EMPRESAS MUNICIPALES DE CALIEMCALI E.I.C.E E.S.P.PRUEBA DE JARRAS

1. Consideraciones Generales.

La prueba de jarras es una técnica de laboratorio que pretende realizar una simulación de el proceso de clarificación del agua que se lleva a cabo en la planta, de manera que permite evaluar a escala y de una manera rápida la acción que ejerce sobre el proceso de clarificación la variación de los diferentes parámetros como velocidad y/o tiempo de agitación, gradientes de velocidad producidos, dosificación de diversos compuestos químicos solos o en combinaciones, etc.

La prueba de jarras se usa para:

Evaluar, determinar y optimizar las variables químicas del proceso de coagulación y/o floculación, esto es, medir el desempeño de uno o varios productos químicos dados, coagulante, floculante, etc., y encontrar la dosificación adecuada, tanto en términos de calidad final del agua obtenida, como en términos económicos.Determinar la concentración de la solución de coagulante más apropiada para utilizar en la planta.Encontrar el punto o etapa de dosificación adecuado para el producto que se ensaya.Evaluar y comparar el desempeño de una combinación de productos frente a:Forma y secuencia de dosificación óptima de cada uno de ellos.Punto o etapa ideal de dosificación.Influencia en el proceso de la concentración de los químicos dosificados.Determinación del pH óptimo de coagulación.En operación, tomar decisiones rápidas sobre la dosificación de químicos a utilizar de acuerdo a las variaciones en la calidad del agua cruda.Evaluar los efectos de modificaciones en las condiciones de operación de la planta sobre el proceso de clarificación.

2. Equipo Necesario.

Para la prueba de jarras usualmente se utiliza un dispositivo que permite trabajar simultáneamente 6 jarras, y que consiste en 6 paletas interconectadas a un regulador de velocidad, con el cual se puede dar la misma velocidad de agitación, y durante el mismo tiempo, a las 6 jarras. Comercialmente se encuentran equipo capaces de operar entre 0 y 400

r.p.m. El agitador mecánico se encuentra instalado sobre un iluminador de flóculos preferentemente con una base blanca, que le sirve como soporte. Lo ideal es que la iluminación este en ángulo recto a la dirección del observador, o sea, arriba o debajo de los vasos. Deben de evitarse fuentes de luz que generen mucho calor, produciendo diferencias de temperatura entre el agua de las jarras y el agua cruda de la planta, lo que se traduce en diferencias de viscosidad,choque de partículas, y en general, en una serie de parámetros, que finalmente producen un efecto significativo en la coagulación y sedimentación.

Las jarras o vasos a usar deben ser de 2 lt preferentemente, o de 1 lt alternativamente. Se debe evitar usas vasos más pequeños, debido a la dificultad de obtener precisión en la dosificación de pequeños volúmenes de coagulantes, ayudantes de coagulación o de floculación, en jarras con volúmenes más pequeños. También es común el uso de jarras cuadradas, aún cuando se producen modificaciones en los gradientes de velocidad, así como puntos muertos en las esquinas, debido al cambio de sección. Cuando se utilicen jarras de vidrio, se debe evitar en lo posible el lavado de las mismas con detergentes, porque muchos de éstos tienen compuestos aniónicos que son fuertemente absorbidos por las paredes de las jarras de vidrio, que de no ser completamente removidos, pueden afectar la prueba en forma significativa.

En cada una de las 6 jarras se coloca igual cantidad de agua a tratar (1 o 2 lt), a la cual se le han medido los parámetros iniciales: temperatura, pH, turbiedad, color, y alcalinidad como mínimo. En cada jarra se coloca una dosificación de químico que aumenta gradualmente y en la misma proporción, respecto a la jarra anterior. Es muy importante que la dosificación de químicos se realice de manera rápida, y en lo posible, simultánea a cada jarra, puesto que de lo contrario se causan resultados erróneos. Los estudios muestran que las diferencias que existen en el tiempo de adición de los reactivos químicos o soluciones a las diferentes jarras afectan apreciablemente los resultados, particularmente cuando se usan ayudantes de coagulación. También puede afectar los resultados la velocidad de adición, la cual debe de ser lo más rápida posible. La práctica común de adicionar los coagulantes a cada vaso mediante el uso de una pipeta graduada conduce a que la velocidad de adición del reactivo químico sea muy lenta y se presenten diferencias considerables en cuanto al tiempo de agitación del coagulante en la primera jarra, en comparación con el tiempo de agitación del coagulante en la última jarra, hecho que distorsiona los resultados. Los equipos comerciales olvidan este detalle, que puede evitarse mediante el montaje de un dispositivo que contiene vasos dosificadores unidos en un soporte de diseño adecuado, el cual puede ser sostenido en las manos, o puede montarse sobre la unidad de agitación. Otra alternativa es

utilizar jeringas dosificadoras, previamente llenadas con la cantidad adecuada de coagulante o floculante, que toman menos tiempo al dosificar que la práctica de la pipeta graduada. En el momento de vaciar el contenido de las jeringas se debe inyectar profundamente en la correspondiente jarra para que la dispersión sea lo más rápida posible. En términos generales, se recomienda aplicar las dosis en un punto fijo localizado en o cerca del eje impulsor de la paleta durante una mezcla rápida a alta velocidad.

2.1. Equipo Adicional.

Además del equipo de pruebas de jarras se requiere de un cronómetro para controlar el tiempo de duración de las diferentes etapas. Y para la medición de los parámetros del agua se requiere de un turbidímetro, un colorímetro, un peachímetro, un termómetro, y de bureta, reactivos y soluciones para medir la alcalinidad.

3. Proceso de Clarificación.

En la prueba de jarras se simulan básicamente las etapas de coagulación (desestabilización de la carga negativa de los sólidos suspendidos y partículas coloidales), floculación (aglomeración de partículas desestabilizadas), y sedimentación (asentamiento del floc por gravedad), de acuerdo a las condiciones de operación de la planta. Una vez realizada la simulación, se miden de nuevo los mismos parámetros iniciales a fin de comparar y determinar en cual jarra y bajo que condiciones se obtuvo la mejor calidad de agua. Por lo general, paralelamente se hace una valoración económica de los resultados obtenidos.

Los resultados que se obtienen en la prueba de jarras dependen esencialmente de:

Naturaleza del agua a tratar. (pH, turbiedad, color, alcalinidad, naturaleza de los sólidos suspendidos, temperatura, etc.)Naturaleza de los químicos a adicionar, y secuencia de adición.Tiempo y velocidad de agitación durante las etapas de coagulación y floculación, y tiempo de sedimentación. (Gradientes de velocidad producidos)pH del sistema.

La variación de uno o varios de las anteriores condiciones conduce a resultados sustancialmente diferentes. Por ello, la confiabilidad de los resultados obtenidos en pruebas de jarras depende de la precisión con la cual se hallan controlado las condiciones de simulación de las diferentes etapas (velocidad de agitación y duración de la etapa), y más

aún cuando, por lo general, se requiere de varias corridas para obtener los mejores resultados. Es en este punto donde se precisa que todas las pruebas o corridas que se realicen sean similares entre sí, y poder asegurar una correspondencia entre ellas, a fin de obtener conclusiones válidas.

3.1. Etapa de Coagulación.

En esta etapa se adicionan los químicos coagulantes y/o ayudantes de coagulación. Se define como coagulantes aquellos compuestos, como las sales de hierro o aluminio, capaces de formar un floc, y que pueden efectuar la coagulación al ser añadidos al agua. Los ayudante de coagulación son sustancias que producen poco o ningún floc al ser usadas solas, pero que mejoran los resultados obtenidos con simples coagulantes. Los coagulantes desestabilizan las cargas negativas de las partículas en suspensión. Estas cargas, por ser similares generan fuerzas de repulsión entre partículas, que impiden que se unan para formar aglomerados más grandes y más fácilmente sedimentables. Los coagulantes más usados son las sales de aluminio y de hierro, que al ser adicionados al agua aportan cargas positivas que neutralizan las cargas negativas que trae el agua, permitiendo que las partículas puedan acercarse lo suficientemente como para ser desestabilizadas y atraídas por la fuerza de Van der Waals. Se debe tener cuidado con la dosificación a emplear de coagulante, ya que si se aplica en exceso, las partículas, después de neutralizadas, se cargaran superficialmente de cargas positivas, que impedirán, a su vez, la aglomeración y rápida sedimentación, por la repulsión generada por cargas similares y se dispersarán en el agua.

En la adición de coagulante debe tenerse en cuenta de que para cada valor de turbiedad existe una dosificación óptima que produce el agua más clara posible. Si se adiciona menos de esta dosis, las cargas que se agregan no son suficientes para producir una buena coagulación, y por ende, una buena clarificación. A su vez, por encima de la dosificación óptima el exceso de cargas positivas produce una dispersión de las partículas, que enturbia el agua. Lo anterior explica porqué cuando hay apreciable turbiedad remanente en el agua sedimentada en una planta de tratamiento, no siempre la solución es aumentar la dosificación de coagulantes y/o floculantes. Muchas veces la solución es bajar la dosificación. La coagulación a dosis óptima se presenta cuando las cargas de las partículas suspendidas es aún ligeramente negativa.

Cuando se grafica la turbiedad residual en función de la dosis de coagulante aplicada, se observa que, inicialmente, la turbiedad residual o remanente disminuye a medida que aumenta la dosificación, hasta

llegar a un punto en que se produce una turbiedad remanente mínima (dosis óptima). Las adiciones posteriores de coagulante producen un aumento progresivo de la turbiedad residual, o sea que el agua se enturbia por exceso de dosificación.

En la etapa de coagulación es muy importante el tiempo y la magnitud de la agitación suministrada, pues lo ideal es que el coagulante se distribuya rápidamente a todo el volumen disponible, a fin de que se produzca una mezcla instantánea que le permita afectar a todas las partículas. Al adicionar sulfato de aluminio Al2(SO4)3 al agua, se disocia enseguida en los iones Al+3 y SO4=. El ion trivalente Al+3 es muy efectivo en la desestabilización de coloides cargados negativamente al neutralizar parte de la carga de la partícula combinandose con ella, reacción que se lleva a cabo en aproximadamente 10 segundos. En aquellas partes de la solución en donde el sulfato de aluminio se encuentra muy concentrado se excede el producto de solubilidad de los hidróxidos metálicos como el Al(OH)3 (también ocurre lo mismo con las sales de hierro), o sea que, puntualmente, la solución no es capaz de disolver estos hidróxidos, entonces, al formarse el hidróxido de aluminio Al(OH)3 , se ocasiona la precipitación rápida y prematura de los hidróxidos gelatinosos que adsorben iones positivos de la solución, ya que la velocidad de precipitación de un hidróxido metálico depende del grado de sobresaturación. Cuando las condiciones son las apropiadas, esta adsorción le permite formar un sol cargado positivamente, que a su vez le da cierta capacidad de neutralizar cargas negativas coloidales, permitiendo la aglomeración y floculación de dichas cargas alrededor de su gelatinosa masa. Casi siempre se forma un exceso de sol de hidróxido de aluminio, y se ha encontrado que la presencia de iones negativos presentes en el agua, aparte de los hidróxidos, y particularmente el sulfato, son efectivos para aumentar la velocidad de precipitación. Además, como las partículas coloidales pueden servir como núcleos para formar precipitados, la velocidad de precipitación aumenta con el aumento en la concentración de partículas coloidales.

