TITULO: ESTUDIO DE LA PENCA DE TUNA (Opuntia Picus), COMO

FLOCULANTE NATURAL, PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS.

JOSE LUIS MALAGA TEJADA

I.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

El estudio de tratamiento de agua surge como una necesidad a raíz de su

potabilizacion atizándose muchas tecnologías en su tratamiento, ya sea por los

primeros métodos electromagnéticos luego hidráulicos, surgiendo en este

ultimo método la coagulación y floculación; tecnología que ayuda a la

captación, formación y sedimentación de floculos, a partir de polielectrolito

siendo los mas conocidos el sulfato de aluminio y ferroso. Existiendo además

de estos los polímetros sintéticos y naturales. Los polímetros sintéticos o

floculantes sintéticos, en su mayoría fabricados con monómeros de alta

toxicidad; como el silicato de sodio activado. Los polímetros naturales o

floculantes naturales obtenidos de las síntesis de plantas, como sus proteínas,

carbohidratos y glucósidos; por no tener una toxicidad casi nula y

biodegradable y en muchos casos comestibles. La tuna requiere un estudio

para su posible tratamiento como tal además de ser una planta netamente

nativa de la región, cuyo estudio en la región aun no esta desarrollado.

Floculantes como el sulfato de aluminio y ferroso son los mas utilizados

mundialmente y por ende en el país y al región utilizados por su alta efectividad

en el barrido de los floculos, surgiendo el problema de su alto costo en el

mercado local siendo estos productos importados de otras zonas del país y

muchas veces del mercado internacional; teniéndose aquí una de las

principales causas del elevado costo que implica la potabilizacion del agua.

También tenemos que expresar nuestra preocupación, ya que en la región

Puno cuenta con muchos distritos y comunidades alejadas de la ciudad donde

no llega el servicio de agua potable; algunos de estos distritos no cuentan con

los recursos económicos para su construcción. Teniendo además el

desconocimiento de la población de estos sectores sobre el tratamiento directo

del tratamiento de aguas.

1

La agricultura es una de las principales actividades de la región, no teniéndose

muchos sembríos de tuna ni difundido entre los agricultores y campesinos de la

región Puno.

Basados en los planteamientos anteriores tenemos las siguientes

interrogantes:

¿Será posible obtener de la penca de tuna un floculante natural para el

tratamiento de agua?

¿Cuál es el rendimiento del floculante natural de penca de tuna comparado

con los floculantes tradicionales?

¿Es posible optimizar el tratamiento del floculante natural de penca de tuna

con algún otro flocúlate?

II.- ANTECEDENTES:

(Robles, 2006).Determino que la contaminación y la escasez de agua son

problemas de gran importancia en el ámbito mundial. La ciudad de Querétaro,

México, no es la excepción. En el tratamiento de aguas existe el proceso

fisicoquímico que involucra coagulantes y floculantes para eliminar partículas

en suspensión (Andía, 2000).El sulfato de aluminio es el coagulante mas

utilizado por dar mejores resultados. Esta investigación tuvo como objetivo,

reducir el sulfato de aluminio combinado con floculantes naturales como el

nopal (cladodio de opuncia) para el tratamiento acorde con las normas

mexicanas y reducción de su costo. Usando agua de la presa de Batan,

ubicada en la ciudad de Querétaro, México. Se determino, temperatura,

turbiedad y pH. Posteriormente se realizaron pruebas de jarras variándose la

concentración de sulfato de aluminio y cladodio de nopal. Seguidamente, se

analizo nuevamente turbiedad y pH. De los resultados obtenidos se destaca

que la combinación de sulfato de aluminio y de nopal disminuye la turbiedad de

40.6 a 4.86 UNT (Unidades nefelometricas de turbiedad), los que cumple con

las normas oficiales mexicanas: NOM_201-SSA1-2002 y NOM-127-SSA1-

1994.

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(Almendárez, 2003).Planteo que al inicio de la década de los 70 de este siglo,

en varios países latinoamericanos se adoptó la tecnología de tratamiento de

agua potable para países en vías de desarrollo. Se propuso la utilización de

coagulantes naturales de cada región que pudieran en parte o en su totalidad,

disminuir el consumo de los reactivos químicos importados. Sin embargo la

toxicidad de los polielectrolitos sintéticos debe investigarse y someterse a un

exigente control de calidad, pues a veces los monómeros utilizados en la

producción de polímeros son tóxicos. En cambio la toxicidad de los polímeros

naturales es por lo general mínima o nula; pues se les usa en muchos casos

como comestibles. De lo anterior se desprende la importancia del desarrollo de

esta línea de investigación, obteniéndose resultados satisfactorios en esta

primera etapa.

