UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA RECINTO UNIVERSITARIO ''SIMÓN BOLÍVAR”
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
Monografía para optar al grado de Ingeniero Químico
“Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de sub-productos de
la desinfección (DBPs), utilizando quitosana como coadyuvante y adsorbente a
escala de laboratorio aplicado en agua sintética“
JONATHAN JOSUE TORREZ HERRERA JOSÉ ANTONIO OSEJO IBARRA
TUTOR: LIC. ENG. INDIANA GARCÍA
MANAGUA, NICARAGUA. JULIO, 2008.
INDICE Capitulo I: INTRODUCCION........................................................................1
1.1 Introducción .............................................................................................1 1.2 Objetivos………………………………………………………………………...4
Capitulo II: MARCO TEORICO...........................................................5
2.1 Características del Agua .........................................................................5
2.1.1 Características Físicas..................................................................5 2.1.2 Características Químicas..............................................................7 2.1.3 Características Microbiológicas ..................................................10
2.2 Características de la Materia Orgánica ................................................10
2.2.1 Parámetros Sustitutos de la Materia Orgánica ...........................13
2.3 Tratamiento para Potabilización de Agua............................................15 2.3.1 Aeración......................................................................................15 2.3.2 Mezcla Rápida ............................................................................16 2.3.3 Coagulación................................................................................17
2.3.3.1 Fenómenos de la Coagulación ..........................................18 2.3.3.2 Mecanismos de la Coagulación ..........................................19 2.3.3.3 Coagulantes Utilizados .......................................................22 2.3.3.4 Factores que Influyen en la Coagulación............................24 2.3.3.5 Coagulación con Polímeros ................................................24
2.3.4 Floculación..................................................................................29 2.3.5 Filtración .....................................................................................30 2.3.6 Adsorción....................................................................................30 2.3.7 Desinfección ...............................................................................32
2.4 Formación de los Subproductos de la Desinfección..........................34
2.4.1 Trihalometanos (THMS) ..............................................................35
Capitulo III: METODOLOGIA ......................................................................37
3.1 Método de Investigación .......................................................................37
3.2 Tipo de Investigación ............................................................................38
3.3 Población y Muestra ..............................................................................38
3.4 Técnicas de Recolección de Datos ......................................................38
3.5 Preparación del Agua Sintética ............................................................39
3.6 Tipos de Coagulación............................................................................40 3.6.1 Coagulación con Flóculos Preformados .....................................40 3.6.2 Coagulación Simple....................................................................41 3.6.3 Doble Coagulación .....................................................................41
3.7 Quitosana como Coadyuvante..............................................................42
3.8 Quitosana como Adsorbente ................................................................42
3.9 Análisis Estadístico ...............................................................................43
Capitulo IV: ANALISIS DE RESULTADOS ..................................................44
4.1 Comparaciones ......................................................................................44
4.1.1 Características Físicas................................................................44 4.1.2 Características Químicas............................................................48 4.1.3 Características Orgánicas...........................................................50
4.2 Quitosana como Coadyuvante..............................................................51
4.2.1 Comparación entre Coagulación con Flóculos Preformados (A*) y Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana (B*) ....................................................52
4.2.2 Comparación entre C*, D*, E* y F*. (Coagulación Simple, Coagulación Simple y Quitosana, Doble Coagulación, Doble Coagulación y Quitosana). .........................55
4.4 Adsorción con Quitosana .....................................................................58
4.5 Formación de Trihalometanos..............................................................61
Capitulo V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................63
5.1 Conclusiones..........................................................................................63
5.2 Recomendaciones .................................................................................65
REFERENCIAS ..................................................................................................66
ABREVIATURAS ...............................................................................................71
ANEXOS A.................. .......................................................................................72 A.I Normas para Aguas de Consumo Humano ............................72
A.I.a CAPRE ...............................................................................72 A.I.b USEPA ..............................................................................75
ANEXOS B................. ........................................................................................76
B. I Métodos para la Evaluación de Parámetros...........................76 B.I.a Parámetros Físicos.............................................................76 B.I.b Parámetros Químicos .........................................................80
ANEXOS C................ .........................................................................................98
C.1 Resultados..................................................................................98 ANEXOS D............. ..........................................................................................103
D.I Figuras de la Parte Experimental.............................................103
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Composición de la Materia Orgánica Natural 11
Figura 2.2 Propiedades de las Sustancias Húmicas 12
Figura 2.3 Modelo estructural de los Ácidos Húmicos y Fúlvicos 12
Figura 2.4 Coagulación 17
Figura 2.5 Coagulación por Adsorción 18
Figura 2.6 Coagulación por Barrido 19
Figura 2.7 Fuerzas de Repulsión y Atracción 20
Figura 2.8 Reestabilización de Partículas 20
Figura 2.9 Tipos de Flóculos 21
Figura 2.10 Efecto de puente de las Partículas en Suspensión 22
Figura 2.11 Reacciones del Sulfato de Aluminio 23
Figura 2.12 Estructura de los Polielectrolítos Catiónicos 26
Figura 2.13 Etapas de la Floculación por Adsorción con Polímeros 29
Figura 4.1 Variación del Color y la Turbiedad en función del tipo de Coagulación
y concentración de Acido Húmico (AH) 43
Figura 4.2 Variación de Sólidos Totales Disueltos (STD) y Conductividad en
función del tipo de Coagulación y concentración de Acido Húmico
(AH)
44
Figura 4.3 Variación de la Temperatura en función del tipo de Coagulación y
concentración de Acido Húmico (AH) 46
Figura 4.4 Variación de la Dureza y Alcalinidad en función del tipo de
Coagulación y concentración de Acido Húmico (AH) 47
Figura 4.5 Variación de DOC y UV254 en función del tipo de Coagulación y
concentración de Acido Húmico (AH) 49
Figura 4.6 Remoción de Color y Turbiedad por Coagulación con Flóculos
Preformados (A*) y Coagulación con Flóculos Preformados y
Quitosana (B*)
51
Figura 4.7 Remoción de DOC y UV254 por Coagulación con Flóculos
Preformados (A*) y Coagulación con Flóculos Preformados y
Quitosana (B*)
52
Figura 4.8 Remoción de Color y Turbiedad por Cuatro Tipos de Coagulación 54
Figura 4.9 Remoción de DOC y UV254 por Cuatro Tipos de Coagulación 55
Figura 4.10 Comportamiento de la Adsorción con Quitosana
60
Figura 4.11 Formación Potencial de Trihalometanos
61
LISTA DE TABLAS Tabla 2.1 Subproducto de la Desinfección (DBPs) 33
Tabla 3.1 Técnicas de Recolección de Datos 37
Tabla 4.1 Resultados de Adsorción de DOC 59
RESUMEN
El presente estudio consistió en una evaluación de tres tipos de coagulación
cuales fueron: coagulación con flóculos preformados con y sin quitosana,
coagulación simple con y sin quitosana y doble coagulación con y sin quitosana
para la remoción de precursores de subproductos de desinfección utilizando
quitosana como coadyuvante y adsorbente, con el objetivo de establecer una
alternativa óptima para la eliminación de Trihalometanos Totales.
Se realizó una experimentación a escala de laboratorio con énfasis en la etapa
de coagulación del proceso de potabilización convencional usando agua
sintética, preparada de forma tal que reproducjera las propiedades del agua
natural con alto contenido orgánico; los análisis correspondientes se realizaron
en el Laboratorio de Ingeniería Ambiental de la Facultad de Ingeniería Química.
La evaluación de la calidad fisicoquímica, orgánica y microbiológica se realizó
utilizando los métodos analíticos estandarizados propuestos por la Agencia de
Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA). Los resultados
obteniendo que indican que el proceso de potabilización utilizado es eficiente en
cuanto a la remoción de contaminantes fisicoquímicos y microbiológicos, de
acuerdo a las normas establecidas por el Comité Coordinador Regional de
Instituciones de Agua Potable y Saneamiento de Centro América, Panamá y
Republica Dominicana (CAPRE). Para la determinación del contenido orgánico presente en el agua se recurrió a
la medición de parámetros sustitutos (DOC, UV254 y SUVA), los cuales mostraron
que el contenido orgánico del agua es mayormente material húmico, poco
hidrofóbico y de bajo peso molecular. Con relación al DOC el máximo valor lo
presenta la coagulación simple con 1.9 mg/L a dosis de 3 mg/L de Acido Húmico
y el maximo valor de UV254 se encuentra en la Doble coagulación y quitosana
con 0.011 cm-1 a 5mg/L de Acido Húmico, valores que representan porcentajes
de remoción de 90.45 y 91.67% respectivamente.
La concentración máxima de Trihalometanos formados en la etapa de
desinfección fue de 70 µg/L, resultado obtenido en la coagulación simple y a 7
mg/L de Acido Húmico, valor que no excede los valores límites establecidos por
las Normas CAPRE ni los establecidos por la USEPA, 460 y 80 µg/L
respectivamente, debido en mayor parte a la excelente eficiencia demostrada
por los tipos de coagulación evaluados, siendo la Coagulación con Flóculos
Preformados y Quitosana la que proporciona mejores resultados.
Wxw|vtàÉÜ|t Este trabajo esta dedicado a: Dios por ser el gradiente universal que nos permite alcanzar nuestras metas. A mi madre, María de la Cruz Herrera por su apoyo económico-emocional y motivación para seguir adelante. A mi Mamita, Concepción Núñez por estar siempre pendiente de mi, por su cariño, ternura y regaños (mi segunda mamá). A mi Tío Cristóbal, una de las mejores personas que conozco, por su apoyo económico con el que pude solventar mis necesidades y sobre todo por sus consejos llenos de positivismo y cariño, gracias. A mis Tías: Myriam, Carmen, Martha que mas que eso han sido madres; con quienes he compartido mucho desde siempre. A mi Tío Chema, mi compañero de aventuras, quien siempre ha estado ahí ayudándome como mi hermano mayor. A mis Primitos, A mi Papito Noel y a mi Hermanita. A mis amig@s Universitarios: Cristiana, Martha, Mauricio con quienes compartí momentos inolvidables que han dejado una huella en mi vida y muy especialmente a mi brother Cesar compañero de lucha. A María Dilcia Ordeñana una persona muy importante con quien he compartido mucho de mi vida.
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TzÜtwxv|Å|xÇàÉá
Mostramos nuestra enorme gratitud a la Ing. Indiana García una excelente educadora, que nos demostró ser una verdadera guía y amiga, una persona muy calida y profesional; por sus regaños y momentos divertidos. Al laboratorio de Ingeniería Ambiental, a través del proyecto UNI-SAREC-FIQ, por habernos provisto de los materiales y facilidades para la realización de esta investigación. A nuestras colegas de Tesis de la UCA, por su compañerismo. A Raúl Rodríguez, nuestro amigo por su disposición y confianza. A nuestros compañeros de clases, por todo el tiempo compartido durante esta maravillosa experiencia que es la vida universitaria. A todas aquellas personas que depositaron su confianza y nos apoyaron siempre.
]ÉÇtà{tÇ ç gÉ©É
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
1
Capitulo I: INTRODUCCION
1.1 Introducción
Nicaragua es un país rico en recursos hidrológicos, aunque gran parte de esta
agua de origen superficial se encuentra contaminada y por lo tanto no se utiliza
para suministro de agua potable. Esto es producto de la descarga en los
acuíferos de aguas de uso doméstico no tratadas y de desechos industriales.
Estos afluentes están siendo depositados cada vez más en los ríos y áreas
costeras sin ningún tratamiento. Existiendo muy poco control de las regulaciones
nacionales para las descargas y disposición de desechos.
Como resultado de la contaminación del agua superficial, se hace uso de agua
subterránea para el suministro de agua a la población. Encontrándose estos
suministros en acuíferos aluviales de la era cuaternaria, y depósitos que se
encuentran en la Depresión de Nicaragua y las tierras bajas del Caribe y del
Pacifico. Cabe mencionar que en la región Central se hace uso de agua
superficial debido al tipo de suelo que hace casi imposible la extracción de agua
subterránea.
La potabilización es un proceso que implica una secuencia de etapas con la
finalidad de eliminar o reducir las características organolépticas y fisicoquímicas
indeseables para el consumo humano, estas etapas son: mezcla rápida,
coagulación-floculación, sedimentación, filtración y desinfección.
La etapa de coagulación-floculación es la parte donde se da la eliminación de
materia orgánica e inorgánica en forma de partículas coloidales, etapa
considerada de difícil control durante la época lluviosa.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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La etapa de desinfección muestra una notable relevancia por ser ésta donde se
da la extracción, desactivación o eliminación de los microorganismos patógenos
que existen en el agua, también remueven contaminantes orgánicos del agua,
que son nutrientes o hábitat para los microorganismos. La desinfección se logra
mediante desinfectantes químicos y/o físicos.
Como se sabe, en Nicaragua, los tratamientos convencionales en las plantas de
tratamiento de agua potable (PTAP) presentan grandes inconvenientes, tanto en el
ámbito operacional como en el ámbito tecnológico. Algunas deficiencias en el
proceso de coagulación, causan que parte de la Materia Orgánica Natural (NOM)1
llegue hasta la etapa de desinfección dando origen a los subproductos de la
desinfección (DBPs)2 los cuales ocasionan efectos nocivos en la salud de la
población. Muchos de estos subproductos son potencialmente carcinógenos y su
formación debe por lo tanto ser evitada.
Los DBPs son agentes que repercuten negativamente en la salud de las personas
que han tenido contacto directo con ellos, dichas afectaciones son muy severas e
irremediables las cuales se muestran a mediano y largo plazo. Como su nombre lo
indica los subproductos de la desinfección tienen su origen en la etapa de
cloración, al utilizar cloro como desinfectante y este reaccionar con NOM
procedente de las etapas anteriores debido a una ineficiente remoción provocada
en la etapa de coagulación-floculación.
Existe una diversidad de investigadores que han realizado estudios directamente
vinculados con la etapa de coagulación-floculación con énfasis en la remoción de
NOM y en el efecto de los DBPs a la salud de los seres humanos.
1 siglas en ingles: Natural organic Matter
2 siglas en ingles: desinfection by-products
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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García (2005) realizó una investigación aplicando coagulación mejorada para la
remoción de NOM, en la cual comprobó la existencia de trihalometanos en el
agua potable de la ciudad de Boaco, departamento de Nicaragua, los cuales
excedían el máximo permisible recomendado por la Agencia de Protección
Ambiental de los Estados Unidos de Norte America (USEPA ).