Sin embargo, el ion trivalente Al+3 es mucho más efectivo en la desestabilización de coloides negativos, y en la posterior formación de flóculos que el Al(OH)3 . Por ello se requiere de una vigorosa agitación que permita que el sulfato de aluminio se distribuya rápida y uniformemente por toda la solución, y que se consuma principalmente en la formación de Al+3 floculado, para que establezca contacto con todas las partículas coloidales antes de que otros cambios menos deseables ocurran. Además, la aglomeración de partículas depende de que haya choques entre ellas, y estos son propiciados por una buena velocidad de mezclado.

Los coagulantes de hierro y aluminio producen cationes metálicos que

reaccionan inmediatamente con el agua para formar iones acuimetálicos e hidrógeno, mientras que los aniones permanecen libres o combinados con otros cationes. Para el alumbre se produce:

Al+3 + H2O ---------( Al(OH)+2 + H+

Al+3 + 2H2O ---------( Al(OH)2+ + 2H+

7Al+3 + 17H2O ---------( Al7(OH)17+4 + 17H+

Al+3 + 3H2O ---------( Al(OH)3 + 3H+

Los iones acuimetálicos son adsorbidos por el coloide negativo y neutralizan su carga superficial permitiendo la coagulación por adsorción y neutralización de la carga, que es posiblemente el fenómeno predominante en soluciones de alta concentración de coloides.

En la simulación en prueba de jarras la coagulación usualmente se lleva a cabo con una velocidad de agitación entre 100 y 200 R.P.M., por un período de 1 a 2 minutos. La elección de el tiempo y la velocidad de agitación depende de una ciudadosa observación de las condiciones y gradientes de velocidad reales que se tienen en la planta. Por lo general, quienes diseñan y construyen las plantas, dejan establecido el diseño de la prueba de jarras, de acuerdo a las condiciones reales de operación. Las investigaciones demuestran que para cada tipo de agua existen parámetros de diseño específicos que optimizan los procesos de clarificación, produciendo la máxima eficiencia remocional.

Durante la coagulación se debe tener un adecuado control del pH, puesto que el sulfato de aluminio es muy sensible a él. La solubilización del sulfato de aluminio en agua produce iones H+ que bajan el pH del agua mediante la siguiente reacción general:

Al2(SO4)3 + 6 H2O -----( 2 Al(OH) 3 + 6 H+ + 3 SO4= Los iones hidrógeno hacen descender el pH a tal punto que se impide la ulterior formación de Al(OH)3 a no ser que sean eliminados de la solución. Una drástica disminución del pH, por debajo de 5, impide la completa precipitación de los iones coagulados.

La alcalinidad presente en el agua sirve de amortiguador para la caída del pH, mediante las siguientes reacciones:

Al2(SO4)3 + 6 OH- ----( 2 Al(OH) 3 + 3 SO4=

Al2(SO4)3 + 6 HCO3- ----( 2 Al(OH) 3 + 3 SO4= + 6 CO2

Se calcula que por cada parte de sulfato de aluminio agregada al agua, se consume aproximadamente ½ parte de alcalinidad. Esta aproximación proviene de la suma de dos reacciones: La solubilización del sulfato de aluminio en agua, y la reacción de el ácido producido en esa reacción con los bicarbonatos presentes en las aguas naturales:

Al2(SO4)3.14H2O + 6 H2O -----( 2 Al(OH) 3 + 3 H2SO4= + 14 H2O

3Ca(HCO3)2 + 3H2SO4 -----( 3CaSO4 + 6CO2 + 6H2O_____________________________________________________________________

Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(HCO3)2 ---( 2 Al(OH) 3 + 3CaSO4 +6CO2 + 14H2O 600 3 x 100 = 300 6 x 44

La anterior ecuación general es la que comúnmente utilizan la mayoría de los autores para el tratamiento de agua. De ella se deduce estequiométricamente que 600 partes de aluminio consumen 300 partes de alcalinidad, o sea que 1 mg/l de alumbre consume 0.5 mg/l de alcalinidad, y además, que 600 parte de alumbre producen 264 partes de CO2, o sea que 1 mg/l de alumbre produce 0.44 mg/l de CO2, lo cual es indeseable porque incrementa la corrosividad del agua. Se presenta también una conversión de bicarbonato de calcio en sulfato de calcio, o sea que se reduce la dureza carbonácea y se aumenta la dureza no carbonácea, más difícil de remover.

Si el agua no contiene alcalinidad natural suficiente para reaccionar con el alumbre, es necesario añadirla, normalmente con soda o carbonato liviano, o con cal. La cal es menos costosa pero incrementa el contenido de dureza no carbonácea. La soda incrementa la corrosividad. Se debe considerar también que el agua debe disponer de una alcalinidad residual, como mínimo de 12 ppm, que sirve para mantener el sistema a un pH>5 que asegure la precipitación completa. La cantidad requerida por la reacción se puede calcular sabiendo que:

1 mg/l de alumbre reacciona con:0.5 mg/l de alcalinidad natural como CaCO30.33 mg/l de cal viva al 85%0.39 mg/l de cal hidratada del 95%0.53 mg/l de carbonato liviano como Na2CO3

Todos los cationes metálicos son hidratados por el agua. Especies tales como Fe+3 y Al+3 en realidad no existen en el agua, sino que se presentan como complejos acuosos. Fe (H2O)6+3 y Al (H2O)6+3. Estos iones son ácidos en el sentido de que son donadores de protones. Si la sal de hierro o de aluminio está presente en una concentración menor que la solubilidad del hidróxido metálico, el metal formará monómeros, dímeros y quizás pequeños complejos poliméricos de hidróxido metálico, además del ion acuoso-metálico libre.

Las siguientes son algunas de las reacciones que ocurren para el aluminio en solución acuosa:

Al (H2O)6+3 + H2O ------( Al (H2O)5 (OH)+2 + H3O+

Al (H2O)5 (OH)+2 + H2O ------( Al (H2O)4 (OH)2+ + H3O+

Al (H2O)4 (OH)2+ + H2O ------( Al (H2O)3 (OH)3 + H3O+

Al (H2O)5 (OH)+2 + Al (H2O)5 (OH)+2 ------( Al2 (H2O)8 (OH)2+4 + 2H2O

Similares reacciones ocurren para las sales de hierro.

A las primeras tres reacciones se les suele llamar hidrólisis, que es un término anticuado, ya que en realidad son reacciones ácido-base iguales a cualquier otra. La cuarta reacción es entre dos monómeros para formar un dímero, Al2 (H2O)8 (OH)2+4. Otros polímeros que se cree que están presentes en soluciones acuosas de aluminio son: Al8 (OH)20+4, Al7 (OH)17+3, Al13 (OH)34+5 y Al6 (OH)15+3.

Los iones acuoso-metálicos del aluminio y hierro no sólo reaccionan con el agua, sino también con la alcalinidad. Incluso las reacciones con la alcalinidad son más favorables, o sea, que los iones acuoso-metálicos tienen una mayor tendencia a reaccionar con la alcalinidad, de la siguiente manera:

Al (H2O)6+3 + HCO3- ------( Al (H2O)5 (OH)+2 + H2CO3

Al (H2O)6+3 + CO3-2 ------( Al (H2O)5 (OH)+2 + HCO3-

Al (H2O)6+3 + OH- ------( Al (H2O)5 (OH)+2 + H2O

Similares reacciones suceden con los compuestos Al (H2O)5 (OH)+2 y Al (H2O)4 (OH)+.

Todas las anteriores reacciones finalmente conforman un sistema que bajo condiciones controladas y apropiadas producen una buena coagulación del agua.

3.2. Etapa de Floculación.

En esta etapa las partículas coaguladas chocan entre sí, inducidas por su movimiento relativo, formando aglomeraciones más grandes, conocidas como floc, que pueden apreciarse a simple vista. La agitación en esta etapa no debe ser demasiado fuerte, pues podría llegar a romper los flóculos formados, que ya no volverían a unirse, dispersándolos y haciendo más lenta su sedimentación, produciendo una baja calidad del efluente. La agitación lenta promueve un mezclado apropiado para que el choque entre aglomeraciones, partículas y/o floc produzcan flóculos cada vez más grandes, y de buen peso para una rápida sedimentación.

Las colisiones entre las partículas son causadas por:Colisiones causadas por el movimiento de las moléculas, debido a la energía térmica, o sea, por el movimiento Browniano.Colisiones causadas por el movimiento del agua.

Las variables más importantes en el proceso de floculación, por ser las más fácilmente controlables, son la dosis de coagulante (o de floculante), la intensidad con que la suspensión es agitada en el tanque de floculación, y el tiempo de floculación.

Una buena floculación depende sustancialmente de una buena coagulación, y por ello, se puede decir que la floculación es sensible a las características físico-químicas del agua cruda, tales como la alcalinidad, el pH, la turbiedad, etc. Además, algunos iones pueden influir en el equilibrio físico-químico del sistema, en la generación de cadenas poliméricas de los hidróxidos que se forman, o en la interacción de estos polímeros con las partículas coloidales, afectando el tiempo de floculación. Por ejemplo, la presencia de iones sulfato SO4-2 tiene marcada influencia en el tiempo de formación de los flóculos, en función del pH, y experimentalmente se ha demostrado que la adición de ion sulfato reduce el tiempo de formación.

La concentración y la naturaleza de las partículas que producen la turbiedad también tienen una notable influencia en el proceso de floculación, puesto que, en todos los modelos matemáticos que explican

floculación, la velocidad de formación de los flóculos es proporcional a la concentración de partículas. Por regla general, es más fácil flocular aguas con elevada turbiedad y que presenten una amplia distribución de tamaños de partículas. Mientras que partículas de tamaño mayor, como la arena fina, acarreadas durante los picos de elevada turbiedad, y que podrían ser removidas en tanques de sedimentación simple, interfieren con la floculación, inhibiendo o impidiendo el proceso. Si la turbiedad del agua cruda fuese permanentemente mayor a 1.000 UTJ, sería indispensable la utilización de un tanque de pre-sedimentación.

En todos los modelos matemáticos propuestos para la floculación la velocidad de aglomeración de las partículas es proporcional al tiempo que dure esta etapa. Para cada conjunto de condiciones, existe un tiempo óptimo para la floculación, normalmente entre 20 y 40 minutos, que puede determinarse a través de ensayos de jarras. La permanencia del agua en el floculador durante un tiempo ostensiblemente inferior o superior al óptimo produce como resultado agua de calidad inferior, tanto más acentuado este efecto cuanto mayor sea la diferencia con el tiempo óptimo de floculación. Por ello es necesario adoptar medidas para aproximar el tiempo real de retención en el tanque de floculación al tiempo nominal encontrado como óptimo.

Experimentalmente se ha encontrado que entre mayor sea el número de compartimientos del tanque de floculación, menores son los cortocircuitos que se presentan en el agua, es decir, en un tanque de un solo compartimiento, cerca del 40% del agua se escapa del tanque en un tiempo menor que la mitad del tiempo nominal teórico, mientras que con 5 compartimientos en serie en este mismo tanque se redujo esta proporción a cerca de un 10%. Por razones de orden práctico y económico, el número de cámaras de los floculadores convencionales no es muy grande, no sobrepasando, generalmente, los 6 floculadores. Sin embargo se recomienda un mínimo de 3 cámaras.

Como es obvio, la geometría de los equipos influye también en el desarrollo de la etapa, es decir, de si el floculador es hidráulico, mecánico, con manto de lodos, etc. Pero esta es una consideración importante en el diseño de estos equipos, más no en el tema que nos incumbe.