(Cardoso 2003).Describe una nueva aplicación de los polímeros derivados del

quitosano parcialmente hidrolizado (> al 75%) como floculantes para

tratamiento de aguas residuales contaminadas con hidrocarburos y más

específicamente, con aguas residuales de los negocios de lavado de autos. La

floculación es útil en el proceso de clarificación de aguas potables y de origen

industrial. Las ventajas de estos polímeros naturales como floculantes son:

menor formación de lodos, no se requiere un ajuste drástico del pH, forman

agregados más grandes y compactos, se forman más rápidamente, la

concentración de sales permanece baja y, finalmente, por ser polímeros

naturales, son biodegradables y no afectan a los ecosistemas. Las aguas

generadas en los autolavados son de difícil tratamiento, ya que contienen

grasas (tanto emulsionadas como libres), detergentes, ceras, tierra, metales

disueltos, entre otros.

(Rodríguez 1994). Expresa que los residuos líquidos producto de la perforación

están constituidos por lodos, grasas, aceites y eventualmente aguas lluvias. 

Estos residuos hasta la presente, han sido tratados con Sulfatos de Aluminio y

polímeros industriales como coagulantes-floculantes.  Con el propósito de

reemplazarlos por productos naturales se realizaron ensayos de Laboratorio

que permitieron compara el comportamiento y rendimiento de estos frente a los

productos tradicionales. El presente estudio tiene como objetivo optimizar el

3

tratamiento de las aguas industriales provenientes del proceso de perforación

con el fin de disminuir el número y el dimensionamiento de las piscinas de

lodos convencionales,  utilizando productos naturales y algunos polímeros

suministrados por firmas encargadas de comercializarlos o aplicarlos

directamente en campo.  Para evaluar la eficiencia del tratamiento se realizaron

ensayos de laboratorio, mediante pruebas de jarra.  En este análisis se

apreciaron las características del Zumo de Fique como coagulante-floculante,

así como las propiedades clarificantes del cristal de sábila en tratamientos con

Sulfato de Aluminio. Se probaron otros productos tales como Harinas de Nuez

y Haba, Zumos de Papaya y Durazno y Almidones de Papa y Yuca son obtener

ningún resultado satisfactorio.

(Rios 2006).Describe la obtención del sulfato de quitosano (SQ), mediante la

codificación química del quitosano (Q). El SQ fue caracterizado por FTIR,

RMN-13C, análisis elemental y valoración potenciométrica. Con este método

de síntesis se obtuvo una sustitución selectiva de los grupos hidroxilo del C6 el

quitosano, dejando sin sustituir los grupos amino. El producto obtenido fue

utilizado para el tratamiento de coagulación- floculación de suspensiones

modelo de partículas coloidales aniónicas de caolinita. El sulfato de quitosano

presenta buenas propiedades de solubilidad y demostró ser un buen

coagulante-floculante en medios ácidos.

(Larez 2006). Muestra de una manera clara y sencilla la facilidad de producir y

aplicar dos polímeros naturales muy antiguos en lo que se refiere a su

aparición en la tierra pero muy actuales en cuanto a sus posibilidades de

aplicación: la quitina y el quitosano. Las aplicaciones que se describen son

solamente algunas de la amplia gama posible, mostrándose éstas debido a la

utilidad que pudieran tener en el desarrollo de áreas vitales en el país como:

agricultura (protección de semillas, liberación controlada de fertilizantes,

funguicidas, etc.), tratamiento de aguas (floculantes, coagulantes, agentes de

desmetalización, pesticidas, etc.) medicina (producción de glucosamina,

cremas cicatrizantes, etc.), cosméticos (adelgazantes, agente hidratante,

aditivo, champúes, etc.) y biosensores (para agentes patógenos en alimentos,

para especies tóxicas en aguas residuales, etc.).

4

(Montaño 1989). Describe la obtención de coagulantes a partir de productos

naturales que sustituyen a los polielectrolitos sintéticos en su aplicación para el

tratamiento del agua. Desarrolla los pasos para su obtención desde productos

naturales, como la tuna, flamboyant y almidones, describiendo sus

características y propiedades. Destaca la efectividad de los coagulantes

naturales durante el proceso de floculación. Determina la forma de aplicación

de los coagulantes para lograr un adecuado tratamiento del agua para

consumo humano.

III.- JUSTIFICACION:

El estudio de la penca de tuna, como un posible polímero natural surge a partir

de buscar nuevas sustancias químicas naturales que no sean toxicas para el

tratamiento de agua en su etapa de coagulación-floculación. Innovando en

este campo de sustitución o de combinación de este posible polímero natural

conjuntamente con algunos floculantes tradicionales en la región Puno.

El uso de los floculantes comerciales mas conocidos mundialmente tales como

el sulfato de aluminio se encuentra en el mercado local a S/. 120-140 la bolsa

por 40Kg y el sulfato ferroso S/. 80-100 la bolsa por 40Kg; teniendo que

utilizarse grandes cantidades de estos floculantes para el tratamiento de

coagulación-floculación. Por ello el floculante natural de penca de tuna aparece

como una alternativa ya sea para sustituir o acompañar a los floculantes

tradicionales utilizados en la región.

En las zonas alejadas de la región Puno el abastecimiento de agua potable no

llega a todas las comunidades y distritos alejados, donde el desconocimiento

del tratamiento, es así que surge la posibilidad de que este floculante natural

sea utilizado como un pre-tratamiento en estas zonas para su consumo diario

de agua de la población.