Bolto y Gregory (2007) realizaron estudios sobre el uso de polímeros en la
producción de agua potable analizando (con énfasis en la naturaleza de las
impurezas que se eliminan) los mecanismos de coagulación y floculación; así
como los tipos de polímeros comúnmente disponibles. El estudio estaba
directamente enfocado en la coagulación primaria con polímeros y su aplicación
como coadyuvantes de esta etapa, así como la interacción con la NOM y el
efecto que provoca en la remoción de precursores de formación de DBPs.
Es por todo lo anterior descrito que se realizó una evaluación de tres diferentes
tipos de coagulación para remover los precursores de la formación de
subproductos de la desinfección (DBPs) usando a su vez quitosana como
coadyuvante y adsorbente del proceso de coagulación en el agua sintética.
Además se comparó cual de los tipos de coagulación presentaba mayor eficiencia
utilizando alumbre (Al2SO4); así como la interacción del poli-floculante (Quitosana)
en la remoción y potencial formación de subproductos de la desinfección.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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1.2 Objetivos
Objetivo General
Evaluar tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs, utilizando
quitosana como coadyuvante y adsorbente en la etapa de coagulación a
escala de laboratorio aplicado en agua sintética.
Objetivos Específicos
Establecer el tipo de coagulación optima para la remoción de los
precursores de los subproductos de la desinfección en agua sintética.
Valorar la eficiencia de la quitosana como coadyuvante del proceso de
coagulación en el agua sintética.
Evaluar la eficacia de la quitosana actuando como absorbente aplicado a
agua sintética.
Demostrar la reducción en la formación de Trihalometanos en el agua
sintética una vez concluido el proceso de coagulación aplicado.
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Capitulo II: MARCO TEORICO La potabilización del agua para consumo humano requiere diferente tipos de
tratamiento según sus características físicas, químicas y bacteriológicas
presente en el agua cruda, para asegurar una excelente calidad del agua
potable para prevenir enfermedades.
En este capitulo se muestra un resumen de los distintos parámetros que
caracterizan al agua (Romero, 1999); así como también, en que consiste el
proceso de coagulación y las variables que controlan este proceso. También se
presentan las etapas de tratamientos para la remoción de los precursores de
formación de DBPs utilizando quitosana como coadyuvante en la etapa de
coagulación-floculación.
2.1 Características del Agua
2.1.1 Características Físicas
Las características físicas del agua son: turbiedad, color, sabor y temperatura,
cada una de las cuales influyen en la apariencia agradable del agua.
Turbiedad
La turbiedad es una expresión de las características ópticas de la luz, este
efecto se debe a la suspensión de partículas, tales como arcilla, minerales,
sedimentos, materias orgánicas e inorgánicas, finamente divididas.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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La turbiedad no produce ningún efecto sobre la salud, pero si afecta la
apariencia agradable del agua. Además la turbiedad puede ser utilizada para
caracterizar la eficiencia del tratamiento efectuado, ya que puede ser
relacionado con la concentración de los sólidos en suspensión presente en el
agua.
Temperatura La temperatura del agua afecta las unidades de tratamiento tales como la
mezcla rápida, floculación, sedimentación, filtración y desinfección, además de
que a temperaturas altas se acelera la corrosión de tuberías. A temperaturas
bajas, la viscosidad del agua aumenta y esto conlleva a una velocidad menor de
sedimentación de los sólidos debido a la resistencia que brindan la viscosidad al
movimiento descendente de las partículas.
Color Las causas más comunes del color del agua son la presencia del hierro,
manganeso coloidal o en solución; el contacto del agua con desechos orgánicos,
hojas, madera, raíces, etc., en diferentes estados de descomposición, y la
presencia de taninos, acido húmico y algunos residuos industriales. El color
natural en el agua existe principalmente por efectos de partículas coloidales
cargadas negativamente. Debido a esto, su remoción puede lograrse con ayuda
de un coagulante de una sal de un Ion metálico trivalente como el Al+3 o el Fe+3.
Se reconocen dos tipos de color en el agua; el color verdadero es el color de la
muestra una vez que su turbiedad ha sido removida, y el color aparente que
incluye el color de la substancia en solución y coloides que es el color debido al
material suspendido.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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En general, el término color se refiere al color verdadero del agua y se
acostumbra a medirlo conjuntamente con el pH. La unidad del color es el color
producido por un mg/L de platino, en la formación de un Ion cloro-platinado.
Conductividad La conductividad del agua es una expresión numérica de su habilidad para
transportar una corriente eléctrica. La conductividad del agua depende de la
concentración de total de sustancias disueltas ionizadas en el agua y de la
temperatura a la cual se haga la determinación.
Sólidos Totales Disueltos (STD)
Los sólidos totales disueltos están fundamentalmente compuestos por sales
inorgánicas principalmente Calcio, Magnesio, Potasio, Sodio, Bicarbonatos,
Cloruros y Sulfatos, así como pequeñas cantidades de materia orgánica disuelta
en el agua.
El principal efecto en el agua que producen los STD es en el sabor, el cual con
concentraciones bajas son aceptables, mientras que en concentraciones
mayores es totalmente desagradable y además, producen incrustaciones en las
cañerías, calderas, ollas y otros elementos.
2.1.2 Características Químicas
pH
El pH juega un papel importante en los procesos de tratamiento como
coagulación, desinfección por cloro, ablandamiento y control de corrosión.
Expresa la intensidad de las condiciones acidas o básicas de una solución
cualquiera mediante la concentración del Ion de hidrogeno.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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Hierro y Manganeso
Tanto el hierro como el manganeso crean problemas en el suministro de agua.
En general estos problemas son tan comunes en aguas subterráneas y en
aguas del hipolimnio anaerobio de lagos estratificados; en algunos casos
también en agua superficiales provenientes de algunos ríos y embalses.
El hierro existe principalmente como oxido férrico insoluble y sulfuro de hierro,
(FeS2) pirinita. El manganeso existe en el suelo como dióxido de manganeso
insoluble.
El agua con hierro y manganeso el ser expuesto al aire, por acción del oxigeno,
se hacen turbias e inaceptables estéticamente debido a la oxidación del hierro y
el manganeso soluble, en Fe+3 y Mn4+, los cuales forman precipitados coloidales,
esto es generalmente valido para el hierro cuando el pH es menor que 6 y para
el manganeso cuando es menor que 9.
Alcalinidad Total La alcalinidad del agua puede definirse como su capacidad para neutralizar
ácidos, para reaccionar con iones hidrogeno, para aceptar protones o como la
medida de su contenido total de substancias alcalinas (OH-).
En la coagulación química del agua, las sustancias usadas como coagulante
reaccionan para formar precipitados de hidróxidos insolubles. Los iones H+
originado reaccionan con la alcalinidad del agua y por lo tanto, la alcalinidad
actúa como buffer del agua en un intervalo de pH en que el coagulante puede
ser efectivo.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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Amonio
El amonio es producto inicial de la biodegradación de proteínas y sustancias
orgánicas que contienen nitrógeno. En altas concentraciones es toxico. Aguas
con valores bajos de pH presentan alto porcentaje de amonio. Es un indicador
de contaminantes y esta muy asociado a la materia orgánica.
Sulfato
Las aguas naturales no tienen altas concentraciones de sulfato, pero cuando se
hallan en cantidades apreciables tienen efecto sobre el sabor y son laxantes
cuando se presentan simultáneamente con el manganeso y sodio.
Dureza
Como aguas duras se consideran aquellas que requieren cantidades
considerables de jabón para producir espuma y producen incrustaciones en las
tuberías de agua caliente, calentadores, calderas y otras unidades en las cuales
se incrementa la temperatura del agua.
En la práctica, se considera que la dureza es causada por iones metálicos
divalentes capaces de reaccionar con el jabón para formar precipitados y con
ciertos aniones presentes en el agua formar incrustaciones.
En aguas naturales los bicarbonatos son la principales forma de alcalinidad por
lo tanto la parte de la dureza total químicamente equivalente a los bicarbonatos
presentes en el agua es considerada como la dureza carbonatada. Se considera
como no carbonatada toda dureza que no este químicamente relacionada con
los bicarbonatos. La dureza no carbonatada incluye principalmente sulfatos,
cloruros, nitratos de calcio y magnesio.
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2.1.3 Características Microbiológicas
Todos los organismos deben encontrar en su medio ambiente las unidades
estructurales y las fuentes de energía necesaria para formar y mantener su
estructura y organización. Dichos materiales son llamados nutrientes. Casi todos
los organismos vivos requieren de carbono, nitrógeno y otros minerales en
concentraciones de trazas para poder sobrevivir.
Los microorganismos patógenos que se encuentran en el agua son de origen:
Bacterianos (Salmonellas typha, Ssalmonella paratyphi, Vibrio cholera)
Vírus (Hepatiti A, Polio, Gastroinstetinales)
Protozoos patógenos (Entamoeba Histolytica, Giardia Lambia, Naegleria
Gruberi).
Entre las bacterias del agua que se utilizan para determinar la presencia de
contaminación fecal, se encuentran los organismos coliformes, este
microorganismo no es patógeno y funcionan en el proceso digestivos en los
animales de sangre caliente. Los organismos coliformes fecales son una prueba
de una contaminación del agua por materia fecal humana o de animales. No
todos los microorganismo son igualmente nocivos algunos son inocuos y otros
son de gran utilidad para la auto depuración de los ríos y aguas superficiales.
2.2 Características de la Materia Orgánica
La materia orgánica natural esta constituida principalmente por la sustancias
húmicas que provienen de la degradación química y biológica de las plantas, y
de la actividad sintética de los organismos.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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NOM
Fracción húmicas Hidrofóbicas
Fracción no húmicas Menos Hidrofóbicas
Ácidos Proteínas Aminoácidos
CarbohidratoÁcidos Húmicos
(Precipitado a pH<1) Ácidos Fúlvicos
(Precipitados a pH>1)
Figura 2.1 Composición de la Materia Orgánica.
La sustancia húmica precursores de la formación de los THM (suelen estar
constituidos el 50% de la materia orgánica natural, NOM), se originan
principalmente por la degradación de sustancias vegetales, por arrastre de
sustancia y por los procesos biológicos de las algas presentes en el agua
(Figura 2.1).
Se ha estimado (Nikolaoua y Lekkasa, 2001) que las sustancias húmicas tiene
un carácter aromático regular y contienen principalmente grupos carboxílicos,
fenólicos, hidroxilos, metoxilos, cetonas y aldehídos.
La Figura 2.2, indica que a medida que aumenta la intensidad del color,
aumenta el peso molecular, el contenido de carbono y el grado de
polimerización; pero disminuye el contenido de oxigeno, la acidez y el grado de
solubilidad.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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Figura 2.2 Propiedades de las Sustancias Húmicas. Tomado de: Stevenson, 1982.
En la Figura 2.3 se presentan los modelos estructurales de las sustancias
húmicas para los ácidos húmico y fúlvico.
Acido Fúlvico Acido Húmico Huminas
Amarillo
claro
Amarillo
marrón
Café
oscuro Gris oscuro Negro
Figura 2.3 Modelo Estructural de los Acidos Húmicos y Fúlvicos.
Tomado de: Stevenson (1982) y Buffle (1984).
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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2.2.1 Parámetros Sustitutos de la Materia Orgánica
Debido a que la materia orgánica es difícil de caracterizar se hace uso de una
serie de parámetros sustitutos que describen el comportamiento de ésta
(USEPA, 1999).
Carbón Orgánico Total (TOC)
TOC es una medida directa del contenido de carbono orgánico del agua, pero no
es un parámetro consistente de los precursores de los subproductos de la
desinfección porque el TOC no provee una indicación de la aromaticidad, grupo
funcional o enlace químico asociado con moléculas orgánicas naturales.
La reactividad de los enlaces químicos y grupos funcionales es probable que sea
un factor para explicar el porque, aguas similares producen diferentes
concentraciones de subproductos de la desinfección.
Los investigadores consideran que el TOC depende en gran medida de la
naturaleza del agua, pero también se ve afectada de diversos parámetros como
la temperatura, salinidad, pH, actividad microbiana y la vegetación circundante.
Los valores de TOC son muy variable: desde menos de 1 mg/L en aguas
subterráneas y marinas; de 2-10 mg/L en agua de lagos y ríos, hasta rangos por
encima de los 10 g/L en pantanos y humedales (Visco et al., 2004).
Carbón Orgánico Disuelto (DOC)
DOC es el término utilizado para describir los miles de compuestos disueltos en
el agua que se derivan de la materia orgánica. En las aguas naturales, cerca del
50% del carbón orgánico disuelto (DOC) esta compuesto por sustancia húmicas.
Niveles de DOC/TOC mayores a 0.5 indican la presencia de materia orgánica en
forma soluble y en caso contrario en forma insoluble. (Romero J, 2005).
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Absorción de Luz Ultravioleta (UV254)
El principio de este método de absorción ultravioleta es que el constituyente de
la materia orgánica absorbe la luz UV en proporción a su concentración. La
absorción de UV254 indican las concentraciones de moléculas orgánicas con
grupos aromáticos.
La medición de la muestra debe ser previa a la adición de un desinfectante u
oxidante ya que el oxidante reacciona con los compuestos orgánicos y dividen
los enlaces dobles que absorben la luz UV (Romero J, 2005).
Absorción Ultravioleta Específica (SUVA) Este método es un indicador del contenido de humedad del agua. El valor SUVA
representa la fracción relativa de los componentes aromáticos en las NOM que
exhibe una mayor absorbancia UV.
Se ha identificado que la relación entre SUVA y NOM no depende solamente
del origen de este sino que también de los cambios de las estaciones del año y
la temperatura. Este parámetro se calcula igual que la absorción UV con una
longitud de onda de 254 nm dividido por el DOC contenido en el agua. Las
aguas con valores de SUVA mayores a 2 no contienen principalmente material
húmico y no son aptas para la coagulación (Romero J, 2005).
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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2.3 Tratamiento para Potabilización de Agua
El agua se considera potable, cuando es incolora, insípida e inodora, y además
si contiene oxigeno y sales disueltas en concentración adecuadas; cuando se
encuentra libre de gérmenes patógenos y sustancias toxicas que ponen en
peligro de salud. Para que el agua pueda alcanzar estas condiciones debe
someterse a un proceso de potabilización.
Las operaciones de tratamientos de agua tienen como objetivos:
Separación de sustancias articuladas como arena y arcilla, materia
orgánica, bacterias y algas.
Extracción de sustancias disueltas como las que causan color y dureza.
Extracción o destrucción de bacterias y virus patógenos.