Los coagulantes metálicos, como las sales de aluminio y hierro, actúan a la vez como floculantes, formando lodos voluminosos que enredan y atrapan partículas coloidales desestabilizadas.

Las etapas de coagulación y floculación preparan y acondicionan las partículas que trae el agua para que sedimenten en un tiempo razonable, mucho menor del que necesitarían si se las dejase

sedimentar naturalmente. Se calcula que la arena gruesa sedimenta a una velocidad de 10 cm/seg, y la arena fina a 8 mm/seg. Pero el limo, las bacterias y las partículas coloidales tienen una velocidad de sedimentación tan lenta, que pueden requerir entre 230 días a 6 años para recorrer una distancia vertical descendente de 30 cm.

En la prueba de jarras, la floculación se realiza durante 10 a 30 minutos, con una agitación de 10 a 60 R.P.M.

3.3. Etapa de Sedimentación.

En esta etapa el floc ya ha alcanzado un buen tamaño y peso, conveniente para su precipitación por acción de la fuerza de gravedad, y al descender, se adhieren y aglutinan con las partículas que encuentran a en su caída libre, de manera que realizan un barrido que ayuda mucho a la clarificación del agua. La precipitación del floc se realiza a una velocidad que disminuye a medida que el floc se aproxima al fondo del recipiente (o del tanque de sedimentación o del clarificador). Se produce entonces en la parte superior una zona de agua clarificada, mientras que en la parte media inferior se ve la concentración del floc sedimentando. Es en esta zona donde disminuye la velocidad de sedimentación como consecuencia de la concentración del floc, y de la velocidad ascendente del agua desplazada por el floc desde el fondo del recipiente hacia la parte superior. En el fondo del recipiente o tanque se concentra el floc sedimentado o lodo, que lentamente se va compactando.

En la prueba de jarras, usualmente la etapa de sedimentación toma entre 10 y 15 minutos, sin agitación alguna, naturalmente. En caso de utilizar jarras con estatores o deflectores, estos ayudan a minimizar la rotación persistente del agua dentro del vaso durante al periodo de sedimentación.

3.4. Sistema de Toma de Muestras.

Una vez transcurrido el tiempo de sedimentación se succiona el agua sobrenadante a la misma profundidad en cada una de las jarras. Esta profundidad puede ser de 3 a 5 cm por debajo del nivel del agua. Para este efecto puede utilizarse una pipeta volumétrica de 50 ml, una jeringa de 50 o 60 ml, o un sifón, preferiblemente torcido en dirección horizontal en el punto de muestreo, para que sea representativo de una profundidad determinada. El sifón debe de construirse de manera que permita dar iguales velocidades de flujo en cada vaso, de manera que se disminuya al máximo la posibilidad de arrastre de sedimentos. El flujo puede regularse mediante una pinza de presión, y el sifón puede estar sostenido por un flotador de icopor, el cual ayuda a mantener

constante la altura de toma de la muestra y el nivel del agua.

También puede utilizarse una jerinda de 50 o 60 ml.

3.5. Uso de Polímeros.

En el tratamiento del agua se han utilizado polímeros naturales como el almidón, o sintéticos. Los polímeros son compuestos orgánicos de alto peso molecular, que pueden ser catiónicos, aniónicos o no iónicos, de manera que su efectividad depende de la naturaleza del agua en la que han de actuar, y de su propia naturaleza. Si un polímero contiene grupos ionizantes es denominado polielectrolito. Las algas son rápidamente coaguladas con polielectrolitos catiónicos. Los no iónicos al disolverse producen tanto iones positivos como negativos, y pueden usarse como coagulantes o ayudante de coagulación, pero se utilizan dosis más grandes que las de los otros dos tipos. Los polímeros pueden ser sólidos o líquidos. Los sólidos son generalmente poliacrilamida, o poliacrilamida hidrolizada, y son no iónicos o catiónicos, conteniendo de 10 a 60% de polímero activo. En los últimos años se ha incrementado el uso de polielectrolitos, principalmente como floculantes, pero también como ayudantes de coagulación o coagulantes primarios. Existe una gran variedad de ayudantes de coagulación, varios de los cuales sólo pueden utilizarse en proceso industriales, o en aguas servidas (residuales), porque son tóxicos o cancerígenos. Otros en cambio están aprobados para ser usados en la potabilización de agua. Es por esto que la primera condición que debe llenar un polielectrolito en la potabilización de agua es que no sea peligroso para la salud en las condiciones y a las concentraciones que se use en planta.

Se basan en monómeros que se repiten muchas veces a lo largo de sus cadenas, formando variadas estructuras químicas que poseen muchas ramificaciones, en las cuales tienen innumerables “sitios activos”, que son los lugares en los cuales se adhieren las partículas.

Presentan la gran ventaja de que, cuando las partículas no pueden acercarse entre sí debido a las fuerzas de repulsión que generan sus cargas, las largas ramificaciones del polímero las atrapan, de manera que se produce la floculación en condiciones en las cuales esta no hubiera sido posible sin el uso del polímero. Las reacciones del polímero son rápidas, toman aproximadamente 10 segundos

Los polímeros se usan en soluciones diluidas, para asegurar su buena mezcla, y en dosificaciones muy pequeñas, entre 0.01 y 1.0 ppm, y por lo general, reemplazan una pequeña cantidad de sal metálica, de

manera que se obtiene un ahorro al reducir la dosis del coagulante que compensa el alto costo del polímero. La razón de la baja dosificación de polímero es que en sus largas ramificaciones existen enormes cantidades de sitios activos en los cuales puede atrapar partículas, coágulos o floc. Las dosis excesivas de polímeros también producen dispersión de partículas y enturbiamiento del agua.

Al reemplazar parte del sulfato de aluminio, la disminución del pH que se produce es menor, y por ello se requiere de una menor adición de cal en el momento de acondicionar el agua para su salida a la red de distribución, lo que conlleva a otro ahorro económico. Otra ventaja adicional del polímero es que son poco afectados por el pH del sistema, y a su vez, no producen variación en el pH del agua. El floc que produce el polímero es menos voluminoso, y por tanto, más denso, de mayor velocidad de sedimentación, y más fácilmente desecable.

Para la dosificación de polímeros se debe tener mucho cuidado en la elección del punto de aplicación, de acuerdo a su peso molecular y tiempo de maduración. Este tiempo de maduración se refiere a que el polímero, en su estado puro, por lo general, viene “enrollado”. Al solubilizarse en agua y completar su maduración, el polímero se desenrolla, de manera que sus sitios activos quedan completamente expuestos. Si el polímero no tiene suficiente tiempo de maduración, no está completamente “desenrollado” ni tiene expuestos todos sus sitios activos, por lo que puede estarse desperdiciando o sobredosificando, con lo cual puede producir una posterior obstrucción en los filtros, además del sobrecosto económico. Los polímeros pueden dosificarse en diferentes puntos, según el tipo de polímero, su naturaleza y su “performance”: antes del coagulante, en la tubería de alimentación del agua cruda, e incluso cerca de la bocatoma, con el coagulante, en el mismo punto de dosificación del sulfato de aluminio, o después del coagulante, directamente en la campana de coagulación, dependiendo de

Para la determinación del punto óptimo de aplicación es conveniente ensayar en pruebas de jarras las diferentes alternativas, y comparar los resultados obtenidos en cuanto a la calidad final del agua.

4. Principales Parámetros Físico-químicos del agua en el Proceso de Clarificación.

Para obtener conclusiones mediante la prueba de jarras que permitan tomar decisiones acertadas es necesario realizar una cuidadosa medición de los principales parámetros de el agua cruda y clarificada. Por lo general, los parámetros más importantes a medir son turbiedad, color, temperatura, pH y alcalinidad.

4.1. Turbiedad.

4.1.1. Descripción: Se considera el parámetro más importante para evaluar el proceso de clarificación. La turbiedad es una parámetro físico del agua, que da una medida de la cantidad de materia en suspensión que tiene una muestra de agua, como arcilla, cieno, materia orgánica e inorgánica finamente dividida y en suspensión, microorganismos, plancton, etc. El principio de esta medición se basa en que las diminutas partículas impiden el paso de la luz a través del líquido, haciendo que la luz se disperse, se absorba o se reemita en varias direcciones, en vez de transmitirse en línea recta a través de la muestra, produciendo un efecto óptico causado por la dispersión e interferencia de los rayos luminosos, en forma tal, que puede medirse cuantitativamente. Entre mayor sea la intensidad de la luz dispersada, mayor será la turbiedad. Lamentablemente esta determinación no se relaciona en ningún caso con el número de partículas de turbiedad, ni siquiera con la masa total, sino que la dispersión causada es directamente proporcional al tamaño de las partículas.

4.1.2. Medición: Para ello se utiliza un turbidímetro convencional que mide la intensidad de la luz que pasa a través de una muestra de agua, como el turbidímetro Hellige, que en su diseño utiliza el principio de transmisión de la luz. En el pasado fue muy popular el uso del turbidímetro de bujía de Jackson, que consta de un tubo de vidrio calibrado para obtener lecturas directas de turbidez, una bujía estándar y un soporte que alinea la bujía y el tubo de vidrio. La turbiedad de la muestra se mide añadiendo despacio la muestra de agua en el tubo de vidrio calibrado que se encuentra alineado con la bujía debajo de él, hasta lograr que la imagen de la bujía justamente desaparezca. Este instrumento es bastante rudimentario, y está sujeto a muchas interferencias, pues no depende de un patrón primario, ya que, por este método la lectura obtenida de turbiedad depende de la absorción y reemisión de la luz que entra en la muestra, así como de las características de observación del ojo humano. También es desventajoso que la turbiedad más baja que puede leerse por este medio es de 25 UTJ (Unidades de Turbiedad de Jackson).

Actualmente, el turbidímetro más utilizado es el que mide la intensidad de la luz que es dispersada y reemitida por las partículas en suspensión presentes en la muestra, generalmente desde una dirección situada a 90º de la dirección original del haz de luz incidente, y a los cuales se les denomina turbidímetros nefelométricos, como el turbidímetro Hach 2100A. La turbiedad se mide en el turbidímetro, y el resultado se expresa en Unidades Nefelométricas de Turbiedad (NTU). El método nefelométrico es el método instrumental preferido para medir la

turbiedad porque es el más sensible que el método visual del turbidímetro de Jackson, y que el método instrumental de medida por comparación de la intensidad del rayo de luz incidente con la intensidad del rayo de luz transmitido a través de la muestra, puesto que este método no es lo suficientemente sensible para medir la pequeña diferencia entre estas dos intensidades en soluciones diluidas.

El Decreto 475 de 1.998 , que fija las Normas Técnicas de Calidad del Agua Potable dice que el máximo valor admisible para este parámetro es 5 NTU. La lectura de la turbiedad sirve para determinar el grado de tratamiento requerido por una fuente de agua cruda, su filtrabilidad y tasa de filtración adecuada, la efectividad de los procesos de coagulación, floculación y sedimentación, y la conveniencia de su consumo en industrias procesadoras de alimentos y bebidas.

