

Mecanismos de transporte combinados

Los mecanismos de adherencia son los siguientes:

Fuerzas de Van der Waals

Fuerzas electroquímicas

Puente químico

Cuál de estos mecanismos es el que controla el proceso de filtración ha sido asunto de largos

debates. Es indudable que no todos necesariamente tienen que actuar al mismo tiempo y que, en algunos casos, la contribución de uno o varios de ellos para retener el material suspendido es

quizás desdeñable.

Pero hay que tener en cuenta que dada la complejidad del fenómeno, más de un mecanismo

deberá entrar en acción para transportar los diferentes tamaños de partículas hasta la superficie

de los granos del medio filtrante y adherirlas. [18]

8.2.3.5 Desinfección

La desinfección es el último proceso unitario de tratamiento del agua y tiene como objetivo

garantizar la calidad de la misma desde el punto de vista microbiológico y asegurar que sea

inocua para la salud del consumidor. Si bien la práctica muestra que los procesos de coagulación, sedimentación y filtración remueven el mayor porcentaje de microorganismos

patógenos del agua, la eficiencia de los mismos no llega al 100%. Por otro lado, las aguas

suministradas por una planta de tratamiento de agua para consumo humano pueden sufrir

recontaminación en los tanques de almacenamiento o en las redes de distribución antes de ser distribuidas a la población. La desinfección debe protegerlas también de estas situaciones de

riesgo posteriores al tratamiento.

En términos prácticos, desinfectar el agua significa eliminar de ella los microorganismos existentes, capaces de producir enfermedades. En la desinfección se usa un agente físico o

químico para destruir los microorganismos patógenos, que pueden transmitir enfermedades

utilizando el agua como vehículo pasivo. La desinfección es un proceso selectivo: no destruye

todos los organismos presentes en el agua y no siempre elimina todos los organismos patógenos. Por eso requiere procesos previos que los eliminen mediante la coagulación, sedimentación y

filtración. Para diferenciar claramente los conceptos referidos a la destrucción de organismos

patógenos del agua, es necesario distinguir los siguientes términos:

Agente esterilizante: es aquel capaz de destruir completamente todos los organismos

(patógenos o no).

Desinfectante: es el agente que inactiva los gérmenes patógenos.

Bactericida: agente capaz de inactivar las bacterias.

Cisticida: agente que tiene la capacidad de inactivar los quistes.

El uso de la desinfección como parte de un proceso de tratamiento del agua puede obedecer a

los siguientes objetivos:

41

Reducir el contenido inicial de contaminantes microbiológicos en el agua cruda

(predesinfección). Este proceso se utiliza solo en casos especiales.

Desinfectar el agua luego de la filtración. Constituye el uso más importante.

Desinfección simple de un agua libre de contaminantes fisicoquímicos que no requiere

otro tratamiento.

Para que la desinfección sea efectiva, las aguas sujetas al tratamiento deben encontrarse libres

de partículas coloidales causantes de turbiedad y color, las cuales pueden convertirse en

obstáculos para la acción del agente desinfectante.

La desinfección alcanza una eficiencia máxima cuando el agua tiene una turbiedad cercana a la

unidad. Por ello es indispensable desplegar los esfuerzos necesarios para que los procesos de tratamiento previos sean efectivos y eficientes. [19]

Teóricamente, la acción desinfectante de las sustancias químicas se realiza en dos etapas:

La penetración de la pared celular.

La reacción con las enzimas, inhibiendo el metabolismo de la glucosa y, por tanto,

provocando la muerte del organismo.

Factores que influyen en la desinfección

Los factores que influyen en la desinfección del agua son los siguientes:

Los microorganismos presentes y su comportamiento

La naturaleza y concentración del agente desinfectante

La temperatura del agua

La naturaleza y calidad del agua

El pH

El tiempo de contacto

Variables controlables en la desinfección

Las principales variables controlables en el proceso de desinfección son las siguientes:

La naturaleza y concentración del desinfectante.

El grado de agitación al que se somete al agua.

El tiempo de contacto entre los microorganismos y el desinfectante.

Los demás factores no son controlables. Se deduce, entonces, que el punto fundamental de este

tema consiste en un estudio del mecanismo de la desinfección.

Finalmente, cuando el desinfectante es un producto químico, resulta fundamental la

concentración de la sustancia activa y su efectividad con cada tipo de microorganismo que se

desea desactivar [19].

42

8.3 ENSAYO DE JARRAS

La prueba más representativa para determinar el comportamiento de los coagulantes y

floculantes es el Ensayo o “Prueba de Jarras”, el cual permite simular a pequeña escala el

proceso de coagulación que se lleva a cabo en la Planta de Tratamiento (Figura 11).

Es un método de simulación de los procesos de Coagulación y floculación realizados a nivel de

laboratorio (Figura 12), que permite obtener agua de buena calidad, fácilmente separable por

decantación; los flóculos formados con diferentes dosis del coagulante dan como resultado valores de turbiedad diferentes.

El objetivo es determinar las variables físicas y químicas de los procesos de coagulación;

floculación y sedimentación; tales como: selección del coagulante; selección del pH óptimo;

gradientes y tiempos de mezcla rápida y floculación y correlación de las velocidades de sedimentación y la eficiencia de remoción.

El ensayo de jarras es uno de los más importantes en el control del proceso de coagulación química del agua. Este también tiene otros propósitos:

Selección del tipo de coagulación más efectivo

Determinación del pH óptimo de coagulación Evaluación de la dosis optima de coagulante

Determinación de la dosis de ayudante de coagulación

Determinación del orden más efectivo de adición de los diferentes productos químicos

Figura 11. Proceso de Coagulación en la planta de Tratamiento [14]

Figura 12. Ensayo de jarras (Izquierda); Montaje de filtración de muestras (Derecha) [40]

43

Determinación de los niveles óptimos de mezcla, gradiente de velocidad y tiempo de

mezcla.

Evaluación de la necesidad de proveer floculación y sedimentación previa a la filtración o

factibilidad de filtración directa. [20]

8.3.1 Factores que influyen en la coagulación

Es necesario tener en cuenta los siguientes factores con la finalidad de optimizar el proceso de

coagulación:

pH.

Turbiedad

Sales disueltas.

Temperatura del agua.

Tipo de coagulante utilizado.

Condiciones de Mezcla.

Sistemas de aplicación de los coagulantes.

Tipos de mezcla y el color.

La interrelación entre cada uno de ellos permiten predecir cuáles son las cantidades de los coagulantes a adicionar al agua.

8.3.3.1 Influencia del pH

El pH es una medida de la actividad del ion hidrógeno en una solución, y es igual a:

pH = -log[H+]

El pH es la variable más importante a tener en cuenta al momento de la coagulación, para cada agua existe un rango de pH óptimo para la cual la coagulación tiene lugar rápidamente, ello

depende de la naturaleza de los iones y de la alcalinidad del agua.

El rango de pH es función del tipo de coagulante a ser utilizado y de la naturaleza del agua a tratar; si la coagulación se realiza fuera del rango de pH óptimo entonces se debe aumentar la

cantidad del coagulante; por lo tanto la dosis requerida es alta. Para sales de aluminio el rango

de pH para la coagulación es de 6.5 a 8.0 y para las sales de hierro, el rango de pH óptimo es de 5.5 a 8.5 unidades. [14]

8.3.3.2 Influencia de la Turbiedad

Es una forma indirecta de medir la concentración de las partículas suspendidas en un líquido;

mide el efecto de la dispersión que estas partículas presentan al paso de la luz; y es función del número, tamaño y forma de partículas.

La turbiedad del agua superficial es gran parte debido a partículas de lodos de sílice de

diámetros que varían entre 0.2 a 5 m. La coagulación de estas partículas es muy fácil de realizar cuando el pH se mantiene dentro del rango óptimo. La variación de la concentración de

las partículas permite hacer las siguientes predicciones:

Para cada turbiedad existe una cantidad de coagulante, con el que se obtiene la

turbiedad residual más baja, que corresponde a la dosis óptima.

44

Cuando la turbiedad aumenta se debe adicionar la cantidad de coagulante no es mucho

debido a que la probabilidad de colisión entre las partículas es muy elevada; por lo que

la coagulación se realiza con facilidad; por el contrario cuando la turbiedad es baja la

coagulación se realiza muy difícilmente, y la cantidad del coagulante es igual o mayor que si la turbiedad fuese alta.

Cuando la turbiedad es muy alta, conviene realizar una pre-sedimentación natural o

forzada, en este caso con el empleo de un polímero aniónico.

Es siempre más fácil coagular las aguas de baja turbiedad y aquellas contaminadas por

desagües domésticos industriales, por que requieren mayor cantidad de coagulante que los no contaminados. [14]

8.3.3.3 Influencia de las Sales Disueltas

Las sales contenidas dentro del agua ejercen las influencias siguientes sobre la coagulación y

floculación:

Modificación del rango de pH óptimo.

Modificación del tiempo requerido para la floculación.

Modificación de la cantidad de coagulantes requeridos.

Modificación de la cantidad residual del coagulante dentro del efluente. [14]

8.3.3.4 Influencia de la Temperatura del Agua

La variación de 1°C en la temperatura del agua conduce a la formación de corrientes de densidad (variación de la densidad del agua) de diferentes grados que afectan a la energía

cinética de las partículas en suspensión, por lo que la coagulación se hace más lenta;

temperaturas muy elevadas desfavorecen igualmente a la coagulación. Una disminución de la temperatura del agua en una unidad de decantación conlleva a un aumento de su viscosidad;

esto explica las dificultades de la sedimentación de un floc. [14]

8.3.3.5 Influencia de la Dosis del Coagulante

La cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la coagulación,

así:

Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula, la

formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto la turbiedad residual es elevada.

Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula, conduce a

la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy pequeños cuyas

velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto la turbiedad residual es igualmente elevada.

La selección del coagulante y la cantidad óptima de aplicación; se determina mediante

los ensayos de pruebas de jarra.

La selección del coagulante y la dosis juegan un rol muy importante sobre:

La buena o mala calidad del agua clarificada.

El buen o mal funcionamiento de los decantadores [14].

45

8.3.3.6 Influencia de Mezcla

El grado de agitación que se da a la masa de agua durante la adición del coagulante, determina si la coagulación es completa; turbulencias desiguales hacen que cierta porción de agua tenga

mayor concentración de coagulantes y la otra parte tenga poco o casi nada; la agitación debe ser

uniforme e intensa en toda la masa de agua, para asegurar que la mezcla entre el agua y el coagulante haya sido bien hecho y que se haya producido la reacción química de neutralización

de cargas correspondiente.

En el transcurso de la coagulación y floculación, se procede a la mezcla de productos químicos

en dos etapas. En la primera etapa, la mezcla es enérgica y de corta duración (60 seg., máx.)

llamado mezcla rápida; esta mezcla tiene por objeto dispersar la totalidad del coagulante dentro

del volumen del agua a tratar, y en la segunda etapa la mezcla es lenta y tiene por objeto desarrollar los microflóculos. [14]

La mezcla rápida: se efectúa para la inyección de productos químicos dentro de la zona de fuerte turbulencia, una inadecuada mezcla rápida conlleva a un incremento de productos

químicos [14]. El tiempo deberá ser instantáneo y en este lapso se debe dispersar el coagulante

de tal modo que la reacción de coagulación se produzca en toda la extensión de la masa líquida. [21]

La mezcla lenta: para la formación de flóculos (floculación). Aglomeración del material

gelatinoso (coágulo) en partículas mayores que se decantan con mayor rapidez (flóculos). [21]

Sistema de Aplicación del Coagulante

Se considera que una reacción adecuada del coagulante con el agua se produce cuando:

La dosis del coagulante que se adicione al agua es en forma constante y uniforme en la

unidad de mezcla rápida, tal que el coagulante sea completamente dispersado y mezclado con el agua.

El sistema de dosificación debe proporcionar un caudal constante y fácilmente

regulable; en la siguiente Figura 13 se observan las condiciones de mezcla del

coagulante con el agua; se observa que la mejor mezcla es cuando el coagulante adicionado cae en su totalidad a la masa de agua (Figura 13 b). Esta condición se

obtiene por medio de los equipos de dosificación tanto para los coagulantes al estado

sólido y estado líquido, que deben encontrarse calibrados y comprobados en la práctica por medio de las pruebas de aforamiento.

46

Figura 13. Condiciones de mezcla [14]

Coagulación del Color

En general el color de un agua es debido a la descomposición de la materias orgánica que

contienen los humos de los suelos; esto depende de una gran variedad de compuestos orgánicos

como las sustancias húmicas que son de masa molecular variada de 800 a 50000 gr/mol.

Los mecanismos que permiten la eliminación del color no son los mismos que los utilizados

para la turbiedad. [14]

47

8.4 CALIDAD DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO

8.4.1 Marco legal colombiano

El agua de consumo humano ha sido definida en las Guías de Calidad del Agua de Bebida de la

Organización Mundial de la Salud - OMS (1984), como `adecuada para consumo humano y para todo uso doméstico habitual, incluida la higiene personal'. Está implícito en esta definición

el requerimiento de que el agua no debe presentar ningún tipo de riesgo que pueda causar

irritación química, intoxicación o infección microbiológica que sea perjudicial a la salud humana (Lloyd, 1982).

La importancia del agua de bebida como vehículo de dispersión de enfermedades ha sido

largamente reconocida. La mayor parte de las enfermedades prevalentes en los países en desarrollo, donde el abastecimiento de agua y el saneamiento son deficientes, son causadas por

bacterias, amebas, virus y helmintos (PNUD/OMS, 1989). Estos organismos causan

enfermedades que varían en severidad y van desde ligeras gastroenteritis a severas, y algunas

veces, a fatales enfermedades de proporciones epidémicas.

La calidad microbiológica del agua de consumo humano es de gran importancia y el monitoreo

de un indicador bacteriano tal como el Coliforme total y el termotolerante debe dársele la más alta prioridad dentro de la política del Abastecedor de agua. (OMS, 1984). De otra parte, la

contaminación química también es importante, pero ello no está asociado con efectos agudos

sobre la salud humana y por lo tanto debe tener una menor prioridad que la evaluación de la contaminación bacteriológica y que muchas veces resulta irrelevante en zonas donde

enfermedades relacionadas con el agua y enfermedades parasitarias muestran elevados índices

de prevalencia (Galal-Gorchev, 1986, OMS 1995).

No obstante, el agua de buena calidad no es generalmente suficiente para asegurar la buena

salud, es necesario que sean satisfechos tres aspectos adicionales: continuidad, cantidad y costo

razonable. Adicionalmente, y al margen de las responsabilidades del abastecedor, los consumidores deben tener conocimientos acerca del uso apropiado del agua, de la adecuada

nutrición e higiene de los alimentos, así como la correcta disposición de excretas. Estas

actividades de apoyo deben ser realizadas a través de programas educativos y complementarios a las actividades propias del Abastecedor a fin de evitar la creencia e impresión de que la

calidad de agua por sí sola, previene las enfermedades (Stenström, 1988). [22]

En 1950 Colombia estableció sus propias normas sobre lo que consideraba podía ser aceptable, remendada o materia de rechazo, incluidas en el Código Sanitario Nacional. [23]

El nuevo régimen normativo contempló las condiciones mínimas que debían cumplir desde el punto de vista físico, químico y bacteriológico, las aguas que fueran destinadas a usos

domésticos generales, incluyendo el consumo humano. En Colombia la norma que regula los

parámetros de calidad de agua para consumo humano se rigen bajo las condiciones del:

Decreto 1575 de 2007 por el cual se establece “El Sistema para la Protección y Control

de la Calidad del Agua para Consumo Humano” decretado por el presidente de la

República en servicio de las facultades conferidas por el numeral 11 del artículo 189 de

la Constitución Política y en desarrollo de la ley 09 de 1979 y 142 de 1994.

