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test de jarras floculacion y coagulacion

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Daniela Sanchez Talero

on 16 January 2013

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TEORÍAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS. Una parte importante del tratamiento del agua esta relacionada con la eliminación de diferentes sustancias solidas que se pueden encontrar en ella en suspensión. Evitando así inconvenientes como obstrucción de tuberías, abrasión de equipos de tratamiento, desgaste de materiales, así como pérdida de calidad de agua. El tratamiento de agua puede subdividirse en cuatro etapas: clarificación, desinfección, acondicionamiento químico y acondicionamiento organoléptico. A continuación se pretende explicar la etapa de clarificación, que consiste en la eliminación de partículas finas a través de la coagulación, floculación. CLARIFICACIÓN. Variables que influyen:
Turbidez: Cantidad y densidad del lodo.
Color: Cantidad de coagulante, floculante.
Alcalinidad y pH: Coagulación, floculación
Temperatura TURBIDEZ. Se entiende por turbiedad a la propiedad óptica de una muestra de diseminar y absorber la luz en lugar de transmitirla en línea recta. La turbidez puede ser causada por la variedad de materiales en suspensión que varían en tamaño desde distenciones coloidales hasta partículas gruesas. COLOR. El color del agua se debe principalmente a materia orgánica o minerales en suspensión o en estado coloidal. Las causas mas comunes del color en el agua son la presencia de hierro y manganeso coloidal o en suspensión. COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN. Estos procesos tienen como misión la simple. Donde las partículas se aglutinan en pequeñas masas llamadas flocs tal que su peso específico supere a la del agua y puedan precipitar. TEORIA DE
COAGULACIÓN. La coagulación se refiere al proceso de desestabilización de las partículas suspendidas de modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas. COAGULACIÓN. El término coágulo se refiere a las reacciones que suceden al agregar un reactivo químico (coagulante) en agua, originando productos insolubles. La coagulación comienza al agregar el coagulante al agua y dura fracciones de segundo. MODELOS DE COAGULACIÓN. Existen dos modelos de la coagulación. El modelo físico o de la doble capa, basado en fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión. COLOIDES Son sólidos finamente divididos que no se sedimentan por simple acción de gravedad con un tamaño de 1y 100 nm. •Mineral: Arcillas, Siliconas, Hidróxidos y Sales Metálicas
•Orgánicos: Ácidos húmicos, Color, Surfactantes. ORIGEN PROPIEDADES 1.Movimiento browniano teniendo como resultado formación de carga eléctrica. Permiten desafiar la gravedad y, por tanto hay remoción. Debido a su inmensa área superficial, los coloides absorben iones en cantidades desiguales originando a la formación de una carga eléctrica que contribuye a su estabilidad. Tipos de
coloides Coloides hidrofilícos Reaccionan espontáneamente en el agua y forman suspensiones y estos reaccionan con los coagulantes y la estabilidad la mantienen por hidratación, pues las moléculas de agua son atraídas a la superficie de las partículas y actúan como barrera para el contacto entre ellas. Coloides hidrofóficos No reaccionan con el agua y su coagulación se logra predominante por reacciones físicas, su estabilidad es por medio de un fenómeno eléctrico, explicando la teoría de doble capa, esto es la existencia de una carga opuesta envolvente de dicha superficie. Son transportadas por la carga eléctrica en su superficie y esta carga es negativa. El grado de estabilidad es determinado por el potencial zeta. CARACTERISTICAS Se caracterizan por tener dos capas eléctricas alrededor de ellas. En su capa interna contiene los cationes y aniones en carga negativa. En esto depende la atracción y repulsión que actúan sobre ellos para su estabilidad TEORIA DE COAGULACIÓN Consiste en alterar las superficies de las partículas de tal modo que les permita adherirse a cada una de las demás. Pueden crecer y alcanzar un tamaño que permitirá su desecho mediante filtración o sedimentación. OBJETIVO DE LA COAGULACIÓN. El propósito del coagulante es neutralizar la carga superficial permitiendo así las partículas unirse formando así mayores que pueden retirarse con facilidad. El otro modelo es químico, llamado “puente químico”, que relaciona una dependencia entre el coagulante y la superficie de los coloides. MODELOS DE COAGULACIÓN El primero es llamado orto cinético, el cual es promovido por agitación externa principalmente. Influye partículas de tamaño superior al micrón y tiene relación con los gradientes de velocidad del líquido PERICINÉTICO. Se diferencia del primero en que su fuente de agitación es interna. Principalmente importarán el movimiento browniano y la sedimentación Su efecto es principalmente sobre partículas de tamaño inferior a 1 micrón. MODELO QUIMICO DE COAGULACIÓN. La carga de las partículas coloidales se produce por la ionización de grupos hidroxilo, carboxilos, fosfatos o sulfatos, los cuales pueden estar presentes en la superficie de los coloides. Estos grupos reaccionan con los iones metálicos de los coagulantes lo que genera la posterior precipitación. Así la desestabilización de los sistemas coloidales se ve mejor bajo el punto de vista químico REACCIÓN En la coagulación, los colides hidrofílicos reaccionan químicamente con el agua y con los coagulantes. Los hidrofóbicos no reaccionan con el agua y con su coagulación se logra predominantemente por reacciones físicas y no químicas. COAGULANTES Son generalmente compuestos de hierro o aluminio.