Los medios de tratamientos en que la eliminación de los contaminantes se
consigue mediante la adición de producto químico o por actividad biológica se
conocen como procesos unitarios.
Las etapas de tratamiento mas comúnmente utilizadas en países en vías de
desarrollo como Nicaragua se describen a continuación:
2.3.1 Aeración
En purificación y tratamiento de aguas se entiende por aireación el proceso
mediante el cual el agua es puesta en contacto intimo con el aire con el
propósito de modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenida en
ella. En resumen es el proceso de introducir aire al agua.
Las funciones más importantes de la aireación son:
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Transferir oxigeno al agua para aumentar el oxigeno disuelto
Disminuir la concentración de CO2
Disminuir la concentración de H2S
Remover gases como metano cloro y amoniaco
Oxidar hierro y manganeso
Remover compuestos orgánicos volátiles
Remover sustancias volátiles productoras de olores y sabores
La aireación cumple su objetivo de purificación de agua mediante el arrastre por
barrido de las sustancias volátiles causado por la mezcla turbulenta de agua con
aire y por el proceso de oxidación de los metales y los gases. El agua aireada es
más agradable al paladar; la aireación reduce el nivel de CO2 hasta unos 4.5
mg/L, pero la corrosión sólo se previene si la alcalinidad del agua excede de 100
mg/L (Cárdenas, 2000).
La aireación representa una de las operaciones de uso mas intensivos de
energía en los sistemas de tratamientos, mediante equipo de aireación difusa,
equipo de turbina y aireadores mecánicos.
2.3.2 Mezcla Rápida
La mezcla rápida es una operación empleada en el tratamiento del agua con el
fin de dispersar diferentes sustancias químicas y gases. En las plantas de
purificación de agua el mezclador rápido tiene generalmente el propósito de
dispersar rápida y uniformemente el coagulante a través de toda la masa o flujo
de agua.
La mezcla rápida puede efectuarse mediante turbulencia, provocada por medios
hidráulicos en canales, canaletas parshall, vertedero rectangulares, tuberías de
succión de bombas, mezcladores mecánicos en líneas, rejillas difusoras, chorros
químicos y tanque con equipo de mezcla rápida (Cárdenas, 2000).
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2.3.3 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 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.
El proceso se produce al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados,
por medio de la adición de los coagulantes químicos y la aplicación de la energía
de mezclado. En la Figura 2.4 se muestra como las sustancias químicas anulan
las cargas eléctricas de la superficie del coloide permitiendo que las partículas
coloidales se aglomeren formando flóculos (Cárdenas, 2000).
Figura 2.4 Coagulación. Tomado de: Cárdenas, 2000.
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2.3.3.1 Fenómenos de la Coagulación
Se presentan dos fenómenos básicos de coagulación: Por adsorción y por
barrido.
Coagulación por Adsorción
Se presenta cuando el agua contiene una alta concentración de partículas en el
estado coloidal. El proceso consiste en que el coagulante es adicionado al agua
turbia y los productos solubles de los coagulantes son absorbidos por los
coloides y forman los flóculos en forma casi instantánea (Figura 2.5).
Coagulación por Barrido
Este tipo de coagulación se presenta cuando el agua es clara (presenta baja
turbiedad) y la cantidad de partículas coloides es pequeña; En este caso, las
partículas son entrampadas al producirse una sobresaturación de precipitado de
sulfato de aluminio o cloruro férrico (Figura 2.6).
Figura 2.5 Coagulación por Adsorción. Tomado de: Cárdenas, 2000.
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2.3.3.2 Mecanismos de la Coagulación
La desestabilización se puede obtener por los mecanismos fisicoquímicos
siguientes:
• Compresión de la doble capa
• Absorción y neutralización de cargas
• Atrapamiento de partículas en un precipitado
• Adsorción y puente
Compresión de la Doble Capa
Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan
y generan una fuerza de repulsión, cuyo potencial de repulsión está en función
de la distancia que los separa y cae rápidamente con el incremento de iones de
carga opuesta al de las partículas, esto se consigue sólo con los iones del
coagulante (Figura 2.7).
Figura 2.6 Coagulación por Barrido.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
20
Figura 2.7 Fuerzas de Repulsión y Atracción.
Tomado de: Cárdenas, 2000.
Si la distancia que separa a las partículas es superior a “L”, entonces las
partículas, no se atraen. “E” es la energía que los mantiene separados.
Absorción y Neutralización de Cargas Las partículas coloidales poseen carga negativa en su superficie, estas cargas
llamadas primarias atraen los iones positivos que se encuentran en solución
dentro del agua y forman la primera capa adherida al coloide.
Figura 2.8 Reestabilización de Partículas. Tomado de: Cárdenas, 2000.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
21
Cuando se adiciona un exceso de coagulante al agua a tratar, se produce a la
reestabilización de la carga de la partícula; esto se puede explicar debido a que
el exceso de coagulante son absorbidos en la superficie de la partícula,
produciendo una carga invertida a la carga original (Figura. 2.8).
Atrapamiento de Partículas dentro de un Precipitado
Las partículas coloidales desestabilizadas, se pueden atrapar dentro de un
flóculo, cuando se adiciona una cantidad suficiente de coagulantes,
habitualmente se hace uso de sales de metales trivalente como el sulfato de
aluminio Al2(SO4)3, o Cloruro Férrico FeCl3, y el floculo resultante está formado
de moléculas de Al(OH)3 o de Fe(OH)3.
La presencia de ciertos aniones y de las partículas coloidales acelera la
formación del precipitado. Las partículas coloidales juegan el rol de anillo
durante la formación del flóculo (Figura 2.9); este fenómeno puede tener una
relación inversa entre la turbiedad y la cantidad de coagulante requerida. En
otras palabras, una concentración importante de partículas en suspensión puede
requerir menor cantidad de coagulante.
Figura 2.9 Tipos de Flóculos. Tomado de: Cárdenas, 2000.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
22
Adsorción y Puente Cuando la molécula de un polímero puede adsorber una partícula coloidal en
una de sus extremidades, mientras que los otros sitios se encuentran libres para
absorber otras partículas; se dice que las moléculas de los polímeros forman el
“puente” entre las partículas coloidales (Figura 2.10).
Pero cuando hay una excesiva carga de polímeros, los flóculos pueden
resuspenderse enturbiando el agua que esta siendo coagulada.
2.3.3.3 Coagulantes Utilizados
Los coagulantes son productos químicos que al adicionarse 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.
Figura 2.10 Efecto de Puente de las Partículas en Suspensión. Tomado de: Cárdenas, 2000.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y
producir los flóculos son:
Sulfato de Aluminio
Aluminato de Sodio
Cloruro de Aluminio
Cloruro Férrico
Sulfato Férrico
Sulfato Ferroso
Poli electrolitos (como coadyuvante de floculación)
Siendo los mas utilizados las sales de Aluminio y de Hierro. Cuando se adiciona
estas sales al agua se producen una serie de reacciones muy complejas donde
los productos de hidrólisis son mas eficaces que los iones mismos; estas sales
reaccionan con la alcalinidad del agua y producen los hidróxidos de aluminio o
hierro que son insolubles y forman los precipitados. Las principales reacciones del
sulfato de aluminio con la alcalinidad del agua se presentan en la Figura 2.11.
Figura 2.11 Reacciones del Sulfato de Aluminio. Tomado de: Cárdenas, 2000.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
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El sulfato de aluminio (Alumbre) es el más utilizado en las plantas de tratamiento
de agua por su bajo costo y manejo relativamente sencillo. El rango óptimo de
pH para la aplicación del alumbre se encuentra entre 5 y 6. Estas sales forman
un floculo ligeramente pesado por lo que su tiempo de floculación es muy lento.
2.3.3.4 Factores que Influyen en la Coagulación
Es necesario tener en cuenta los siguientes factores con la finalidad de optimizar
el proceso de coagulación:
pH
Turbiedad
Sales disueltas
Temperatura del agua
Tipo de coagulante utilizado
Condiciones de mezcla
Sistemas de aplicación de los coagulantes
Tipos de mezcla y el color
2.3.3.5 Coagulación con Polímeros
Los polímeros se han utilizado en las etapas de purificación de agua desde hace
cuatro décadas (Kawamura, 1976). Las principales aplicaciones de los polímeros
orgánicos en los procesos de producción de agua potable radican en la etapa de
coagulación-floculación cuando se han utilizado sales de aluminio o de hierro
como coagulante primario. El uso de polímeros da lugar a una reducción
significativa de la dosis requerida de alumbre, encontrándose reducciones del
40-60% (Hall y Hyde, 1992).
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
25
Así para un agua que contiene 5 mg/L del ácido húmico, una dosis de 75 mg/L
de alumbre disminuirá solamente 20% de las sustancias húmicas, pero la
adición de un polímero aniónico conjuntamente con 10 mg/L del alumbre dará
una reducción del 95% (Edzwald et al., 1987).
En comparación con el alumbre (Al2SO4), algunas de las ventajas del uso de
polímeros en el tratamiento de aguas se mencionan a continuación (Rout et al.,
1999; Nozaic et al., 2001):
Disminución de la dosis del coagulante
Se produce un volumen más pequeño de lodo
Un pequeño aumento en la carga iónica del agua tratada
Reducción del nivel de aluminio residual
Aumenta el tamaño de flóculo haciéndolo fuerte y de forma regular
Ahorros de costo de hasta 25-30%
Los polímeros son especialmente beneficiosos para hacer frente a problemas
de floculación a temperaturas bajas, o en el tratamiento de aguas con poca
coloración, mejorando la estabilidad y dureza del flóculo (Faust y Aly, 1983).
La característica más importante de los floculantes poliméricos es el peso
molecular (MW) y, en el caso de los polielectrólitos, la densidad de carga (CD).
Todos los polímeros usados como floculantes en el tratamiento de aguas, deben
ser solubles en agua; existiendo polímeros catiónicos y aniónicos, así como
también hay de origen natural y artificial.
Otro gran beneficio del uso de polímeros es la reducción de la materia orgánica
natural (Edzwald y Tobiason., 1999) y la eliminación de partículas para asegurar
la ausencia de organismos patógenos como Giardia y Cryptosporidium
(Bernhardt y Clasen., 1996).
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26
Esto requiere la mejor combinación de las sales inorgánicas como coagulante y
polímero como floculante, y de las condiciones de proceso óptimas (Narkis et al.,
1991).
Polímeros Catiónicos
Hay muchas variedades de polímeros catiónicos, entre los mas utilizados en la
floculación de agua están: cloruro de polidimetilamonio (PDADMAC), polimeros
de epicloridrina y dimetilamina (ECH/DMA), poliacrilamida catiónica (CPAM),
quitosana y poliacrilamida anionica (APAM). Existen varios polímeros
producidos naturalmente que presentan características catiónicas inherentes o
polímeros que pueden ser modificados para actuar como un poli electrolito
catiónico.
Otros de origen natural como la quitosana pueden ser absolutamente eficaz en
el retiro de NOM (Bolto et al., 1998, 2001; Eikebrokk y Saltnes, 2002), aun
adicionado en pequeñas concentraciones en niveles de pH neutro. La estructura
de la quitosana se presenta en la Figura 2.12 así como la de otros polímeros
artificiales con compuestos aminos libres.
Figura 2.12 Estructura de los Polielectrólitos Catiónicos. Tomado de: Bolto y Gregory, 2007.
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27
Muzarelli (1977), considera que la quitosana como polímero básico reacciona
con el agua de la siguiente manera:
Quitosana-NH2 +H2O ↔ Quitosana-NH3+ + OH- (4.2)
Cuando la quitosana se empapa con agua, el pH se incrementa ligeramente y la
cantidad del ion hidróxido y el catión de la quitosana producida son pequeños.
Aspectos Cinéticos de los Polímeros
Cuando un floculante polimérico se dosifica en una suspensión de partículas, se
inician varios procesos, que proceden en diversas etapas:
Mezclado: Éste es un proceso esencial, en el cual el polímero (agregado
generalmente como solución bastante concentrada) se distribuye uniformemente
a través de la suspensión. Es importante que este proceso se alcance
rápidamente; si no un exceso de las concentraciones locales provocara una
adsorción no-uniforme y algunas partículas pueden ser reestabilizadas como
resultado del exceso del polímero adsorbente. Un mezclado pobre es
responsable de la alcalinidad residual en el agua después de la floculación y de
la sedimentación del polímero.
Adsorción: La adherencia de las cadenas del polímero con las partículas
se produce a una velocidad que depende principalmente de sus
concentraciones, de acuerdo con la cinética de Smoluchowski (Gregory., 1988). Cuando la concentración de las partículas se ha incrementado, la dosis óptima
del polímero en general se incrementa proporcionalmente, ya que la tasa de
adsorción del proceso es de segundo orden.
Para los polímeros de bajo peso molecular (MW) la adsorción depende
principalmente de la difusión, pero para los floculantes de mayor MW depende
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
28
de una fuerza de cizalla inducida por colisiones entre las partículas y moléculas
de los polímeros. Esto significa que la tasa de adsorción del polímero puede
depender de las condiciones de la mezcla.
Con bajas concentraciones de las partículas (ppm), al igual que en las aguas de
baja turbidez el tiempo necesario para la adsorción del polímero es de unos
cuantos minutos, mientras que para altas concentraciones de sólidos el tiempo
de la adsorción puede ser menor que 1 s. Cuando el tiempo de adsorción es
del mismo orden que el tiempo de mezcla, las condiciones de la mezcla pueden
afectar el rendimiento de la floculación (Gregory, 1988).
Cambio de lugar de Cadenas Adsorbidas: Es el momento cuando una cadena
de polímero adsorbida en una partícula, es atacada por solo unos pocos
segmentos de la cadena (en principio sólo un segmento tiene que ser unido para
que el polímero pueda ser considerado como 'adsorbido').
En cierto tiempo, la cadena de polímero adsorbido alcanza su configuración en
el equilibrio con una distribución características de lazos, de trenes y cola. El
tiempo requerido para el cambio (o el reordenamiento) de cadenas fijadas por
adsorción depende de un número de factores, que no están bien definidos. Sin
embargo, para los polímeros de alto peso molecular (MW), puede ser necesario
un tiempo de varios segundo (Pelssers et al., 1990), durante el tiempo que el
polímero es adsorbido tiene una extensa configuración que en el equilibrio hace
más fácil el contacto sobre los puentes.
Floculación: Cuando las partículas han adquirido suficiente polímero adsorbido
comienza a desestabilizarse resultando colisiones secundarias por las
diferencias electrostáticas.