Aplica a todas las personas prestadoras que suministren o distribuyan agua para consumo

humano, ya sea cruda o tratada, en todo el territorio nacional, independientemente del uso que de ella se haga para otras actividades económicas, a las direcciones territoriales de salud,

autoridades ambientales y sanitarias y a los usuarios.

48

8.4.2 Decreto 1575 resolución 2115/2007

El capítulo II del decreto 1575 resolución 2115/2007 hace referencia a las Características físicas y químicas del agua para consumo humano [3].

El Artículo 2º consiste en la descripción de las características físicas: El agua para consumo humano no podrá sobrepasar los valores máximos aceptables para cada una de las características

físicas que se señalan a continuación:

Tabla 6. Valores máximos aceptables de las características físicas del agua potable [3]

Características

físicas

Expresadas como Valor máximo

aceptable

Color aparente Unidades de Platino Cobalto (UPC) 15

Olor y Sabor Aceptable o no aceptable Aceptable

Turbiedad Unidades Nefelométricas de Turbiedad

(UNT)

2

Artículo 4º. Potencial de hidrógeno. El valor para el potencial de hidrógeno pH del agua para

consumo humano, deberá estar comprendido entre 6,5 y 9,0.

Artículo 7º. Características químicas que tienen consecuencias económicas e indirectas

sobre la salud humana. Las características químicas del agua para consumo humano en relación con los elementos y compuestos químicos que tienen consecuencias económicas e

indirectas sobre la salud se señalan a continuación:

Tabla 7. Características químicas que tienen mayores consecuencias económicas e indirectas

sobre la salud humana [3]

Elementos y compuestos

químicos que tienen

implicaciones de tipo

económico

Expresadas como Valor máximo aceptable

(mg/L)

Calcio Ca 60

Alcalinidad Total CaCO3 200

Cloruros Cl- 250

Aluminio Al+3

0.2

Dureza Total CaCO3 300

Hierro Fe 0.3

Magnesio Mg 36

Manganeso Mn 0.1

Molibdeno Mo 0.07

Sulfatos SO4-2

250

Zinc Zn 3

Fosfatos PO4-3

0.5

49

8.5 ANÁLISIS ESTADÍSTICO

El ANOVA simple fue el método estadístico en el cual se basó la investigación de este

proyecto. El procedimiento ANOVA Simple (o de un criterio de clasificación) está diseñado

para construir un modelo estadístico que describa el impacto de un solo factor categórico X

sobre una variable dependiente Y. Se realizan pruebas para determinar si hay o no diferencias significativas entre las medias, varianzas y/o medianas de Y en los diferentes niveles de X.

Además, los datos se pueden presentar gráficamente de varias formas, incluyendo un gráfico

múltiple de dispersión, un gráfico de medias, un gráfico ANOM, y un gráfico de medianas. En este procedimiento, se supone que los datos se colocarán en dos columnas, una para la

variable dependiente Y y una segunda identificando los niveles de X. También se puede realizar

un análisis de varianza simple empleando el procedimiento Comparación de Varias Muestras, que se debe usar si los datos se han puesto en columnas separadas para cada nivel de X.

Para determinar si las medias de q grupos difieren o no significativamente unas de otras, se

puede realizar un análisis de varianza simple (o de un criterio de clasificación). Los resultados se presentan en una Tabla de ANOVA. En dicha tabla es de particular importancia la razón de F,

que prueba la hipótesis de que la respuesta media para todos los niveles de X es la misma.

Formalmente, prueba la hipótesis nula

H0: μ1 = μ2 = ...= μq

Versus la hipótesis alterna

HA: no todas las μj iguales

Si F es lo suficientemente grande, se rechaza la hipótesis nula.

La significancia estadística de la razón de F es mucho más fácil de juzgar por su valor de P. Si el valor de P es menor que 0.05, la hipótesis nula de medias iguales se rechaza al nivel de

significancia del 5%, como en el presente ejemplo. Esto no implica que cada una de las medias

sea significativamente diferente de cada una de las otras. Simplemente implica que no todas las

medias son iguales. Determinar qué medias son significativamente diferentes de cuáles otras requiere de pruebas adicionales, como se trata más adelante.

Los análisis estadísticos se representarán en dos tablas. La primera de ellas muestra diferentes análisis estadísticos para cada uno de los coagulantes. La intención principal del análisis de

varianza de los coagulantes, es la de comparar las medias, sus intervalos (valores máximos y

mínimos), y por último su desviación estándar. La segunda tabla indica los análisis de varianza, en donde se resalta el Valor-P, el cual está basado en un nivel de confianza del 95% y por ende,

un nivel de significancia del 5% (0.05) como se dijo anteriormente.

En cuanto a las gráficas, los análisis estadísticos se representarán por medio de un gráfico de medias Las medias de los niveles pueden ser graficadas junto con los intervalos de

incertidumbre. Siempre que todos los tamaños muestrales sean los mismos (o casi iguales), el

analista puede determinar qué media es significativamente diferente de cuáles otras empleando el procedimiento LSD, de Tukey, de Scheffe, o de Bonferroni simplemente viendo si un par de

intervalos se traslapan o no en dirección vertical. Un par de intervalos que no se traslapan

indican una diferencia estadísticamente significativa entre las medias al nivel de confianza

elegido [24].

50

9. METODOLOGÍA

9.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

La presente investigación se fundamenta en la naturaleza de los objetivos y en la información

recogida para la resolución del problema, clasificándose de esta manera, en un tipo de investigación experimental y cuantitativa.

9.2 DISEÑO EXPERIMENTAL

Las pruebas de tratabilidad a continuación mencionadas corresponden a las normas técnicas

internas del acueducto de Bogotá que se basan en el reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico (RAS-2000), titulo C y en normas internacionales como la

ASTM; Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water de la APHA,

AWWA y WPCF.

9.2.1 Toma de muestras de agua

En la planta Wiesner se tomaron las muestras de agua cruda sobre el resalto hidráulico para los

embalses de Chingaza y mezcla (San Rafael 40% y Chingaza 60%) en el mes de diciembre y

San Rafael en el mes de Enero.

9.2.2 Métodos, Instrumentos y materiales

9.2.2.1 Parámetros fisicoquímicos

Se determinaron los parámetros turbiedad, color y pH para las muestras crudas y tratadas. El

aluminio residual únicamente fue determinado al agua después de la aplicación de coagulante.

Las metodologías aplicadas se realizaron según el instructivo del acueducto “Ensayos del

laboratorio de Aguas” (ANEXO I).

Tabla 8. Métodos y equipos para la determinación de los parámetros fisicoquímicos [25]

PARÁMETRO MÉTODO UNIDADES EQUIPO

Turbiedad Nefelométrico UNT Turbidímetro HACH 2100N

Color Espectrofotométrico UPC Fotómetro HACH DR 2800

pH Potenciométrico Unidad pH metro SCHOTT Instruments

Aluminio residual Ericromocianina Ppm Al 3+

Espectrofotómetro HACH

DR6000

51

9.2.2.2 Ensayo de tratabilidad

Tabla 9. Equipos, materiales y reactivos para la realización del ensayo de tratabilidad [25]

9.2.3 Preparación de soluciones

Las materias coagulantes como el sulfato de aluminio líquido y el policloruro de aluminio se encuentran muy concentrados para que sean dosificados de forma directa, por tanto es necesario

diluirlos para aplicar el volumen que el instrumento permita (jeringas).

Los datos previos a tener en cuenta para la preparación y aplicación del coagulante son la

densidad y la concentración; con el valor de la densidad se determina el valor de la

concentración [26]. Para el sulfato de aluminio se halló y posteriormente se utilizó la tabla de densidad vs concentración usada en la planta de tratamiento Wiesner (ANEXO III). Mientras

que para el policloruro de aluminio se tomo el valor de densidad del certificado de calidad del

producto perteneciente al proveedor QUIMPAC 5500 Q (ANEXO II).

Sulfato de Aluminio (SAL): Una vez conocida la densidad y su respectiva concentración, se

determinó el volumen necesario de sulfato de aluminio líquido para obtener una solución al 1%.

Policloruro de aluminio (PAC): Con el valor de la densidad se determinó la concentración y el

volumen necesario de policloruro de aluminio para obtener una solución al 1%.

9.2.4 Determinación de la dosis óptima de materia prima coagulante de acuerdo a la

NTC 3903 [27]

Se miden volúmenes iguales (1000mL) de muestra en cada uno de los vasos de

precipitados de 1500mL de capacidad, se pueden usar tantas porciones de muestra como posiciones haya en el agitador múltiple, los vasos de precipitados se ubican de tal modo

que las paletas queden descentradas, pero separadas de la pared del vaso de precipitado

en aproximadamente 6,44mm (1/4 de pulgada). Se registra la temperatura de la muestra

al comienzo del ensayo.

Se cargan los productos químicos de ensayo en los soportes de los reactivos, para cada

serie de adiciones de productos químicos se utiliza un soporte. Se llena cada tubo del soporte con agua hasta un volumen final de 10mL antes de usar. Puede haber una

PRUEBA EQUIPO MATERIALES REACTIVOS

Ensayo de

tratabilidad

Jar Test

PHIPPS&BIRD

PB-70Q

2 Balones aforados de

100/250 ml

Solución de sulfato de

aluminio al 1%

6 Vasos de precipitado de

100ml

Solución de policloruro de

aluminio al 1%

6 Embudos de filtración Acido sulfúrico 0.02N

6 Erlenmeyer de 250 ml

1 Probeta 25 ml Acido ascórbico 0.1%

6 jeringas de 10 ml

1 Pipeta de 5 ml Buffer de aluminios

Papel filtro Whatman No 4

1 Densímetro Indicador de ericromocianina

1 Agitador magnético

1 Barra de agitación EDTA 0.01%

Tubos Nessler Agua destilada

52

situación en que se requiera un volumen mayor de reactivos. En caso de que esta

situación predomina, se llenan todos los tubos con agua hasta un volumen igual al

mayor volumen de reactivo en el soporte de dicho reactivo. Cuando se agregan mezclas líquidas, puede ser necesario agitar el soporte para producir un movimiento en

torbellino inmediatamente antes de transferir.

Se comienza con el agitador múltiple operando a la velocidad de “mezcla instantánea”

de aproximadamente 120 rpm. Se agrega la solución o las suspensiones de ensayo a

niveles de dosis y secuencias predeterminadas. Se mezcla instantáneamente durante

aproximadamente 1 minuto después de las adiciones de los productos químicos, se registra el tiempo de mezcla instantánea y la velocidad (rpm).

Se reduce la velocidad según sea necesario hasta el mínimo requerido para mantener en suspensión uniforme las partículas de flóculos a lo largo del período de mezcla

instantánea. Se mezcla en forma lenta durante 20 minutos. Se registra el tiempo

transcurrido para la primera formación visible de floculo cada 5 minutos (durante el período de mezcla lento), se registra el tamaño relativo de los flóculos y la velocidad del

mezclador (rpm).

Después del período de mezcla lenta, se retiran las paletas y se observa la sedimentación de las partículas de flóculos. Se registra el tiempo requerido para que el

volumen de las partículas se sedimente. En la mayoría de los casos este tiempo será

requerido para que las partículas se sedimenten en el fondo del vaso de precipitado; sin embargo, en algunos casos puede haber interferencias de corrientes de convección. Si es

así, el tiempo de sedimentación registrado debe ser aquel al cual las partículas no

sedimentadas o residuales parezcan estar moviéndose en forma igual hacia arriba y

hacia abajo.

Después de 15 minutos de sedimentación se registra la aparición de flóculos en el fondo

del vaso de precipitados. Se registra la temperatura de la muestra mediante una pipeta o un sifón, se saca de la jarra un volumen adecuado de muestra para efectuar los análisis

requeridos de color, turbidez y pH.

9.2.5 Determinación de la dosis óptima de materia prima coagulante según la Planta de

tratamiento Francisco Wiesner [28]

Se energiza el Jar test y se comprueba su funcionamiento, verificando que se encuentre en buenas condiciones de mantenimiento y aseo.

Se colocan los vasos, con dos (2) litros de agua debajo del agitador y se centra cada una

de las paletas del Jar Test, para que la agitación sea homogénea.

Se pone en marcha el Jar Test a cien (100) R.P.M

Se aplican las dosificaciones al tiempo en cada uno de los vasos en el orden de reacción

química, prealcalinizante, coagulante, ayudante de coagulación y/o otros.

Se cronometran dos y medio minutos (2. 1/2) de mezcla rápida

Se inicia el proceso de mezcla lenta, con una duración de siete (7) minutos y se inicia el

registro de los tiempos de formación y consistencia de floc.

53

Se suspende la mezcla lenta y se retira los seis (6) agitadores de los seis (6) vasos del

Jar Test.

Se filtra de cada una de las seis muestras, simultáneamente doscientos cincuenta (250)

ml, para realizar los análisis.

Se analizan las seis (6) muestras y se registra la información obtenida.

Determinar la dosificación optima, escogiendo el mejor resultado obtenido.

Se restablecen las condiciones iniciales de los equipos y elementos utilizados.

9.2.6 Metodología experimental empleada

El siguiente diagrama (Figura 14) muestra el diseño experimental del ensayo de jarras realizado

para cada una de las muestras de agua cruda utilizando sulfato de aluminio o policloruro de aluminio como coagulante.

TOMAR

Muestra de agua cruda Resalto hidráulico

1-Chingaza

MEDIR

Parámetros fisicoquímicos

2-Mezcla

3-San Rafael

REALIZAR

ENSAYO DE JARRAS

Turbiedad

pH

Color

Jar Test de seis agitadores

Turbidímetro

Fotómetro

pH metro

APLICAR

Dosis determinada de Coagulante al

1%

6 jeringas de 10 ml

Sulfato de aluminio

Policloruro de aluminio

Mezcla rapida Mezcla lenta

Tiempo de

simulación de 2:30

minutos a 100 rpm

Tiempo de

simulación de 7

minutos a 60 rpm

FILTRARPapel Whatman

No 4

MEDIR

Parámetros fisicoquímicos

Turbiedad

Color

Aluminio

residual

o

pHMedir

Figura 14. Diseño metodológico (Ensayo de tratabilidad) [29]

54

10. RESULTADOS

Se realizó la aplicación de una dosis creciente de coagulante para cada uno de los ensayos

generales. Con ellos, se escogieron las dosis que mostraron los mejores resultados en cuanto a los parámetros fisicoquímicos. Por último, se seleccionó la dosis optima de coagulante, para los

cuales se realizaron 15 réplicas del ensayo específico para comparar la efectividad de los

productos empleados. A continuación se especifica, la fuente, los productos químicos utilizados

y su correspondiente proveedor, la concentración y la dosis utilizada en cada ensayo de jarras.