4.1.3. Procedimiento: Para leer la turbiedad en un turbidímetro nefelométrico se toma la celda de vidrio del turbidímetro, teniendo cuidado de que se encuentre completamente limpia; de no ser así enjuague tres veces con agua destilada. Tenga cuidado de que las paredes de la celda estén libres de grasas, y lave con jabón de ser necesario. La celda no debe estar manchada ni rallada. Llene la celda con la muestra de agua a la que se le va a medir la turbiedad hasta la marca, sin que le queden burbujas al interior del líquido, pues pueden causar errores en la medición; selle la celda con la tapa rosca y limpie las paredes externas con el paño que trae el equipo, o en su defecto, con un pañuelo desechable muy suave. Introduzca la celda en el turbidímetro y espere que el aparato dé la lectura. Los turbidímetros HACH 2100 N y 2100 AN se encuentran programados para buscar automáticamente el rango. Trate de tomar un promedio de las primeras 5 lecturas que registradas por el aparato, y tenga en cuenta que para el agua cruda, el agua coagulada y/o floculada el valor de la lectura disminuye con el tiempo, pues las partículas y/o el floc sedimentan, haciendo que la turbiedad disminuya.

4.2. Color.

4.2.1. Descripción: Esta es una característica que adquiere el agua al entrar en contacto con deshechos orgánicos, hojas, madera, raíces, tierra, humus, taninos, algas, residuos industriales, hierro, manganeso, y en general, con todo tipo de impurezas vegetales y/o minerales. El color es producto de partículas coloidales cargadas negativamente. En muchas aguas crudas el problema predominante es el color, en lugar de la turbiedad. En estos casos es fundamental la medición del color antes y después del proceso de clarificación, para caracterizar el ensayo.

Existen dos tipos de color: el color aparente y el color verdadero. El

color aparente se debe a la pigmentación que confieren al agua los sólidos suspendidos que contiene, y que pueden removerse mediante filtración o centrifugación de la muestra. El color verdadero se debe a partículas extremadamente pequeñas, o a finísimas gotas en suspensión, que requieren de un tratamiento químico para ser removidas del agua. Comunmente, el término color se refiere al color verdadero del agua, y se acostumbra a medirlo conjuntamente con el pH, pues la intensidad del color normalmente aumenta con el pH, como lo demuestra la siguiente tabla con valores experimentales:_____________________________________________________________________ Muestra Color % de aumento de color_____________________________________________________________________ pH=2 pH=10

A 160 270 67B 237 412 74C 102 182 78D 71 130 83E 50 82 64F 54 82 62G 190 290 73H 42 86 105I 330 440 30J 150 265 77

4.2.2. Medición: Este parámetro puede medirse mediante comparación visual con soluciones coloreadas de concentraciones conocidas, o con discos especiales de color previamente calibrados. El método que se ha establecido como normalizado es el de comparación platino-cobalto, y la unidad de color es la producida por 1 mg/l de platino en forma de ion cloroplatino. Por definición, una solución preparada con 1.246 g de cloroplatino de potasio y 1 g de cloruro cobaltoso cristalizado disueltos en 100 ml de HCl concentrado y diluido a 1 litro con agua destilada tiene un color de 500 unidades.

Para la medición del color puede utilizarse también discos de color ubicados dentro de una caja metálica, o de otro material que contenga los tubos comparadores de la muestra y del agua destilada incolora, pero por lo general se utilizan los discos de vidrio, ya que dan resultados acordes con los obtenidos por el método platino-cobalto, y su uso es reconocido.

Para realizar la lectura de color, debe eliminarse primero la turbiedad y el color aparente mediante un filtro de membrana, o por centrifugado, o en última instancia por dilución. Esta última se recomienda especialmente para aguas muy coloreadas y/o muy turbias. La dilución

debe realizarse con agua destilada, y debe tenerse en cuenta al final de la lectura, así: Si realiza una dilución mitad de agua de la muestra y mitad de agua destilada, el valor de color de la lectura debe multiplicarse por dos. Si la dilución es de 1/3 de agua de la muestra y 2/3 de agua destilada, la lectura de color debe multiplicarse por tres, etc.

4.2.3. Procedimiento: La lectura del color en el Aquatester Orbeco - Hellege, se realiza utilizando discos de diferentes escalas. El resultado de esta lectura se expresa en Unidades de Platino - Cobalto (UPC). El Decreto dice que el máximo valor admisible para este parámetro en el agua potable es de 15 UPC.

La comparación de color se efectúa mediante el uso de celdas de vidrio o tubos Nessler, de forma alta, y de 50 ml. Para leer el color se toman dos celdas de vidrio del aquatester, teniendo cuidado de que se encuentren sin rayones ni manchas, completamente limpias y libres de grasa; de no ser así enjuague tres veces con agua destilada, o lave con jabón si es necesario. Llene una de las celda hasta la marca con agua destilada, sin que queden burbujas al interior del líquido que dificulten la medición; tape con la tapa esmerilada y limpie la superficie de ésta con un paño suave o un pañuelo desechable y coloque en el compartimiento izquierdo del Aquatester. Esta celda sirve de blanco para realizar las comparaciones de la muestra problema con los diferentes colores del disco de medición. Tome la otra celda y coloque en ella la muestra de agua a la que se le va a medir el color; tape la celda con la tapa de vidrio esmerilado y limpie la superficie de la tapa con un paño suave, o en su defecto, con un pañuelo desechable. Introduzca la celda en el compartimiento derecho del aquatester, prenda el bombillo y compare el color de la muestra problema, con los diferentes colores de los discos. Aumente o disminuya los colores de comparación girando el disco. Si ninguno de los colores le parece el apropiado ensaye con un disco de otra graduación o rango. Cuando encuentre el color más parecido, tenga en cuenta el factor de dilución, si requirió de diluir la muestra.

La remoción de color es necesaria por diferentes razones:Salud: El color puede deberse a deshechos orgánicos tóxicos. Además, las sustancias húmicas que forman parte del color intervienen en la formación de trihalometanos, de los cuales se ha demostrado que son cancerígenos en roedores.Estéticas: El consumidor prefiere, para uso doméstico, utilizar agua clara y sin color.Sabor: Se ha demostrado que el color imparte sabor al agua.Demanda de Cloro: La presencia de color aumenta la demanda de cloro del agua.Nutrientes: Las sustancias que componen el color pueden actuar como

nutrientes para bacterias y algas.Requerimientos Industriales: Muchas industrias exigen poco color en el agua que utilizan.Resinas de intercambio de aniones: El color ensucia y daña las resinas de intercambio de aniones.Análisis: El color interfiere con los métodos colorimétricos de análisis.Productividad: El exceso de color puede reducir la productividad del agua.Quelación: El color puede aumentar la concentración de hierro soluble, manganeso y plomo en el agua y estabilizar su presencia por medio de la quelación. (Formación de dos o más enlaces coordinados entre un compuesto orgánico y un metal)

4.3. pH.

4.3.1. Descripción: El pH es una medida de la concentración de los iones hidrógeno en solución, o más exactamente, la actividad del ion hidrogeno.

En general, se usa para expresar la intensidad de la condición ácida o alcalina de una solución, sin que esto quiera decir que mida la acidez total o la alcalinidad total. En el suministro de aguas, no sólo es importante con respecto a la coagulación química, sino también en la desinfección, el ablandamiento y el control de la corrosión.

El pH se define como el logaritmo del inverso de la concentración del ion hidrógeno, o sea:

pH = log 1 = - Log10 [H+][H+]

El valor de pH está entre 1 y 14. Para un pH de 7.0 el agua es neutra. Si el pH está entre 1.0 y menos de 7.0 el agua es ácida, y para valores de pH entre más de 7.0 y 14 el agua es alcalina.

Desde hace mucho tiempo se sabe que la efectividad de la coagulación depende directamente del pH, por lo que es básico medir este parámetro antes y después de la clarificación. En el proceso de producción de agua potable, deberá tenerse en cuenta que el proceso de coagulación con sulfato de aluminio sucede siempre y cuando el agua se encuentre en un rango de pH adecuado. Las aguas blandas (con poca cantidad de iones de Calcio y Magnesio, o sea, menos de 100 mg/lt de dureza total, expresada como CaCO3), y de bajo contenido mineral se coagulan mejor en un rango de pH entre 5.8 y 6.4, mientras que las aguas duras (Alto contenido de Ca+2 y Mg+2) se coagulan más fácilmente a pH entre 6.8 y 7.8. Si el agua contiene mucho color, el pH

de coagulación deberá estar entre 5.0 y 6.0 puesto que en este rango se produce el “flóculo coloreado”, mediante una reacción un poco más compleja que la que produce el flóculo de hidróxido de aluminio común. Para el agua potable en la red de distribución, el decreto dice que deberá tener un pH entre 6.5 y 9.0.

4.3.2. Medición: Generalmente se utilizan dos métodos para determinar el valor del pH. El método colorimétrico que emplea indicadores, o sea, sustancias que exhiben diferentes colores de acuerdo con el pH de la solución, y el método electrométrico, en el cual se mide el potencial de un electrodo sensitivo a pH con referencia a un electrodo estándar.

El método colorimétrico no requiere equipo costoso, pero está sujeto a interferencias causadas por la existencia de color, turbiedad, alto contenido de sales, material coloidal, cloro libre y otros oxidantes o agentes reductores; los indicadores están además expuestos a deterioros, así como los estándares de color con los cuales son comparados. Para estimaciones rápidas y aproximadas el método colorimétrico es adecuado, especialmente en el terreno, pero para determinaciones de laboratorio el método estándar es el electrométrico. En este se utiliza el peachímetro o potenciómetro, que consisten en un electrodo de vidrio, en combinación con un electrodo de calomel, usado como electrodo de referencia, que dispone de un compensador de temperatura. Este medidor debe calibrarse con una solución amortiguadora fresca, cuyo pH esté en el rango de operación deseada.

Debería medirse el pH con una sensibilidad de 0.01 unidades. En términos generales, para la medición de pH en aguas naturales y en aguas tratadas en plantas de potabilización, se requiere como mínimo una precisión de 0.05 unidades. 4.3.3. Procedimiento: Tome el electrodo del peachímetro y enjuáguelo con agua destilada usando un frasco lavador, o en su defecto, un frasco con válvula de spray. Asegúrese de que queda libre de grasas y sólidos suspendidos. Introduzca el electrodo del peachímetro en una muestra de agua problema, y espere que las lecturas del aparato se estabilicen.

4.4. Alcalinidad.

4.4.1. Descripción: La alcalinidad del agua puede definirse como su capacidad para neutralizar ácidos, como su capacidad para reaccionar con iones hidrógeno, como su capacidad para aceptar protones, o como la medida de su contenido total de substancias alcalinas (productoras de iones OH-). La determinación de la alcalinidad total y de las distintas formas de alcalinidad es importante en el proceso de coagulación

química porque nos permite evaluar la capacidad tampona del agua.

En la coagulación química del agua, las substancias usadas como coagulantes reaccionan para formar precipitados hidróxidos insolubles. Los iones H+ originados reaccionan con la alcalinidad del agua, y por tanto, la alcalinidad actúa como buffer del agua en el intervalo de pH en el que el coagulante puede ser efectivo. Por consiguiente, para que ocurra una coagulación química completa y efectiva, es necesario un exceso de alcalinidad. Se estima que la coagulación consume media parte de alcalinidad, expresada como CaCO3 , por cada parte de sulfato de aluminio agregada al agua cruda. Si la alcalinidad no es suficiente, se debe agregar cal primaria o carbonato liviano, Na2CO3.

En aguas naturales superficiales la alcalinidad se debe, primordialmente, a la presencia de tres clases de compuestos: carbonato, CO3= , bicarbonato HCO3- e hidróxidos OH-. En algunas aguas es posible encontrar otra clase de compuestos, como boratos, silicatos, fosfatos, etc., que contribuyen a su alcalinidad, pero de una manera tan insignificante que pueden ignorarse.