La región puno se caracteriza por ser netamente una zona agrícola y es por

ello que en la posible industrialización

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IV.- FUNDAMENTO TEÓRICO:

4.1 LA TUNA:

4.1.1 Taxonomía de la Tuna.

REINO:

Vegetal

SUBREINO:

Embryophita

FAMILIA:

Cactaceae

SUBFAMILIA:

Opuntia.

SUBCLASE:

Dialipetalas

ORDEN:

Opuntiales

GENERO:

Opuntioideae

DIVISION:

Angiospermae

CLASE:

Dycotyledonea

TRIBU:

Opuntiae

Referencia histórica: Originaria América, fue llevada por los españoles a

Europa y desde allí distribuida hacia otros países del mundo.

Los principales productores mundiales son Méjico, Italia, España, el norte de

África, Chile y Brasil, país donde se la cultiva sólo para forraje.

En nuestro país, los frutos se destinan al consumo humano, tanto en forma

fresca como para la elaboración de productos regionales. Las pencas son

utilizadas como forraje y para el cultivo de cochinilla. (Millar, 1999)

Utilización:

-  Alimentos: en escabeche, sopas, panes, postres y mermeladas.

- Cosméticos: shampoo, enjuagues, acondicionadores y cremas limpiadoras y

humectantes.

- Productos medicinales: los tallos o pencas, si se consumen 1,500 grs. en 10

días, son excelentes para combatir la diabetes al reducir en promedio:

Colesterol 31.0 mg/dll Triglicéridos 93.5 mg/dll Glicemia 4.0 mg/dll. (Miller.)

Cuadro 1. Exportaciones De Tuna Y Sus Derivados 1999 - Mayo 2004

Año Valor Fob US$ Volumen

Kgs Bruto

Valor unitario

Promedio 2/US$ / KG

Variación %

Valor FOB

1999 5,486 1,874 2.9

2000 14,344 6,372 2.3 161.5

2001 49,612 14,758 3.4 245.9

2002 48,948 14,974 3.3 -1.3

2003 3,879 2,374 1.6 -92.1

6

Ene-May

2003

1,593 1,163 1.4

Ene-May

2004

93,766 29,137 3.2

Figura 1: Valor unitario promedio: Precio estadístico referencial.

Fuente: SUPERINTENDENCIA NACIONAL DE ADMINISTRACION TRIBUTARIA

Elaboración: BIOCOMERCIO PERU / PROMPEX

4.2 Procesos De Tratamiento Del Agua.

En la antigüedad el agua usada era simplemente arrojada al suelo y el manejo

de las excretas se efectuaba, en forma separada, junto con la basura. La

invención de los excusados, en el siglo XIX, cambió drásticamente esta

situación y originó que la gran cantidad de agua residual generada se

transportara en forma conjunta con el agua pluvial. La depuración se consideró

necesaria cuando se rebasó el límite de auto depuración y hubo problemas

notorios en los cuerpos receptores. Se inició a finales del Siglo XIX con bases

puramente empíricas y es hasta 1930 cuando se inicia un desarrollo metódico.

(Jiménez, 1999)

Si observamos como fue el desarrollo del tratamiento de aguas en el mundo

veremos que en 1833 en Inglaterra se construyo el sistema de canalización, y

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un poco mas tarde en Hamburgo, Alemania, 1843, y en Kiev 1893. Y fue en

Inglaterra en 1861 cuando se empezaron hacer normas para el control del

tratamiento de aguas residuales (Karrelin, 1975).

4.2.1 Tipos De Procesos De Tratamiento De Agua: Para el tratamiento de el

agua, generalmente es preciso combinar varios tratamientos

elementales, cuyas bases pueden ser físicas, mecánicas, químicas o

biológicas, y cuyo efecto es el de eliminar en primer lugar las materias

en suspensión, a continuación las sustancias coloidales, y después las

sustancias disueltas (minerales u orgánicas). (Tchnobanoglous, 2000)

Figura 2.Esquema general de tratamiento de aguas.

Fuente: (Tchnobanoglous. 2000)

Procesos Físico-Mecánicos.

Procesos Biológicos.

Proceso Físico-Químicos.

Procesos De Desinfección.

4.2.1.1 Tratamiento Fisicoquímico: Floculación Y Coagulación:

La turbiedad y el color del agua son principalmente causados por

partículas muy pequeñas, llamadas partículas coloidales. Estas

partículas permanecen en suspensión en el agua por tiempo prolongado

y pueden atravesar un medio filtrante muy fino. Por otro lado aunque su

concentración es muy estable, no presentan la tendencia de

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Proceso FÍSICO-MECÁNICO

Sedimentadorprimario

ProcesoFÍSICO-QUÍMICO

InfluenteRejillas

ProcesoBIOLÓGICODesarenador

Sedimentadorsecundario Efluente

Proceso

DESINFECCIÓN

aproximarse unas a otras. Para eliminar estas partículas se recurre a los

procesos de coagulación y floculación, la coagulación tiene por objeto

desestabilizar las partículas en suspensión es decir facilitar su

aglomeración. En la práctica este procedimiento es caracterizado por la

inyección y dispersión rápida de productos químicos. La floculación tiene

por objetivo favorecer con la ayuda de la mezcla lenta el contacto entre

las partículas desestabilizadas. Estas partículas se aglutinan para formar

un floc que pueda ser fácilmente eliminado por los procedimientos de

decantación y filtración. (Andía, 2000).