10.1 RESULTADOS DE CHINGAZA

ENSAYO GENERAL 1

Tabla 10. Características fisicoquímicas del agua cruda #1

Tabla 11. Resultados ensayo de jarras general SAL #1

Tabla 12. Resultados ensayo de jarras general PAC #1

Medida Turbiedad (UNT) Color aparente (UPC)

pH

1 1.63 16 7.19

2 1.58 15 7.24

3 1.50 15 7.31

Promedio 1.57 15 7.25

Fuente: Chingaza 100%

Ensayo: Sulfato de Aluminio liquido Tipo B

Proveedor: Sulfoquímica (ρ= 1.3230 ) solución al 1 %

Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 4 6 8 10 12 14

Volumen (ml) 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8

Turbiedad (UNT) 1.43 1.49 1.56 1.07 0.34 0.19

Color (UPC) 15 15 15 8 2 1

pH 6.93 6.95 6.88 6.88 6.93 6.76


Ensayo: Policloruro de Aluminio PAC

Proveedor: Quimpac (ρ= 1.380 ) solución al 1 %

Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 4 6 8 10 12 14

Volumen (ml) 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8

Turbiedad (UNT) 1.42 1.26 0.75 0.23 0.21 0.59

Color (UPC) 14 14 5 1 1 3

pH 7.12 6.63 6.81 6.84 6.94 6.85

55

ENSAYO GENERAL 2



Tabla 15. Resultados ensayo general PAC #2

Medida Turbiedad (UNT) Color aparente

(UPC)

pH

1 1.74 17 6.96

2 1.78 17 7.09

3 1.77 17 7.06

Promedio 1.76 17 7.04




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 10 12 14 16 18

Volumen (ml) 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6

Turbiedad (UNT) 0.86 0.76 0.50 0.21 0.14 0.78

Color (UPC) 7 4 1 1 0 4

pH 7.00 6.79 6.66 6.65 6.69 6.59




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 6 8 10 12 14 16

Volumen (ml) 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2

Turbiedad (UNT) 1.89 0.27 0.43 0.58 0.57 1.26

Color (UPC) 16 2 3 2 4 6

pH 6.85 6.82 6.90 6.85 6.96 6.80

56

ENSAYO ESPECÍFICO


Tabla 17. Resultados ensayo de jarras específico SAL

Tabla 18. Resultados ensayo de jarras específico PAC


pH

1 1.77 18 7.14

2 1.73 18 7.11

3 1.78 18 7.13

Promedio 1.76 18 7.13




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.30 0.27 0.20 0.24 0.25 0.61

Color (UPC) 3 3 2 2 2 4

pH 6.99 6.72 6.61 6.76 6.74 6.45




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 0.26 0.39 0.41 0.46 0.36 0.41

Color (UPC) 3 3 3 3 3 4

pH 7.11 6.89 6.89 6.67 6.75 6.78

57

REPLICA 1


Tabla 20. Replica ensayo de jarras SAL #1

Tabla 21. Replica ensayo de jarras PAC #1


pH

1 1.88 17 7.20

2 1.88 17 7.17

3 1.90 17 7.17

Promedio 1.89 17 7.18




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.48 0.40 0.31 0.42 0.59 0.76

Color (UPC) 4 3 2 3 4 5

pH 6.37 6.49 6.65 6.57 6.55 6.53




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 0.96 0.41 0.55 0.25 0.13 0.29

Color (UPC) 8 3 4 2 1 2

pH 7.01 6.83 6.93 7.00 6.84 6.94

58

REPLICA 2





pH

1 2.10 18 7.09

2 1.95 18 7.08

3 2.02 18 7.08

Promedio 2.02 18 7.08




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.61 0.66 0.66 0.65 0.80 0.91

Color (UPC) 4 5 3 4 5 6

pH 6.95 6.73 6.58 6.42 6.63 6.60




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.85 0.64 0.54 0.31 0.32 0.42

Color (UPC) 15 5 5 3 3 3

pH 6.90 6.97 7.05 7.04 6.95 6.99

59

REPLICA 3





pH

1 2.23 16 7.19

2 2.25 16 7.17

3 2.33 16 7.16

Promedio 2.27 16 7.17



Proveedor: Sulfoquímica (ρ=1.3352 ) solución al 1 %

Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.54 0.50 0.60 1.03 0.82 1.12

Color (UPC) 4 3 4 3 2 2

pH 6.67 6.50 6.35 6.37 6.41 6.27



Proveedor: Quimpac (ρ=1.380 ) solución al 1 %

Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.62 0.64 0.35 0.39 0.38 0.46

Color (UPC) 12 5 3 2 3 3

pH 6.08 6.33 6.49 6.58 6.59 6.77

60

REPLICA 4





pH

1 2.45 17 7.18

2 2.43 17 7.19

3 2.44 17 7.17

Promedio 2.44 17 7.18



Proveedor: Sulfoquímica (ρ=1.3352) solución al 1 %

Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.52 0.55 0.54 0.36 0.57 0.76

Color (UPC) 3 3 3 3 3 3

pH 6.71 6.38 6.36 6.65 6.70 6.60



Proveedor: Quimpac (ρ=1.380) solución al 1 %

Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.11 0.43 0.39 0.19 0.27 0.25

Color (UPC) 8 4 2 2 2 2

pH 7.02 6.89 6.86 7.06 7.00 6.84

61

REPLICA 5





pH

1 2.10 16 7.22

2 2.17 16 7.17

3 2.15 16 7.15

Promedio 2.14 16 7.18




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 1.17 0.28 0.21 0.22 0.31 0.23

Color (UPC) 6 2 2 2 2 1

pH 6.55 6.57 6.44 6.46 6.65 6.78




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.40 0.50 0.56 0.41 0.22 0.41

Color (UPC) 12 5 5 3 3 4

pH 6.95 6.84 6.89 6.97 6.95 6.94

62

REPLICA 6





pH

1 2.06 17 7.27

2 1.91 16 7.23

3 1.90 16 7.22

Promedio 1.96 16 7.24




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.52 0.40 0.42 0.45 0.51 1.17

Color (UPC) 4 3 3 4 4 9

pH 6.61 6.53 6.49 6.65 6.67 6.66




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.37 0.53 0.37 0.24 0.15 0.24

Color (UPC) 11 5 4 3 2 2

pH 7.18 6.91 6.89 6.98 7.01 6.83

63

REPLICA 7





pH

1 2.31 16 7.11

2 2.36 16 7.12

3 2.43 16 7.12

Promedio 2.37 16 7.12




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.76 0.56 0.39 0.42 0.76 0.61

Color (UPC) 4 3 2 2 4 3

pH 6.11 6.37 6.00 6.17 6.29 6.46




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.35 0.69 0.42 0.37 0.39 0.32

Color (UPC) 8 3 2 2 2 2

pH 7.01 6.91 6.83 6.82 6.88 6.80

64

REPLICA 8





pH

1 2.71 17 7.14

2 2.61 17 7.25

3 2.73 17 7.14

Promedio 2.68 17 7.18




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.45 0.49 0.44 0.30 0.31 0.33

Color (UPC) 3 3 3 2 3 2

pH 6.66 6.62 6.55 6.57 6.64 6.57




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 0.83 0.38 0.29 0.18 0.35 0.14

Color (UPC) 5 3 2 1 1 1

pH 6.98 6.80 6.84 6.82 7.08 7.02

65

REPLICA 9





pH

1 2.72 18 7.26

2 2.83 18 7.19

3 2.90 18 7.18

Promedio 2.82 18 7.21




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.23 0.29 0.14 0.14 0.12 0.19

Color (UPC) 2 2 1 1 1 0

pH 6.56 6.51 6.53 6.48 6.45 6.45




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.13 0.79 0.47 0.41 0.54 0.54

Color (UPC) 8 5 2 1 3 3

pH 7.00 6.58 6.71 6.24 6.55 6.59

66

REPLICA 10





pH

1 2.69 19 6.94

2 2.68 19 7.01

3 2.63 19 7.04

Promedio 2.67 19 7.00




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.52 0.42 0.57 0.52 0.45 0.55

Color (UPC) 3 3 2 2 2 3

pH 6.64 6.50 6.55 6.49 6.47 6.40




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 0.82 0.27 0.18 0.20 0.35 0.24

Color (UPC) 6 2 2 1 2 1

pH 6.84 6.66 6.79 6.81 6.79 6.81

67

REPLICA 11





pH

1 2.21 17 7.09

2 2.20 17 7.12

3 2.19 17 7.12

Promedio 2.20 17 7.11




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.46 0.21 0.19 0.23 0.20 0.16

Color (UPC) 2 1 1 1 1 1

pH 6.66 6.57 6.51 6.63 6.40 6.32




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 2.30 0.59 0.81 0.44 0.32 0.40

Color (UPC) 15 4 6 3 2 2

pH 6.99 6.93 6.67 6.74 6.68 6.71

68

REPLICA 12





pH

1 2.08 17 7.05

2 2.13 17 7.05

3 2.24 17 7.06

Promedio 2.15 17 7.05




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.66 0.67 0.56 0.51 0.98 0.52

Color (UPC) 4 4 4 4 7 4

pH 6.64 6.57 6.55 6.48 6.47 6.41




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.97 0.97 0.54 0.40 0.35 0.37

Color (UPC) 15 8 4 3 3 3

pH 7.00 6.99 6.75 6.71 6.70 6.71

69

REPLICA 13





pH

1 1.92 17 7.17

2 1.89 17 7.16

3 1.95 17 7.16

Promedio 1.92 17 7.16




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.59 0.80 0.55 0.47 0.69 1.21

Color (UPC) 5 6 5 5 6 8

pH 6.62 6.45 6.44 6.48 6.34 6.29




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.17 0.41 0.35 0.22 0.24 0.38

Color (UPC) 9 4 3 2 2 2

pH 6.93 6.94 6.83 6.86 6.79 6.80

70

REPLICA 14





pH

1 1.96 16 7.08

2 2.06 16 7.61

3 1.98 16 7.12

Promedio 2.00 16 7.27




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.22 0.18 0.20 0.31 0.51 0.25

Color (UPC) 2 2 2 2 3 2

pH 6.62 6.46 6.43 6.37 6.43 6.25




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.20 0.47 0.57 0.57 0.51 0.70

Color (UPC) 10 4 4 4 4 4

pH 6.96 6.81 6.85 6.84 6.72 6.68

71

REPLICA 15




Medida Turbiedad (UNT) Color aparente

(UPC)

pH

1 2.13 17 7.07

2 2.13 17 7.16

3 2.20 17 7.15

Promedio 2.15 17 7.13




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.75 0.60 0.66 0.52 1.06 1.08

Color (UPC) 4 4 4 4 6 6

pH 6.61 6.68 6.19 6.33 6.53 6.26




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.15 0.80 0.51 0.39 0.35 0.51

Color (UPC) 10 7 4 3 3 3

pH 6.96 6.90 6.89 6.82 6.71 6.72

72

10.1.1 RESUMEN DE LOS RESULTADOS DEL

COMPORTAMIENTO DE LA TURBIEDAD CON SAL Y PAC

Tabla 64. Resumen de características fisicoquímicas del agua cruda

Numero de ensayos Turbiedad Color pH

1 1.89 17 7.18

2 2.02 18 7.08

3 2.27 16 7.17

4 2.44 17 7.18

5 2.14 16 7.18

6 1.96 16 7.24

7 2.37 16 7.12

8 2.68 17 7.18

9 2.82 18 7.21

10 2.67 19 7.00

11 2.20 17 7.11

12 2.15 17 7.05

13 1.92 17 7.16

14 2.00 16 7.27

15 2.15 17 7.13

Tabla 65. Resumen dosis óptimas de SAL y PAC para ensayos de jarras

Numero de ensayos Concentración de SAL (ppm) Concentración de PAC (ppm)

1 13 11

2 13 11

3 12 11

4 14 11

5 12 12

6 12 12

7 14 13

8 14 11

9 13 10

10 12 10

11 13 12

12 13 12

13 14 11

14 12 9

15 12 12

promedio 13 11

73

Tabla 66. Resumen general de los resultados de Turbiedad

Tabla 67. Resultados de Remoción de Turbiedad

TURBIEDAD-CHINGAZA

Numero de

ensayo

Turbiedad

Inicial

Turbiedad final

SAL

Turbiedad final

PAC

Valor

máximo

permitido

1 1.89 0.31 0.25 2

2 2.02 0.66 0.31 2

3 2.27 0.50 0.39 2

4 2.44 0.36 0.19 2

5 2.14 0.28 0.22 2

6 1.96 0.40 0.15 2

7 2.37 0.42 0.37 2

8 2.68 0.30 0.18 2

9 2.82 0.14 0.47 2

10 2.67 0.42 0.18 2

11 2.20 0.19 0.32 2

12 2.15 0.56 0.35 2

13 1.92 0.47 0.22 2

14 2.00 0.18 0.47 2

15 2.15 0.60 0.35 2

REMOCION TURBIEDAD-CHINGAZA

Numero de ensayo % Remoción SAL B % Remoción PAC

1 84 87

2 67 85

3 78 83

4 85 92

5 87 90

6 80 92

7 82 84

8 89 93

9 95 83

10 84 93

11 91 85

12 74 84

13 76 89

14 91 77

15 72 84

74

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

% R

emo

ció

n T

urb

ied

ad

Número de ensayos

Porcentaje de Remoción de Turbiedad-CHINGAZA

% Remoción SAL % Remoción PAC

Gráfica 1. Comportamiento de la Turbiedad

Gráfica 2. Comportamiento de la Remoción de Turbiedad

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Turb

ied

ad (N

TU)

Número de ensayos

Comportamiento de la Turbiedad-CHINGAZA

Turbiedad inicial Turbiedad final con SAL

Turbiedad final con PAC Valor máximo permitido Resolución 2115

75

Tabla 68. Resumen Estadístico para % R. Turbiedad

Coagulantes Recuento Promedio Desviación Estándar Mínimo Máximo

1 15 82,3333 7,8619 67,0 95,0

2 15 86,7333 4,6363 77,0 93,0

Total 30 84,5333 6,7248 67,0 95,0

Tabla 69. Tabla ANOVA para % R. Turbiedad por Coagulantes

Fuente Suma de Cuadrados Gl Cuadrado Medio Razón-F Valor-P

Entre grupos 145,2 1 145,2 3,49 0,0724

Intra grupos 1166,27 28 41,6524

Total (Corr.) 1311,47 29


el PAC (2).

76

10.1.1.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL COMPORTAMIENTO

DE LA TURBIEDAD CON SAL Y PAC

La turbiedad es causada por las partículas suspendidas que se encuentran en el agua y se basa en

la comparación de la intensidad de la luz desviada por la muestra, medida a través de un

nefelómetro. Asumiendo que el agua de Chingaza mostró una baja turbiedad así mismo la

desviación de luz fue menor, es decir son directamente proporcionales.

Para el agua cruda de Chingaza se obtuvo un rango de turbiedad inicial entre 1.89 -2.82 NTU,

lo cual ciertos valores superan el valor máximo permitido en la normatividad colombiana (2

NTU) y por tanto es necesaria la aplicación de coagulante. Con respecto a las turbiedades

finales de SAL oscilan entre 0.14 y 0.66 NTU mientras que las del PAC varían entre 0.15-0.47

NTU. Como se puede evidenciar en la Gráfica 1, los valores de turbiedad fueron menores para

el PAC excepto en tres puntos, mostrando un porcentaje de remoción de turbiedad

significativamente mayor para el PAC cuyo valor fue del 87% frente al sulfato con un 82%

(Tabla 68). Teniendo en cuenta lo anterior se puede decir que el PAC removió mayor turbiedad

con menor dosis (11 ppm). Mientras que para el sulfato se obtuvo una dosis de 13 ppm.