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29
La floculación es un proceso de segundo orden, de modo que la velocidad de
floculación depende del cuadrado de la concentración de las partículas, así las
altas tasa de concentraciones pueden llegar a acelerar el proceso de floculación.
En la práctica, el proceso de floculación ocurre en un tanque agitado o en un
reactor de flujo cruzado. En la siguiente figura se esquematiza el proceso de
floculación de los polímeros.
Figura 2.13 Etapas de la Floculación de Partículas por Adsorción con Polímeros.
Tomado de: Bolto y Gregory, 2007.
2.3.4 Floculación
La floculación es la agitación de masa de agua coagulada para remover el
crecimiento del microfloculo recién formado en el proceso de la coagulación,
hasta alcanzar un mayor tamaño y peso necesario, para su posterior remoción
mediante sedimentación o filtración. En la operación de los procesos de
coagulación y floculación existen tres componentes esenciales:
Selección de los coagulante
Aplicación de los coagulantes
Control de la efectividad de los procesos
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
30
El floculador es un tanque con algún dispositivo de mezcla suave y lenta, con un
tiempo de retención relativamente prolongado. La floculación es influenciada por
fuerzas físicas y química tales como la cargas eléctricas de las partículas, la
capacidad de intercambio, el tamaño y la concentración del floculo, el pH, la
temperatura del agua y la concentración de los electrolitos.
2.3.5 Filtración
En general la filtración es la operación final que se realiza en una planta de
tratamiento de agua y por consiguiente es la responsable de la producción de
agua de calidad. Aunque cerca del 90% de la turbiedad y el color son removido
por la coagulación y la sedimentación una cierta cantidad de floculo pasa a
través del tanque de sedimentación y requiere su remoción, por ello, para lograr
la clarificación final se usa la filtración a través de medios porosos; generalmente
dichos medios son arenas y antracitas.
La filtración depende de una combinación compleja de mecanismo físicos
químicos; siendo el mecanismo de adsorción el más importante ya que el agua
pasa a través del lecho del filtro, las partículas suspendidas hacen contacto y
son adsorbidas sobre la superficie de los granos sobre el material previamente
depositado.
2.3.6 Adsorción
La adsorción es un proceso en el cual los átomos que se encuentran en la
superficie de un sólido, atraen y retienen moléculas de otros compuestos. A
dichas fuerzas se les conoce como “Fuerzas de Van der Walls”, estas fuerzas
moleculares provocan que la superficie del liquido se encuentre en un estado de
instauración; en la superficie del sólido, las moléculas o iones atraen hacia si,
las moléculas de otras sustancias reteniéndolas dentro de su superficie, debido
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
31
a que no tienen satisfechas todas sus fuerzas de unión con las otras partículas
(Rodríguez et al, 2004)
La capacidad máxima de adsorción (qm) es un factor que permite establecer la
eficiencia del adsorbente mediante la siguiente ecuación:
MVCC
q eom
)( −= (4.1)
Donde:
qm: Capacidad de adsorción de la quitosano (mg/g)
Co: Concentración inicial de DOC en las soluciones (mg/L)
Ce: Concentración final de DOC en el equilibrio (mg/L)
V: Volumen de la solución de DOC (L)
M: Masa de la quitosana utilizada en cada experimento (g)
Adsorción Física: Esta adsorción se caracteriza por un calor de adsorción
comparativamente bajo, también en esta adsorción la capa adsorbida tiene con
frecuencia un espesor mayor de una molécula, estando formada a menudo por
varias capas.
Quimisorción: También conocida como adsorción química, esta supone una
reacción química entre las moléculas adsorbidas y las moléculas o átomos de la
superficie del adsorbente. A diferencia de la adsorción física, la saturación
completa de la superficie resulta, en el caso de la quimisorción, únicamente en
una capa mono-molecular. Aquí el calor de adsorción es mucho mayor.
Existen modelos gráficos, isotermas de adsorción, que permiten relacionar la
cantidad de soluto adsorbido en una cantidad determinada de adsorbente. Uno
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
32
mmem qqCq111
+=
de estos modelos es el de Freundlich el cual predice que el proceso de
adsorción se origina en multicapas, mediante la Ecuación 4.3.
log qm=log Kf + nf log Ce (4.3)
Donde:
Kf (L/g) y nf (usualmente <1), son las constantes empíricas de Freundlich.
Otro modelo es el de Langmuir, el cual asume que la superficie del adsorbente
tiene un específico número de sitios los cuales son capaces de reaccionar y
enlazarse con una molécula de la solución, y la adsorción se limita a una
monocapa (van Loon y Duffy., 2005).
(4.4)
2.3.7 Desinfección
Es el último proceso unitario que se le da al agua tratada y es requisito para ser
potable. Se le llama desinfección en el tratamiento del agua a la destrucción o
inactivacion de los organismos patógenos, particularmente las bacterias de
origen intestinal. La desinfección puede llevarse acabo mediante los métodos
de: cloración, rayos x, rayos gamas, plata ionizada u ozono.
Por razones económicas la desinfección química es la más ampliamente usada
en las PTAP. El cloro es el mejor desinfectante, es el más utilizado a nivel
mundial, se presenta como cloro gaseoso e hipocloritos de sodio y calcio. El
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
33
yodo es eficiente en la destrucción de coliformes. El mayor inconveniente es su
alto costo y la ingestión continua puede afectar la glándula tiroides.
La desinfección con ozono implica altos costos debido a que éste es altamente
volátil y poco soluble en el agua haciendo necesario una post desinfección con
cloro. Los iones de plata son un desinfectante utilizado en los filtros domésticos
de porcelana y en las plantas de purificación de aguas industriales (Gutiérrez y
Medrano, 2003).
En condiciones normales el cloro es un gas amarillento verde, más pesado que
el aire. El cloro, además de desinfectar el agua, elimina olores y sabores, ayuda
a evitar formación de algas, elimina hierro y manganeso, ayuda a la coagulación
de materia orgánica. La desinfección se puede realizar por los siguientes
métodos: cloración simple, cloración por el punto de quiebre y mediante
cloraminas.
En la cloración simple no existe preocupación por satisfacer la demanda de cloro
en el agua, hasta aplicar una dosis tal que al final de un determinado tiempo de
contacto el cloro residual se mantenga entre 0.1 y 0.2 mg/L.
En aguas muy contaminadas la cloración simple es inadecuada ya que el cloro
residual sería rápidamente consumido, se aconseja clorar al punto de quiebre.
La dosis del cloro, en este caso es muy variable dependiendo de las
características del agua principalmente en lo que se refiere a su contenido de
amoníaco y otros compuestos nitrogenados responsables del punto de quiebre.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
34
2.4 Formación de los Subproductos de la Desinfección
Los subproductos de la desinfección (DBPs por sus siglas en ingles) es un
término usado para describir un grupo de compuestos orgánicos formados
durante la etapa de desinfección del agua al reaccionar la materia orgánica
presente en el agua con el cloro o el ozono.
Cuando los DBPs se originan por el uso de compuestos de cloro como
desinfectantes se les llama subproductos de la cloración (CBPs).
La clase y cantidad de subproducto depende de varios factores como son el tipo
de desinfectante usado, concentración del desinfectante, la naturaleza de los
precursores en el agua, tiempo de contacto, dosis y tipo de coagulante
aplicados, pH, temperatura y concentración de bromuros.
Si los subproductos de la desinfección ya se han formado, se puede reducir o
eliminar algunos, por adsorción con carbón activado o granular.
Por lo que se hace necesario revisar la practica de cloración sobretodo en
países donde se hace uso de concentraciones altas de cloro para contrarrestar
las deficiencias en los procesos de potabilización.
La mejor manera de disminuir la formación de DBPs es reducir la materia
orgánica natural presente en el agua cruda a través de procesos tales como:
optimización de las etapas de coagulación-floculación, adsorción con carbón
activado o granular o algún polímero, o por filtración con membranas.
La agencia de protección medioambiental de estados unidos USEPA, fijo en
1999 los valores guías para los subproductos de la desinfección, que se incluye
en la Tabla 2.1.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
35
Tabla 2.1 Subproducto de la Desinfección (DBPs).
Subproducto de Desinfección
Concentración Media (µg/L)
Concentración Máxima (µg/L)
TRIHALOMETANOS
Cloroformo 25 240
Bromodiclorometano 9.5 90
Dibromoclorometano 1.6 36
Bromoformo < 0.2 7.1
ACIDO HALOACETICO
Acido dicloroacetico 15 74
Acido tricloroacetico 11 85
Acido bromocloroacetico 3.2 49
Acido monocloroacetico 1.3 5.8
Acido dibromoacetico < 0.5 7.4
Acido monobromoacetico < 0.5 1.7
HALOACETONITRILO
Dicloroacetonitrilo 2.1 10
Bromoacetonitrilo 0.7 4.6
Bromocloroacetonitrilo 0.6 1.1
Dibromoacetonitrilo < 0.5 9.4
Tricloroacetonitrilo < 0.02 0.02
Tomado de: USEPA, 1999.
2.4.1 Trihalometanos (THMS)
Los trihalometanos son compuestos orgánicos que aparecen en el agua potable
tras ser sometida a cloración en presencia de sustancias húmicas, y son
potencialmente cancerigenos.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
36
El cloroformo o triclorometano es uno de los trihalometanos que se forman
durante la cloración por lo que es ampliamente estudiado en Estados Unidos y
Europa debido a que se le atribuye la formación de cáncer de vejiga (Villanueva,
2001).
En general la formación de THMs se ve favorecida con el aumento de los
precursores, aumento del pH, aumento de la temperatura, aumento de la dosis
de cloro con el agua.
La materia orgánica natural, NOM, es considera como el mayor precursor en la
formación de los subproductos de la desinfección; el carbono orgánico total, y la
absorbancia UV a 254 nm se suelen utilizar como una forma determinar la
cantidad de materia orgánica presente en el agua.
La formación de haloformos tiene lugar cuando el cloro empleado esta en forma
de cloro libre. Los THMs también pueden formarse por la hidrólisis de muchos
otros DBPs, o productos intermedios. Estos DBPs trihalogenados incluyen a los
trihaloacetonitrilos, trihaloacetaldehidos y ácidos trihaloaceticos brominados.
Una revisión de los subproductos de la desinfección de aguas potable en
Canadá hecha por Williams et al. (1997), muestra que los THMs (Trihalometanos
Totales ) y los HAAs fueron los mayores DBPs encontrados en todos los
procesos de tratamientos y que los niveles de HAAs a menudo son iguales o
exceden a los THMs (Gutiérrez y Medrano., 2003).
Esquemáticamente, la formación de subproductos de la desinfección (DBPs) es
la siguiente:
NOM + Chlorine Compound DBPs (2.1)
NOM + HOCl Productos intermedios (2.2)
Productos intermedios + HOCl Productos finales (2.3)
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
37
Capitulo III: METODOLOGIA
Este capitulo presenta la metodología empleada en la presente investigación
desde la preparación del agua sintética, el proceso de los tres tipos de
coagulación, la aplicación de quitosana como coadyuvante y la quitosana como
adsorbente.
3.1 Método de Investigación
La presente investigación consistió en un estudio a nivel de laboratorio para la
determinación del tipo de coagulación que removió más precursores de los
trihalometanos, así como los parámetros óptimos. También, se utilizó quitosana
la cual es un polielectrolíto catiónico como coadyuvante de coagulación, y
además se empleó como adsorbente.
Por consiguiente el método utilizado es del tipo “Cuantitativo” ya que éste es el
usado para analizar e identificar cantidades en el caso de una investigación de
campo o experimental.
Se designo la simbología siguiente a los tipos de Coagulación para en el análisis
de los resultados donde:
A*: Coagulación con Flóculos Preformados
B*: Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana
C*: Coagulación Simple
D*: Doble Coagulación
E*: Coagulación Simple y Quitosana
F*: Doble Coagulación y Quitosana
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
38
3.2 Tipo de Investigación
La investigación se tipifica como experimental por lo que se realizó un análisis
sistemático de las variables en estudio para la determinación del agua potable,
por lo tanto el tipo de investigación que se efectuó es la “descriptiva”.
3.3 Población y Muestra
Se utilizó agua sintética ya que el estudio a escala de laboratorio requería
controlar las concentraciones de los parámetros a analizar. Se realizaron un
total de 24 corridas: 4 corridas con coagulación de flóculos preformados, 4
corridas con coagulación de flóculos preformados y quitosana como
coadyuvante, 4 corridas con coagulación simple , 4 corridas con coagulación
simple y quitosana, otras 4 corridas con doble coagulación y las ultimas 4
corridas con doble coagulación y quitosana como coadyuvante
3.4 Técnicas de Recolección de Datos
Las técnicas de recolección de datos son procedimientos operativos de calidad
que concretan su aplicación a un ensayo o una actividad particular. Estos
procedimientos tienen como objetivo la determinación de las características
fisicoquímicas que tiene un agua en particular. En la Tabla 3.1 se reflejan los
métodos que se utilizaron para la determinación de dichas características. Toda
la metodología esta descrita en el Standard Methods for Water and Wastewater
Examination, (20th Edition, 1998) y en el Manual HACH DR 5000.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
39
Tabla 3.1 Técnicas de Recolección de Datos.
UV254 = Absorbancia Ultravioleta a 254 nm
3.5 Preparación del Agua Sintética
El agua sintética debe simular las propiedades del agua natural y es por ello que
se debe de asegurar una fuerza iónica de 0.003M, para ello se adicionó 40 mg
de KNO3, 140 mg de CaCO3 y 250 mg de arcilla por litro de agua.
Las concentraciones de las sustancias antes mencionadas se mantuvieron
constantes durante la fase experimental, variándose solo la concentración de
acido húmico en 1, 3, 5 y 7 mg/L. El acido húmico se disolvió en una porción de
agua y se filtró la solución al vacío con un filtro Whatman de fibra de vidrio de
0.47 μm.
Variable Unidades Procedimiento
PARÁMETROS FÍSICOS
Turbiedad NTU Turbidímetro HACH 2010
Color mg/L Pt-Co Método HACH 8025
Temperatura °C SM 2550B. Método para Laboratorios
Conductividad µS/cm SM 2510. Conductivímetro HACH CO150
Sólidos Totales Disueltos mg/L Conductivímetro HACH CO150
PARÁMETROS QUÍMICOS
Alcalinidad mg/L SM 2320B. Método de Titulación
Dureza mg/L SM 2340B. Método de Titulación
pH mg/L pHmetro
UV254 cm-1 Método HACH 10054
Carbono Orgánico Disuelto
(DOC) mg/L Método HACH 10129
Cloro Residual mg/L Método HACH 8021. Método DPD
THMs µg/L Método HACH 10132. Método THM Plus
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
40
Después de preparada el agua sintética se mezcló por 1 hora para asegurar la
dispersión de todos los compuestos en el agua, después se ajustó el pH a 7 con
NaOH 0.5 M o H2SO4 0.1 M.