A continuación se explicara las propiedades de las partículas coloidales

y posteriormente el proceso de coagulación y floculación.

Partículas En Suspensión: El agua consta de tres tipos principales de

impurezas: físicas, químicas y biológicas. Desde el punto de vista físico

se puede hablar que los sólidos totales, que son impurezas del agua, se

clasifican de acuerdo a su tamaño. El cuadro 2 indica los tiempos de

decantación de las diferentes partículas en función de: sus dimensiones

y densidad. (Andía, 2000)

Cuadro 2. Características de las partículas sólidas

Tipo de partícula Diámetro (mm)Tiempo de caída

Densidad 2.65 Densidad 1.1

Grava 10 0.013 s. 0.2 s.

Arena gruesa 1.0 1.266 s. 20.9 s.

Arena fina 0.1 126.66 s. 34.83 min.

Lodo fino 0.01 3.52 h. 58 h.

Bacterias 0.001 14.65 d. 249.1 d.

Coloides 0.0001 4.12 a. 66.59 d.

Fuente: Andía Cárdenas Yolanda. (2000). Tratamiento de agua, coagulación y floculación. Lima, Perú. SEDAPAL.

Como se observa en el cuadro 2 los coloides son partículas tan

pequeñas (su diámetro varía entre 1 y 100 nm) que no sedimentan por

la simple acción de la gravedad, pero estas pueden removerse del agua

mediante el proceso de coagulación y floculación.

Las partículas coloidales, son las causantes de la turbiedad y del color

por lo que el tratamiento del agua está orientado a la remoción de estas

9

partículas; estas poseen normalmente una carga eléctrica negativa

situado sobre su superficie. Estas cargas llamadas cargas primarias,

atraen los iones positivos del agua, los cuales se adhieren fuertemente a

las partículas y atraen a su alrededor iones negativos acompañados de

una débil cantidad de iones positivos. (Figura 3). (Romero, 1999)

Figura 3. Doble capa de una partícula coloidal.

Fuente: Romero Rojas Jairo Alberto. (1999). Calidad del agua. México

4.2.1.2 Proceso De Coagulación: La coagulación por definición, es el

fenómeno de desestabilización de las partículas coloidales, que puede

conseguirse especialmente por medio de la neutralización de sus cargas

eléctricas. Se llama coagulante al producto utilizado para esta

neutralización. (Andía, 2000)

En la siguiente figura 4 se muestra como las sustancias químicas anulan

las cargas eléctricas de la superficie del coloide permitiendo que las

partículas coloidales se aglomeren formando flóculos.

Figura 4. Coagulación.

Fuente: Romero Rojas Jairo Alberto. (1999). Calidad del agua. México.

10

4.2.1.2.1 Mecanismos de la coagulación: La

desestabilización de las partículas coloidales se puede obtener

por los mecanismos fisicoquímicos siguientes:

Comprensión de la doble capa.

Adsorción y neutralización de cargas.

Atrapamiento de partículas en un precipitado.

Adsorción y puente químico.

4.2.1.2.2 Tipos de coagulación: Se presentan dos tipos

básicos de coagulación: por adsorción y por barrido.

a) Coagulación por adsorción: Se presenta

cuando el agua tiene una alta concentración de partículas

al estado coloidal; cuando el coagulante es adicionado al

agua turbia los productos solubles de los coagulantes

son absorbidas por los coloides y forman los flóculos en

forma casi instantánea.

b) Coagulación por barrido: Este tipo de

coagulación se presenta cuando el agua es clara

(presenta baja turbiedad) y la cantidad de partículas

coloides es pequeña; en este caso las partículas son

entrampadas al producirse una sobresaturación de

precipitado de floculante.

Cuadro 3: Clasificación del Agua Según su Comportamiento en la Coagulación

11

Fuente: Andía Cárdenas Yolanda. (2000). Tratamiento de agua, coagulación y floculación.

4.2.1.2.3 Factores que influyen la coagulación: A

continuación se explicarán los factores que afectan el proceso de

coagulación son: (Amirthrajah 1987)

Influencia del pH

Influencia de sales disueltas

Influencia de la temperatura del agua

Influencia de la dosis de coagulante:

Influencia del mezclado:

Influencia de la turbiedad:

4.2.1.2.4 Tipos de coagulantes: Los coagulantes son

productos químicos que al adicionar al agua son capaces de

producir una reacción química con los componentes químicos del

agua, especialmente con la alcalinidad del agua para formar un

precipitado voluminoso, muy absorbente, constituido

generalmente por el hidróxido metálico del coagulante que se

está utilizando.

Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las

partículas y producir el floc son: sulfato de aluminio, sulfato

ferroso y cal, cloruro férrico, sulfato férrico, aluminato de sodio y

cal. (Degremon, 1996).