Para cada una de las muestras de agua se realizó un análisis estadístico comparando ambos

coagulantes por parámetro fisicoquímico, para los cuales se establecieron las siguientes

hipótesis:

H0= 1 = 2 (No hay diferencia significativa entre coagulantes)

HA= 1 2 (Hay diferencia significativa entre coagulantes)

En Chingaza, a partir de los resultados obtenidos, se acepta la hipótesis nula, debido a que el

Valor-P obtenido estuvo por encima del =0.05, esto implica que estadísticamente no hay

diferencia significativa entre las medias de los coagulantes. Sin embargo en la Gráfica 3 se

aprecia una tendencia de mayor remoción de turbiedad para el PAC (coagulante 2) frente el

SAL (coagulante 1). Por tanto aunque no hubo una gran diferencia, el PAC removió más sólidos

suspendidos frente al coagulante tradicional.

77


COMPORTAMIENTO DEL COLOR CON SAL Y PAC

Tabla 70. Resumen general de los resultados de Color

Tabla 71. Resultados de Remoción de Color

COLOR-CHINGAZA

Numero de

ensayo

Color inicial Color final SAL Color final PAC Valor máximo

permitido

1 17 2 2 15

2 18 3 3 15

3 16 3 2 15

4 17 3 2 15

5 16 2 3 15

6 16 3 2 15

7 16 2 2 15

8 17 2 1 15

9 18 1 2 15

10 19 3 2 15

11 17 1 2 15

12 17 4 3 15

13 17 5 2 15

14 16 2 4 15

15 17 4 3 15

REMOCION COLOR-CHINGAZA


1 88 88

2 83 83

3 81 88

4 82 88

5 88 81

6 81 88

7 88 88

8 88 94

9 94 89

10 84 89

11 94 88

12 76 82

13 71 88

14 88 75

15 76 82

78

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

% R

emo

ció

n C

olo

r

Número de ensayos

Porcentaje de Remoción de Color-CHINGAZA


Gráfica 4. Comportamiento del Color

Gráfica 5. Comportamiento de la Remoción de Color

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Co

lor

(UP

C)

Número de ensayos

Comportamiento de Color-CHINGAZA

Color inicial Color final con SAL

Color final con PAC Valor máximo permitido Resolución 2115

79

Tabla 72. Resumen Estadístico para % R. Color


1 15 84,1333 6,54508 71,0 94,0

2 15 86,0667 4,60538 75,0 94,0

Total 30 85,1 5,64679 71,0 94,0

Tabla 73. Tabla ANOVA para % R. Color por Coagulantes


Entre grupos 28,0333 1 28,0333 0,88 0,3575

Intra grupos 896,667 28 32,0238

Total (Corr.) 924,7 29


PAC (2).

80


DEL COLOR CON SAL Y PAC

El color que se determinó al agua cruda corresponde tanto a las sustancias disueltas como a las

partículas en suspensión y es conocido como color aparente. Una vez es sometida a un ensayo

de tratabilidad en donde se utiliza la filtración y la turbiedad es removida, se denomina color

real o verdadero.

Se encontró que para el agua de Chingaza el color aparente varía entre 16-19 UPC. Según el

Decreto 1575 resolución 2115/2007, el color aceptable máximo es de 15 UPC por tanto es

necesaria la remoción del mismo. Según los ensayos realizados los rangos de color en agua

tratada se encuentran entre 1-4 UPC para ambos coagulantes. Sin embargo el PAC ofrece

menores valores de color en el agua tratada excepto en cuatro puntos de la grafica, con un

porcentaje de remoción del 86%. Nuevamente el policloruro de aluminio demostró ser más

efectivo frente al sulfato de aluminio el cual arrojo un valor de 84%.

En el respectivo análisis estadístico del porcentaje de remoción de color se acepta la hipótesis

nula lo que quiere decir que no hay diferencia significativa debido a que el Valor-P obtenido

estuvo por encima del =0.05. Este Valor-P que resultó de 0.3575, se debe a que la mayoría de

los datos de ambos coagulantes se traslaparon como se evidencia en la Gráfica 6, pero aún así la

media de los mismos mostró una diferencia , dando como resultado que el PAC removió mayor

color con respecto al SAL.

81


COMPORTAMIENTO DEL pH CON SAL Y PAC

Tabla 74. Resumen general de los resultados de pH

Tabla 75. Resultados de Variación de pH

pH-CHINGAZA

Numero de

ensayo

pH inicial pH final SAL pH final PAC Valor

máximo

aceptable

Valor

mínimo

aceptable

1 7.18 6.65 7.00 9.00 6.50

2 7.08 6.58 7.04 9.00 6.50

3 7.17 6.50 6.58 9.00 6.50

4 7.18 6.65 7.06 9.00 6.50

5 7.18 6.57 6.95 9.00 6.50

6 7.24 6.53 7.01 9.00 6.50

7 7.12 6.17 6.80 9.00 6.50

8 7.18 6.57 6.82 9.00 6.50

9 7.21 6.53 6.71 9.00 6.50

10 7.00 6.50 6.79 9.00 6.50

11 7.11 6.51 6.68 9.00 6.50

12 7.05 6.55 6.70 9.00 6.50

13 7.16 6.48 6.86 9.00 6.50

14 7.27 6.46 6.81 9.00 6.50

15 7.13 6.68 6.71 9.00 6.50

VARIACIÓN pH-CHINGAZA

Numero de

ensayo

% Variación pH

SAL

% Variación pH

PAC

1 7 3

2 7 1

3 9 8

4 7 2

5 9 3

6 10 3

7 13 4

8 9 5

9 9 7

10 7 3

11 8 6

12 7 5

13 10 4

14 11 6

15 6 6

82

Gráfica 8. Comportamiento de la Variación de pH

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH

Número de ensayos

Comportamiento de pH- CHINGAZA

pH inicial pH final con SAL pH final con PAC Valor máximo aceptable Resolución 2115 Valor mínimo aceptable Resolución 2115

Gráfica 7. Comportamiento de pH

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

% V

aria

ció

n p

H

Número de ensayos

Porcentaje de Variación de pH- Chingaza

% Variación pH SAL % Variación pH PAC

83

Tabla 76. Resumen Estadístico para % V. pH


1 15 8,6 1,88225 6,0 13,0

2 15 4,4 1,95667 1,0 8,0

Total 30 6,5 2,84968 1,0 13,0

Tabla 77. Tabla ANOVA para % V. pH por Coagulantes


Entre grupos 132,3 1 132,3 35,90 0,0000

Intra grupos 103,2 28 3,68571


Gráfica 9. Gráfico de medias para el porcentaje de Variación de pH entre el SAL (1) y el PAC (2).

84


DEL pH CON SAL Y PAC

Para realizar el proceso de coagulación por medio del ensayo de jarras fue necesario tener en

cuenta el pH del agua cruda en el que es efectivo el coagulante. Los valores de pH en los que el

proceso de coagulación con PAC es efectivo oscilan entre 4-8 frente al margen óptimo para el

SAL de 5.5-7.5 [30].Como se evidencia el PAC trabaja en un rango más amplio de pH.

Para la muestra de Chingaza no fue necesaria la aplicación de ningún otro producto químico

(cal) puesto que el pH del agua se encontró en un rango entre 7.00-727, rango adecuado para

ambas materias primas coagulantes.

Como se aprecia en la Gráfica 7, los valores de pH para el sulfato de aluminio manifestaron un

descenso mayor de pH frente al policloruro de aluminio, lo cual es una desventaja ya que se

encuentran cercanos o por debajo del valor mínimo aceptable de pH (6.5). El policloruro de

aluminio no permite cambios bruscos y las correcciones de pH (cal) que se deben realizar son

mínimas. Una de las posibles razones podrían ser los valores de pH de los productos químicos:

sulfato de aluminio líquido Tipo B (Sulfoquímica) es de 0.75 mientras que para el policloruro de

aluminio (Quimpac) es de 3.44.

La razón por el cual, el pH se ve más afectado con el sulfato de aluminio, es debido a que éste al

entrar en contacto con el agua de las muestras, reaccionan con las moléculas que conforman la

alcalinidad de las mismas, generando una disminución del pH.

Por el contrario, el PAC se forma a partir de un proceso de polimerización, el cual es realizado

en un medio ácido, cuya presencia en el agua durante el proceso de hidrólisis conduce a la

formación de polímeros estables y menos ácidos que el sulfato de aluminio, los cuales no alteran

el pH de las muestras de agua, razón por la cual en los ensayos de jarras se obtuvieron valores

más cercanos a 7.

Con el empleo del SAL se observa claramente un cambio significativo con el porcentaje de

variación de pH, obteniéndose un valor máximo de variación del 13% mientras que el PAC tuvo

una variación máxima de 8%, lo cual se ilustra en la Gráfica 8. El sulfato de aluminio como

coagulante primario representa un cambio notorio de pH frente al PAC, en donde todas las

cifras se encuentran por encima de la curva de este último. Esta variación se comprueba

estadísticamente que los intervalos son distintos, mostrando una media de variación menor en el

policloruro de aluminio (Gráfica 9). Claramente el PAC no ocasiona cambios bruscos de pH.

Con respecto a los resultados obtenidos en la Tabla 77, se acepta la hipótesis alterna, debido a

que el Valor-P obtenido estuvo por debajo del =0.05, es decir, hay diferencia significativa

entre ambos coagulantes. En la grafica 9 se puede apreciar que los rangos de los coagulantes no

se solapan y los valores de menor variación de pH son respectivos del policloruro de aluminio,

coagulante que ofrece mejor desempeño.

85

10.2 RESULTADOS DE MEZCLA

ENSAYO GENERAL 1





pH

1 2.04 17 7.05

2 2.10 17 7.04

3 2.02 17 7.05

Promedio 2.05 17 7.05

Fuente: Mezcla (Chingaza 60% + San Rafael 40%)



Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 4 6 8 10 12 14

Volumen (ml) 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8

Turbiedad (UNT) 1.81 2.71 0.75 0.46 0.56 0.61

Color (UPC) 16 13 6 4 4 4

pH 6.86 6.69 6.51 6.51 6.38 6.31




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 4 6 8 10 12 14

Volumen (ml) 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8

Turbiedad (UNT) 1.91 2.12 0.54 0.44 0.29 0.45

Color (UPC) 16 16 6 3 2 3

pH 6.65 6.65 6.38 6.56 6.42 6.51

86

ENSAYO GENERAL 2





pH

1 17 1.98 6.95

2 17 1.93 6.95

3 17 1.94 6.94

Promedio 17 1.95 6.94




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 6 8 10 12 14 16

Volumen (ml) 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2

Turbiedad (UNT) 1.80 0.38 0.32 0.31 0.44 1.06

Color (UPC) 17 4 3 2 3 8

pH 6.71 6.63 6.54 6.49 6.42 6.37




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 10 12 14 16 18

Volumen (ml) 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6

Turbiedad (UNT) 1.91 1.08 0.34 0.23 0.16 0.18

Color (UPC) 16 8 2 2 2 1

pH 6.93 6.80 6.75 6.71 6.59 6.62

87

ENSAYO ESPECÍFICO





pH

1 2.11 18 7.07

2 2.06 18 7.06

3 2.00 18 7.06

Promedio 2.06 18 7.06




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.34 0.26 0.18 0.41 0.15 0.17

Color (UPC) 3 4 3 3 3 3

pH 6.68 6.47 6.51 6.25 6.39 6.24




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.48 0.24 0.28 0.48 0.34 1.26

Color (UPC) 4 4 4 6 6 6

pH 6.72 6.72 6.67 6.63 6.58 6.61

88

REPLICA 1





pH

1 2.70 19 7.11

2 2.67 19 7.09

3 2.70 19 7.08

Promedio 2.69 19 7.09




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.36 0.30 0.29 0.33 0.45 0.59

Color (UPC) 2 2 2 3 4 5

pH 6.61 6.45 6.48 6.35 6.32 6.20




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.27 0.23 0.20 0.28 0.28 0.74

Color (UPC) 2 2 2 2 2 5

pH 6.81 6.68 6.69 6.64 6.62 6.66

89

REPLICA 2





pH

1 2.43 19 6.74

2 2.42 19 6.87

3 2.40 19 6.87

Promedio 2.42 19 6.83




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.36 0.43 0.49 0.41 0.64 0.87

Color (UPC) 2 3 3 3 5 6

pH 6.54 6.39 6.32 6.35 6.33 6.18




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.16 0.12 0.12 0.13 0.30 0.39

Color (UPC) 2 2 2 1 2 2

pH 6.68 6.54 6.59 6.63 6.55 6.49

90

REPLICA 3





pH

1 2.29 18 6.70

2 2.23 18 6.70

3 2.22 18 6.71

Promedio 2.25 18 6.70




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.22 0.26 0.19 0.28 0.32 0.47

Color (UPC) 2 2 2 2 2 4

pH 6.53 6.39 6.42 6.29 6.20 6.14




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.32 0.36 0.31 0.32 0.47 1.03

Color (UPC) 3 3 3 3 4 7

pH 6.80 6.72 6.67 6.71 6.60 6.56

91

REPLICA 4





pH

1 2.14 17 7.05

2 2.32 17 7.04

3 2.19 17 7.04

Promedio 2.22 17 7.04




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.74 0.44 0.29 0.41 0.54 0.81

Color (UPC) 2 2 2 3 4 7

pH 6.64 6.46 6.37 6.39 6.17 6.15




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.15 0.14 0.15 0.23 0.20 0.31

Color (UPC) 2 1 1 2 2 3

pH 6.75 6.68 6.69 6.71 6.67 6.62

92

REPLICA 5





pH

1 2.66 19 6.83

2 2.69 19 6.81

3 2.65 19 6.93

Promedio 2.67 19 6.86




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.23 0.55 0.20 0.32 0.14 0.32

Color (UPC) 2 4 2 2 1 2

pH 6.53 6.51 6.33 6.20 6.20 6.25




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.43 0.30 0.41 0.61 0.52 0.98

Color (UPC) 4 3 3 4 4 7

pH 6.81 6.69 6.66 6.52 6.54 6.45

93

REPLICA 6





pH

1 2.44 19 7.14

2 2.42 19 7.12

3 2.43 19 7.10

Promedio 2.43 19 7.12




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.29 0.24 0.33 0.35 0.49 0.70

Color (UPC) 3 2 4 3 4 5

pH 6.49 6.37 6.32 6.32 6.26 6.19




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.25 0.18 0.20 0.52 0.41 0.40

Color (UPC) 2 1 2 3 3 3

pH 6.78 6.72 6.78 6.74 6.62 6.62

94

REPLICA 7





pH

1 2.62 19 6.88

2 2.55 19 6.93

3 2.60 19 6.94

Promedio 2.59 19 6.92




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.13 0.17 0.62 0.19 0.21 0.19

Color (UPC) 1 2 4 2 2 1

pH 6.53 6.51 6.40 6.34 6.34 6.28




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.35 0.43 0.57 0.72 0.42 0.98

Color (UPC) 3 3 4 5 3 7

pH 6.56 6.57 6.45 6.53 6.56 6.50

95

REPLICA 8





pH

1 2.21 18 7.01

2 2.23 18 7.01

3 2.22 18 7.00

Promedio 2.22 18 7.01




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.37 0.29 0.24 0.39 0.38 0.77

Color (UPC) 3 2 2 3 3 5

pH 6.49 6.41 6.48 6.28 6.26 6.15




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.17 0.15 0.19 0.42 0.59 0.38

Color (UPC) 2 1 1 3 3 3

pH 6.74 6.64 6.57 6.59 6.56 6.51

96

REPLICA 9





pH

1 2.02 17 6.68

2 2.02 17 6.67

3 2.14 17 6.83

Promedio 2.06 17 6.73




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.24 0.17 0.22 0.22 0.17 0.32