4.4.2. Medición: La alcalinidad del agua se determina por titulación con ácido sulfúrico 0.02N, y se expresa como mg/l de carbonato de calcio CaCO3 equivalente a la alcalinidad determinada.

Las reacciones de hidrolización son las siguientes:

CO3= + H2O ----( HCO3- + OH-

HCO3- + H2O ----( H2CO3 + OH- La titulación se efectúa en dos etapas sucesivas, definidas por los puntos de equivalencia para los bicarbonatos y el ácido carbónico, los cuales se indican electrométricamnte por medio de indicadores. El método clásico para el cálculo de la alcalinidad total y de las distintas formas de alcalinidad (hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos) consiste en la observación de los puntos de inflexión de las curvas de titulación para estos compuestos, suponiendo que alcalinidades por hidróxidos y carbonatos no pueden coexistir en la misma muestra.

Del análisis de las curvas de titulación obtenidas experimentalmente al graficar el pH en función de los ml de H2SO4 añadidos, se demuestra que:

La concentración de iones OH- libres se neutraliza cuando ocurre el cambio brusco de pH a un valor mayor de 8.3.La mitad de los carbonatos se neutraliza a pH 8.3 y la totalidad a pH 4.5.

Los bicarbonatos son neutralizados a pH 4.5

En la titulación con H2SO4 0.02N, los iones hidrógeno del ácido reaccionan con la alcalinidad de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

H+ + OH- ----( H2O

H+ + CO3= ----( HCO3-

H+ + HCO3- ----( H2CO3 Según lo anterior, la fenolftaleína y el metil naranja, o el metacresol púrpura y el bromocresol verde, son los indicadores usados para la determinación de la alcalinidad. La fenolftaleína da un color rosado a pH mayores de 8.3 y vira a incolora para valores de pH menores de 8.3; el metil naranja es de color amarillo en presencia de las formas de alcalinidad, o sea a pH mayor de 4.5, y vira a color naranja en condiciones ácidas; el metacresol púrpura cambia a color a pH 8.3 y el bromocresol verde a pH 4.5.

La norma para el agua potable final que ha de consumirse dice que el máximo valor admisible para la alcalinidad total, expresada como mg/lt de CaCO3, es de 100.

4.4.3. Procedimiento:

4.4.3.1. Alcalinidad a la fenolftaleína.

En un erlenmeyer de 250 ml se toman 100 ml de la muestra y se agregan 5 gotas de fenolftaleína. Si la muestra permanece incolora, significa que no tiene alcalinidad a la fenolftaleína, e indica también que está ácida, por la presencia de bióxido de carbono, CO2.

Si al agregar las 5 gotas de fenolftaleína la muestra se torna rosada, indica que la muestra tiene “alcalinidad a la fenolftaleína, F”, y para determinar el valor de esta, debe titularse con una solución de ácido sulfúrico, H2SO4, al 0.02N, hasta que vire de rosa a incoloro. El valor de F es el volumen gastado en la titulación, en ml, multiplicado por 10, y expresado en mg/lt de CaCO3.

4.4.3.2. Alcalinidad total.

A la misma muestra anterior, y luego del vire de rosa a incoloro, se le agregan 4 o 5 gotas de indicador mixto; la muestra ha de tomar un color azul. Se continua la titulación con ácido sulfúrico al 0.02N hasta que vire de azul a rosado salmón. El valor de la alcalinidad total T es el

volumen gastado en las dos titulaciones, en ml, multiplicado por 10, y se expresa en mg/lt de CaCO3. Para calcular la relación de alcalinidades debida a los diferentes iones: hidróxidos OH-, carbonato, CO3= y bicarbonato HCO3- , aplique la siguiente tabla:

Valores de F y T OH- CO3= HCO3-

Si F=0 0 0 TSi F<1/2 T 0 2F T-2FSi F=1/2 T 0 2F 0Si F>1/2 T 2F-T 2(T-F) 0Si F=T T 0 0

4.5. Temperatura.

4.5.1. Descripción: La temperatura es una medida de la energía de una materia dada. Su medición es muy importante porque otros parámetros como el sabor, el olor, la viscosidad, la actividad biológica, el grado de saturación de diferentes sustancias, etc. dependen de ella.

4.5.2. Medición: Para obtener buenas conclusiones y resultados, la temperatura debe tomarse en el sitio de muestreo. Su determinación puede realizarse con un termómetro de mercurio de buena calidad.

4.5.3. Procedimiento: Sumerja el termómetro en la muestra y espere el tiempo necesario para que la temperatura se estabilice. Si utiliza termómetro de mercurio, tenga en cuenta que este es venenoso, y debe prevenirse cualquier posible rotura en agua utilizada para consumo.

Existen otros parámetros importantes, como la acidez, la conductividad, la dureza, etc., pero con la medición de los anteriores es suficiente para evaluar la eficiencia y el desempeño de el proceso de clarificación. También son importantes el olor y el sabor, que con frecuencia ocurren juntos y son prácticamente indistinguibles y difíciles de medir. Su determinación es importante para evaluar la calidad del agua, su aceptabilidad por parte del consumidor, y en caso de contaminación, para determinar la posible fuente de contaminación. Pero su determinación es muy difícil, pues la percepción y sensibilidad varía de un individuo a otro, e incluso con un mismo individuo no se obtendrán los mismos resultados de un día a otro. El olor y el sabor aumentan al aumentar la temperatura.

A veces es útil medir la concentración residual del coagulante en las jarras después del proceso de clarificación. No siempre se obtiene la más baja concentración de coagulante residual en la jarra que produce la más baja turbiedad, en especial cuando se usan pequeñas cantidades

de coagulante. Además, debe tenerse en cuenta que la solubilidad del aluminio en el rango de 0.2 a 0.4 mg/l depende del pH del agua.

4.6. Diferencias entre la naturaleza de la turbiedad y de el color.

4.6.1. Tamaño de las partículas coloidales.

Los contaminantes causantes de la turbiedad y de el color son partículas coloidales de diferente tamaño. No hay límites definidos de tamaño para las partículas coloidales, pero por lo general, se considera que tienen una dimensión entre 1 y 1.000 milimicrones aproximadamente.

Mientras que las partículas causantes de la turbiedad son arenas, arcilla, sedimento, materia orgánica e inorgánica finamente dividida, plancton y otros organismos microscópicos, en su mayoría mayores de 1.000 milimicrones, que pueden ser retenidas el papel filtro, las partículas causantes del color verdadero se encuentran en solución verdadera, o sea que las partículas individuales son de dimensiones moleculares, esto es, de 10-6 milímetros, que equivale a un milimicrón.

En otras palabras, los componentes del color son partículas que se hayan en el límite inferior en el cual una partícula se considera coloidal, mientras que los componentes de la turbiedad se hayan en el límite superior.

Los investigadores han demostrado que los filtros de membrana comerciales, con poros de 3.5 m( retienen el 91% del color original, mientras que los poros de 10 m( retienen sólo el 13%. Esto indica que el tamaño de las partículas de color varía entre 13.5 y 10 m(, lo que se acerca bastante al límite entre dispersión coloidal y solución verdadera.

Otra diferencia importante, es que, por lo general, las sustancias que causan turbiedad son inorgánicas, mientras que las que causan color usualmente son orgánicas.

4.6.2. Afinidad de los coloides con el agua: coloides hidrofílicos y coloides hidrofóbicos.

Es muy importante también que el color se forma por coloides hidrofílicos con propiedades muy distintas a los coloides hidrofóbicos causantes de la turbiedad. Los coloides hidrofílicos muestran gran atracción por el agua, mientras que los hidrofóbicos, muestran menos atracción. El calificativo hidrofóbico (fobia al agua) es impropio, ya que si una sustancia repele completamente un medio potencial de dispersión, no podría siquiera ser mojada, y tampoco habría dispersión. Lo cierto es que las sustancias hidrofóbicas muestran una atracción

considerablemente menor por el agua que las hidrofílicas.

Los coloides hidrofóbicos son termodinámicamente inestables con respecto a la formación de grandes cristales no coloidales, con excepciones como las arcillas que son cristales con una estructura atómica reticular, o sea, en forma de red. Los análisis de arcilla han demostrado que ésta se compone principalmente de sílice, aluminio y agua, y frecuentemente contiene cantidades apreciables de hierro, álcalis y tierra alcalina.

Los coloides hidrofílicos comprenden soluciones verdaderas, ya sea de moléculas grandes o agregados de moléculas pequeñas, llamados micelas, cuyas dimensiones están dentro de los límites coloidales. Abarcan varios polímeros sintéticos y naturales y numerosas sustancias de significación biológica como proteínas, ácidos nucleicos, almidones y otras macromoléculas. La suspensiones coloidales compuestas de coloides hidrofílicos pueden deshidratarse y convertirse en el material original, y pueden de nuevo rehidratarse y redispersarse, de manera indefinida; por ello se les llama coloides reversibles. Los coloides hidrofóbicos se obtienen generalmente por medios físicos o químicos, y no se dispersan espontáneamente en el agua; por ello se les llama coloides irreversibles.

En la coagulación los coloides hidrofílicos reaccionan químicamente con el agua y con los coagulantes; los hidrofóbicos no reaccionan con el agua y su coagulación se logra predominantemente por reacciones físicas y no químicas. En los coloides hidrofílicos la estabilidad se mantiene por la hidratación, pues las moléculas de agua son atraídas a la superficie de las partículas y actúan como una barrera para el contacto entre ellas. En los coloides hidrofóbicos la estabilidad se mantiene predominantemente por un fenómeno eléctrico, conocido como la teoría de la doble capa, o sea, por la existencia de una carga opuesta envolvente a dicha superficie.

Las diferencias de opinión entre los investigadores sobre la naturaleza del color orgánico en el agua, es decir, si el color está compuesto por sustancias en solución verdadera o en estado coloidal, pueden resolverse si consideramos que el color orgánico es un coloide hidrfílico que consiste de moléculas grandes en solución. Las soluciones de coloides hidrofílicos y las de moléculas más pequeñas difieren únicamente en que el gran tamaño de las moléculas o micelas conlleva propiedades y técnicas de estudio diferentes.

4.6.3. Propiedades de los coloides.

Los coloides tiene una variedad de interesantes propiedades, que al

comprenderlas y estudiarlas, nos permiten tener una mejor visón de los mecanismos que conlleva el proceso de clarificación. Por ello las describimos a continuación:

4.6.3.1. Propiedades cinéticas.

Movimiento Browniano: Es un movimiento constante e irregular que realizan las partículas coloidales dentro de la fase líquida, y que son consecuencia del bombardeo desigual y casual de las partículas en suspensión por las moléculas del líquido. Con el incremento de temperatura las moléculas en el líquido adquieren mayor energía cinética, y en consecuencia, el movimiento browniano aumenta. Este movimiento sólo puede explicar la estabilidad de las dispersiones coloidales más pequeñas, porque para partículas mayores, los factores más importantes son corrientes de convección termal y velocidades bajas de sedimentación.Difusión: Tiene una relación estrecha con el movimiento Browniano. El movimiento constante de las moléculas de agua ocasiona que las partículas coloidales que se encuentran en movimiento browniano constante tengan tendencia a dispersarse por todas partes de la solución. La velocidad de difusión es menor que la velocidad media de las partículas en movimiento Browniano.