El sulfato de aluminio es el coagulante estándar mas usado en

tratamiento de aguas. El producto comercial tiene usualmente la

fórmula Al2(S04)3•14H20 con masa molecular de 600. El material

es empacado en diversas formas: en polvo, molido, en terrones,

en granos parecidos al arroz y en forma líquida.

Cuando se añaden soluciones de sulfato de aluminio al agua, las

moléculas se disocian en Al+++ y SO4. El Al+++ puede

combinarse con coloides cargados negativamente para

neutralizar parte de la carga de la partícula coloidal, reduciendo

así el potencial zeta a un valor en que la unión de las partículas

puede ocurrir. El Al+++ puede también combinarse con los OH-

del agua para formar hidróxido de aluminio.

12

Cuadro 4. Sustancias químicas usadas para coagulación.

Nombre y fórmula Densidad Kg/m3 Solubilidad Kg/m3

Concentración Comercial %

Características

Sulfato de aluminioAl2(SO4)3.14H2O

609-721961-1009993-10731.2 kg/L

303 (16°C) 15-22 (Al2O3)pH = 3.4 en solución al 1%

Cloruro FérricoFeCl3

1009 Total 37-47 (FeCl3)

FeCl3.6H2O

- -

59-61 (FeCl3)20-21 (Fe)

Higroscópico, se almacena en recipientes herméticos, no se dosifica en seco, pH óptimo 4.11

FeCl3 - -98 (FeCl3)34 (Fe)

Sulfato FérricoFe2(SO4)3.9H2O

1121Soluble en 2-4 partes de agua fría

90-94 Fe2(SO4)3

25-26 (Fe)

Semihigroscópicocoagulante a pH = 3.5-11.0

Sulfato ferrosoFeSO4.7H2O

1009-1057 -55 (FeSO4)20 (Fe)

Higroscópico, pH óptimo 8.5-11.0

Sulfato de aluminio amoniacalAl2(SO4)3.(NH4)2

SO4.24H2O

1025-10299931041961

36 (0°C)995 (100°C)

11 (Al2O3)pH = 3.5 en solución al 3.5%

Sulfato de aluminio potásico

993-1073961-1041961

60 (0°C)120 (20°C)168 (30°C)

10-11 (Al2O3)pH = 3.5 en solución al 3.5%

Fuente: Romero Rojas Jairo Alberto. (1999). Calidad del agua. México

4.2.1.2.5 Dosificación de Coagulante versus turbiedad y

pH: Los coagulantes metálicos (alumbre: Al2(SO4)3.14H2O y sales

de hierro), han sido los más empleados en la clarificación del

agua. Estos productos actúan como coagulantes y floculantes a la

vez. Añadidos al agua forman especies cargadas positivamente

en el intervalo de pH típico para la clarificación que va entre 6 y 7.

Como ya se vio esta reacción produce aluminio gelatinoso

insoluble o hidróxido férrico. Los coagulantes metálicos son muy

sensibles al pH y a la alcalinidad.

4.2.1.3 Proceso De Floculación: La floculación es el proceso que

sigue a la coagulación, que consiste en la agitación de la masa

13

coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los

flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso

necesarios para sedimentar con facilidad. Estos flóculos inicialmente

pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de

sedimentar (Nalco 1989).

4.2.1.3.1 Tipos de floculación: La floculación puede

presentarse mediante dos mecanismos: floculación ortocinética y

pericinética, según sea el tamaño de las partículas

desestabilizadas (en general todas las partículas se ven

afectadas por ambos mecanismos). Las partículas pequeñas

(<1μm) están sometidas a floculación pericinética, motivada por el

movimiento browniano, mientras que las que presentan un

tamaño mayor, están afectadas principalmente por el gradiente de

velocidad del líquido, predominando en ella la floculación

ortocinética.

Floculación ortocinética: Esta producido por el movimiento

natural de las moléculas del agua y esta inducida por la energía

térmica, este movimiento es conocido como el movimiento

browniano.

Capm y Stein propusieron un esquema para comprender mejor la

expresión de gradiente de velocidad ‘G’.

Floculación pericinética: Se basa en las colisiones de las

partículas debido al movimiento del agua, el que es inducido por

una energía exterior a la masa de agua y que puede ser de origen

mecánico o hidráulico. Después que el agua es coagulada es

necesario que se produzca la aglomeración de los microflóculos;

para que esto suceda se produce primero la floculación

pericinética luego se produce la floculación ortocinética.

4.2.1.3.2 Parámetros de la floculación:

Floculación Ortocinética

14

Gradiente de Velocidad

Número de colisiones:.

Tiempo de retención:

Densidad y tamaño de floc.

Volumen de lodos

(Andía, 2000).

4.2.1.3.3 Tipos de floculantes: Los floculantes son polímeros

o polielectrolitos con pesos moleculares muy elevados moléculas

orgánicas solubles en agua formadas por bloques denominados

monómeros, repetidos en cadenas largas según su origen los

floculantes se clasifican es dos grandes grupos: Polímeros

naturales y polímeros sintéticos.