Color (UPC) 2 1 2 2 1 2

pH 6.43 6.36 6.34 6.58 6.27 6.17




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.51 0.47 0.81 0.74 0.71 0.81

Color (UPC) 4 2 5 5 5 5

pH 6.75 6.70 6.61 6.59 6.51 6.54

97

REPLICA 10





pH

1 2.21 17 7.17

2 2.10 17 7.03

3 2.19 17 7.04

Promedio 2.17 17 7.08




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.52 0.33 0.30 0.28 0.30 0.62

Color (UPC) 3 3 2 2 2 4

pH 6.53 6.38 6.46 6.36 6.30 6.24




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.33 0.28 0.26 0.58 0.58 0.91

Color (UPC) 3 2 2 4 4 6

pH 6.79 6.63 6.65 6.71 6.65 6.59

98

REPLICA 11





pH

1 2.30 18 6.97

2 2.28 18 6.99

3 2.30 18 6.98

Promedio 2.29 18 6.98




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.43 0.75 0.17 0.15 0.13 0.14

Color (UPC) 2 4 1 2 1 1

pH 6.38 6.40 6.38 6.40 6.37 6.23




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.63 0.29 0.36 0.52 0.35 1.07

Color (UPC) 4 2 3 3 3 5

pH 6.76 6.71 6.70 6.64 6.62 6.59

99

REPLICA 12





pH

1 2.43 18 6.87

2 2.48 18 6.87

3 2.49 18 6.88

Promedio 2.47 18 6.87




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.29 0.28 0.24 0.38 0.30 0.34

Color (UPC) 3 3 2 3 7 5

pH 6.55 6.42 6.37 6.29 6.19 6.23




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.36 0.13 0.15 0.75 0.17 0.59

Color (UPC) 3 2 2 3 1 2

pH 6.90 6.69 6.61 6.68 6.67 6.59

100

REPLICA 13





pH

1 2.52 19 7.19

2 2.56 19 7.16

3 2.59 19 7.15

Promedio 2.56 19 7.17




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.12 0.16 0.12 0.08 0.11 0.21

Color (UPC) 2 2 1 2 2 2

pH 6.48 6.40 6.36 6.45 6.30 6.11




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.43 0.21 0.22 0.41 0.31 0.40

Color (UPC) 4 3 2 3 3 3

pH 6.93 6.84 6.77 6.73 6.70 6.66

101

REPLICA 14





pH

1 2.47 19 6.85

2 2.44 19 6.89

3 2.44 19 6.89

Promedio 2.45 19 6.88




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.29 0.28 0.24 0.31 0.39 0.53

Color (UPC) 2 2 2 3 3 4

pH 6.57 6.42 6.45 6.32 6.26 6.17




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.30 0.29 0.26 0.30 0.37 0.89

Color (UPC) 2 2 2 2 3 7

pH 6.80 6.70 6.68 6.68 6.61 6.61

102

REPLICA 15





pH

1 2.28 18 6.90

2 2.37 18 6.96

3 2.30 18 6.96

Promedio 2.32 18 6.94




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.55 0.44 0.39 0.41 0.59 0.84

Color (UPC) 3 2 2 2 3 6

pH 6.59 6.42 6.34 6.37 6.25 6.16




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 11 12 13 14 15 16

Volumen (ml) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2

Turbiedad (UNT) 0.16 0.13 0.14 0.18 0.25 0.35

Color (UPC) 2 1 1 2 3 4

pH 6.72 6.61 6.64 6.67 6.61 6.55

103





1 2.69 19 7.09

2 2.42 19 6.83

3 2.25 18 6.70

4 2.22 17 7.04

5 2.67 19 6.86

6 2.43 19 7.12

7 2.59 19 6.92

8 2.22 18 7.01

9 2.06 17 6.73

10 2.17 17 7.08

11 2.29 18 6.98

12 2.47 18 6.87

13 2.56 19 7.17

14 2.45 19 6.88

15 2.32 18 6.94



1 13 13

2 11 12

3 13 13

4 12 12

5 11 12

6 11 12

7 11 11

8 13 12

9 14 12

10 13 13

11 13 12

12 11 12

13 11 12

14 11 13

15 12 12

promedio 12 12

104



TURBIEDAD-MEZCLA

Numero de

ensayo

Turbiedad

Inicial

Turbiedad final

SAL

Turbiedad final

PAC

Valor

máximo

permitido

1 2.69 0.29 0.20 2

2 2.42 0.36 0.12 2

3 2.25 0.19 0.31 2

4 2.22 0.44 0.14 2

5 2.67 0.23 0.30 2

6 2.43 0.29 0.18 2

7 2.59 0.13 0.35 2

8 2.22 0.37 0.15 2

9 2.06 0.22 0.47 2

10 2.17 0.29 0.26 2

11 2.29 0.17 0.29 2

12 2.47 0.29 0.13 2

13 2.56 0.12 0.21 2

14 2.45 0.29 0.26 2

15 2.32 0.44 0.13 2

REMOCION TURBIEDAD-MEZCLA


1 89 93

2 85 95

3 92 86

4 80 94

5 91 89

6 88 93

7 95 86

8 83 93

9 89 77

10 87 88

11 93 87

12 88 95

13 95 92

14 88 89

15 81 94

105

50,00

55,00

60,00

65,00

70,00

75,00

80,00

85,00

90,00

95,00

100,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

% R

emo

ció

n T

urb

ied

ad

Número de ensayos

Remoción de Turbiedad-MEZCLA


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Turb

ied

ad (N

TU)

Número de ensayos

Turbiedad-MEZCLA

Turbiedad inicial Turbiedad final con SAL Turbiedad final con PAC Valor máximo permitido Resolución 2115



106



1 15 88,2667 4,60538 80,0 95,0

2 15 90,0667 4,84719 77,0 95,0

Total 30 89,1667 4,73493 77,0 95,0



Entre grupos 24,3 1 24,3 1,09 0,3060

Intra grupos 625,867 28 22,3524

Total (Corr.) 650,167 29

Gráfica 12. Gráfico de medias para el porcentaje de Remoción de Turbiedad entre el SAL (1) y el PAC (2).

107



Para el agua cruda de mezcla se obtuvo un rango de turbiedad inicial entre 2.06-2.69 NTU, lo

cual supera el valor máximo permitido en la normatividad colombiana (2 NTU) y por tanto se

requiere de la aplicación de coagulante.

Con respecto a las turbiedades finales de SAL oscilan entre 0.12-0.44 NTU mientras que las del

PAC varían entre 0.12-0.47 NTU. Así mismo, la remoción obtenida de ambos coagulantes no

mostró diferencia significativa, siendo para el sulfato de aluminio un valor de 88% y para el

policloruro de aluminio de 90%. En las gráficas se puede observar que el comportamiento de los

coagulantes fue similar, manifestándose con la dosis óptima en los ensayos de jarras en donde el

valor fue de 12 ppm tanto para el policloruro de aluminio como para el sulfato de aluminio.

Teniendo en cuenta que la mezcla compuesta por el 60% de Chingaza y 40% San Rafael,

mostró mayor turbiedad inicial y mayor remoción que la fuente 100% Chingaza, se puede decir

que a medida que la turbiedad es mayor, la dosis de ambos coagulantes se asemeja, teniendo así

la misma tendencia.

En la mezcla, se acepta la hipótesis nula, debido a que el Valor-P obtenido estuvo por encima

del =0.05, por tanto no hay diferencia significativa entre los coagulantes. En la Gráfica 12 se

puede observar que se asemejan la mitad de los datos entre ambos productos químicos, sin

embargo la media del PAC es mayor que la de SAL. Por tanto pese a que estadísticamente no

hay gran diferencia, el promedio del PAC representa una tendencia a mayor remoción de

sólidos.

108





COLOR-MEZCLA

Numero de

ensayo

Color inicial Color final SAL Color final PAC Valor máximo

permitido

1 19 2 2 15

2 19 2 2 15

3 18 2 3 15

4 17 2 1 15

5 19 2 3 15

6 19 3 1 15

7 19 1 3 15

8 18 2 1 15

9 17 2 2 15

10 17 2 2 15

11 18 1 2 15

12 18 3 2 15

13 19 2 3 15

14 19 2 2 15

15 18 2 1 15

REMOCION COLOR-MEZCLA


1 89 89

2 89 89

3 89 83

4 88 94

5 89 84

6 84 95

7 95 84

8 89 94

9 88 88

10 88 88

11 94 89

12 83 89

13 89 84

14 89 89

15 89 94

109

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Co

lor

(UP

C)

Número de ensayos

Color-MEZCLA

Color inicial Color final SAL

Color final PAC Valor máximo permitido Resolución 2115

50,00

55,00

60,00

65,00

70,00

75,00

80,00

85,00

90,00

95,00

100,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

% R

em

oci

ón

co

lor

Número de ensayos

Remoción de Color- MEZCLA




110



1 15 88,8 2,98089 83,0 95,0

2 15 88,8667 3,99762 83,0 95,0

Total 30 88,8333 3,46493 83,0 95,0



Entre grupos 0,0333333 1 0,0333333 0,00 0,9591

Intra grupos 348,133 28 12,4333

Total (Corr.) 348,167 29

Gráfica 15. Gráfico de medias para el porcentaje de Remoción de Color entre el SAL (1) y el PAC (2).

111



Se encontró que para el agua de la Mezcla el color aparente varía entre 17-19 UPC. Según la

resolución 2115 el color aceptable máximo es de 15 UPC por tanto se hace imprescindible la

utilización de coagulante para su posterior remoción. Según los ensayos realizados, los rangos

de color real se encuentran entre 1-3 UPC para ambos coagulantes, es decir, nuevamente la

efectividad de los coagulante fue equitativo. Estos datos se pueden corroborar con los

porcentajes de remoción de color, los cuales fueron de 89% para los dos productos químicos.

Para el porcentaje de remoción de color se observa claramente en la Gráfica 15 un

comportamiento casi igual para ambos coagulantes. Esto se evidencia en la gran similitud de los

datos obtenidos en la Tabla 140, donde se muestra un promedio equivalente para ambos

coagulantes. Además el Valor-P obtenido fue mayor a =0.05, por tanto no hubo diferencia

significativa en la remoción de color entre los dos coagulantes. En la Gráfica 15 se puede

apreciar que se solaparon casi en su totalidad los datos de ambos coagulantes y las medias

fueron iguales por tanto la efectividad en la remoción de color para la fuente de mezcla fue igual

para ambos coagulantes.

112





pH-MEZCLA

Numero de

ensayo


máximo

aceptable

Valor

mínimo

aceptable

1 7.09 6.48 6.69 9.00 6.50

2 6.83 6.54 6.54 9.00 6.50

3 6.70 6.42 6.67 9.00 6.50

4 7.04 6.46 6.68 9.00 6.50

5 6.86 6.53 6.69 9.00 6.50

6 7.12 6.49 6.72 9.00 6.50

7 6.92 6.53 6.56 9.00 6.50

8 7.01 6.48 6.64 9.00 6.50

9 6.73 6.58 6.70 9.00 6.50

10 7.08 6.46 6.65 9.00 6.50

11 6.98 6.38 6.71 9.00 6.50

12 6.87 6.55 6.69 9.00 6.50

13 7.17 6.48 6.84 9.00 6.50

14 6.88 6.57 6.68 9.00 6.50

15 6.94 6.42 6.61 9.00 6.50

VARIACION pH-MEZCLA

Numero de

ensayo

% Variación pH

SAL

% Variación pH

PAC

1 9 6

2 4 4

3 4 0

4 8 5

5 5 2

6 9 6

7 6 5

8 8 5

9 2 0

10 9 6

11 9 4

12 5 3

13 10 5

14 5 3

15 7 5

113

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH

Número de ensayos

pH-MEZCLA

pH inicial pH final SAL pH final PAC Valor máximo aceptable Resolución 2115 Valor mínimo aceptable Resolución 2115

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

% V

aria

ció

n p

H

Número de ensayos

Porcentaje de Variación de pH- Mezcla




114



1 15 6,66667 2,4103 2,0 10,0

2 15 3,93333 1,98086 0 6,0

Total 30 5,3 2,57508 0 10,0



Entre grupos 56,0333 1 56,0333 11,51 0,0021

Intra grupos 136,267 28 4,86667



PAC (2).

115



Para la Mezcla no fue necesaria la aplicación de ningún otro producto químico (cal) puesto que

el pH del agua cruda se encontró en un rango entre 6.83-7.17, rango adecuado para ambos

productos químicos.

Como se aprecia en la Gráfica 16, los valores de pH para el sulfato de aluminio manifestaron un

descenso mayor de pH frente al policloruro de aluminio lo cual es una desventaja ya que se

encuentran cercanos o por debajo del valor mínimo aceptable de pH (6.5). Nuevamente el PAC

demostró ser más efectivo en cuanto al pH, puesto que estos se mantienen cercanos a 7.0 y por

tanto la adición de cal es menor que con el sulfato de aluminio.

Se pudo comprobar que el PAC permite el proceso de coagulación sin presentar una alta

variación en el pH, obteniéndose un valor máximo de 6% para dicho coagulante y 10% para el

SAL. Este comportamiento se puede apoyar en la Gráfica 17, en donde la totalidad de los puntos

para el SAL se encuentran por encima de los valores de PAC.

A diferencia de la turbiedad y el color si hubo una diferencia notoria en la variación de pH entre

ambas materias primas coagulantes. El Valor-P obtenido fue menor a =0.05, es decir, hay

diferencia significativa. Esto se observa en la Gráfica 18 de medias, donde el rango de datos de

cada coagulante se encuentran bastante distantes, donde los valores del PAC se encuentran por

debajo de los del SAL, por ende la variación de pH es mínima, mientras que el sulfato de

aluminio si efectúa grandes cambios de pH en el agua.