Coagulante estándar empleados en tratamiento de aguas. Formula _2 (_4 )_3 masa molecular 600.Presentaciones: en polvo, molido, en terrones y en forma liquida. SULFATO DE ALUMINIO. Cuando se añaden soluciones de sulfato de aluminio al agua las moléculas se disocian pueden combinarse con coloides cargados negativamente para neutralizar parte de la carga de la partícula coloidal reduciendo su potencial zeta SULFATO FERROSO Presentaciones: como cristales o granos verdes fácilmente solubles en agua. Aluminio de sodio: Formula Na AlO2 presentación en forma liquida y en polvo AYUDAS DE COAGULACIÓN Las ayudas para la coagulación son generalmente sustancias químicas agregadas para optimizar y formar floc mas fuerte y sedimentable, superar caídas de temperatura que retardan la coagulación. SÍLICE ACTIVADA Aumenta la tasa de coagulación, reduce la alumbre y amplia el intervalo de pH efectivo, hace el floc mas denso, mejorando la remoción de color, se agrega antes que el coagulante. Polielectrolitos Son compuestos orgánicos sintéticos. Se clasifican en: Cationionicos que al disolverse producen iones de carga positiva puede tomarse como coagulante primario o puede acompañarse con alumbre. Anionicos: son polimetros que al disolverse producen carga negativa y por tanto se usan para remover sólidos con carga positiva acompañados con un coagulantes de hierro. No iónicos: al disolverse producen iones como negativos y positivos se utilizan en dosis grandes.