3.6 Tipos de Coagulación
En la presente investigación se trabajó con tres tipos diferentes de Coagulación,
Coagulación con Flóculos preformados, Coagulación Simple y Doble
Coagulación. A continuación se explican cada una de ellas.
3.6.1 Coagulación con Flóculos Preformados
Para la preparación de los flóculos preformados, se adicionó 300 mL de una
solución patrón de alumbre (Al2SO4*18H2O) de 10000 mg/L a 700 mL de agua
desionizada a pH 7. El agua fue rápidamente mezclada por 2 minutos a 150 rpm
y lentamente mezclada por 30 minutos a 30 rpm usando un equipo de prueba de
jarra. Los flóculos formados después de 30 minutos de mezclado lento fueron
transferidos en diferentes volúmenes ,correspondientes a dosis de 5, 10, 15, 20,
25, 30 mg/L, a los beakeres que contenían el agua sintética, 1000 mL, que
simulaba el proceso de coagulación en la prueba de jarra bajo condiciones de
mezcla completa.
El agua sintética con los volúmenes de flóculos preformados adicionados se
mezcló rápidamente a 100 rpm por 1 minuto y posteriormente a 30 rpm por 30
minutos. Después se dejó sedimentar por 1 hora a todas las jarras.
La capa sobrenadante de agua fue la utilizada para determinar los diferentes
parámetros a medir.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
41
3.6.2 Coagulación Simple
En el proceso de Coagulación Simple, se uso jarras de 2 litros de capacidad y a
estas se les lleno con el agua sintética, se procedió posteriormente a hacer el
proceso de coagulación variando la dosis de coagulante desde 5, 15, 30 y 45
mg/L de Al2SO4*18H2O. Se mezclo a 100 rpm por 1 minuto y a 30 rpm por 30
minutos, se dejo sedimentar por 1 hora. Se tomaron alícuotas para la medición
de los parámetros establecidos.
3.6.3 Doble Coagulación
Se tomó el agua sobrenadante de cada jarra, 1litro, proveniente de la
Coagulación Simple y se volvió a coagular usando dosis de Al2SO4*18H2O
desde 0 a 75 mg/L. Se uso una mezcla rápida de 1 minuto a 100 rpm y una
mezcla lenta de 30 minutos a 30 rpm. Posteriormente se sedimentó el agua
contenida en las diversas jarras por 1 hora. Después de esto se tomo alícuotas
para determinar los parámetros a analizar.
La jarra de agua que tenia la dosis optima de coagulante, de cada tipo de
coagulación, se seleccionó en base a la jarra que tenga la mas alta remoción de
los precursores de los DBPs es decir: DOC y UV254.
Posteriormente a cada jarra se le adicionó una concentración de NaOCl de 2
mg/L para simular el proceso de desinfección, dejándola reaccionar por 1 hora; y
posteriormente se le determinó la concentración de THMs formados.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
42
MVCC
q eom
)( −=
3.7 Quitosana como Coadyuvante
Se repitieron los experimentos a los diferentes tipos de coagulación estudiados
previamente pero con la adición de 0.2 g/L de quitosana como coadyuvante.
Para poder hacer la comparación entre los procesos de coagulación con y sin
quitosana se empleo la misma formulación para preparar el agua sintética y
también se utilizaron las mismas condiciones de mezclado y tiempo de
sedimentación.
3.8 Quitosana como Adsorbente
Para evaluar la eficacia de la quitosana como adsorbente de NOM se tomaron
alícuotas de 100 mL de solución provenientes de cada jarra coagulada, a las
cuales se les adicionó quitosana. La masa de quitosana utilizada fue de 0.2 g,
estas soluciones se colocaron en un termostato a 25oC por 24 h o hasta que se
alcanzó el equilibrio.
Para determinar la concentración de materia orgánica adsorbida en el equilibrio
se hizo uso de la Ecuación 3.1, que predice la capacidad máxima de adsorción
de la quitosana.
(3.1)
Donde:
qm: Es la capacidad de adsorción de la NOM (mg/g)
Co: Es la concentración inicial de la materia orgánica (mg/L)
V: Volumen de la solución de NOM (L)
M: Masa de la quitosana utilizada en cada experimento (g)
Ce: Es la concentración de materia orgánica en el equilibrio (mg/L)
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
43
Los resultados de la absorción de materia orgánica en esta investigación se
obtuvieron a través de UV254, parámetro sustituto de la NOM, referido al DOC
(mg/L) por la Ecuación 4.5 (García, 2005).
DOC = 62.9 UV + 0.705 (4.5)
3.9 Análisis Estadístico
Para calcular el porcentaje de remoción de los diferentes parámetros a medir en
las diferentes etapas, se hizo uso de la siguiente ecuación:
100C
CCRemoción %
inicial
finalinicial ×−
= (3.2)
Donde:
Cinicial: Es la concentración inicial del analito
Cfinal : Es la concentración final de analito después de pasar por la etapa
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
44
Capitulo IV: ANALISIS DE RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados de cada una de las características
analizadas en las diferentes etapas del proceso de potabilización, datos que
fueron utilizados para la realización del presente análisis comparativo en base a
la capacidad de remoción de cada uno de los tipos de coagulación estudiados.
Estos son:
4.1 Comparaciones
Las comparaciones se hacen en función de las características físicas, químicas
y orgánicas que aparecen enlistadas en la Tabla 3.1. Para referirse al agua
cruda se utiliza la letra A.
4.1.1 Características Físicas
Color y Turbiedad
En la Figura 4.1 se aprecia el comportamiento de Color y Turbiedad en las
diferentes etapas y a diferentes concentraciones de Acido Húmico (1, 3, 5 y 7
mg/L), donde se establece que la Coagulación con Flóculos Preformados y
Quitosana (B*) presenta la mejor remoción en las diferentes concentraciones de
Acido Húmico estudiadas con un valor de Color de 0, 0, 1, 0 mg/L Pt-Co y
Turbiedad de 0, 1, 1, 1 NTU respectivamente.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
45
Acido Humico 1 mg/L
0
10
20
30
40
50
60
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Col
or
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Turb
ieda
d
Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
Acido Humico 5 mg/L
0
10
20
30
40
50
60
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Col
or
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Turb
ieda
dColor (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
Acido Humico 7 mg/L
0
10
20
30
40
50
60
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Col
or
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Turb
ieda
d
Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
Acido Humico 3 mg/L
0
10
20
30
40
50
60
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Col
or
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Turb
ieda
d
Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
Figura 4.1 Variación del Color y la Turbiedad en función del tipo de Coagulación
y concentración de Acido Húmico (AH). La Coagulación con Flóculos Preformados (A*) también removió
considerablemente el Color y la Turbiedad. No obstante también es demostrable
la eficiencia de los otros tipos de coagulación los cuales de igual forma lograron
reducir grandemente los valores iniciales de ambos parámetros, encontrándose
dentro del rango permisible por CAPRE (15 y 5 mg/L respectivamente) ente
regulador de la calidad del agua para Centroamérica, Panamá y Republica
Dominicana.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
46
Acido Humico 1 mg/L
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
STD
0
100
200
300
400
500
Con
duct
ivid
ad
STD (mg/L)
Conductividad (µS/cm) Acido Humico 3 mg/L
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
STD
0
100
200
300
400
500
Con
duct
ivid
ad
STD (mg/L)
Conductividad (µS/cm)
Acido Humico 5 mg/L
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
STD
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Con
duct
ivid
ad
STD (mg/L)
Conductividad (µS/cm) Acido Humico 7 mg/L
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
STD
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Con
duct
ivid
ad
STD (mg/L)
Conductividad (µS/cm)
Conductividad y Sólidos Totales Disueltos
La conductividad y los Sólidos Totales Disueltos presentan una correlación
directa entre ambos parámetros (Figura 4.2), aunque los resultados también
muestran una tendencia ascendente de ambos parámetros en la mayoría de los
tipos de coagulaciones; este incremento es debido a la disolución de iones y
sales inorgánicas por la adición del coagulante y del coadyuvante, (Figura 4.2).
Figura 4.2 Variación de Sólidos Totales Disueltos (STD) y Conductividad en
función del tipo de Coagulación y concentración de Acido Húmico (AH).
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
47
Es notable que cuando se trabaja con Coagulación con Flóculos Preformado
(A*) ambos parámetros aumentan significativamente para todas las
concentraciones de Ácidos Húmicos (AH) estudiados, esto es debido a la
presencia de los flóculos formados previamente.
Cuando la concentración de Acido Húmico es de 1 mg/L se presentan
disminuciones en los valores de los parámetros estudiados sobretodo en la
Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana (B*), Coagulación Simple
(C*), y Doble Coagulación (D*). En cambio a concentración de 3 mg/L de AH
este efecto de disminución se presenta solo en la Coagulación con Flóculos
Preformados y Quitosana (B*). Para la concentración de AH de 5 mg/L existe
una leve disminución en Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana
(B*), Coagulación Simple (C*), y Doble Coagulación (E*).
Cuando se utiliza 7 mg/L como concentración de AH, todos los valores son
mayores a los del Agua Cruda (A). La tendencia a aumentar de la Conductividad
y STD se debe al incremento de la concentración de acido húmico. Además se
puede observar que en la mayoría de los casos los valores no se aproximan al
valor máximo admisible para la normativa CAPRE el cual para STD es de 1000
mg/L y para conductividad es de 400 μS/cm.
Temperatura Como se puede apreciar en la Figura 4.3, los valores de temperatura alcanzados
por las diferentes Coagulaciones no varían de gran manera, comprendidos entre
21 y 25 °C, debido a las condiciones de trabajo del laboratorio donde se simuló
el proceso de potabilización. Las Normas CAPRE establecen un rango
recomendado para este parámetro entre 18 a 30°C, el cual se cumple durante
todas las etapas del proceso.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
48
Acido Humico 1mg/L
0
5
10
15
20
25
30
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Tem
pera
tura
(o C)
Acido Humico 3mg/L
0
5
10
15
20
25
30
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Tem
pera
tura
(o C)
Acido Humico 5 mg/L
0
5
10
15
20
25
30
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Tem
pera
tura
(o C)
Acido Humico 7mg/L
0
5
10
15
20
25
30
A.Cruda
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Tem
pera
tura
(o C)
La determinación de la temperatura del agua tiene gran relevancia, ya que
variaciones extremas de este parámetro tienen una influenza significativa en la
formación de THMs.
Figura 4.3 Variación de Temperatura en función del tipo de Coagulación y
concentración de Acido Húmico (AH).
4.1.2 Características Químicas
Dureza y Alcalinidad
Los valores más altos de dureza y alcalinidad se encuentran en el agua cruda en
un rango comprendido entre 70 y 90 mg/L CaCO3, como se muestra en la Figura
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
49
Acido Humico 1 mg/L
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
A. Cruda A* B* C* D* E* F*
Dur
eza
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Alc
alin
idad
Dureza (mg/L)
Alcalinidad (mg/L) Acido Humico 3 mg/L
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
A. Cruda A* B* C* D* E* F*
Dur
eza
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Alc
alin
idad
Dureza (mg/L)
Alcalinidad (mg/L)
Acido Humico 5 mg/L
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
A. Cruda A* B* C* D* E* F*
Dur
eza
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Alc
alin
idad
Dureza (mg/L)
Alcalinidad (mg/L) Acido Humico 7 mg/L
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
A. Cruda A* B* C* D* E* F*
Dur
eza
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Alc
alin
idad
Dureza (mg/L)
Alcalinidad (mg/L)
4.4. En el proceso de coagulación se consume iones OH-, CO3-2 lo que hace que
disminuya la alcalinidad. Por lo que es apreciable la correspondencia directa
entre la dureza y alcalinidad.
Las mayores disminuciones la presenta la Coagulación con Flóculos
Preformados y Quitosana (B*), para la mayoría de las concentraciones de Acido
Húmico estudiadas; exceptuando concentración de AH de 5 mg/L donde la mejor
es la Coagulación Simple.
Figura 4.4 Variación de la Dureza y Alcalinidad en función del tipo de
Coagulación y concentración de Acido Húmico (AH).
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
50
Esto se puede deber a la quitosana, que como polímero catiónico natural
reacciona con los iones negativos aun disponibles en el agua formando un
complejo de carga positiva (Natural Site Solutions, 2004). Este posteriormente
neutraliza la alta carga negativa del material orgánico. Facilitando la remoción
del complejo insoluble quitosana-NOM por entrampamiento, o adsorción. Es
decir que con la quitosana hay un extra consumo de alcalinidad asegurando de
esta manera obtener un pH dentro del máximo admisible de 8.5.
4.1.3 Características Orgánicas
DOC Y UV254
La Figura 4.5 presenta el comportamiento de DOC y UV254, mostrándose una
gran disminución de la materia orgánica aromática para todos lo casos de
coagulación analizados.
Es apreciable en esta figura que la Coagulación con Flóculos preformados (A*) y
Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana (B*) son quienes presentan
los mejores resultados en cuanto a la disminución de DOC y UV254 a las
diferentes dosis de Acido Húmico evaluadas. Este comportamiento puede
deberse a que los flóculos preformados sirven como puntos de nucleación los
cuales causan una mayor remoción de la materia orgánica por adsorción.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
51
Acido Humico 1 mg/L
0.00
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
20.00
A.Cruda
A* B* C* D* E* F*
DO
C
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.140
0.160
UV2
54
DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0
Acido Humico 3 mg/L
0.00
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
20.00
A.Cruda
A* B* C* D* E* F*
DO
C
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.140
0.160
UV2
54
DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
Acido Humico 5 mg/L
0.00
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
20.00
A.Cruda
A* B* C* D* E* F*
DO
C
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.140
0.160
UV2
54DOC (mg/L)UV254 (cm-1) Acido Humico 7 mg/L
0.00
2.50
5.00
7.50
10.00
12.50
15.00
17.50
20.00
A.Cruda
A* B* C* D* E* F*
DO
C
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.140
0.160
UV2
54
DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
A* B* C* D* E* F*
Figura 4.5 Variación de DOC y UV254 en función del tipo de Coagulación y
concentración de Acido Húmico (AH).