116

10.3 RESULTADOS DE SAN RAFAEL

ENSAYO GENERAL 1





pH

1 2.44 17 6.76

2 2.32 17 6.73

3 2.40 17 6.73

Promedio 2.32 17 6.74

Fuente: San Rafael 100%



Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 4 6 8 10 12 14

Volumen (ml) 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8

Turbiedad (UNT) 1.78 1.22 0.76 0.55 0.25 0.46

Color (UPC) 13 9 6 3 2 3

pH 6.66 6.47 6.34 6.36 6.36 6.13




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 4 6 8 10 12 14

Volumen (ml) 0.8 1.2 1.6 2.2 2.4 2.8

Turbiedad (UNT) 1.78 0.95 0.42 0.25 0.28 0.66

Color (UPC) 14 8 4 3 3 5

pH 6.76 6.65 6.63 6.52 6.63 6.54

117

ENSAYO GENERAL 2





pH

1 2.45 18 6.81

2 2.38 18 6.72

3 2.39 18 6.72

Promedio 2.41 18 6.75




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 6 8 10 12 14 16

Volumen (ml) 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2

Turbiedad (UNT) 2.40 0.47 0.36 0.30 0.34 0.80

Color (UPC) 18 5 3 3 2 2

pH 6.61 6.54 6.36 6.41 6.20 6.20




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 4 6 8 10 12 14

Volumen (ml) 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8

Turbiedad (UNT) 1.76 1.76 0.34 0.33 0.31 0.38

Color (UPC) 13 13 3 3 2 3

pH 6.72 6.68 6.69 6.63 6.53 6.56

118

ENSAYO ESPECÍFICO





pH

1 2.81 19 6.64

2 2.88 19 6.62

3 2.76 19 6.61

Promedio 2.81 19 6.62



Proveedor: Sulfoquímica (ρ= 1.3158) solución al 1 %

Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 9 10 11 12 13 14

Volumen (ml) 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

Turbiedad (UNT) 0.46 0.22 0.33 0.28 0.23 0.35

Color (UPC) 4 3 3 3 2 3

pH 6.36 6.40 6.26 6.28 6.18 6.37



Proveedor: Quimpac (ρ= 1.380) solución al 1 %

Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 8 9 10 11 12 13

Volumen (ml) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6

Turbiedad (UNT) 1.24 1.11 0.55 0.56 0.44 0.27

Color (UPC) 7 6 4 4 4 3

pH 6.77 6.72 6.64 6.54 6.59 6.57

119

REPLICA 1





pH

1 2.51 18 6.63

2 2.43 18 6.62

3 2.53 18 6.63

Promedio 2.49 18 6.63




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 9 10 11 12 13 14

Volumen (ml) 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

Turbiedad (UNT) 0.36 0.31 0.22 0.31 0.30 0.24

Color (UPC) 3 4 3 3 3 3

pH 6.42 6.40 6.34 6.29 6.21 6.17




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 9 10 11 12 13 14

Volumen (ml) 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

Turbiedad (UNT) 0.41 0.46 0.28 0.19 0.45 0.37

Color (UPC) 6 5 4 4 5 4

pH 6.65 6.58 6.58 6.53 6.51 6.49

120

REPLICA 2





pH

1 2.45 19 6.65

2 2.44 19 6.63

3 2.40 19 6.65

Promedio 2.43 19 6.64




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 9 10 11 12 13 14 Volumen (ml) 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 Turbiedad (UNT) 0.42 0.57 0.51 0.28 0.33 0.53

Color (UPC) 4 5 4 3 3 5

pH 6.47 6.37 6.35 6.29 6.26 6.29




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 4 3 3 3 2

pH 6.62 6.57 6.56 6.50 6.47 6.49

121

REPLICA 3





pH

1 2.51 19 6.61

2 2.48 19 6.62

3 2.52 19 6.61

Promedio 2.50 19 6.61




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 3 4 4 3 3 3

pH 6.56 6.47 6.37 6.41 6.24 6.24




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 4 4 3 3 3

pH 6.46 6.52 6.54 6.50 6.48 6.33

122

REPLICA 4





pH

1 2.73 19 6.78

2 2.82 19 6.80

3 2.77 19 6.81

Promedio 2.77 19 6.80




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 4 4 3 3 3

pH 6.47 6.41 6.41 6.33 6.30 6.29




Jarra 1 2 3 4 5 6

Dosis (mg/L) 9 10 11 12 13 14 Volumen (ml) 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 Turbiedad (UNT) 0.16 0.16 0.17 0.09 0.27 0.09 Color (UPC) 3 3 4 2 3 2

pH 6.59 6.57 6.56 6.55 6.49 6.52

123

REPLICA 5





pH

1 2.42 18 6.71

2 2.33 18 6.81

3 2.30 18 6.80

Promedio 2.35 18 6.77




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 4 3 3 2 3

pH 6.47 6.40 6.39 6.37 6.33 6.27




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 5 5 5 3 4 3

pH 6.64 6.54 6.57 6.51 6.49 6.46

124

REPLICA 6





pH

1 2.23 18 6.77

2 2.23 18 6.77

3 2.26 18 6.75

Promedio 2.24 18 6.76




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 3 3 3 3 4

pH 6.47 6.38 6.38 6.36 6.24 6.25




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 3 3 2 2 2

pH 6.62 6.57 6.49 6.48 6.54 6.47

125

REPLICA 7





pH

1 2.11 13 6.71

2 2.14 13 6.70

3 2.18 13 6.69

Promedio 2.14 13 6.69




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 7 4 4 2 4 3

pH 6.35 6.40 6.32 6.30 6.17 6.37




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 6 5 3 4 4 3

pH 6.65 6.63 6.59 6.55 6.53 6.50

126

REPLICA 8





pH

1 2.26 18 6.76

2 2.34 18 6.79

3 2.26 18 6.79

Promedio 2.29 18 6.78




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 3 3 3 3 3

pH 6.45 6.34 6.36 6.28 6.39 6.23




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 5 4 3 3 3 3

pH 6.65 6.65 6.55 6.56 6.54 6.51

127

REPLICA 9





pH

1 2.17 17 6.72

2 2.11 17 6.71

3 2.08 17 6.74

Promedio 2.12 17 6.72




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 2 1 2 2 2 2

pH 6.49 6.34 6.32 6.32 6.25 6.26




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 4 3 4 4 4

pH 6.69 6.64 6.59 6.51 6.53 6.48

128

REPLICA10





pH

1 2.38 18 6.58

2 2.37 18 6.61

3 2.31 18 6.61

Promedio 2.35 18 6.60




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 3 3 4 3 4

pH 6.48 6.35 6.42 6.24 6.31 6.22




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 2 3 2 2 2 2

pH 6.57 6.52 6.54 6.48 6.46 6.47

129

REPLICA 11





pH

1 2.34 17 6.71

2 2.19 17 6.69

3 2.25 17 6.69

Promedio 2.26 17 6.70




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 3 2 2 2 2 2

pH 6.45 6.34 6.31 6.37 6.27 6.26




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 5 5 4 4 3 4

pH 6.98 6.56 6.52 6.58 6.47 6.43

130

REPLICA 12





pH

1 2.26 17 7.01

2 2.28 17 6.81

3 2.29 17 6.81

Promedio 2.28 17 6.88




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 5 4 3 2 2 2

pH 6.44 6.32 6.27 6.39 6.37 6.44




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 3 3 3 2 3

pH 6.63 6.59 6.59 6.58 6.54 6.50

131

REPLICA 13





pH

1 2.69 17 6.80

2 2.38 17 6.80

3 2.36 17 6.83

Promedio 2.48 17 6.81




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 5 3 2 2 2 2

pH 6.42 6.41 6.41 6.28 6.25 6.23




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 5 5 5 4 4 4

pH 6.57 6.50 6.48 6.54 6.58 6.49

132

REPLICA 14





pH

1 2.66 19 6.65

2 2.76 19 6.66

3 2.52 19 6.66

Promedio 2.65 19 6.66




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 5 4 4 3 3 4

pH 6.49 6.46 6.42 6.28 6.35 6.35




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 1 4 3 3 3 2

pH 6.59 6.45 6.55 6.61 6.51 6.52

133

REPLICA 15





pH

1 2.31 17 6.61

2 2.34 17 6.62

3 2.22 17 6.70

Promedio 2.29 17 6.64




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 4 4 4 6 5 4

pH 6.48 6.33 6.31 6.38 6.30 6.23




Jarra 1 2 3 4 5 6


Color (UPC) 6 6 5 4 3 4

pH 6.59 6.65 6.60 6.50 6.50 6.49

134






1 11 12

2 12 11

3 12 12

4 13 12

5 13 12

6 13 12

7 12 11

8 10 12

9 10 11

10 11 13

11 13 13

12 13 13

13 12 13

14 13 13

15 14 13

Promedio 12 12


1 2.49 18 6.63

2 2.43 19 6.64

3 2.50 19 6.61

4 2.77 19 6.80

5 2.35 18 6.77

6 2.24 18 6.76

7 2.14 13 6.69

8 2.29 18 6.78

9 2.12 17 6.72

10 2.35 18 6.60

11 2.26 17 6.70

12 2.28 17 6.88

13 2.48 17 6.81

14 2.65 19 6.66

15 2.29 17 6.64

135



TURBIEDAD-SAN RAFAEL

Número de

ensayo

Turbiedad

Inicial

Turbiedad final

SAL

Turbiedad final

PAC

Valor

máximo

permitido

1 2.49 0.22 0.19 2

2 2.43 0.28 0.08 2

3 2.50 0.10 0.25 2

4 2.77 0.27 0.09 2

5 2.35 0.16 0.22 2

6 2.24 0.17 0.07 2

7 2.14 0.18 0.33 2

8 2.29 0.25 0.19 2

9 2.12 0.07 0.29 2

10 2.35 0.34 0.07 2

11 2.26 0.11 0.26 2

12 2.28 0.19 0.19 2

13 2.48 0.13 0.38 2

14 2.65 0.25 0.25 2

15 2.29 0.29 0.24 2

REMOCION TURBIEDAD-SAN RAFAEL


1 91 92

2 88 97

3 96 90

4 90 97

5 93 91

6 92 97

7 92 85

8 89 92

9 97 86

10 86 97

11 95 89

12 92 92

13 95 85

14 91 91

15 87 90

136


50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

%R

em

oci

ón

Tu

rbie

dad

Número de ensayos

Porcentaje de Remoción de Turbiedad- SAN RAFAEL

% Remoción SAL %Remoción PAC

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Turb

ied

ad (N

TU)

Número de ensayos

Comportamiento de la Turbiedad-SAN RAFAEL

Turbiedad inicial Turbiedad final con SAL

Turbiedad final con PAC Valor máximo permitido Resolución 2115


137



1 15 91,6 3,2689 86,0 97,0

2 15 91,4 4,20544 85,0 97,0

Total 30 91,5 3,70228 85,0 97,0



Entre grupos 0,3 1 0,3 0,02 0,8854

Intra grupos 397,2 28 14,1857


Gráfica 21. Gráfico de medias para el porcentaje de Remoción de Turbiedad entre el SAL (1) y el PAC (2).

138



En el agua cruda de San Rafael se obtuvo un rango inicial 2.12-2.77 NTU. Los rangos de

turbiedades finales se encuentran en un rango de 0,07-0,34 NTU para el sulfato de aluminio y de

0.07-0.38 NTU para el policloruro de aluminio. Se obtuvo una remoción de turbiedad del 92%

para el sulfato de aluminio y un 91% para el policloruro de aluminio. La efectividad en la

remoción de turbiedad en el agua fue similar con ambos productos coagulantes que fueron

empleados con la misma dosis (12 ppm).

El porcentaje de remoción de turbiedad para la muestra de San Rafael arrojo promedios

similares para ambos coagulantes como se observa en la Tabla 204 .El Valor-P obtenido estuvo

por encima del =0.05, por tanto estadísticamente no hay diferencia relevante en la eficacia de

la remoción de la turbiedad. En la Gráfica 21 se evidencia que el par de intervalos se solapan en

gran medida, por ende ambos productos (1 y 2) muestran un comportamiento similar en la

remoción de turbiedad.

139





COLOR-SAN RAFAEL

Numero de

ensayo

Color inicial Color final

SAL

Color final PAC Valor máximo

permitido

1 18 3 4 15

2 19 3 3 15

3 19 3 3 15

4 19 3 2 15

5 18 2 3 15

6 18 3 2 15

7 13 2 3 15

8 18 3 3 15

9 17 1 3 15

10 18 3 2 15

11 17 2 3 15

12 17 2 2 15

13 17 2 4 15

14 19 3 3 15

15 17 4 3 15

REMOCION COLOR-SAN RAFAEL


1 83 78

2 84 84

3 84 84

4 84 89

5 89 83

6 83 89

7 85 77

8 83 83

9 94 82

10 83 89

11 88 82

12 88 88

13 88 76

14 84 84

15 76 82

140

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

%R

em

oci

ón

Co

lor

Número de ensayos

Porcentaje de Remoción de Color-SAN RAFAEL

%Remoción SAL %Remoción PAC



0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Co

lor

(UP

C)

Número de ensayos

Comportamiento de color-SAN RAFAEL

Color inicial Color final SAL

Color final PAC Valor máximo permitido Resolución 2115

141



1 15 85,0667 4,00832 76,0 94,0

2 15 83,3333 4,20317 76,0 89,0

Total 30 84,2 4,13063 76,0 94,0



Entre grupos 22,5333 1 22,5333 1,34 0,2575

Intra grupos 472,267 28 16,8667



PAC (2).

142



El color aparente para el embalse de San Rafael varía entre 13-19 UPC. Los valores de color

real varían entre 1-4 UPC y un porcentaje de remoción de color del 85% con el sulfato de

aluminio y 2-4 UPC con un porcentaje de remoción de color del 84% con policloruro de

aluminio. Aunque el SAL removió más el color no hubo un cambio significativo frente al PAC

y al igual que la turbiedad, ambos coagulantes presentan un comportamiento muy similar.

La remoción de color para San Rafael no muestra una diferencia estadísticamente significativa

debido a que el Valor-P obtenido estuvo por encima del =0.05 como se puede observa en la

Tabla 209 . La Gráfica 24 muestra que entre los intervalos hay solapamiento, sin embargo el

sulfato de aluminio (1) mostró un 1% más de remoción de color frente al policloruro de

aluminio.

143





pH -SAN RAFAEL

Numero de

ensayo


máximo

aceptable

Valor

mínimo

aceptable

1 6.63 6.29 6,53 9.00 6.50

2 6.64 6.29 6.56 9.00 6.50

3 6.61 6.41 6.50 9.00 6.50

4 6.80 6.30 6.55 9.00 6.50

5 6.77 6.33 6.51 9.00 6.50

6 6.76 6.24 6.48 9.00 6.50

7 6.69 6.30 6.59 9.00 6.50

8 6.78 6.34 6.56 9.00 6.50

9 6.72 6.34 6.59 9.00 6.50

10 6.60 6.42 6.46 9.00 6.50

11 6.70 6.27 6.47 9.00 6.50

12 6.88 6.37 6.54 9.00 6.50

13 6.81 6.28 6.58 9.00 6.50

14 6.66 6.35 6.51 9.00 6.50

15 6.64 6.23 6.50 9.00 6.50

VARIACION pH-SAN RAFAEL

Numero de ensayo % Variación pH

SAL

% Variación pH

PAC

1 5 2

2 5 1

3 3 2

4 7 4

5 7 4

6 8 4

7 6 1

8 6 3

9 6 2

10 3 2

11 6 3

12 7 5

13 8 3

14 5 2

15 6 2

144

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

pH

Número de ensayos

Comportamiento de pH-SAN RAFAEL

pH inicial pH final SAL pH final PAC Valor máximo aceptable Resolución 2115 Valor mínimo aceptable Resolución 2115

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

% V

aria

ció

n p

H

Número de ensayos

Porcentaje de Variación de pH- SAN RAFAEL




145



1 15 5,86667 1,50555 3,0 8,0

2 15 2,66667 1,17514 1,0 5,0

Total 30 4,26667 2,09981 1,0 8,0



Entre grupos 76,8 1 76,8 42,11 0,0000

Intra grupos 51,0667 28 1,82381

Total (Corr.) 127,867 29


PAC (2).

146



Para la muestra de San Rafael al igual que para las otras muestras no fue necesaria la corrección

del pH del agua ya que se encontraba en un rango de 6.60-6.88. Cuando el agua fue sometida a

tratamiento con SAL el PH final se encontró en un rango de 6.23-6.42 y con PAC en un rango

de 6.46-6.59. Como se observa en la Gráfica 25 el SAL disminuye los valores de pH por debajo

del valor mínimo aceptable (6.5), siendo necesaria una mayor utilización de cal para regular

dichas variaciones. Con el uso del PAC el pH no representa cambios significativos y así mismo

el uso de cal será menor.

En la Tabla 211 se observa que todos los datos obtenidos para el PAC fueron menores con

respecto al SAL, lo que quiere decir que no permite cambios drásticos de pH. Esto se puede

corroborar en la Gráfica 26 donde se evidencia que el punto máximo de variación de pH para el

SAL fue de 7.78% frente a un 4.94% para PAC.