Polímeros naturales: Son los que se producen en las reacciones

bioquímicas naturales de animales y plantas, tales como

proteínas, carbohidratos y polisacáridos (almidón, glucósidos).

Muchos de estos componentes tiene propiedades coagulantes o

floculantes y son usados por los nativos en forma empírica para

clarificar el agua, como pasa con la penca de la tuna o nopal (que

se emplea en las sierras del Perú y en Méjico) o con las semillas

del nirmalí (utilizado en la India). En el cuadro 5 se da los

nombres de algunas de estas substancias.

Cuadro 5. Polímeros naturales que tienen propiedades coagulantes o floculantes

Nombre Común Se extrae de Parte de donde se obtiene

Alginato de sodioAlgas pardas marinas {Phaeophiceae)

Toda la planta

Tuna Opuntia ficus indica Las hojasAlmidones Maíz Papa Yuca Trigo El grano o el tubérculo

Semillas de nirmali Strychnos potatorun Las semillas

AlgarroboQuebracho, acacia o algarrobo Schinopsis Lorentzii

Corteza del árbol

Gelatina común Animales Residuos animales HuesosCarboximetil celulosa Arboles Corteza del árbol

Goma de guar Cyanopsis psoralioides Semillas

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Polímeros sintéticos: Son compuestos orgánicos producidos por

medio de la transformación química de derivados del carbón y del

petróleo. Incluye la mayoría de los polímeros manufacturados por

la industria y de mayor venta comercialmente. Muchos, aunque

no todos, se encuentran en forma de polvo seco. Otros son

líquidos con concentraciones del 10% al 60% de polímeros

activos. Packman considera que el 90% de ellos tienen como

monómero básico la acrilamida. La poliacrilamida es típicamente

un polímero no iónico que puede manejarse en forma muy

variada. Esto tiene la ventaja de que permite sintetizar una gran

variedad de compuestos, con distintas propiedades y aplicaciones

(Arboleda 2000).

4.2.1.4 Técnicas de control de la floculación – coagulación: La

coagulación-floculación del agua constituye el proceso básico que

determina en gran parte las condiciones de operación de la planta de

tratamiento. De ella depende la eficiencia que se pueda obtener. Por lo

que se requiera que exista un cuidadoso control en todo este proceso.

Prueba de jarras: La prueba de jarras se realiza de la siguiente

manera:

Determinar la temperatura del agua cruda, el color, la turbiedad,

el pH y la alcalinidad. También el hierro y/o el manganeso si son

significativos. Añadir los coagulantes al agua en dosis progresivas

en cada vaso de precipitado en cualquiera de las tres formas

siguientes: Se coloca el agua de la muestra en las 6 jarras, las

cuales se introducen debajo de los agitadores, los cuales se

ponen a funcionar a 100 rpm. Luego, se inyecta el coagulante con

una pipeta de 2 a 10 ml, profundamente dentro del líquido junto a

la paleta. El tiempo de mezclado suele ser entre 30 y 60

segundos. Por medio de una pipeta o bureta se colocan las

cantidades de coagulantes que se van a agregar, en seis vasos

pequeños de precipitado. El contenido de cada vaso se succiona

con una jeringa médica provista de su aguja hipodérmica. Se

retira dicha aguja de la jeringa y esta última, con su dosis

16

completa, se pone junto a la jarra correspondiente. Se hacen girar

las paletas del aparato a 100 rpm y se inyecta el contenido de

cada jeringa en la jarra que le corresponde, cuidando que la

solución penetre profundamente para que la dispersión sea más

rápida.

Se pone previamente en las jarras la dosis de coagulantes

requeridas y se vierte rápidamente el agua de la muestra en los

mismos, mientras se hacen girar las paletas a 100 rpm. Esto

produce una mezcla completísima, muy semejante a la que se

obtiene en un salto hidráulico. Una vez hecha la mezcla rápida se

disminuye la velocidad de rotación de las paletas a 30-60 rpm

(promedio de 40 rpm) y se deja flocular el agua durante 15-30

min. Luego se suspende la agitación, se extraen las paletas y se

deja sedimentar el agua. Una vez mezclados los coagulantes con

el agua se pueden hacer las determinaciones de tipo cuantitativas

como: turbiedad, color alcalinidad, pH entre otras. (Arboleda

2000).

V.- OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL:

Obtener a partir de la penca de tuna un floculante natural para el

tratamiento de agua.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Determinar el rendimiento del floculante natural de penca de tuna en el

tratamiento de agua comparado con los floculantes naturales..

Optimizar el floculante natural de penca de tuna con los floculantes

tradicionales, para el tratamiento de aguas.

VI.- HIPOTESIS.

A partir de la penca de tuna se obtuvo floculante natural, tomándose solo la

savia de esta de la penca de tuna, licuándola en una manera breve y

utilizándola para el tratamiento de agua.

17

Se determino q con la utilización del floculante natural de penca de tuna, se

bajo el nivel de turbiedad y pH; hasta los limites permisibles y establecidos por

la legislación peruana y el Organismo Mundial de la Salud (OMS).