Agentes lastradores: forman partículas adicionales que promueven la formación de floc, son usados para tratar aguas de color alto, baja turbidez y bajo contenido mineral . Dosis de ayudantes coagulantes PH PARA LA COAGULACIÓN. El PH afecta la el proceso de coagulación al alterar la solubilidad de los precipitados formados por el hierro y aluminio. Las pruebas de Jarras son simulaciones en el laboratorio, de las operaciones de coagulación-floculación-decantación que se realiza en las plantas de tratamiento y purificación de aguas. TEST DE JARRAS. Prueba de laboratorio con diferentes dosis químicas, mezcla a velocidad, tiempo de asentamiento, para estimar el mínimo o la dosis ideal de coagulante requería para alcanzar los objetivos de calidad en un agua. EQUIPO ADICIONAL. Cronómetro para controlar el tiempo de duración de las diferentes etapas. Turbidímetro, un colorímetro, un Ph-metro, un termómetro, bureta, reactivos y soluciones para medir la alcalinidad. APLICACIÓN DEL TEST DE JARRAS. Determinación de los agentes floculantes para lograr la sedimentación y el tipo de coagulación mas efectivo para el diseño de mezclas para el tratamiento de agua potable. Para optimizar la adición de coagulantes y poli electrolitos para el tratamiento de aguas residuales y potables. Determinación del pH óptimo de coagulación. Evaluación de la dosis óptima de coagulante Determinación del orden mas efectivo de adición de productos químicos. Evaluación de la necesidad de proveer floculación y sedimentación previa a la filtración o factibilidad de filtración directa. APLICACIÓN EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO MANUAL DE FUNCIONAMIENTO. TIPO DE RESPUESTA. Se ve afectado por: Tiempo y velocidad de agitación durante la coagulación y floculación, y tiempo de sedimentación. La cantidad de agente coagulante o floculante agregados. A la cantidad de agua que contenga solidos suspendidos.  La dosificación de químicos se realice de manera rápida, y en lo posible, simultánea a cada jarra. Errores de por parte de quien realiza la practica. Describir el proceso de utilización apropiada del equipo test de Jarras Marca PHIPPS-BIRD modelo 7790-400 para la medición de la floculación, coagulación en muestras de aguas contaminadas. OBJETIVO. INSTRUCCIONES DE USO. Revise cuidadosamente las condiciones en las que recibe el equipo. Conecte a la red de corriente eléctrica, a 110 voltios AC los cables de la luz y del motor. Encienda la luz del equipo con el interruptor y motor girando el botón hacia la derecha. Suba los agitadores mecánicos y asegúrelos con el tornillo respectivo . Encienda el instrumento con 15 minutos de anticipación. Mida como mínimo 6000 ml de agua en cada una de las 6 jarras. Baje con cuidado los agitadores mecánicos cuidando que las paletas estén a 6.4 cm del fondo del vaso. Registrar la temperatura, el pH, el color, olor, alcalinidad, dureza, turbidez y la concentración de oxigeno disuelto en la muestra antes de comenzar la determinación. Prepare el agente floculante. Accione el interruptor del modo LOW al modo HI. Agitar la muestra durante un minuto a una velocidad de 120 RPM. Ajuste la velocidad de agitación girando hacia la derecha el botón . Visualice este valor en la pantalla . Agregar al mismo tiempo a cada jarra la solución del coagulante y agite por un minuto a 120 RPM. Reduzca la velocidad de agitación a 40RPM y mezclar lentamente por un espacio de 15 a 20 minutos hasta la formación de flóculos. Pasados los 20 minutos, apague la agitación y el motor . Suba rápidamente las paletas, se observa la sedimentación. Deje sedimentar por 20 minutos y registrar el tiempo de mezcla. Con una pipeta sacar de la jarra un volumen adecuado de mezcla de caldo en la mitad de la profundidad de la mezcla para efectuar nuevamente los análisis de color, pH, turbidez, dureza, alcalinidad, oxigeno disuelto. Apague la luz del equipo con el botón . Desocupe las jarras y lávelas con jabón y abundante agua. Lave los agitadores mecánicos usando un frasco lavador. Diligenciar el formato de Control de Uso del Equipo. Teoria de floculacion Es un proceso  químico  mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas (coagulante), se aglutinan las  sustancias coloidales presentes en el agua. neutralizando las cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí. facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado. El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso se suele hablar de los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de las partículas coloidales. Consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los fóculos recién formados, con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesario para sedimentar con facilidad. La floculación es favorecida por
el mezclado lento que permite
juntar poco a poco los fóculos;
un mezclado demasiado intenso
los rompe y raramente se
vuelven a formar en su tamaño
y fuerzas optimas. floculantes Los floculantes, llamados también coadyuvantes de floculación, son productos destinados a favorecer el proceso de floculación es decir, la formación de un floculo voluminoso, pesado; la acción puede ejercerse al nivel de la velocidad de reacción (floculación más rápida) o al nivel de la calidad del floculo. En muchos casos, los floculantes vienen a resolver problemas importantes, tales como flóculos pequeños, de sedimentación lenta, formados durante la coagulación a baja temperatura o flóculos frágiles que se fragmentan al someterse a las fuerzas hidráulicas en los estanques. Floculantes Minerales: Sílice activada que es el primer floculante empleado, que debe ser preparado antes de ser utilizado y los “agentes adsorbentes - ponderantes” (arcillas, carbonato cálcico, carbón activo, tierra de diatomeas)  Sílice activa Se obtiene a partir del silicato sódico (Na2 SiO3) disolución, a la cual se le neutraliza con ácido
Hasta el descubrimiento de los polielectrolitos, la sílice activada era un
floculante muy utilizado, pero hoy se utiliza con poca frecuencia. Floculantes Orgánicos Naturales: Polímeros naturales obtenidos por sustancias animales y vegetales (polielectolitos) Los polielectrolitos son naturales orgánicos tales como el almidón, compuestos de celulosa, materiales proteínicos, gomas de polisacáridos y los alginatos, son eficaces coadyuvantes de floculación; sus características principales son la de ser bicoloides, cargados eléctricamente y tener una larga cadena molecular de átomos de carbono y gran masa molar. Orgánicos de Síntesis :

Macromoléculas de una gran cadena, obtenidos por monómeros sintéticos. Tipos de floculación La floculación puede presentarse mediante dos mecanismos:

floculación ortocinética y percinética, según sea el tamaño de las partículas desestabilizadas. FLOCULACION PERCINETICA:
Movimiento natural de las moléculas de agua y esta inducida por la energía térmica, este movimiento es conocido como el movimiento browniano. FLOCULACIO ORTOCINETICA:

Se basa en las colisiones de 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 microfloculos para que esto suceda primero se da la floculación pericinética luego se produce la floculación ortocinetica. La diferencia básica entre coagulante y floculante reside en que el coagulante anula las fuerzas repulsivas entre las partículas coloidales, iniciando la formación
de microflóculos.