Por otra parte, el Valor-P obtenido estuvo por debajo de =0.05, por tanto estadísticamente hay

diferencia significativa. Los intervalos de ambos productos coagulantes no se traslaparon como

se muestra en la Gráfica 27 lo que quiere decir que el coagulante 2 (PAC) no permite cambios

drásticos de pH en el agua, diferente al coagulante 1 (SAL) el cual altera dicho parámetro de

forma notoria en las tres muestras de agua.

147

10.4 RESUMEN DE LOS RESULTADOS DE CHINGAZA,

MEZCLA Y SAN RAFAEL

Tabla 214. Comparación de comportamiento de las variables fisicoquímicas entre SAL y PAC

FUENTE

PARAMETROS

COAGULANTES

SAL PAC

CHINGAZA (100%)

%R. Turbiedad 82 87

%R. Color 84 86

%V. pH 9 4

MEZCLA

(60% CHINGAZA-

40% SAN RAFAEL)

%R. Turbiedad 88 90

%R. Color 89 89

%V. pH 7 4

SAN RAFAEL

(100%)

%R. Turbiedad 91 91

%R. Color 85 83

%V. pH 6 3

Tabla 215. Comparación estadística de las variables fisicoquímicas entre SAL y PAC

FUENTE

PARAMETROS

COAGULANTES

SAL PAC

CHINGAZA

(100%)

%R. Turbiedad

%R. Color

%V. pH

MEZCLA (60% CHINGAZA-

40% SAN RAFAEL)

%R. Turbiedad

%R. Color

%V. pH

SAN RAFAEL

(100%)

%R. Turbiedad

%R. Color

%V. pH

148

10.4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE CHINGAZA,

MEZCLA Y SAN RAFAEL

Se realizó un resumen comparativo de los coagulantes SAL y PAC en las tres fuentes de agua,

teniendo en cuenta los promedios de porcentaje de remoción de turbiedad y color y porcentaje

de variación de pH, cuyos valores se pueden observar en la Tabla 214.

En la Tabla 215 se muestra una discriminación teniendo en cuenta el análisis estadístico

(ANOVA simple). En ella, se representa por medio de un símbolo ( ) la selección del mejor

coagulante por parámetro fisicoquímico para cada una de las muestras de agua. Claramente se

observa que el policloruro de aluminio manifestó casi en su totalidad una mayor efectividad

como coagulante primario en la remoción de sólidos suspendidos y materia orgánica frente al

sulfato de aluminio. También cabe resaltar que en todas las muestras tratadas con PAC, se

obtuvo menor impacto de pH, manteniendo esta característica prácticamente constante a lo largo

de todo el proceso. Esto se evidenció claramente en el análisis estadístico de las tres fuentes de

agua donde la hipótesis alterna se acepto en los tres casos, por ende a pesar de que el PAC fue

mejor en los parámetros turbiedad y color, la variación de pH fue la diferencia más notoria entre

ambos productos, siendo el PAC un regulador de dicho parámetro.

Con base a lo anterior, se puede deducir que el PAC ofreció mayor efectividad como coagulante

primario en la remoción de turbiedad y color y sobretodo ofreció una pequeña variación de pH

en las fuentes de abastecimiento que se emplean en la Planta de Tratamiento Francisco Wiesner.

149

10.5 RESULTADOS DE ALUMINIO RESIDUAL EN CHINGAZA,

MEZCLA Y SAN RAFAEL

Tabla 216. Aluminio residual en la fuente de Chingaza

Factor de Dilución: 0.1

Longitud de Onda: 535 nm

Limite de Detección: 0.01- 0.33 mg/L

TIPO DE

COAGULANTE

DOSIS ÓPTIMA

(ppm)

CHINGAZA

Aluminio Residual (ppm)

SAL 13 0.01

PAC 11 0.01

Tabla 217. Aluminio residual en la Mezcla




TIPO DE

COAGULANTE

DOSIS ÓPTIMA

(ppm)

MEZCLA


SAL 12 0.01

PAC 12 0.01

Tabla 218. Aluminio residual en la fuente de San Rafael




TIPO DE

COAGULANTE

DOSIS ÓPTIMA

(ppm)

SAN RAFAEL


SAL 12 0.01

PAC 12 0.01

150

10.5.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL ALUMINIO

RESIDUAL CON SAL Y PAC EN CHINGAZA, MEZCLA Y SAN

RAFAEL

En el proceso de coagulación, se utilizan productos químicos hechos a base de sales de

aluminio, entre otros. En este proyecto de investigación se evaluó el comportamiento de los

coagulantes utilizados en tres tipos de agua con caracterizaciones distintas, para determinar los

remanentes de aluminio que liberaban en las diferentes muestras. Estos coagulantes son el

policloruro de aluminio (PAC) y el sulfato de aluminio líquido (SAL).

El policloruro de aluminio es un polímero multinuclear hecho a base de sales de aluminio, en

donde su estructura corresponde a la unión de unidades monoméricas de Al (unidos a su vez a

grupos hidroxilos), debido a una reacción de polimerización dando lugar un polímero estable.

Esta estructura polimérica atrapa las partículas en suspensión en forma de largas cadenas y

sedimentándose posteriormente.

A diferencia del sulfato de aluminio (coagulante mononuclear), donde los flóculos son esferas

esponjosas que se encuentran de forma libre y que sedimentan. Esto se debe a que al entrar en

contacto con el agua de la solución se ioniza y reacciona con las moléculas que conforman la

alcalinidad de las mismas. Una vez esta solución hace su función en las muestras de agua,

efectúa una coagulación por barrido, es decir, las partículas son entrampadas por la

sobresaturación de sulfato de aluminio, y así mismo, la partículas se encuentran de forma libre y

así mismo sedimentan.

Para la determinación de aluminio residual, se realizó un ensayo de jarras seleccionando dos de

ellas para cada muestra de agua (Chingaza, Mezcla y San Rafael). En las jarras se adicionó las

dosificaciones óptimas de ambos coagulantes obtenidas en los ensayos descritos en el

documento, los cuales se pueden observar en las Tablas anteriores.

De acuerdo a los resultados obtenidos en la determinación de aluminio residual, el nivel de

efectividad de ambos coagulantes fue equitativo, presentando un valor de 0.01 mg/L para las

tres fuentes, este valor indica que la dosificación de ambos coagulantes fue la adecuada en los

tres casos de agua cruda, puesto que no se obtuvieron valores de remanente de aluminio por

fuera de la norma.

151

11. CONCLUSIONES

La fuente de Chingaza tratada con PAC presentó una dosis óptima de 11 ppm, menor a

la obtenida con SAL (13 ppm), mientras que para la mezcla y San Rafael presentaron

una dosis de 12 ppm similar para ambos coagulantes.

Se evidenció estadísticamente la tendencia de un óptimo desempeño del coagulante

policloruro de aluminio en cuanto a las variables de turbiedad, color y pH en las

muestras de Chingaza y mezcla.

Para el embalse de San Rafael no hubo diferencia entre coagulantes para el parámetro

de turbiedad; la remoción de color mostró mayor efectividad para el SAL mientras que

la variación de pH fue menor en PAC.

La diferencia más significativa estadísticamente hablando entre ambas materias primas

coagulantes, fue el desempeño del PAC en la variación de pH, mostrando variaciones

del 4%, para Chingaza y mezcla y del 3% para San Rafael siendo este un regulador de

dicho parámetro.

Las concentraciones de aluminio residual fueron similares con ambos coagulantes para

las tres fuentes de agua, siendo aceptables según lo establecido en el Decreto 1575

resolución 2115/2007 de Colombia.

152

12. RECOMENDACIONES

Teniendo en cuenta que la investigación se llevó a cabo únicamente con los coagulantes

primarios sulfato de aluminio liquido y policloruro de aluminio, sería importante

estudiar complementariamente uno o varios ayudantes de coagulación, su

compatibilidad con cada uno de los coagulantes utilizados y su eficiencia.

Los proveedores de los productos químicos usados, PAC y SAL, fueron Quimpac y

Sulfoquímica, respectivamente. Se sugiere realizar un estudio con productos de otros

proveedores.

El análisis comparativo se realizó a nivel de laboratorio por medio de ensayos de jarras,

lo cual también puede ser estudiado a escala de planta piloto.

153

13. BIBLIOGRAFÍA

[1] SALUD PUBLICA Y AP DE SALUD, «Contaminación del agua,» 2002. [En línea].

Available: http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/salud-publica-y-atencion-primaria-de-

salud/otros-recursos-1/lecturas/bloque-iii/Contaminacion%20del%20agua.pdf. [Último

acceso: 06 10 2015].

[2] ORGANIZACION MUNDIAL DE SALUD, «Agua,» OMS, 2015. [En línea]. Available:

http://www.who.int/topics/water/es/. [Último acceso: 06 10 2015].

[3] MINISTERIO DE COLOMBIA, «Resolución 2115/2007,» 2007. [En línea]. Available:

http://www.ins.gov.co/tramites-y-servicios/programas-de-

calidad/Documents/resolucion%202115%20de%202007,MPS-MAVDT.pdf. [Último

acceso: 06 10 2015].

[4] EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTA, [En línea].

Available:

http://www.acueducto.com.co/wpsv61/wps/portal/!ut/p/c5/04_SB8K8xLLM9MSSzPy8xB

z9CP0os3gLw2DfYHMPIwMDP38LA89A32A_C48wY7cgM_1wkA6zeGd3Rw8Tcx8D

A3-jMAMDIz_T4ECD0GBjA09jiLwBDuBooO_nkZ-bql-

QnZ3m6KioCABFtv13/dl3/d3/L3dDb0EvUU5RTGtBISEvWUZSdndBISEvNl84MVNN

UzdIMjBP. [Último acceso: 06 10 2015].

[5] R. MARTIN FUENTES, «Dosificación óptima de polímeros no iónicos de tipo

poliacrilamida como ayudantes de filtración y compatibilidad con los ayudantes de

coagulación aplicados en la planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner

(EAAB- ESP),» Bogotá D.C, 2013.

[6] MINISTERIO DE AMBIENTE, «Gaceta oficial ambiental,» p. 24, 2004.

[7] CONHYDRA S.A., «Consultoria para la optimización a tasa declinante de los filtros de la

planta Wiesner mediante la operación instalación piloto,» Conhydra S.A., Bogotá, 2012.

[8] L. ECHARRI, «Contaminación del agua. Universidad de Navarra,» 2007. [En línea].

Available: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358001/contaminacion_del_agua.pdf.

[Último acceso: 12 03 2016].

[9] C. GOMELLA y H. GUERREE, Tratamiento de aguas para abastecimiento público,

Barcelona: Editores tecnicos asociados, s.a., 1977.

[10] D. M. CASTAÑO, «Análisis de la influencia de dos materias primas coagulantes en el

aluminio residual del agua tratada,» Pereira, 2011.

[11] A. BARRENECHEA, «Aspectos fisicoquímicos de la calidad del agua,» [En línea].

Available: http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualI/tomoI/uno.pdf.


154

[12] D. C. LAFUENTE y I. R. Dr. ZAPICO, Tratado del agua control de la contaminacion y

depuracion, Merida (Venezuela): Santa Maria, 2000.

[13] R. GREGORY, Z. THOMAS y J. EDZWORDL, «Calidad y tratamiento del agua; Manual

de suministros de agua comunitaria,» quinta edición ed., Madrid, Mc Graw Hill, 2002.

[14] SEDAPAL, «Tratamiento de agua. Coagulación y Floculación.,» Lima, 2000, pp. 8-37.

[15] J. A. VALENCIA, «Teoría de la coagulación del agua,» de Teoría y práctica de la

purificación del agua, McGraw Hill, 2000, pp. 1-45.

[16] I. SIERRA MOLINA, Artist, Clasificación de los coagulantes. [Art]. Universidad

Distrital, 2016.

[17] T. RINNE, «Potabilización con diferentes coagulantes de aluminio y hierro,» de XXII

Congreso de Centroamérica y Panamá de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, México D.F,

2000.

[18] V. MALDONADO, «Filtración,» [En línea]. Available: http://www.bvsde.ops-

oms.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualI/tomoII/nueve.pdf. [Último acceso: 12 03

2016].

[19] A. BARRENECHEA y L. DE VARGAS, «Desinfección,» [En línea]. Available:

http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualI/tomoII/diez.pdf. [Último

acceso: 12 03 2016].

[20] MINISTERIO DE DESARROLLO ECONOMICO, 2000. [En línea]. Available:

http://cra.gov.co/apc-aa-

files/37383832666265633962316339623934/5._Sistemas_de_potabilizacion.pdf. [Último

acceso: 10 10 2015].

[21] CAPITULO 8, «TRATAMIENTO DE AGUA,» [En línea]. Available:

http://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/operacion/cap8.pdf. [Último acceso: 12 03

2016].

[22] C. VARGAS, R. ROJAS y J. JOSELI, «Control y vigilancia de la calidad del agua de

consumo humano,» [En línea]. Available: http://www.bvsde.paho.org/bvsacg/e/cd-

cagua/ref/text/09.pdf. [Último acceso: 12 03 2016].

[23] C. GARCIA y M. TERESA, «Análisis básico de laboratorio realizado en una planta de

Tratamiento para aguas de consumo. Trabajo de grado presentado como requisito parcial

para obtener el título de Tecnólogo Químico. Universidad Tecnológica de Pereira,»

Pereira, 1977.

[24] STATGRAPHICS, «ANOVA simple.,» STATPOINT, 2005.

[25] V. GUATAME FONTECHA, Artist, Metodos, equipos y reactivos. [Art]. Universidad

Distrital, 2016.

155

[26] ACUEDUCTO, «Instructivo operativo. Coagulantes y ayudantes de coagulación,» Bogotá

D.C, 2006.

[27] ICONTEC, «Norma Tecnica Colombia NTC 3903,» 24 07 1997. [En línea]. Available:

http://docslide.us/documents/ntc-3903-ensayo-de-jarras.html. [Último acceso: 12 10 2015].

[28] ACUEDUCTO, «Instructivo. Ensayo de tratabilidad,» Bogotá D.C, 2013.

[29] V. GUATAME FONTECHA, Artist, Diseño Metodológico. [Art]. Universidad Distrital,

2016.

[30] TECNOLOGIA DEL AGUA, «Policloruro de aluminio en el proceso de potabilización de

aguas superficiales,» Junio 1998. [En línea]. Available:

http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/policloruro.pdf. [Último acceso: 13 03

2016].

[31] V. GUATAME FONTECHA y I. SIERRA MOLINA, Artists, Registro fotográfico. [Art].

Planta de Tratamiento Francisco Wiesner , 2016.

[32] N. G. CASTAÑOS, «Determinación de la dosis más efectiva de la mezcla de carbón

activado en polvo con sulfato de aluminio líquido para la potabilización de agua en la

empresa Aguas y Aguas de Pereira,» Pereira, 2007.

[33] H. V. TREJO R, «Riesgos a la salud por presencia del aluminio en el agua potable,»

Redalyc, nº 25, 2004.

[34] G. F. SANDRAGOR FONTECHA y R. GONZALO, 1999. [En línea]. Available:

http://www.ministeriodesalud.go.cr/index.php/investigacion-y-tecnologia-en-

salud/inventarios/inventario-tecn-de-agua-de-consumo-humano/tratamiento-y-

desinfeccion-del-agua-para-consumo-h/documento-tecnico-8/2011-ensayos-con-distintos-

coagulantes-para-reduc. [Último acceso: 11 10 2015].