Se determino también con la combinación del floculante natural de penca de

tuna con los floculantes tradicionales ya conocidos como son el sulfato de

aluminio y sulfato ferroso, alcanzo los límites permisibles de pH y turbiedad

establecidos por la legislación peruana y el Organismo Mundial de la Salud

(OMS).

VARIABLES DE OPERACIÓN.

Variables Indicadores Índices Valoración

Variable

Independiente.

(Vi) Penca de tuna. Recursos Agrícolas.

Propiedades Físicas.

Penca, Savia de

la Penca.

Densidad.

ml

g/ml

Variable

Dependiente.

(Vd) Floculante

Natural.

Propiedades Físicas del

floculante natural.

Densidad.

Humedad.

g/ml

%

Variable

Intervinentes.

(Vit) pH

(Vit) Turbiedad.

(Vit) Alcalinidad

Acidez inicial y final de la

muestra de agua.

Turbiedad inicial y final de

la muestra de agua.

Alcalinidad inicial de la

muestra de agua.

pH

UNT

mg/L

pH

UNT

Mg/L

18

VII.- METODOLOGIA.

7.1 Lugar de Ejecución de los Experimentos:

Laboratorios de la Facultad de Ingeniería Química de la

Universidad Nacional del Altiplano Puno.

Laboratorio de análisis de muestras de la Empresa de

Saneamiento Básico EMSA-Puno

7.2Materiales y Equipos:

7.2.1 Equipos de Laboratorio.

Materiales:

Equipo para prueba de

Jarras.

Turbimetro.

pH-metro.

Termómetro.

Buretas

Fiolas.

Pipetas

Vasos de

Precipitados

Balanza Analítica.

Jeringa medica.

Matraces.

Licuadora.

Probetas.

Estufa o Mufla.

Reactivos.

o Sulfato de Aluminio.

o Sábila de la penca de Tuna.

o Muestra a tratar (agua).

o Agua Destilada.Q.P.

o Acido Sulfúrico.

o Carbonato de Sodio.

o Hidróxido de Sodio.

o Anaranjado de Metilo.

19

7.3 Métodos de Experimentación:

1.- Se determinara el pH, alcalinidad y turbiedad inicial a la muestra de

agua en estudio.

2.- Se estudiara el efecto del floculante natural de penca de Tuna. Adquirir

la sábila de la tuna, quitar la cáscara y posteriormente licuarla y medir su

densidad y humedad.

Para ello se realizaran varias pruebas de jarras que consintieran en:

Poner a cada uno de los 5 vasos de la prueba de jarras 100 ml de la

muestra de agua residual y se adicionara sábila de tuna en

concentraciones de 4, 8,12 y 20 ml/L. Se agitara cada muestra a 100 rpm

durante 1 minuto y después se disminuirá la velocidad de agitación a 40

rpm durante 10 minutos y por último se dejara sedimentar 15 minutos.

Finalmente se determinara la turbiedad para ver el efecto que sobre ella

tenia el uso de la sábila de tuna.

3.- Pasado el tiempo de sedimentación se determinara la turbiedad y pH a

cada una de las 5 muestras. Se requiere encontrar una disminución de

turbiedad de aproximadamente 5 UNT, porque este es el rango de la

concentración mínima requerida por las Normas Oficiales Peruanas D.S.

Nº 261-69-AP Ley General del Agua. Especificaciones sanitarias por el

Ministerio de Salud (MINSA) D.S. Nº 007-83-S.A.

4.- Se prepararan las siguientes soluciones:

Solución de sulfato de aluminio al 1%: pesar 10 gramos de sulfato de

aluminio, disolver en agua destilada y aforar a 1 litro.

Solución de sulfato de aluminio al 0.1 %: Tomar 100 ml de la solución al

1% de aluminio y diluir a un litro de agua destilada.

5.- Se realizaran varias pruebas de jarras de la siguiente manera: Se

enumeraran los 5 vasos de la prueba de jarras, y a cada uno de ellos se

les pondrá 100 ml de la muestra de agua en estudio, posteriormente se

adicionara 1, 2, 4, 6,8 ml de la solución de sulfato de aluminio al 0.1% que

equivale a concentraciones de 10, 20,40, 60 y 80 mg/L de (Al2(SO4)3). Se

agitara cada muestra a 100 rpm durante 1 minuto y después se disminuirá

20

la velocidad de agitación a 40 rpm durante 10 minutos y por último se

dejara sedimentar 15 minutos.

6.- La prueba de jarras se repetirá varias veces para encontrar la

concentración óptima de (Al2(SO4)3) para disminuir la turbiedad hasta 5

UNT.

7.- Al tener la concentración óptima de (Al2(SO4)3), se determinara una

concentración menor a la optima (C2) buscando disminuir el uso del sulfato

de aluminio por su combinación con sábila de tuna.