4.6.3.2. Propiedades ópticas.

Efecto Tyndall-Faraday: Describe el fenómeno de dispersión de la luz al pasar a través de una suspensión coloidal. La dispersión es directamente proporcional al tamaño de las partículas. El efecto Tyndall-Faraday se utiliza en la determinación de la turbiedad por medio de un nefelómetro. Esta determinación no se relaciona, infortunadamente, con el número de partículas de turbiedad, ni con la masa total de partículas en el agua, sino con el tamaño de las partículas.

4.6.3.3. Propiedades de superficie.

Las partículas coloidales se caracterizan por tener una gran superficie específica, definida como relación entre el área superficial y la masa. La gran superficie específica da a los coloides una gran capacidad de adsorción. Esto ocasiona que los coloides absorban iones en cantidades desiguales dando origen a la formación de una carga eléctrica que contribuye a su estabilidad en la solución, lo que aunado al movimiento browniano hace que sea prácticamente imposible sedimentar las impurezas coloidales sin tratamiento químico previo.

4.6.3.4. Propiedades electrocinéticas.

Son muy importantes para comprender la estabilidad de las dispersiones coloidales. Al pasar una corriente directa a través de una solución coloidal, las partículas son arrastradas a los electrodos positivos o a los negativos, según la carga eléctrica que posean. Este fenómeno, conocido como electroféresis, nos indica que las partículas coloidales tienen carga eléctrica, y que se mueven en dirección al electrodo de signo opuesto a la carga de la partícula. Casi todos los coloides tienen carga negativa y se trasladan hacia el electrodo positivo.

4.6.3.5. Fuerzas de Van der Waals.

Esta es la principal fuerza de atracción entre las partículas coloidales. La fuerza de Van der Waals es una fuerza débil de origen eléctrico, que siempre es atractiva, y decrece rápidamente con la distancia, y se debe a la interacción de dipolos permanentes o inducidos de en las partículas.

4.6.3.6. Teoría de la doble capa.

Esta teoría establece que las partículas hidrofóbicas suspendidas en el agua transportan cargas eléctricas en su superficie, la cual es comúnmente negativa para las aguas superficiales. El grado de estabilidad de la partícula es determinado por un valor llamado potencial zeta, que está relacionado con la carga de la partícula y la distancia a través de la cual la carga es efectiva.

Según la teoría, las partículas coloidales se caracterizan por poseer dos capas eléctricas alrededor de ellas, y de las cuales derivan su estabilidad en la solución. La capa interna contiene tanto cationes como aniones, pero en suma, su carga neta es negativa. La capa externa contiene cationes intercambiables como Na+, K+, Ca+2, H+, etc. El potencial zeta se refiere al contorno entre el solvente adherido a la partícula en su movimiento, y el solvente que puede moverse con respecto a la partícula. Dicho contorno o plano de corte es esencialmente la separación entre el agua de hidratación y el agua libre. En otras palabras, el potencial zeta es la medida, en milivoltios, del potencial eléctrico entre la capa fija y la capa exterior de iones de carga contraria que rodean el coloide.

La estabilidad de los coloides depende de la resultante entre las fuerzas de repulsión, ocasionadas por el potencial zeta, y las fuerzas de atracción, explicadas por Van der Waals como producto de la interacción de los dipolos de las moléculas. Para lograr la aglomeración de las partículas se debe reducir la fuerza de repulsión, de manera que las partículas puedan acercarse lo suficiente como para que las fuerzas de Van der Waals prevalezcan y permitan una colisión entre ellas, como

resultado de la cual se producen aglomeraciones fácilmente sedimentables. La reducción de las fuerzas de repulsión se logra mediante dos mecanismos básicamente:

Ajustando el pH al punto isoeléctrico, o sea, al pH en el cual la carga neta de la partícula se anula, y el potencial zeta se hace cero.Añadiendo iones de carga eléctrica contraria a la de los coloides que se quiere remover, lo cual produce, además de la disminución de la carga eléctrica neta del coloide con respecto al resto de la solución, un aumento de concentración de iones en la solución, reduciendo la distancia a través de la cual la carga es efectiva.

4.7. Relaciones entre la alcalinidad, el pH y la acidez.

La acidez de un agua puede definirse como su capacidad para neutralizar bases, como su capacidad para reaccionar con iones hidróxilo, como su capacidad para ceder protones, o como la medida de su contenido total de sustancias ácidas.

La determinación de la acidez es de importancia debido a las características corrosivas de las agua ácidas y al costo que supone la remoción y el control de las substancias que producen corrosión. El factor de corrosión en la mayoría de las aguas es el CO2, especialmente cuando está acompañado de oxígeno, pero en residuos industriales es la acidez mineral.

Como decíamos, la causa más común de acidez en las aguas naturales es el CO2, producto de la disolución del dióxido de carbono atmosférico, mientras que la respiración de la vida animal en el suelo, así como la combustión completa de materias orgánicas, son responsables de que las aguas de pozo lleguen a contener varios cientos de mg/lt de CO2. El bióxido de carbono, CO2, al reaccionar con el agua, produce ácido carbónico, H2CO3. Puede haber presentes ácidos más débiles, pero a concentraciones insignificantes. El nivel atmosférico promedio de CO2 es de 0.04%, del cual el agua de lluvia disuelve menos de 1 mg/lt. Los ácidos como el carbónico, H2CO3 incrementan la corrosividad y agresividad del agua, y pueden corroer las tuberías. El CO2 puede también estar disuelto en el agua como resultado de las reacciones de los coagulantes químicos usados en el tratamiento.

En las ecuaciones:

CO2 + H2O ----( H2CO3 ----( HCO3- + H+

M (HCO3- )2 ----( M++ + 2 HCO3-

HCO3- ----( CO3= + H+

CO3= + H2O ----( HCO3- + OH-

Puede observarse que el dióxido de carbono y las tres formas de alcalinidad forman parte de un sistema que existe en equilibrio en aguas naturales, ya que todas las ecuaciones incluyen HCO3 . Cualquier cambio en la concentración de alguno de los miembros del sistema causará una modificación del equilibrio, alterará la concentración de los otros iones y producirá un cambio en el pH. Alternativamente, un cambio de pH modificará también las relaciones existentes.

Cuando se mide el pH con exactitud, es posible calcular la cantidad de CO2 existente a partir de las expresiones para las constantes de ionización del ácido carbónico. Existen también ábacos y gráficos que permiten determinar e contenido de CO2, bicarbonatos e hidróxidos, a partir de los valores de pH, alcalinidad total, temperatura y el contenido de sólidos disueltos o residuo filtrable.

En términos generales, se ha demostrado que para que exista acidez mineral, el pH debe ser menor de 4.5, y además, que para que exista alcalinidad cáustica, el pH debe ser mayor de 10.0.

5. Principales diferencias entre la prueba de jarras y el proceso real.

Existen claras diferencias entre la prueba de jarras y el proceso real:

5.1 En el proceso real existe un flujo continuo de manera que la masa sufre un tratamiento desigual, puesto que parte de ella queda retenida durante largo tiempo, mientras que otra parte pasa casi de inmediato. En la prueba de jarras el agua queda retenida durante todo el tiempo que dura el ensayo.5.2. La escala de las jarras no guarda relación con la escala del floc, por cuanto este se produce a escala real, mientras que las jarras son cientos de veces más pequeñas que los reactores o tanques. Por tanto, la proporción entre la escala de turbulencia que se produce en uno y otro caso, y el tamaño del floc es diferente, lo que afecta la velocidad de aglutinamiento de las partículas.5.3. En la prueba de jarras la formación de los primerss núcleos de floc es una reacción que demora algún tiempo en llevarse a cabo. De estos núcleos depende el choque y la aglomeración de partículas, necesarias para la clarificación. En el proceso real el floc siempre está presente en los reactores o piscinas, por lo que los choques y aglomeraciones se producen inmediatamente después de que el agua y los químicos entran a la etapa de mezcla lenta, por lo que no se requiere del tiempo para la

formación de los núcleos de floc que requiere la prueba de jarras.5.4. Los tiempos de cada etapa son mayores en la planta, por lo que los procesos de clarificación se llevan a cabo de una manera más completa en el proceso real, que en la prueba de jarras.5.5. La dosificación de los coagulantes y/o floculantes y la agitación de la masa de agua puede ser mucho mejor controlada en la prueba de jarras que en la planta de tratamiento.5.6. La geometría de los equipos de pruebas de jarras y de las paletas de agitación son muy diferentes de el diseño geométrico real de la planta, de manera que en jarras se induce un movimiento helicoidal del agua y de las partículas que contiene, que no es igual al movimiento browniano real de la dispersión coloidal en la planta. A veces se recurre al uso de estatores o deflectores fijos de tipo continuo o discontinuo en las jarras tratando de minimizar los resultados erróneos producidos por las diferencias en los esfuerzos cortantes entre las láminas de agua que se deslizan con diferentes velocidades, en un movimiento que depende de la viscosidad del agua, y por ende de su temperatura.5.7. El volumen de agua de las jarras es pequeño en comparación con el gran volumen que se maneja en los tanques o reactores reales, de manera que la prueba de jarras es una reproducción parcial del proceso.

Aún con todas sus limitaciones, la prueba de jarras es el mejor modelo predictivo de los resultados que se pueden obtener en planta bajo unas condiciones y parámetros determinados. Debe tenerse en cuenta de que el hecho de que la prueba de jarras sea un ensayo rutinario en la operación de las plantas, no significa que pueda ejecutarse descuidadamente, lo que, por desgracia, suele ser bastante común.

6. Observaciones técnicas durante la prueba de jarras.

Una vez definida la duración y el grado de agitación en cada una de las etapas a simular en la prueba de jarras, se procede a realizarla teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

6.1. La confiabilidad de los resultados obtenidos mediante la prueba de jarras depende de la precisión con la cual se hallan controlado las condiciones de simulación.6.2. La repetitividad lo más exacta posible entre prueba y prueba, que se logra controlando muy bien los tiempos y velocidades de agitación en cada etapa, nos permite correlacionar las diferentes corridas y sacar conclusiones acertadas al comparar los diferentes ensayos. Se debe tener en cuenta que al realizar diferentes pruebas de jarras con la misma calidad de agua cruda, con igual dosificación de químicos, pero con diferentes velocidades y tiempos de agitación, se obtienen resultados sustancialmente diferentes. De no tener un buen control sobre la igualdad de los tiempos y velocidades de agitación, no se podrá

asegurar que los cambios observados se deban a la variación de la dosificación, ni que las diferentes pruebas de jarras realizadas sean equivalente entre si.6.3. La exactitud en la preparación de soluciones, que aseguren el control de la dosificación a través de las diferentes corridas que por lo general, toman varios días.6.4. La exactitud en la dosificación de los químicos. Generalmente se trabajan jarras con volúmenes relativamente pequeños (1 o 2 lt) y con soluciones a concentraciones a las cuales la sobredosificación de una gota (0.05 ml) o dos gotas (0.1 ml) de solución produce un error significativo en términos de ppm adicionadas. Siempre que sea posible, se debe tratar de dosificar con jeringas plásticas desechables, una para cada jarra, que garantizan una buena exactitud en cuanto al volumen de solución dosificado, y por ende, un buen control de las ppm adicionadas. La dosificación con pipeta es más difícil de controlar, y susceptible de errores de sobredosificación, además de demorada.6.5. La simultaneidad en la dosificación de las jarras. Si hay tiempos muy grandes entre la dosificación de una jarra y la dosificación de la jarra consecutiva, por ejemplo, más de 30 segundos, tendremos que el tiempo transcurrido entre la dosificación de la primera jarra y la dosificación de la sexta jarra puede ser de más de 3 minutos, lo cual conlleva a que la primera jarra tiene 3 minutos más de agitación y de tiempo de reacción que la sexta jarra. En estas condiciones no se puede decir que la primera y la sexta jarra sean equivalentes. El error introducido por tal procedimiento es grande, pues es lógico que la jarra con mayor tiempo de agitación deberá tener una mejor coagulación, ya que esta depende de la dispersión del químico en el agua, así como del número de choques entre partículas, variables estas que son directamente proporcionales al tiempo de agitación. Se debe tratar de utilizar los dispositivos apropiados mencionados en la sección que describe el equipo necesario, o con jeringas que minimizan el tiempo de dosificación.6.6. La simultaneidad en la toma final de las muestras de agua sobrenadante en cada una de las jarras. Similarmente al punto anterior, una demora de más de 30 segundos entre la toma de la muestra de la primera jarra y la toma de muestra de la jarra consecutiva conduce a que la sexta jarra tenga un tiempo de sedimentación mayor de 3 minutos que el de la primera jarra, lo cual puede conducir a elegir erróneamente como la mejor jarra aquella que ha tenido más tiempo de sedimentar. Lo ideal es disponer de 6 vasitos, uno para cada jarra, y trata de tomar en cada vaso las muestras de agua sobrenadante de cada jarra en el menor tiempo posible.