[35] I. MARTIN TAMAYO, «Análisis de varianza con SPSS 8.0,» [En línea]. Available:

http://www.ugr.es/~imartin/TEMA5_ANOVA.pdf. [Último acceso: 20 10 2015].

[36] STATPOINT, «ANOVA multifactorial-STATGRAPHICS,» 2006. [En línea]. Available:

http://www.statgraphics.net/wp-

content/uploads/2011/12/tutoriales/ANOVA%20Multifactorial.pdf. [Último acceso: 20 10

2015].

[37] UNIVERSIDAD DE ALCALA UAH, «ANOVA multifactorial,» [En línea]. Available:

http://www3.uah.es/juange_alcazar/Estadistica%20Alcala/ANOVA%20multifactorial.pdf.


[38] D. MURILLO CASTAÑO, «Análisis de la influencia de dos materias primas coagulantes

en el aluminio residual del agua tratada,» Pereira, 2011.

156

[39] Google Maps, «Embalse San Rafael,» [En línea]. Available:

https://www.google.it/maps/place/La+Calera,+Cundinamarca,+Colombia/@4.7026378,-

73.9788595,14z/data=!4m2!3m1!1s0x8e3f8d8b4ecf0957:0xa002ec7d18df9c1c. [Último

acceso: 12 03 2016].

[40] I. SIERRA y V. GUATAME, Artists, Registro fotográfico del embalse de San Rafael.

[Art]. Planta de Tratamiento Francisco Wiesner, 2016.

[41] C. GUEVARA, Artist, Registro fotográfico del embalse de Chuza en el Sistema Chingaza.

[Art]. Planta de Tratamiento Francisco Wiesner, 2016.

157

14. ANEXOS

158

14.1 ANEXO I

MÉTODOS ESTANDARIZADOS PARA EL ANÁLISIS DE AGUAS POTABLES Y

RESIDUALES APHA, AWWA, WPCF

A. DETERMINACIÓN DE LA TURBIEDAD POR EL MÉTODO

NEFELOMÉTRICO

Principio del método.

El método se basa en la comparación de la intensidad de la luz desviada por la muestra y la de

una suspensión patrón de referencia, bajo las mismas condiciones. A mayor intensidad de la luz

desviada, mayor será la turbiedad de la muestra. Para la calibración del aparato se utiliza una

suspensión patrón de turbiedad formada por un polímero de formacina.

Interferencias.

La presencia de partículas que sedimenten rápidamente produce bajas lecturas. El vidrio sucio,

vibraciones o burbujas de aire afectan el resultado. El Color del agua, debido a las sustancias

disueltas que absorben luz, ocasionara mediciones de baja turbiedad. Este efecto no es

significativo en aguas tratadas.

Recolección de la muestra.

La lectura de la turbiedad se debe hacer de preferencia al mismo día de la toma de la muestra.

Cuando sea necesario aplicar la conservación más prolongada, se almacenan las muestras en

ambiente oscuro y refrigerado. No se deben almacenar por largos periodos debido a la aparición

de cambios irreversibles de la turbiedad. Se agitan vigorosamente todas las muestras antes de su

examen.

Medición de las muestras.

Agitar suavemente la muestra y esperar a que desaparezcan las burbujas. Servirla en la celda del

turbidímetro cuidando de manipularla adecuadamente. Secar la celda y limpiarla con un papel

absorbente o paño que no deje partículas o motas. Introducir la celda en el equipo colocándola

en la posición indicada por la señal en la celda y en el portaceldas. Registrar el valor indicado en

el display del equipo.

159

B. DETERMINACIÓN DE COLOR POR EL MÉTODO FOTOMÉTRICO


El color del agua puede estar condicionado por la presencia de iones metálicos, naturales (hierro

y manganeso).

El termino color aparente engloba no solo el color debido a las sustancias disueltas, sino

también a las materias en suspensión. Tal color aparente se determina en la muestra original sin

filtrado ni centrifugado.

El Color o real se refiere al color del agua cuya turbiedad ha sido removida, tras haber sido

sometida a un tratamiento físico de filtración o centrifugación.

Interferencias.

La mayoría de los problemas en la obtención de buenos datos de color pueden estar

relacionados con contaminación o residuos del envase de la muestra o de los recipientes en que

se sirven las muestras. Suciedad de la celda, presencia de burbujas de aire en la celda, des

calibración del equipo.

Recolección de la muestra.

Los recipientes para la toma de muestras deben estar limpios y ser enjuagados previamente con

la misma muestra. La muestra no debe filtrarse, diluirse, concentrarse ni alterarse de alguna

forma.

Medición de las muestras.

Utilizar la misma celda para la medición del blanco y de las muestras. Las muestras deben estar

secas externamente y sin opacidades que interfieren en la medición. Después de medir el blanco,

purgar la celda con la muestra a medir. Llenar la celda con la muestra e introducirla en el

equipo, teniendo en cuenta hacerlo siempre en la misma posición que se utilizo para el blanco

(ver marca en la celda). Realizar la lectura y registrar el resultado.

160

C. DETERMINACIÓN DEL pH.


El principio básico de la determinación del pH es la medida de la actividad de los iones

hidrogeno por mediciones potenciométricas utilizando un electrodo de vidrio. La fuerza

electromotriz (fem) producida en el sistema de electrodo de vidrio varía linealmente con el pH

y esta relación lineal se describe comparando la medida con el pH de diferentes tampones. El

pH de la muestra se determina por extrapolación.

Interferencias.

La mayoría de los problemas en la obtención de buenos datos con los equipos de pH están

relacionados con la contaminación o residuos del envase de la muestra o de los recipientes en

que se sirve las muestras, suciedad del electrodo, circulación inadecuada de la muestra.

Recolección de la muestra

Los recipientes para la toma deben estar limpios y ser enjuagados previamente con la misma

muestra. La muestra no debe filtrarse, diluirse, concentrarse ni alterarse de ninguna forma.

Medición de las muestras

Servir una porción de muestra previamente agitada, en un recipiente limpio y seco de vidrio o

plástico. Introducir una barra de agitación e iniciar una suave agitación. Introducir el electrodo,

limpio y seco, en la muestra hasta que el bulbo de medición quede sumergido totalmente. Tener

cuidado de que el agitador no golpee el electrodo. Dejar estabilizar la lectura y registrar el valor

que aparece en la pantalla. Lavar el electrodo y el agitador entre muestra y muestra. Al terminar

tener la precaución de dejar sumergido en una solución de KCl de 3M o en la que recomiende

el fabricante. Tapar el orificio de llenado del electrodo.

161

D. DETERMINACIÓN DE ALUMINIO POR EL MÉTODO DE

ERICROMOCIANINA R.

Principio del método

Las soluciones de aluminio tamponadas a pH 6.0 producen con la tinción de la ericromocianina

R. un complejo de color rojo a rosado que presenta un máximo de absorción a 535 nm. La

intensidad del color desarrollado depende de la concentración del aluminio, el tiempo de

reacción, a temperatura, el pH, la alcalinidad y la concentración de otros iones en la muestra. La

interferencia de hierro y manganeso, dos elementos que se encuentran frecuentemente en el

agua, se eliminan por adición de acido ascórbico

Interferencias

Tanto el fluoruro como el polifosfato dan lugar a errores negativos. Cuando la concentración de

fluoruros es constante, el porcentaje de error disminuye al aumentar las cantidades de aluminio.

El ortofosfato a concentraciones por debajo de 10 mg/L no interfiere.

La interferencia causada por alcalinidad se elimina acidulando la muestra hasta el viraje del

punto de neutralización con naranja de metilo. El sulfato no interfiere hasta concentraciones

superiores a 2000mg/L.

Recolección de la muestra

Las muestras se toman en frascos preferiblemente de vidrio, limpios y se deben analizar tan

pronto como sea posible después de recogidas.

Medición de la muestra

Medir 25 ml de muestra con pipeta aforada y pasarlos a un tubo nessler.

Adicionar 1ml de acido sulfúrico 0.02N agitar.

Adicionar 1ml de acido ascórbico 0.1% agitar.

Adicionar 10 ml de solución buffer para aluminio, agitar.

Adicionar 5ml de la solución indicadora de ericromocianina, completar a volumen (50ml) con

agua desionizada, esperar 10 minutos para el desarrollo de color antes de la lectura en el

espectrofotómetro. Leer en el espectrofotómetro utilizando la curva adecuada.

El color empieza a decrecer después de 15 minutos. Cuando se maneje un volumen grande de

muestras se debe efectuar la colorimetría en tandas, para evitar este efecto. Para muestras que

tengan turbiedad se debe centrifugar la muestra y sobre esta hacer la coloración. Para muestras

coloreadas hacer un blanco de muestra. El blanco se realiza con 25 ml de agua destilada, 1 ml de

EDTA 0.01% y los reactivos antes mencionados

162

14.2 ANEXO II

FICHAS TÉCNICAS DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS EMPLEADOS PARA LOS

ENSAYOS

168

14.3 ANEXO III

TABLA DE DENSIDAD vs CONCENTRACIÓN (TABLAS DE CONVERSIÓN)

SULFATO DE ALUMINIO EN SOLUCIÓN

PLANTA DE TRATAMIENTO FRANCISCO WIESNER

B’e Gravedad Concentración Gr. Alum. seco B’e Gravedad Concentración Gr. Alum. seco B’e Gravedad Concentración Gr. Alum. seco

Específica Alumbre seco Por litro soluc. Específica Alumbre seco Por litro soluc. Específica Alumbre seco Por litro soluc.

0,0 1,0000 0,00 0,0 21,5 1,1741 27,40 321,7 34,2 1,3087 45,75 598,7

0,5 1,0035 0,59 5,9 22,0 1,1789 28,05 330,7 34,3 1,3098 45,86 600,7

1,0 1,0069 1,12 11,3 22,5 1,1835 28,69 339,6 34,4 1,3110 46,04 603,6

1,5 1,0105 1,76 17,8 23,0 1.1837 29,40 349,4 34,5 1,3122 46,22 606,5

2,0 1,0140 2,35 23,8 23,5 1,1934 30,11 359,3 34,6 1,3134 46,33 608,5

2,5 1,0175 2,94 29,9 24,0 1,1983 30,75 368,5 34,7 1,3146 46,51 611,4

3,0 1,0211 3,53 36,0 24,5 1,2033 31,46 378,6 34,8 1,3158 46,69 614,3

3,5 1,0247 4,17 42,7 25,0 1,2083 32,16 388,6 34,9 1,3170 46,80 616,4

4,0 1,0284 4,82 49,6 25,5 1,2134 32,87 398,8 35 1,3182 46,98 619,3

4,5 1,0320 5,41 55,8 26,0 1,2185 33,57 409,1 35,1 1,3194 47,16 622,2

5,0 1,0357 6,00 62,1 26,5 1,2236 34,28 419,5 35,2 1,3206 47,28 624,4

5,5 1,0394 6,64 69,0 27,0 1,2288 34,99 430,0 35,3 1,3218 47,45 627,2

6,0 1,0432 7,29 76,0 27,5 1,2340 35,69 440,4 35,4 1,3230 47,63 630,1

6,5 1,0469 7,94 83,1 28,0 1,2393 36,46 451,8 35,5 1,3242 47,75 632,3

7,0 1,0507 8,58 90,2 28,5 1,2446 37,22 463,2 35,6 1,3254 47,92 635,1

7,5 1,0545 9,23 97,3 29,0 1,2500 37,89 473,6 35,7 1,3266 48,10 638,1

8,0 1,0584 9,88 104,6 29,5 1,2554 38,75 486,5 35,8 1,3278 48,22 640,3

8,5 1,0623 10,53 111,9 30,0 1,2609 39,51 498,2 35,9 1,3290 48,39 643,1

9,0 1,0662 11,17 119,1 30,5 1,2664 40,22 509,3 36 1,3299 48,51 645,1

9,5 1,0701 11,82 126,5 31,0 1,2719 40,92 520,5 36,1 1,3303 48,57 646,1

10,0 1,0741 12,47 133,9 31,5 1,2775 41,63 531,8 36,2 1,3315 48,74 649,0

10,5 1,0781 13,06 140,8 32,0 1,2832 42,34 543,3 36,3 1,3327 48,86 651,2

11,0 1,0821 13,64 147,6 32,1 1,2843 42,45 545,2 36,4 1,3339 49,04 654,1

11,5 1,0861 14,23 154,6 32,2 1,2855 42,63 548,0 36,5 1,3352 49,16 656,4

12,0 1,0902 14,82 161,6 32,3 1,2866 42,81 550,8 36,6 1,3364 49,33 659,2

12,5 1,0943 15,46 169,2 32,4 1,2877 42,92 552,7 36,7 1,3376 49,51 662,2

169

13,0 1,0985 16,11 177,0 32,5 1,2889 43,10 555,5 36,8 1,3389 49,63 664,5

13,5 1,1027 16,76 184,8 32,6 1,2900 43,28 558,3 36,9 1,3401 49,80 667,4

14,0 1,1069 17,41 192,7 32,7 1,2912 43,39 560,3 37 1,3414 49,92 669,6

14,5 1,1111 18,05 200,6 32,8 1,2923 43,57 563,1 37,1 1,3426 50,10 672,6

15,0 1,1154 18,70 208,6 32,9 1,2935 43,69 565,1 37,2 1,3438 50,22 674,9

15,5 1,1197 19,35 216,7 33 1,2946 43,86 567,8 37,3 1,3451 50,39 677,8

16,0 1,1240 19,99 224,7 33,1 1,2958 44,04 570,7 37,4 1,3463 50,51 680,0

16,5 1,1284 20,64 232,9 33,2 1,2970 44,16 572,8 37,5 1,3476 50,69 683,1

17,0 1,1328 21,29 241,2 33,3 1,2981 44,34 575,6 37,6 1,3488 50,86 686,0

17,5 1,1373 21,93 249,4 33,4 1,2993 44,51 578,3 37,7 1,3501 50,98 688,3

18,0 1,1417 22,64 258,5 33,5 1,3004 44,63 580,4 37,8 1,3514 51,16 691,4

18,5 1,1462 23,34 267,5 33,6 1,3016 44,81 583,2 37,9 1,3526 51,33 694,3

19,0 1,1508 24,11 277,5 33,7 1,3028 44,92 585,2 38 1,3539 51,45 696,6

19,5 1,1554 24,81 286,7 33,8 1,3040 45,10 588,1 38,1 1,3551 51,63 699,6

20,0 1,1600 25,52 296,0 33,9 1,3051 45,22 590,2

20,5 1,1647 26,17 304,8 34 1,3063 45,39 592,9

21,0 1,1694 26,75 312,8 34,1 1,3075 45,57 595,8

170

14.4 ANEXO IV

REGISTRO FOTOGRÁFICO

Ilustración 1. Planta de tratamiento de agua potable Francisco Wiesner [31]

Ilustración 2. Embalse y estación de bombeo San Rafael [31]

Ilustración 3. Estructura de llegada del embalse de Chingaza [31]

171

Ilustración 4. Tanques de coagulantes y ayudantes de coagulación [31]

Ilustración 5. Rotodip dosificador de sulfato de aluminio [31]

Ilustración 6. Resalto hidráulico y dosificación de productos químicos [31]

172

Ilustración 7. Filtros [31]

Ilustración 8. Desinfección en sitio con oxidantes mixtos [31]

Ilustración 9. Tanques y evaporadores de cloro [31]

173

Ilustración 10. Tanques de cal [31]

ANÁLISIS COMPARATIVO DEL POLICLORURO DE ALUMINIO …

Documents

Transcript of ANÁLISIS COMPARATIVO DEL POLICLORURO DE ALUMINIO …