En cambio el floculante engloba estos microflóculos aumentando su tamaño y densidad de modo que sedimenten más fácil y rápidamente. Aluminio de sodio: Formula Na AlO2 presentación en forma liquida y en polvo El sulfato férrico: se presenta en forma cristalina. Es altamente usado en tratamiento de aguas con altos contenidos de manganeso. Puede ocurrir que el floculo forado por la aglomeración de varios coloides no sea lo suficientemente grande como para asentarse con la rapidez deseada. Por ello es conveniente utilizar productos coadyuvantes de la floculación o simplemente denominados floculantes. El polielectrolito se añade al comenzar la etapa de floculación dosis de (1 a 6ppm). Para eliminar estas dificultades y lograr floculos grandes y bien formados de fácil sedimentación se han utilizado sustancias y procedimientos muy variados los mas usados son: - Formación de flóculos pequeños de lenta sedimentación.

- Formación lenta de flóculos.

- Flóculos frágiles que fragmentan en los procesos de acondicionamiento

del lodo.

- Formación de microflóculos que pasan por los filtros. SEDIMENTACIÓN La sedimentación es una operación unitaria consistente en la separación por la acción de la gravedad de las fases sólida y líquida de una suspensión diluida para obtener una suspensión concentrada y un líquido claro.  Sedimentación libre: se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido. Sedimentación por zonas: se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. Sedimentación intermitente: el flujo volumétrico total de materia fuera del sistema es nulo, transcurre en régimen no estacionario. Este tipo de sedimentación es la que tiene lugar en una probeta de laboratorio, donde la suspensión se deja reposar. En la potabilización del agua, el proceso de sedimentación está gobernado por la ley de Stokes, que indica que las partículas sedimentan más fácilmente cuando mayor es su diámetro, su peso específico comparado con el del líquido, y cuando menor es la viscosidad del mismo. Por ello, cuando se quiere favorecer la sedimentación se trata de aumentar el diámetro de las partículas ALCALINIDAD La alcalinidad es uno de los parámetros más importantes en el tratamiento del agua, pues influye directamente en la coagulación o el ablandamiento. Hidróxidos. Otras clases de compuestos:
(Boratos,silicatos,fosfatos,etc.)que contribuyen a su alcalinidad. Determinación de la alcalinidad: La alcalinidad del agua se determina por titulación con acido sulfúrico 0,02N y se expresa como mg/L de carbonato de calcio, equivalente a la alcalinidad determinada. Método Clásico para el cálculo de la alcalinidad total: La concentración de iones 〖𝑂𝐻〗^− libres se neutraliza con el cambio de pH > de 8,3.
La mitad de los carbonatos a pH 8,3 y la totalidad a pH 4,5.
Los bicarbonatos son neutralizados a pH 4,5. Titulación con _2 _4 0,02 N: Indicadores usados para la determinación de alcalinidad: Metacresol púrpura Bromocresol verde La fenolftaleína: color rosado pH > 8,3 y vira a incolora por valores de pH < 8,3.

El naranja de metilo: color amarillo en presencia de las formas de alcalinidad, pH > 4,5 y vira a color naranja en condiciones ácidas.
El metacresol púrpura cambia de color a pH 8,3.
El bromocresol verde cambia de color a pH 4,5. Se puede regular la alcalinidad del agua o modificar su pH , para ello se emplea:
Óxido de calcio o cal viva: CaO
Hidróxido de calcio: Ca (OH)2
Carbonato de sodio: Na2CO3
Hidróxido de sodio: NaOH
Gas carbónico: CO2
Ácido sulfúrico: H2SO4
Ácido clorhídrico: HCl Para que ocurra una coagulación completa y efectiva es necesario un exceso de alcalinidad. Fenolftaleína Metil naranja

Bicarbonato sódico, NaHCO3:
También es un regulador de la alcalinidad. Carbonato de sodio, Na2CO3:
Regulador de alcalinidad. Hidróxido de calcio, Ca (OH)2:
Se usa para elevar la alcalinidad del agua. sustracción las sustancias coloidales del agua cuya estabilidad hace que no puedan ser eliminados por decantación
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