4.2 Quitosana como Coadyuvante En este acápite se hace una comparación del tipo de coagulación usada con o
sin quitosana para determinar si la quitosana ayuda a una remoción mayor de
los parámetros sustitutos que miden la NOM.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
52
4.2.1 Comparación entre Coagulación con Flóculos Preformados (A*) y
Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana (B*)
Color y Turbiedad
La Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana (B*) muestra una
reducción significativa de Turbiedad de 100, 98.18, 98.73 y 98.75% para cada
una de las respectivas dosis de Acido Húmico aplicadas. En cambio para la
Coagulación con Flóculos Preformados (A*) la disminución fue de 96.3, 97.14,
97.47, 98.75% a las dosis de AH respectivas.
En el caso del Color con la Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana
(B*) se obtuvo una remoción del 100% respecto al agua cruda en las dosis de 1
3 y 7 mg/L de Ácido Húmico y 96.8% a 5 mg/L de Acido Húmico; cuando se
aplicó la Coagulación con Flóculos Preformados (A*), el porcentaje de remoción
fue de 91.63% a 3 mg/L de Acido Húmico y de 100% para todas las demás
dosis.
Como se puede observar al comparar los dos tipos de coagulación en la Figura
4.6, cuando se utiliza Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana (B*)
se da una mayor remoción de Color y Turbiedad lo efecto atribuido a que la
quitosana actúa como puente entre las partículas coloidales que no fueron
totalmente removidas por la coagulación solo con la sal de aluminio, este puente
se origina debido a la diferencia de carga entre el polímero que es catiónico y la
materia orgánica que es aniónica lo que permiten una mayor atracción
intermolecular.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
53
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Col
or y
Tur
bied
ad
A. Cruda A* B*
Acido Humico 1 mg/L Color (mg/L Pt-Co)Turbiedad (NTU)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Col
or y
Tur
bied
ad
A. Cruda A* B*
Acido Humico 3 mg/LColor (mg/L Pt-Co)Turbiedad (NTU)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Col
or y
Tur
bied
ad
A. Cruda A* B*
Acido Humico 5 mg/LColor (mg/L Pt-Co)Turbiedad (NTU)
0
10
20
30
40
50
60
70
80C
olor
y T
urbi
edad
A. Cruda A* B*
Acido Humico 7 mg/LColor (mg/L Pt-Co)Turbiedad (NTU)
0
1
2
3
0
1
2
3
0
1
2
3
0
1
2
3
Figura 4.6 Remoción de Color y Turbiedad por Coagulación con Flóculos
Preformados (A*) y Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana (B*).
.
DOC y UV254
Los resultados del DOC y del UV254 poseen una importancia ingente debido a su
estrecha incidencia en la formación de THMs.
Como se puede observar en la Figura 4.7 ambos tipos de coagulación remueven
DOC en la misma proporción. Presentando un valor de remoción comprendido
entre 99.5, y 100% para las dosis de Acido Húmico respectivas.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
54
0
4
8
12
16
20
DO
C Y
UV2
54
A. Cruda A* B*
Acido Humico 1 mg/L DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0
4
8
12
16
20
DO
C Y
UV2
54A. Cruda A* B*
Acido Humico 3 mg/L DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0
4
8
12
16
20
DO
C Y
UV2
54
A. Cruda A* B*
Acido Humico 5 mg/L DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0
4
8
12
16
20
DO
C Y
UV2
54
A. Cruda A* B*
Acido Humico 7 mg/L DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
00.020.040.060.08
0.1
00.020.040.060.08
0.1
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
Figura 4.7 Remoción de DOC y UV254 por Coagulación con Flóculos
Preformados (A*) y Coagulación con Flóculos Preformados y
Quitosana (B*).
Respecto al UV254 ambos tipos de coagulaciones muestran un porcentaje de
remoción del 100%. Esto quiere decir que la materia orgánica presente es
principalmente húmica, soluble y de bajo peso molecular; y que a pesar de las
altas concentraciones de coagulantes utilizadas, no se logra una remoción
mayor que cuando se aplica el proceso de coagulación a material húmico de
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
55
mediano y alto peso molecular. Es por ello que el Color y la Turbiedad si se
remueven en mayor cantidad que DOC.
4.2.2 Comparación entre C*, D*, E* y F*. (Coagulación Simple, Coagulación
Simple y Quitosana, Doble Coagulación, Doble Coagulación y
Quitosana).
Color y Turbiedad
Los resultados mostrados en la Figura 4.8 muestran una mayor reducción de
Color que de Turbiedad cuando se aplicó la Doble Coagulación (D*),
Coagulación Simple y Quitosana (E*) y Doble Coagulación y Quitosana (F*). La
concentración de Color resultante es de aproximadamente 0 mg/L Pt-Co y la de
Turbiedad de 1 NTU para estos tres tipos de coagulación.
Este comportamiento fue lo opuesto cuando se trabajo con una concentración de
Acido Húmico de 7 mg/L donde la disminución de Turbiedad es mayor que el
Color. Eso es causado por la alta concentración de acido húmico el cual
impregna mucho Color al agua y aparentemente con las concentraciones de
coagulantes utilizadas no fueron suficientes para obtener una mayor remoción
de Color.
La concentración de Turbiedad obtenida en este caso es de aproximadamente 1
NTU y la concentración de Color es de 5 mg/L Pt-Co aproximadamente para los
tres tipos de coagulación antes mencionados.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
56
0
10
20
30
40
50
60
Col
or y
Tur
bied
ad
A. Cruda C* D* E* F*
Acido Humico 1 mg/L Color (mg/L Pt-Co)Turbiedad (NTU)
0
10
20
30
40
50
60
70
Col
or y
Tur
bied
adA. Cruda C* D* E* F*
Acido Humico 3 mg/L Color (mg/L Pt-Co)Turbiedad (NTU)
0
10
20
30
40
50
60
70
Col
or y
Tur
bied
ad
A. Cruda C* D* E* F*
Acido Humico 5 mg/L Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
0
10
20
30
40
50
60
70
Col
or y
Tur
bied
ad
A. Cruda C* D* E* F*
Acido Humico 7 mg/L Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
0
2
4
6
8
10
Figura 4.8 Remoción de Color y Turbiedad por Cuatro Tipos de Coagulación.
También es notable en la misma figura que la Coagulación Simple (C*) remueve
mucho menos Color y Turbiedad que la Doble Coagulación (D*), Coagulación
Simple y Quitosana (E*) y Doble Coagulación y Quitosana (F*).
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
57
0
4
8
12
16
20
DO
C Y
UV2
54
A. Cruda C* D* E* F*
Acido Humico 1 mg/L DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0
4
8
12
16
20
DO
C Y
UV2
54
A. Cruda C* D* E* F*
Acido Humico 3 mg/L DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0
4
8
12
16
20
DO
C Y
UV2
54
A. Cruda C* D* E* F*
Acido Humico 5 mg/L DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0
4
8
12
16
20
DO
C Y
UV2
54
A. Cruda C* D* E* F*
Acido Humico 7 mg/L DOC (mg/L)UV254 (cm-1)
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
0.00
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
DOC y UV254
Los valores de DOC y UV254 se encuentran muy por debajo de los valores del
agua Cruda, lo que significa que los cuatro tipos de coagulación cumplieron con
el objetivo de la remoción de una gran parte de la materia orgánica (Figura 4.9).
Figura 4.9 Remoción de DOC y UV254 por Cuatro Tipos de Coagulación.
Sin embargo no se tiene un comportamiento definido como en la caso de la
remoción de Color y Turbiedad. Todo parece indicar que el uso de quitosana no
mejora la remoción del material orgánico en los tipos de Coagulación analizados.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
58
4.4 Adsorción con Quitosana La Figura 4.10 detalla el comportamiento presentado por la quitosana como
adsorbente a las diferentes dosis de Acido Húmico, en la cual se puede apreciar
que a medida que la concentración de DOC incrementa. la remoción también
aumenta mostrando una tendencia directamente proporcional.
El mayor porcentaje de remoción de DOC (22.72%) se obtuvo cuando se trabajó
a una dosis de 7 mg/L de Acido Húmico, correspondiente a una concentración
inicial de DOC de 2.21 mg/L. En cambio a 1, 3 y 5 mg/L de Acido Húmico los
valores máximos del porcentaje de remoción fueron de 13.15, 18.51, y 20.71
% respectivamente.
Estos valores demuestran una baja remoción debido a una pequeña área de
contacto, ya que con una mayor área superficial se asegura la disponibilidad de
más sitios de adsorción, es decir que a menor tamaño de partícula la capacidad
de adsorción es mayor para un adsorbente de menor porosidad como la
quitosana. También el pH desempeñó un papel importante, el rango óptimo de
pH para la quitosana esta entre 3 y 6, a pH > 6 la quitosana se vuelve insoluble
y de tipo coloidal, y pH < 3 se solubiliza totalmente, otro aspecto notable es que
este polímero por su naturaleza proporciona mejores resultados a altas
concentraciones del adsorbato. Como se observó al tener la mayor remoción de
DOC con la concentración de Acido Húmico de 7 mg/L.
En la Tabla 4.1 muestra los valores de la concentración inicial, final y la
capacidad de adsorción obtenidos en los diferentes ensayos realizados.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
59
Tabla 4.1 Resultados de la Adsorción de DOC
A.H. (mg/L)
Co (mg/L)
Ce (mg/L)
qm (mg/g)
0.9566 0.8308 0.0629 0.8308 0.7679 0.0315 0.7994 0.7679 0.0157 0.7679 0.7365 0.0157 0.7553 0.7302 0.0126
1
0.7455 0.7301 0.0077 1.0195 0.8308 0.0943 0.9566 0.7994 0.0786 0.8937 0.7679 0.0629 0.8937 0.7805 0.0566 0.8308 0.7113 0.0598
3
0.8067 0.7067 0.0500 2.2775 1.8058 0.2359 1.8372 1.5856 0.1258 1.5856 1.3969 0.0943 1.4598 1.2711 0.0943 1.3969 1.2082 0.0943
5
1.1453 1.0195 0.0943 2.2146 1.7114 0.8557 1.5856 1.2711 0.6356 1.2377 1.0195 0.5098 1.2082 0.9566 0.4783 1.0195 0.8308 0.4154
7
0.8937 0.7427 0.3714
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
60
Figura 4.10 Comportamiento de la Adsorción con Quitosana.
Co (mg/L DOC) Co (mg/L DOC)
Co (mg/L DOC) Co (mg/L DOC)
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
61
4.5 Formación de Trihalometanos La Figura 4.11 permite corroborar la dualidad eficiencia - eficacia de los tipos de
coagulación estudiados, obtenida como resultado de un aumento significativo en
la eliminación de los precursores que dan origen a los THMS. Además establece
una inversa correlación entre el Cl2 Residual y los THMS formados.
De igual manera es apreciable como los valores de ambos parámetros estan
dentro de los valores máximos permisibles estipulados por CAPRE, el cual para
Cl2 Residual es de 0.5 a 1 mg/L (2) y para TTHMS 460 µg/L.
Coagulación con Flóculos preformados y Quitosana (B*) evidencia una vez mas
ser la que presenta los mejores resultados en cuanto a la formación de THMS,
valores comprendidos entre 0 y 5 µg/L son los resultados obtenidos por este tipo
de coagulación en todos los casos.
Sin embargo es de importancia mencionar que los demás tipos de coagulación
proporcionan resultados muy satisfactorios en cuanto a la formación de THMS,
valores encontrados muy por debajo del máximo admisible por CAPRE y USEPA
(460 µg/L y 80 µg/L). En cuanto al Cloro residual presenta un comportamiento
análogo al de THMs.
2 Valor tomado en base a evidencias científicas las cuales han demostrado que este valor residual no afecta a la salud
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
62
Acido Humico 1 mg/L
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Cl2
Res
idua
l
050100150200250300350400450500
THM
s
Cl residual (mg/L)THMS (µg/L) Acido Humico 3 mg/L
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Cl2
Res
idua
l
050100150200250300350400450500
THM
s
Cl residual (mg/L)THMS (µg/L)
Acido Humico 5 mg/L
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Cl2
Res
idua
l
050100150200250300350400450500
THM
s
Cl residual (mg/L)THMS (µg/L) Acido Humico 7 mg/L
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
A* B* C* D* E* F* NormaCapre
Cl2
Res
idua
l
050100150200250300350400450500
THM
s
Cl residual (mg/L)THMS (µg/L)
Figura 4.11 Formación Potencial de Trihalometanos.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
63
Capitulo V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
El análisis sistematizado de resultados permite establecer a la
Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana como la mejor
coagulación, respecto a la Coagulación simple, Coagulación simple y
quitosana, Doble Coagulación, Doble Coagulación y Quitosana; así como
a su análoga Coagulación con Flóculos Preformados. Comprobándose
de igual forma el efecto positivo de estas últimas en cuanto a la remoción
de los precursores de formación de DBPs, esto quiere decir que aunque
Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana presente los mejores
resultados, con las otras formas de coagulación se obtuvieron también
valores de remociones altos.
Al valorar al polielectrolíto catiónico Quitosana como coadyuvante se
demostró que el efecto que este induce a la Doble Coagulación y a la
Coagulación Simple no mejora la remoción de NOM, fenómeno debido
a la limitante que este presento en su reacción de puentes de hidrógeno
necesarios para la formación de policomplejos por un exceso de iones
hidroxilo (OH-) depositados por el coagulante.
Inversamente, el efecto del Coadyuvante en la Coagulación con flóculos
preformados contribuyó con el fenómeno de nucleación entre la NOM y
los flóculos permitiendo así aumentar la atracción Inter e intramolecular
de las partículas y por tanto la eliminación de los precursores.
El poliectrolito catiónico quitosana mostró algunas deficiencias como
adsorbente de DOC presentando remociones entre 3.94 y 22.72 %. Deficiencias atribuidas a su diámetro de partícula, el cual disminuye la
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
64
capacidad de formación de policomplejos, al tener una pequeña superficie
de contacto, reacción que tiene un mayor efecto en iones metálicos y
material inorgánico. Otra dificultad que se tuvo con la quitosana fueron los
valores del pH del agua sedimentada que se encontraron entre 6.10 y 7
para los diferentes tipos de coagulación estudiadas. Pero el rango de pH
recomendado es de 3 a 6 aproximadamente.