7. Preparación de soluciones.

Las soluciones han de prepararse a una concentración tal, que permitan

la flexibilidad en la aplicación y variación de la dosis, así como la precisión en la medición de los pequeños volúmenes a dosificar. Las soluciones se deben utilizar “frescas”, puesto que cambian con el tiempo. Por ello es necesario preparar diariamente la cantidad que se va a usar durante el día. La soluciones deben preparase con los mismos coagulantes utilizados en planta, y no con reactivos de laboratorio purificados.

7.1. Solución de sulfato de aluminio.

Las soluciones de sulfato de aluminio de 10% o más de concentración pueden conservarse hasta por dos meses, mientras que las soluciones diluidas al 1% o 2% no se pueden conservar por más de 24 horas, porque se hidrolizan y pierden buena parte de su capacidad de coagulación.

Lo ideal en esta solución es que al agregar a las jarras 1 ml esté adicionando 10 ppm de sulfato de aluminio. Por ejemplo, si se trabaja con jarras de 2 lt:

2 lt x 10 mg de sulf. de al. = 20 mg de sulf de al 1 lt de solución

Cada ml de la solución a dosificar debe contener 20 mg de sulfato de aluminio, esto es 0.02 g de sulfato de aluminio por cada mililitro, que corresponde a una solución del 2%. Siguiendo el mismo procedimiento, encontramos que para jarras de 1 litro la solución a preparar debe de ser de 1% de concentración.

Para preparar la solución, inicialmente se toma la densidad y la temperatura de la solución madre de sulfato de aluminio a partir de la cual se va a preparar una solución al 2% para realizar la prueba de jarras. En planta la planta Río Cali se dispone de una solución de aproximadamente el 20% de concentración, mientras que en Puerto Mallarino se prepara al 40%.

Por ejemplo, si al tomar estos datos encontramos que la temperatura es de 23.3ºC y la densidad de la solución, ( = 1.110 g/cc

De las tablas entregadas por los proveedores se encuentra que:Para ( = 1.110 y T = 20ºC, entonces concentración = 17.69%Para ( = 1.110 y T = 25ºC, entonces concentración = 18.23%

Extrapolando:

% - 17.69 = 23.3 - 20 ( % = 3.3 x 0.54 + 17.69 =

18.04%18.23 - 17.69 25 - 20 5

La concentración de la solución de Sulfato de Aluminio de ( = 1.110 y T = 23.3ºC es de 18.04%.

Ahora hallamos el volumen de solución al 18.04% que debemos tomar para preparar 500 ml de solución al 2%.

V1 x C1 = V2 x C2 ( V1 = 500 ml x 2% = 55.43 ml 18.04%

Procedimiento: Medir con una pipeta 55.43 ml de solución de sulfato de Aluminio al 18.04% y verterr en un balón aforado de 500 ml. Completar y mezclar bien con agua destilada hasta enrazar el balón.

7.2. Solución de cal.

Esta solución se debe preparar cuando se tiene una baja alcalinidad en el agua cruda. Similarmente a la solución de sulfato de aluminio, esta solución deberá prepararse al 1% si se trabaja en jarras de 1 lt, o al 2% en caso de utilizar jarras de 2 lt.

Su preparación es también similar a la preparación de sulfato de aluminio. Se toma la densidad a la solución madre disponible en planta, y se busca su concentración en la tabla. Posteriormente se utiliza la formula:

V1 x C1 = V2 x C2

y se calcula el volumen inicial necesario de solución madre a tomar para obtener el volumen y la concentración final de la solución deseada. Luego se toma este volumen inicial de solución madre, se vierte en un balón aforado de volumen deseado, y se enraza con agua destilada.

La tabla de concentración-densidad para la lechada de cal es la siguiente:

% en Peso Densidad ( en gr/cc

1 1.0052 1.0103 1.0204 1.0255 1.0306 1.040

7 1.0458 1.0509 1.06010 1.065

Debe evitarse el contacto de la solución de cal preparada con el aire, cuyo contenido de CO2 puede reaccionar con el óxido de calcio para formar carbonato que precipita. La solución de cal debe agitarse siempre antes de usarse.

7.3. Solución de polímero.

Los polímeros se utilizan muy diluidos, y a muy bajas dosificaciones. Lo ideal para dosificar el polímero es preparar una solución que me permita adicionar, en 1 ml de solución, 0.1 ppm de polímero, referido al volumen de la jarra. Si se van a utilizar jarras de 2 lt:

2 lt x 0.1 mg polímero = 0.2 mg de polímero 1 lt solución

Esta es la cantidad de polímero que debe de haber en cada ml de solución, esto es 0.0002 g de polímero en 1 ml de solución. Lo cual corresponde a una solución de el 0.02%. Para obtener una buena precisión al medir un volumen tan pequeño de polímero, se requiere de preparar 1 litro de solución. Para ello disolver 0.2 g de polímero en 1 lt de agua destilada. Como la densidad del polímero es de 1.08 g/cc:

0.2 g de polímero = 0.185 ml de polímero 1.08 g/cc

Vemos que el polímero es demasiado viscoso, y no permite medirlo en pipeta graduada de 1 ml, por lo que debo realizar doble dilución.

Procedimiento: En una pipeta de 2 ml medir 1.85 ml de polímero (corresponde a 2 gr), teniendo cuidado de lavar la gran cantidad de polímero que se adhiere a la parte exterior de la pipeta. Adicionar a un balón aforado de 1 lt. Diluir en agua destilada, y enrazar el balón. Tomar en un balón aforado de 100 ml de esta solución (100 ml de solución contienen 0.185 g de polímero) y pasarla a un balón aforado de 1 lt, completar con agua destilada hasta enrazar el balón. La concentración de esta solución es de 0.02% en polímero.

Si el volumen de las jarras es de 1 lt, la concentración de la solución de polímero debe de ser de 0.01%.

8. Selección de la dosificación.

La tabla de dosificación para las anteriores soluciones preparadas de acuerdo al volumen de las jarras, es la siguiente:

Para las soluciones de sulfato de aluminio y de cal: Para adicionar Volumen dosificado ppm ml

5 0.510 1.015 1.520 2.025 2.530 3.035 3.540 4.045 4.550 5.060 6.070 7.080 8.090 9.0

100 10.0

En este caso es recomendable utilizar jeringas plásticas desechables de 10.0 ml.

Para el polímero, la tabla de dosificación para las anteriores soluciones preparadas de acuerdo al volumen de las jarras a utilizar, es la siguiente:

Para adicionar Volumen dosificado ppm ml

0.02 0.20.04 0.40.06 0.60.08 0.80.10 1.00.12 1.20.14 1.40.16 1.60.18 1.80.20 2.0

Para este caso es recomendable utilizar jeringas plásticas desechables de 2.0 ml.

8.1. Selección de la dosificación de sulfato de aluminio.

La selección de la dosificación a utilizar es un paso muy importante, puesto que, si se elige el rango apropiado, se podrá encontrar la dosis óptima de dosificación del químico. La dosificación dependerá de los parámetros iniciales del agua, fundamentalmente de la turbiedad. Podemos encontrar una buena orientación analizando los datos históricos de operación. Para estos casos realmente lo que mejor puede orientar a quien realiza la prueba de jarras es la experiencia, tanto en la realización de la prueba de jarras, como en el conocimiento del agua con la cual se trabaja. También puede servir de orientación la dosis que se utilice en el momento en la planta.

Es muy importante también tener en cuenta que la alcalinidad que debe tener el agua cruda debe ser el doble de la dosis de sulfato de aluminio a aplicar más 12 ppm adicionales que han de servir como alcalinidad remanente para amortiguar la caída de pH, el cual deberá ser mayor que 5, a fin de obtener una buena coagulación

En caso de no tener ni idea del valor aproximado de la dosificación que se debe utilizar, guíese por la siguiente tabla:

TURBIEDAD DOSIS APROX. DE SULFATO NTU Mg/lt o ppm

0 a 20 10 30 a 60 10 a 15 60 a 80 12 a 17 80 a 100 14 a 20100 a 150 17 a 25150 a 200 20 a 35200 a 300 25 a 45300 a 400 25 a 50400 a 500 25 a 60

Una vez seleccionada la dosis inicial aproximada, elija para la primera jarra un valor ligeramente por debajo de la dosis escogida, y aumente progresivamente la dosificación para las jarras siguientes en 2 ppm. Por ejemplo, si usted cree que la dosis apropiada es 24 ppm, dosifique en la primera jarra 20 ppm, en la segunda 22 ppm, en la tercera 24 ppm, en la cuarta 26 ppm, en la quinta 28 ppm, y en la sexta 30 ppm. Se describe la anterior prueba como jar-test de 20 en 2, que quiere decir

iniciando con 20 ppm, y aumentando de 2 en 2. Lo anterior le permite hacer un barrido en un rango de 20 a 30 ppm. Debe de procurarse que la mejor jarra quede en medio, ya que, cuando la mejor jarra que se obtiene es la primera, queda la duda de que dosificando menores cantidades se obtengan mejores resultados. Similarmente, si la mejor jarra obtenida es la última, queda la duda de que se obtengan mejores resultados con un mayor dosificación.

Si prefiere hacer un barrido en un rango más amplio, puede agregar en cada jarra 3 ppm más que lo que agrego a la anterior, o sea, un jar-test de 20 en 3, para al cual las dosis serán de 20, 23, 26, 29, 32 y 35, sucesivamente. Cuando se trabaja con aguas de alta turbiedad, es mejor realizar barridos amplios, digamos de 5 en 5.