8.- Al tener la concentración de C2, se realizara una prueba de jarras en

donde la concentración de sulfato de aluminio se mantendrá constante. Se

pondrá en cada uno de los 5 vasos de la prueba de jarras 100 ml de la

muestra de agua residual en estudio, se adicionara la concentración de

sulfato de aluminio C2 determinada anteriormente, se agitara a 100 rpm y

posteriormente se adicionara sábila de tuna en concentraciones de 2, 4,

5, 10,15 ml/L se disminuirá la agitación a 40 rpm por 10 minutos y

finalmente se dejara sedimentar en un tiempo de 15 minutos.

8.- Se determinara la turbiedad y pH para cada una de las 5 muestras

realizadas.

9.- Todo el proceso descrito se remitirá varias veces para lograr

concentraciones optimas de coagulante-floculante, para disminuir la

concentración de turbiedad, que exigen las Normas Oficiales Peruanas

antes descritas.

VIII.- AMBITO DE ESTUDIO.

El trabajo de investigación se realizara en la ciudad de Puno- Perú ubicada a

3820 m.s.n.m., en los laboratorios de la Universidad nacional del Altiplano UNA

y de la Empresa Municipal de Saneamiento Básico EMSA.

La investigación se realizara a una temperatura estándar de 25ºC y a una

presión atmosférica propia de la provincia de Puno.

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IX.- RECURSOS.

9.1 Recursos Materiales:

Equipo Unidad Financiamiento Costo (s/.)

Prueba de Jarras 1 EMSA --------

Turbimetro 1 EMSA --------

pHmetro 1 UNA --------

Pipeta (5ml) 4 UNA --------

Matras (250ml) 6 UNA --------

Bureta. (50ml) 2 UNA --------

Mufla 1 UNA --------

Termómetro 1 UNA --------

Fiola (250ml) 2 UNA --------

Balanza Analítica 1 UNA --------

Vaso de Precipitado (250ml) 10 UNA --------

Licuadora 1 PROPIO --------

Jeringa Medica (5ml) 1 PROPIO 0.50

Probeta (50ml) 1 UNA --------

TOTAL: 0.50

9.2 Insumos de laboratorio.

Reactivo o Material Cantidad Financiamiento Costo (s/.)

Sulfato de Alumino 10g UNA --------

Acido Sulfurico 250ml UNA --------

Fenolftaleina 1ml UNA --------

Anaranjado de Metilo 2ml UNA --------

Hidroxido de Sodio 250ml UNA --------

Agua Destilada Q.P. 2L PROPIO 14.00

Penca de Tuna 2Kg PROPIO 3.00

Muestra de agua a tratar. 4L PROPIO --------

TOTAL: 17.00

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9.3 Otros:

Especificación Costo (S/.)

Revisión en Internet 6.00

Servicios de computo 15.00

Material de escritorio 1.00

Transporte y viajes 4.50

TOTAL: 26.50

X.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.

Código Descripción Duración

A1 Revisión Bibliografica 04 semanas

A2 Formulación de Marco Teórico 02 semana

A3 Adquisición e Implementación de Laboratorio 01 semana

A4 Revisión de Estrategia Experimental 02 semanas

A5 Ejecución de la Experimentación 02 semanas

A6 Ordenamiento de Resultados 01 semana

A7 Análisis de Resultados 02 semanas

A8 Redacción de Informe Final 02 semanas

TOTAL: 16 semanas

Codigo             Semanas            

Actividad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

A1 x x x x                        

A2         x x                    

A3             x                  

A4               x x              

A5                   x x          

A6                       x        

A7                         x x    

A8                             x x

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XI.- BIBLIOGRAFIA.

1. Arboleda Valencia Jorge. (2000). Teoría y practica de la purificación del

agua. Colombia. Editorial Mc Graw Hill. Tomo 1.

2. Almendárez Nabyarina .2003. Comprobación de la efectividad del polimero

natural. Nicaragua.

3. Andía Cárdenas Yolanda. (2000). Tratamiento de agua, coagulación y

floculación. Lima, Perú. SEDAPAL. Evaluación de plantas y desarrollo

tecnológico.

4. Keith A. Christman. Calidad del agua: Desinfección efectiva. Arlington, VA.

EUA. Consejo de química del cloro.

5. Manual de Degremon. (1996). Tratamiento de aguas. España.

6. Metcalf & Eddy. (1996). Ingeniería de aguas residuales. México. Editorial

McGraw-Hill. Tomo I.

7. Nalco Chemical Company. (1989). Manual del agua, Su naturaleza,

Tratamiento y aplicaciones. México. Editorial Mc Graw Hill.

8. Robles Lucero 2006. Reducción del uso de floculante sulfato de aluminio

mediante el uso de una combinación de floculantes naturales y sintéticos.

México

9. Romero Rojas Jairo Alberto. (1999). Calidad del agua. México. Editorial

Alfaomega.

10. Salvat Básico. (1986). Diccionario Enciclopédico. Colombia. Editorial Salvat.

Tomo 6.

11. Tchnobanoglous George. (2000). Sistema de manejo de aguas residuales.

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12. U.S. Environmental protection agency. (1979). Process design manual for

phosphorus removal. Washington. Office of technology transfer.

13. Veyzer Y.I., Minz D.M. (1984). Floculantes de alto peso molecular en

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Moscú.

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Paginas Web.

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www.unex.es

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