La concentración máxima de TTHMS formados en el proceso de
desinfección utilizando hipoclorito de sodio como desinfectante fue de 70 µg/L. Este valor cumple con las normativas establecidas por la USEPA y
las Normas CAPRE que limitan el contenido de TTHMs en aguas potables
hasta un máximo de 80 µg/L y 460 µg/L respectivamente, no así las
recomendaciones de la OMS.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
65
5.2 Recomendaciones
Utilizar la turbidez y UV254 como parámetros guía a la hora de escoger el
proceso de tratamiento a usar, ya que son parámetros de rápida
determinación y su valor da una estimación aproximada del contenido
orgánico y aromático presente en el agua.
Realizar mas pruebas con Coagulación con Flóculos Preformados y
Quitosana a escala de laboratorio con el objetivo de perfilar su
comportamiento para luego realizar escalamientos a nivel piloto.
Utilizar Quitosana como coadyuvante del proceso de coagulación para
mejorar la remoción de NOM, siempre y cuando no se adicionen altas
concentraciones de coagulante que dificulten la acción entrelazante de la
quitosana.
Realizar investigaciones que establezcan la interacción coagulante-
quitosana, con el fin de modelar un comportamiento y aplicarlo a la etapa
Coagulación-Floculación.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
66
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71
ABREVIATURAS
AH: Acido Húmico
CAPRE: Comité Coordinador Regional de Instituciones de Agua Potable y
Saneamiento de Centroamérica, Panamá y Republica Dominicana
DBPs: Subproductos de la Desinfección
DOC: Carbón Orgánico Disuelto
HAAs: Ácidos Haloacéticos
HS: Sustancias Húmicas
HF: Sustancias Fúlvicas
NOM: Materia Orgánica Natural
PTAP: Planta de Tratamiento de Agua Potable
STD: Sólidos Totales Disueltos
SUVA: Absorbancia Ultra Violeta Especifica
THMs: Trihalometanos
TTHMs: Trihalometanos Totales
TOC: Carbón Orgánico Total
USEPA: Agencia de Protección Medioambiental de los Estados Unidos
UV254: Absorbancia Ultravioleta a 254 nm
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
72
ANEXOS A A.I Normas para Aguas de Consumo Humano A.I.a CAPRE
Tabla A.1 Parámetros Bacteriológicos.
Coliformes Fecales
Valor Recomendado
Valor Máximo Admisible
Todo tipo de agua de bebida Negativo Negativo
Agua que entra al sistema de distribución Negativo Negativo
Agua en el sistema de distribución Negativo Negativo
Nota: La bacteria coniforme total no es un indicador aceptable de la calidad sanitaria de acueductos rurales, particularmente en áreas tropicales muchas bacterias sin significado sanitario se encuentran en la mayoría de acueductos sin tratamiento. El indicador bacteriológico más preciso de contaminación fecal es la E. Coli.
Tabla A.2 Parámetros Organolépticos.
Parámetros Unidad Valor Recomendado
Valor Admisible
Color verdadero mg/l Pt-Co 1 15
Turbiedad NTU 1 5
Olor Factor dilución 0 3 a 25ºC
Sabor Factor dilución 0 3 a 25ºC
Fuente: NTON 09001-99. Normas Técnicas para el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable en el medio rural. (1999). INAA. Nicaragua.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
73
Tabla A.3 Parámetros para Sustancias No Deseadas.
Parámetros Unidad Valor Recomendado
Valor Admisible
Nitratos (NO3-) mg/L 25 45
Nitritos (NO2-) mg/L 0.1 1
Amonio mg/L 0.05 0.5
Hierro mg/L 0.3
Manganeso mg/L 0.1 0.5
Fluoruro mg/L 0 0.7 – 1.53
Sulfuro de Hidrógeno mg/L 0 0.05
Fuente: NTON 09001-99. Normas Técnicas para el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable en el medio rural. (1999). INAA. Nicaragua.
Tabla A.4 Parámetros Fisicoquímicos.
Parámetros Unidad Valor Recomendado
Valor Admisible
Temperatura º C 18 a 30
Iones hidrógeno Valor pH 6.5 a 8.54
Cloro Residual mg/L 0.5 a 1.05 6
Cloruros mg/L 25 250
Conductividad µS/cm 400
Dureza mg/L CaCO3 400
Sulfatos mg/L CaCO3 25 250
Aluminio mg/L 0.2
Calcio mg/L CaCO3 100
Cobre mg/L 1.0 2.0
Magnesio mg/L 30 50
3 1.5 mg / l para temperaturas entre 8 a 12 º C 0.7 mg / l para temperaturas entre 25 a 30 º C 4 Las aguas deben ser estabilizadas de manera que no produzcan efectos corrosivos ni incrustaciones en los acueductos. 5 Cloro Residual libre. 6 5 mg.l-1 con base a evidencias científicas, las cuales han demostrado que este valor residual no afecta la salud. Por otro lado cada país deberá tomar en cuenta los aspectos económicos y organizativos en la interpretación de este valor.
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Sodio mg/L 25 200
Potasio mg/L 10
Sólidos Totales Disueltos mg/L 1000
Zinc mg/L 3.0
Fuente: NTON 09001-99. Normas Técnicas para el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable en el medio rural. (1999). INAA. Nicaragua.
Tabla A.5 Parámetros para Sustancias Inorgánicas significativas para la Salud.
Fuente: NTON 09001-99. Normas Técnicas para el diseño de sistemas de abastecimiento de agua potable en el medio rural. (1999). INAA. Nicaragua.
Parámetros Unidad Valor Admisible
Arsénico mg/L 0.01
Cadmio mg/L 0.05
Cianuro mg/L 0.05
Cromo mg/L 0.05
Mercurio mg/L 0.001
Níquel mg/L 0.05
Plomo mg/L 0.01
Antimonio mg/L 0.05
Selenio mg/L 0.01
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A.I.b USEPA
Tabla A.6 Valores Límites para Constituyentes que Afectan el Olor y Sabor.
Fuente: USEPA, 2003.
Parámetro Limite USEPA (mg/l)
Valores Guías WHO (mg/l)
Aluminio 0.05-0.2 0.2
Amonio - 1.5
Cloro - 0.6 - 1.0
Cloruro - 250
Color 15 Pt-Co 15 Pt-Co
Estireno - 0.004 - 2.6
Etilbenceno - 0.002 - 0.2
Fluoruro 2.0 -
Hierro 0.3 0.3
Manganeso 0.05 0.1
Sodio - 200
Sulfatos 250 250
Sulfuro de Hidrogeno - 0.05
Solidos Totales Disueltos 500 1000
Turbidez - 5 NTU
Zinc 5 3
Monoclorobenceno - 0.010 - 0.12
1,2-Diclorobenceno - 0.001 - 0.010
1,4-Diclorobenceno 0.003 - 0.030
Triclorobenceno (total) - 0.005 - 0.050
2-Clorofenol - 0.0001 - 0.010
2,4-Diclorofenol - 0.0003 - 0.040
2,4,6-Triclorofenol - 0.002 - 0.3
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
76
ANEXOS B
B. I Métodos para la Evaluación de Parámetros
B.I.a Parámetros Físicos
Turbiedad (0 a 999 NTU)
Procedimiento
Este parámetro es determinado usando el Turbidímetro HACH 2100P. Este
dispositivo fue previamente calibrado por la fábrica con formazina para la
primera vez que debería ser usado. El procedimiento para la determinación de
los valores de turbiedad en muestras, es el siguiente:
a) Recoja una muestra representativa en un contenedor limpio, llenar una
celda del 2100P con la muestra hasta la línea (cerca de 15 mL) teniendo
cuidado de manipular la celda por la parte superior tapando la celda.
b) Limpie la celda con una tela suave y sin hilachas, para quitar gotas de
agua y huellas digitales.
c) Presione el botón 1/0. El instrumento se enciende, se coloca el
instrumento en una superficie plana y firme.
d) Se pone la celda de la muestra en el compartimiento del instrumento de
tal manera que las marcas de la celda y el compartimiento coincidan.
e) Escoja la selección de rango manual o automática presionando RANGE,
cuando el instrumento esta en selección automática de rango la pantalla
mostrará: AUTORNG.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
77
f) Se selecciona el modo de señal promedio presionando SIGNAL
AVERAGE. La pantalla mostrará SIG AVG, cuando el instrumento esté
usando promedio de señal. Usar el modo de señal promedio, si la
muestra causa una señal ruidosa (la pantalla cambia constantemente).
g) Presione READ. La pantalla mostrará la turbidez en NTU. Apunte la
turbidez después de que se apaga la luz.
Instrumental
Figura B.1 Turbidimetro HACH 2100P.
Color Verdadero (0-500 ) Unidades de Color
Método HACH 8025. APHA Platino - Cobalto Estándar
Resumen del Método
El color puede ser expresado como color “aparente” o “verdadero”. El color
aparente es aquel proveniente del materia disuelto mas las materia suspendida.
Filtrando o centrifugando los materiales suspendidos, el color verdadero puede
ser determinado. Este procedimiento describe el análisis del color verdadero. Si
se quiere determinar el color aparente, puede realizarse utilizando una muestra
sin filtrar. El equipo esta programado para analizar ambos parámetros.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
78
Procedimiento
El color verdadero es determinado usando un espectrofotómetro HACH / DR
2010. Los análisis deben ser hechos a la mayor brevedad del momento de toma
de la muestra utilizando el siguiente procedimiento:
a) Se filtra la muestra con papel filtro Whatman GF/C, utilizando un embudo.
b) El filtro se enjuaga con 50 mL de agua desmineralizada, descartando el
agua de enjuague.
c) Llene una celda de muestra (el blanco) con 25 mL de agua
desmineralizada filtrada.
d) Introduzca el número del programado para color verdadero. Presionar:
125 ENTER; la pantalla mostrará: Dial a 465 nm.
e) Rote la perilla de longitud de onda hasta que la pantalla pequeña
muestre: 465 nm. Cuando la longitud de onda correcta está sintonizada,
la pantalla mostrará rápidamente Zero Sample; entonces, UNITS Pt-Co
APHA.
f) Filtre 50 mL de muestra y llenar una segunda celda con 25 mL de la
muestra filtrada (la muestra preparada).
g) Coloque el blanco en el sostenedor de celda y cerrar la cubierta liviana.
h) Presione: ZERO. La pantalla muestra: Zeroing..., con 0 units Pt - Co
APHA.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
79
i) Coloque la muestra preparada en el sostenedor de celda y cerrar la
cubierta liviana.
j) Presione READ, la pantalla muestra: Reading… y los resultados serán
mostrados en unidades Platino-Cobalto.
Temperatura
Normalmente las medidas de temperatura pueden realizarse con cualquier
termómetro Celsius de mercurio, que, como mínimo, deberá tener una escala
con marcas cada 0.1 oC sobre el tubo capilar y una capacidad térmica mínima
que permita un equilibrado rápido.
Este parámetro se mide en el momento de la toma de las muestras. Usando un
termómetro o leyendo el valor en el pH metro de campo.
Conductividad
Este parámetro es determinado usando el Conductivímetro HACH CO150 y es
medido en el momento de toma de muestra. El procedimiento es el siguiente:
a) Presionar el botón on/off una vez.
b) Enjuague con agua destilada el electrodo y seque bien.
c) Introduzca el electrodo dentro del contenedor de muestra, asegurando
que esté bien sumergido y presione READ.
d) Anote el valor de conductividad cuando la pantalla es estable.
e) Enjuague el electrodo completamente y seque.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
80
Sólidos Totales Disueltos (STD)
El método estándar para la determinación de Sólidos Totales Disueltos es por
evaporación de la muestra hasta secarla a 180°C y pesando el residuo. La
conductividad puede ser usada para estimar los TDS calculando la
concentración de cloruro de sodio equivalente a un valor dado de conductividad
y temperatura.
El equipo utilizado para medir la conductividad reporta la concentración de TDS
en mg/L comparando los datos de conductividad y temperatura con información
almacenada en su memoria, la cual contiene valores obtenidos de las Tablas
Criticas Internacionales. Para concentraciones de TDS entre 0 a 19,000 mg/L y
temperaturas entre 5 - 50°C, los valores mostrados por el equipo cumplen con
los datos de las Tablas Criticas con una exactitud de 0.87% de desviación
estándar.
B.I.b Parámetros Químicos
Alcalinidad: SM 320B. Método de Titulación Introducción
La alcalinidad de un agua es su capacidad para neutralizar ácidos y constituye la
suma de todas las bases titulables. El valor medido puede variar
significativamente con el pH de su punto final utilizado. La alcalinidad es la
medida de una propiedad agregada del agua y solamente puede interpretarse en
términos de sustancias específicas cuando se conoce la composición química de
la muestra.
La alcalinidad de aguas superficiales depende del contenido de carbonatos,
bicarbonatos e hidróxidos, por lo que suele tomarse como una indicación de la
concentración de estos componentes.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
81
a) Principio: Los iones hidroxilos presentes en una muestra como resultado
de la disociación o hidrólisis de los solutos reaccionan con las adiciones
de ácido estándar. Por lo tanto, la alcalinidad depende del pH de punto
final utilizado.
b) Interferencias: Los jabones, las materias oleosas y los sólidos en
suspensión o precipitados pueden recubrir el electrodo de vidrio y causar
una respuesta retardada. Déjese un tiempo adicional entre las adiciones
del reactivo para permitir que el electrodo recupere el equilibrio, o
límpiese éste en su caso. No se debe filtrar, diluir, concentrar o alterar la
muestra.