8.2. Selección de la dosificación de cal hidratada.

El sulfato de aluminio, o alumbre en su forma cristalizada tiene la fórmula química de Al2(SO4)3.14H2O, que es una forma deshidratada del Al2(SO4)3.18H2O y tiene agua de cristalización correspondiente a 14.3 moles. Usualmente se le asigna un peso molecular de 600. Cuando se requiere un ajuste de la alcalinidad del agua cruda, debe tenerse en cuenta la dosis de sulfato de aluminio que se va a utilizar, y calcular el ajuste necesario de acuerdo a la siguiente ecuación:

Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(OH)2 -----( 2Al(OH)3 + Ca+2 + SO4 -2 600 3 x 74 = 222

Se ve que 600 partes de alumbre requieren 222 partes de cal apagada, o aproximadamente, por cada 3 partes de Sulfato de aluminio se requiere una parte de hidróxido cálcico. Otra forma de expresar lo anterior es que cada mg/l de alumbre debe disponer de aproximadamente 0.35 mg/l de solución de cal. Esta relación es directa siempre y cuando las soluciones de sulfato de aluminio y de hidróxido de calcio que se van a dosificar hayan sido preparadas a la misma concentración. Debe tenerse en cuenta también que se requiere de una alcalinidad residual de 12 ppm, que tampone la solución, a fin de evitar una caída de pH.

Por ello es importante medir la Alcalinidad inicial del agua cruda y realizar el siguiente cálculo:

Dosis de cal = {Dosis de Sulfato - [(Alcalinidad inicial - 12) x 2]} dividido entre 3

Esta es la dosis de cal, en ppm que se debe dosificar.

8.3. Selección de la dosificación de polímero. Cuando el objeto de la prueba de jarras es encontrar la dosificación ideal de una mezcla de dos químicos, por ejemplo, coagulante y ayudante de coagulación, deberá correrse una prueba inicial sin polímero o ayudante de coagulación, para establecer la dosis óptima de sulfato de acuerdo a la turbiedad inicial del agua cruda. Una vez se establezca la dosis óptima de coagulante, se corre la siguiente prueba en la cual se disminuye la dosis óptima de coagulante encontrada en 15% a 20%, dependiendo del valor de la turbiedad, a mayor turbiedad, mayor disminución de la dosis de coagulante, y mayor la relación de reemplazo que realiza el ayudante de coagulación. Se agregará esta dosis fija de coagulante a todas las jarras. La dosis de polímero se correrá de 0 en 0.02, de manera que la primera jarra no lleva dosis de ayudante de coagulación, y se denomina blanco de polímero. Las dosis consecutivas de polímero de la segunda jarra en adelante serán de 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 y 0.1. Se deberán realizar varias corridas de jar-test para establecer las dosis óptimas. Una buena metodología es variar primero la dosis de polímero, dejando constante la dosis de sulfato, que será la hallada en la primera prueba de jarras corrida sin polímero, menos el 15%, que será el reemplazo inicial que se intentará, con lo cual se encontrará también una dosis inicial óptima de polímero. En la siguiente prueba se usará como constante la dosis inicial óptima de polímero encontrada, y se variará la dosis de sulfato, de manera que se reajustará esta dosis. Y así sucesivamente. Debe tenerse en cuenta que en cada corrida de jar-test, se puede variar sólo una de las dosificaciones mientras que la otra permanecerá constante a través de todas las jarras, es decir, o se varía el polímero, o se varía el sulfato, pero no se deberán variar ambas en una misma corrida, puesto que entonces no se sabrá a cual de los químicos, el sulfato o el polímero, se le deberá atribuir la diferencia en los resultados obtenidos.

9. Realización de la prueba de jarras.

9.1. Llene las jarras con igual volumen de agua a tratar (1 o 2 lt). Es importante que queden a igual volumen, o de lo contrario la concentración, en ppm, no se sabrá con exactitud. Medir inicialmente los parámetros a evaluar: temperatura, turbiedad, color, pH y alcalinidad, como mínimo.9.2. Llenar las jeringas con las dosis seleccionadas de químicos.9.3. Poner agitación de 100 a 200 R.P.M., por un período de tiempo de 1 a 2 minutos. (Etapa de mezcla rápida - Coagulación) Agregar las dosificaciones vaciando rápidamente las jeringas dentro de las jarras, y empezar a medir el tiempo con la ayuda de un cronómetro. En la planta Río Cali se agita a 120 R.P.M. aproximadamente por 30 segundos para

simular esta etapa, mientras que en la Planta de Puerto Mallarino se agita, en promedio, a 150 R.P.M., durante 1 ½ minuto. Observe si se empieza a apreciar la coagulación, aunque, usualmente, aún es demasiado temprano para apreciarla.9.4. Transcurrido el tiempo de la etapa de mezcla rápida o coagulación, disminuir la velocidad de mezcla a un valor entre 10 y 60 R.P.M., por un período de tiempo entre 10 y 30 minutos, para simular la etapa de floculación. En la planta Río Cali se agita a 30 R.P.M. aproximadamente durante 10 minutos, mientras que en la planta de Puerto Mallarino se usa una velocidad de 50 R.P.M. durante 20 minutos. Observe el floc que se empieza a formar, y trate de establecer cual jarra coaguló y floculó primero, y cual produce el floc de mejor tamaño y peso.9.5. Apagar la agitación y sacar las paletas de las jarras, para simular la etapa de sedimentación. Esta etapa siempre ocurre sin agitación, y por un tiempo aproximado de 10 a 15 minutos. En ambas plantas, de Río Cali y Puerto Mallarino se simula la sedimentación en un tiempo de 10 minutos. Trate de observar en cual jarra se forma el primer floc, aún cuando no suele ser fácil, puesto que el floc recién formado es casi incoloro. También es interesante observar en cual jarra se forma el floc más grande, y en cual sedimenta más rápido, así como la evolución del floc al sedimentar. No necesariamente el floc más grande es el que sedimenta más rápido. Observe también que se forma un zona de líquido clarificado en la parte superior de la jarra, producto de una sedimentación relativamente rápida en esta zona, del centro hacia abajo de la jarra se observa que se concentra el floc que está sedimentando y la velocidad de precipitación se hace más lenta. En el fondo de la jarra se observa el lodo sedimentado.9.6. Transcurrido el tiempo de sedimentación, tener listos 6 vasitos y depositar en ellos aproximadamente 45 ml de agua sobrenadante. Se debe tratar de que no se produzca agitación en la jarra al tomar la muestra. Esta se debe tomar del agua que esta aproximadamente a 2 cm por debajo del nivel de agua, para evitar tomar en ella partículas superficiales, como polvo, pelusa o demás materiales que puedan haber caído en la jarra durante la realización de la prueba y que puedan causar error en las posteriores mediciones de los parámetros Es muy útil utilizar una jeringa plástica desechable de 50 o 60 ml para tomar las muestras de agua sobrenadante. (De las que se usan para inyectar el ganado) Las muestras se deben de tomar lo más rápidamente posible, para que todas las jarras tengan igual tiempo de sedimentación.9.7. Al realizar la lectura de la turbiedad, se debe agitar al vasito en el que se depositó la muestra, a fin de devolver a la solución el floc sedimentado durante el tiempo transcurrido entre la toma de la muestra y la lectura de la turbiedad.9.8. Medir los demás parámetros a evaluar.

Elaborado por: Ing. María Faride Restrepo T.

Santiago de Cali, Mayo de 1.999.PÁGINA PÁGINA "\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼g"\% (ä*¨-l003ô5¸8|;@>LØNœQ`T$WèY¬\p_4bød¼gyae124NormalNormalTítulo 1Título 1Título 2Título 2Título 3Título 3Título 4Título 4Título 5Título 5Título 6Título 6Título 7

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35deletc.s s de las partículas suspendidas ondeldeliiigsPor estodela turbiedad es unEl Decreto 475 de 1.998isdeldeldelprimerodelverterdelNormalNormalTítulo 1Título 1Título 2Título 2Título 3Título 3Título 4Título 4Título 5Título 5Título 6Título 6Título 7Título 7Título 8Título 8Título 9Título 9Fuente de párrafo predeter.Fuente de párrafo predeter.EncabezadoEncabezadoPie de páginaPie de páginaNúmero de páginaNúmero de página$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOCACUACALIACUACALIA:\MANUALES.DOCSIGCALI>C:\WINDOWS\TEMP\Guardado con Autorrecuperación de MANUALES.asdSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.doc

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Título 7Título 8Título 8Título 9Título 9Fuente de párrafo predeter.Fuente de párrafo predeter.EncabezadoEncabezadoPie de páginaPie de páginaNúmero de páginaNúmero de páginaACUACALIACUACALI$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOCACUACALIACUACALIA:\MANUALES.DOCSIGCALI>C:\WINDOWS\TEMP\Guardado con Autorrecuperación de MANUALES.asdSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docA:\MANUALES.DOCSIGCALI>C:\WINDOWS\TEMP\Guardado con Autorrecuperación de MANUALES.asdSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.doc@HP Color LaserJet 5/5M (HP)

HP Color LaserJet 5/5M (HP)HP Color LaserJet 5/5M (HP)HP Color LaserJet 5/5M (HP)HP Color LaserJet 5/5M (HP)Times New RomanTimes New RomanSymbolSymbolTimes NewTimes NewACUACALIACUACALI$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPOSIGCALI$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPOSIGCALIa jarra se observa el lodo sedimentado.9.6. Transcurrido el tiempo de sedimentación, tener listos 6 vasitos y depositar en ellos aproximadamente 45 ml de agua sobrenadante. Se debe tratar de que no se produzca agitación en la jarra al tomar la muestra. Esta se debe tomar del agua que esta aproximadamente a 1 cm por debajo del nivel de agua, para evitar tomar en ella partículas superficiales, como polvo, pelusa o demás materiales que puedan haber caído en la jarra durante la realiOON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPOSIGCALIRoot EntryRoot Entry1Table1TableWordDocumentWordDocumentSummaryInformationSummaryInformationDocumento Microsoft WordMSWordDocWord.Document.8ACUACALIACUACALI_PID_GUID{F8713A64-135E-11D3-AA07-00A024D3DD5A}{F8713A64-135E-11D3-AA07-00A024D3DD5A}ACUACALIWILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPONormal.dotSIGCALI

Microsoft Word 8.0$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOC$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPO C:\TRABAJOS\DIRWORD\MANUALES.DOCACUACALIACUACALIA:\MANUALES.DOCSIGCALI>C:\WINDOWS\TEMP\Guardado con Autorrecuperación de MANUALES.asdSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALIbC:\WINDOWS\TEMP\Guardado con Autorrecuperación de Manual de jarras, clarificación y mediciones.asdSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docA:\MANUALES.DOCSIGCALI>C:\WINDOWS\TEMP\Guardado con Autorrecuperación de MANUALES.asdSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.docSIGCALIbC:\WINDOWS\TEMP\Guardado con Autorrecuperación de Manual de jarras, clarificación y mediciones.asdSIGCALI3A:\Manual de jarras, clarificación y mediciones.doc@HP Color LaserJet 5/5M (HP)HP Color LaserJet 5/5M (HP)HP Color LaserJet 5/5M (HP)HP Color LaserJet 5/5M (HP)HP Color LaserJet 5/5M (HP)Times New RomanTimes New RomanSymbolSymbolTimes NewTimes NewACUACALIACUACALI$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPOSIGCALI

$WILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPOSIGCALIRoot EntryRoot Entry1Table1TableWordDocumentWordDocumentSummaryInformationSummaryInformationDocumentSummaryInformationDocumentSummaryInformationCompObjCompObj0Table0TableDocumento Microsoft WordMSWordDocWord.Document.8ACUACALIACUACALI_PID_GUID{F8713A64-135E-11D3-AA07-00A024D3DD5A}{F8713A64-135E-11D3-AA07-00A024D3DD5A}ACUACALIWILSON LOPEZ Y MARIA FARIDE RESTREPONormalSIGCALIMicrosoft Word 8.0