Instrumental
a) Titulador Electrométrico: Utilícese cualquier medidor de pH disponible en
el mercado o un titulador eléctrico provisto de un electrodo de cristal y que
pueda ser leído hasta unidades de pH 0,005. estandarícese y calíbrese
con arreglo a las instrucciones del fabricante. Debe prestarse una
especial atención a la compensación de la temperatura y al cuidado del
electrodo. Si la temperatura no se compensa de forma automática,
titúlese a 25 ± 0.5 oC.
b) Vaso de Titulación: Su tamaño y forma dependerán de los electrodos y
del tamaño de la muestra. El espacio que queda libre sobre la muestra
debe ser lo mas reducido posible, dejando sitio para el reactivo y la
inmersión completa de la porción indicadora de los electrodos. Para
electrodos de tamaño convencional, llénese un vaso Berzelius sin
ranuras, de tipo alto y con capacidad de 200 mL Colóquese un tapón con
tres orificios, para ajustar los dos electrodos y la bureta. Con un electrodo
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
82
miniatura de combinación vidrio-referencia, empléese un erlenmeyer de
125 ó 250 mL con un tapón ce dos orificios.
c) Agitador magnético
d) Pipetas volumétricas
e) Matraces volumétricos, 1000, 200 y 100 mL
f) Buretas, cristal borosilicato, 50, 25 y 10 mL
g) Botella de poliolefina, 1 L
Reactivos
a) Solución de Carbonato Sódico 0.05 N: Séquense entre 3 y 5 g de Na2CO3
estándar primario a 250 ºC durante 4 h y enfríese en desecador. Se
pesan 2.5 ± 0.2 mg y se transfieren a un matraz volumétrico de 1 L,
llenando hasta la marca con agua destilada y mezclando el reactivo. No
debe conservarse más de una semana.
b) Ácidos Sulfúrico o Clorhídrico Estándar 0.1 N: Prepárese la solución ácida
a normalidad aproximada. Estandarícese frente a una solución de 40 mL
de Na2CO3 0.05 N en probeta, con unos 60 mL de agua, titulando
potenciométricamente a un pH aproximado de 5. Elévense los electrodos,
enjuáguese en la misma probeta y hágase hervir suavemente durante 3-5
min cubriendo con un vidrio reloj. Enfríese a temperatura ambiente,
enjuáguese el cristal en la probeta y conclúyase la operación titulando en
el punto de inflexión de pH. Calcúlese la normalidad:
C*53.00B*ANormalidad = (B.1)
Donde:
A: g de Na2CO3 pesados en el matraz de 1 L
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
83
B: mL de solución de Na2CO3 tomados para titulación
C: mL de ácido empleados
Utilícese la normalidad medida en los cálculos o ajústese a 0.1N; 1 mL de
solución 0.1N: 5.0 mg de CaCO3.
c) Ácidos Sulfúrico y Clorhídrico Estándar 0.02 N: Dilúyanse 200 mL ácido
estándar 0.1000 N hasta 1000 mL de agua destilada o desionizada.
Estandarícese mediante titulación potenciométrica de 15.0 mL de Na2CO3
0.05 N, de acuerdo con el procedimiento; 1 mL = 1 mg de Na2CO3.
d) Solución Indicadora de Verde de Bromocresol, Indicador de pH 4.5:
Disuélvanse 100 mg de púrpura de verde de bromocresol, sal sódica, en
100 mL de agua destilada.
e) Solución Indicadora de Púrpura de Metacresol, Indicador de pH 8.3:
Disuélvanse 100 mg de púrpura de metacresol en 100 mL de agua
destilada.
f) Solución Alcohólica de Fenolftaleina, Indicador a pH 8.3.
g) Tiosulfato de sodio, 0,1 N.
Procedimiento
a) Cambio de Color: Selecciónese el tamaño y la normalidad de la muestra,
ajústese la muestra a la temperatura ambiente si es necesario y vacíese
la pipeta en un erlenmeyer, manteniendo la punta de la pipeta cerca del
fondo del matraz. Si existe cloro residual libre, añádanse 0.05 mL (una
gota) de solución de NaS2O3 1M o destrúyase mediante la aplicación de
rayos ultravioleta. Añádanse 0,2 mL (5 gotas) de solución indicadora y
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
84
titúlese sobre una superficie blanca hasta conseguir un cambio de color
persistente, característico del punto equivalente. Pueden emplearse las
soluciones o los sólidos indicados que se encuentran disponibles en el
mercado diseñados para el margen adecuado de pH (3.7 u 8.3).
Investíguese el color en el punto final mediante adición de la misma
cantidad del indicador utilizado con la muestra a una solución tampón al
pH designado.
b) Curva de Titulación Potenciométrica: Sígase el método de determinación
de la acidez, sustituyendo la normalidad de la solución ácida estándar por
NaOH estándar, y continúense las titulaciones hasta un pH 4.5 o más
bajo. No se debe filtrar, diluir, concentrar o alterar la muestra.
c) Titulación de la Muestra a pH Preseleccionado: Determínese el pH de
punto final adecuado, prepárense conjuntamente la muestra y la
titulación. Titúlese a pH de punto final sin registrar valores intermedios y
sin provocar retrasos indebidos. A medida que se alcanza el punto final,
realícense adiciones de ácido más pequeñas, comprobando que el pH
alcance el equilibrio antes de añadir más reactivo.
Cálculo
muestra3 ml
50000NA /LCaCO mg d,Alcalinida ××= (B.2)
Donde:
A = mL utilizados de ácido estándar
B = Normalidad del ácido estándar
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
85
Regístrese de la manera siguiente sobre el pH de punto final utilizado:”La
alcalinidad a pH_____ = _____ mg/L de CaCO3” e indíquese claramente
si este pH corresponde a un punto de inflexión en la curva de titulación.
Dureza Total: SM 2340B. Método de Titulación
Discusión general
a) Principio: El ácido etilendiaminotetracético y sus sales de sodio (EDTA)
forman un complejo de quelato soluble al añadirse a las soluciones de
algunos cationes metálicos. Si a una solución acuosa que contenga iones
calcio y magnesio a un pH de 10 ± 0.1 se añade una pequeña cantidad de
colorante, como negro de eriocromo T o calmadita, la solución toma un
color rojo vino. Si se añade EDTA como reactivo de titulación los iones de
calcio y magnesio formarán un complejo, y, cuando todos estos iones
estén incluidos en dicho complejo, la solución cambiará de rojo vino al
azul, señalando el punto final de la titulación.
Para obtener un punto final satisfactorio han de estar presente los iones
de magnesio. Para asegurar esta presencia, se añade al tampón una
pequeña cantidad de sal magnésica de EDTA, neutra desde el punto de
vista complexométrico; de este modo se introduce automáticamente una
cantidad suficiente de magnesio y evita la necesidad de una corrección de
blanco. La nitidez de punto final aumento con los incrementos de pH. Sin
embargo, el pH no puede aumentar indefinidamente debido al peligro de
precipitación de carbonato cálcico (CaCO3) o hidróxido magnésico,
Mg(OH)2 y porque la tentación cambia de color a pH alto. El valor de pH
especificado de 10 ± 0.1 constituye una solución satisfactoria. Se fija un
límite de cinco minutos de duración para la titulación, a fin de reproducir al
mínimo la tendencia a la precipitación de CaCO3.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
86
b) Interferencia: Algunos iones metálicos interfieren produciendo puntos
finales débiles o indiferenciados, o provocando un consumo
estequiométrico de EDTA. Redúzcase esta interferencia añadiendo
algunos inhibidores antes de la titulación. El mg-EDTA secuestra
selectivamente a los metales pesados, libera magnesio en la muestra y
puede utilizarse como sustituto de inhibidores tóxicos o malolientes.
Solamente es útil cuando el magnesio sustituido por los metales pesados
no contribuye significativamente a la dureza total. Las materias orgánicas
coloidales o en suspensión también pueden interferir en el punto final.
Elimínese la interferencia mediante evaporación de la muestra por secado
en baño de vapor y calentamiento en horno mufla a 550 °C hasta que se
produzca la oxidación completa de la materia orgánica. Dilúyase el
residuo en 20 mL de ácido clorhídrico (HCl) 1 N, neutralícese pH 7 con
hidróxido sódico (NaOH) 1N y complétese hasta 50 ml con agua
destilada; enfríese a temperatura ambiente y continúese de acuerdo con
el procedimiento general.
c) Precauciones en la Titulación: Practíquese la titulación a la temperatura
ambiente. El cambio de color se hace demasiado lento a medida que la
muestra se acerca a la temperatura de congelación. La descomposición
del indicador llega a constituir un problema cuando se emplea agua
caliente. El pH especificado puede producir un ambiente propicio a la
precipitación del CaCO3. Aunque el titulante disuelve lentamente estos
precipitado, un punto final desviado suele proporcionar resultados pobres.
La realización de la titulación en cinco minutos reduce el mínimo la
tendencia a precipitar el CaCO3.
Reactivos
a) Solución Tampón:
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
87
Disuélvanse 16.9 g de cloruro amónico (NH4Cl) en 143 mL de hidróxido
de amonio (NH4Cl) concentrado. Añádase 1.25 g de sal de magnesio de
EDTA y dilúyase hasta 250 mL de agua destilada.
Si no se dispone de sal de magnesio de EDTA, disuélvase 1.179 g de sal
disódica de ácido etilendiaminotetracético dihidrato y 780 mg de sulfato
de magnésico (MgSO4 • 7H2O) o 644 mg de cloruro de magnésico
(MgCl2 • 6H2O) en 50 mL de agua destilada. Para alcanzar la máxima
exactitud, ajústese a equivalente exacto por medio de la adición de una
pequeña cantidad de EDTA, MgCl2 o MgSO4. Consérvense las soluciones
1) y 2) en un recipiente plástico o de vidrio borosilicato, durante un
período no superior a un mes. Tapónese herméticamente para evitar
pérdidas de amoníaco (NH3) o captura de dióxido de carbono (CO2).
Manipúlese la solución tampón mediante una pipeta de bulbo.
Se prescindirá del tampón cuando, al añadirse 1 ó 2 mL a la muestra,
éstos no puedan producir un pH de 10.0 ± 0.1 en el punto final de la
titulación.
También puede adquirirse en el mercado tampones inodoros, los cuales
constituyen una alternativa satisfactoria. Contienen sal de magnesio de
EDTA y tienen la ventaja de ser relativamente inodoros y más estables
que los tampones de NH4Cl-NH4OH. Por lo general, los tampones
inodoros no proporcionan un punto final tan favorable como los de NH4Cl-
NH4OH. A causa de su reacción mas lenta, y pueden resultar inútiles
cuando el método está automatizado. Prepárese uno de esos tampones
mezclando 55 mL de HCl conc. con 400 mL de agua destilada y a
continuación añádase, lentamente y agitándolo, 300 mL de 2-aminoetanol
(libre de aluminio y metales pesados). Agréguense 5.0 g de sal de
magnesio de EDTA y dilúyase hasta 1 L de agua destilada.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
88
b) Indicadores: Se han propuesto muchos tipos de soluciones indicadoras,
que pueden utilizarse si el analista demuestra que proporcionan valores
exactos. El principal problema que presentan estas soluciones es que se
deterioran con el tiempo, produciendo puntos finales poco netos.
Por ejemplo, las soluciones alcalinas de negro de eriocromo T son
sensibles a los oxidantes, y sus soluciones acuosas o alcohólicas son
inestables. En general, utilícese la menor cantidad de indicador capaz de
obtener un punto final neto.
Negro de eriocromo T: Sal sódica de ácido 1-(1-hidroxi-2-naftilaza)-5-
nitro-2-naftol-4-sulfónico. Disuélvase 0.5 g de colorante en 100 g de 2,2´,
2´´-nitrilotrietanol (también llamado trietanolamina) o 2-metoximetanol
(también llamado etilenglicol-monometiléter). Añádanse 2 gotas por 50
mL de solución a titular. Si es necesario, ajústese el volumen.
c) Titulante EDTA Estándar 0.01 M: Se pesan 3.723 g de
etilendiaminotetracetato disódico trihidrato, grado de reactivo analítico,
también llamado (etilenodinitrilo) sal disódica del ácido tetraacético
(EDTA), a continuación se disuelve en agua destilada hasta 1000 mL.
Estandarícese frente a solución de calcio estándar (2d) como se describe
más adelante (apartado 3a). El titulante extrae cationes productores de
dureza de los recipientes de vidrio blando, por lo que debe conservarse
en frasco de polietileno (preferible) o vidrio borosilicato. El deterioro
gradual se compensa mediante la reestandarización periódica y la
utilización de un factor de corrección adecuado.
d) Solución de Calcio Estándar: Se pesan 1.000 g de polvo de CaCO3.
Anhidro (estándar principal o reactivo especial, bajo metales pesados,
álcalisis y magnesio) en un erlenmeyer de 500 mL. Colóquese un embudo
en el cuello del matraz y añádase, poco a poco, 1 + 1 HCl hasta la
disolución total de CaCO3. Apándese 200 mL de agua destilada y hágase
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
89
hervir durante unos minutos para expeler el CO2. Enfríese, añádanse
unas gotas de indicador rojo de metilo y ajústese al color naranja
intermedio por adición de NH4OH 3N o 1 + 1 HCl, según se requiera.
Transvásese cuantitativamente y dilúyase hasta 1000 mL con agua
destilada; 1 mL = 1.0 mg de CaCO3.
f) Hidróxido sódico, NaOH 0.1 N.
Procedimiento
a) Titulación de Muestras: Selecciónese un volumen de muestra que
requiera menos de 15 mL de reactivo EDTA y realícese la titulación en
cinco minutos, medidos a partir del momento de la adición del tampón.
Dilúya 25.0 mL de muestra hasta alrededor de 50 ml de agua destilada en
una batea de porcelana u otro recipiente adecuado. Añádase entre 1 y 2
ml de solución tampón. Por lo general, 1 mL será suficiente para dar un
pH de 10.0 a 10.1. La ausencia de un cambio de color de punto final neto
en la titulación suele significar la necesidad de un inhibidor en este punto,
o que el indicador se ha deteriorado. Añádanse una o dos gotas de
solución indicadora o una cantidad adecuada del reactivo en polvo seco.
Poco a poco, añádase titulante EDTA estándar, removiendo
continuamente, hasta que desaparezcan las últimas gotas con intervalo
de 3-5 segundos. En el punto final, la solución suele ser azul. Se
recomienda utilizar luz natural o una lámpara fluorescente de luz día, ya
que las lámparas de incandescencia tiende a producir un matiz rojizo en
el azul de punto final.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
90
Cálculos
Dureza (EDTA) como mg de CaCO3/L = muestrademL
BA 1000×× (B.3)
Donde:
A = mL de titulación para la muestra
B = mg CaCO3 equivalente a 1.0 mL de titulante EDTA
pH
Este parámetro es medido en el momento que la muestra fue tomada usando la
combinación del método pH electrodo y un medidor portátil EC 10 USEPA. El
procedimiento es el siguiente:
a) Presionar el botón dispensador una vez (hasta que haga click). Enjuague
bien y seque. Se pone el electrodo en el contenedor con la muestra.
Asegurando que la parte final esté bien sumergida.
b) Apuntar el valor del pH cuando la pantalla esté estable.
c) Enjuagar el electrodo completamente con agua desmineralizada y secarlo
bien.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
91
Organic Constituents UV Absorbing (UV254)
Metodo de Lectura Directo Metodo 10054
Stored Programs
410 Organics, UV-254
START
1. Seleccione el análisis. Inserte el tipo de adaptador requerido (ver Instrumento-Informacion especifica).
2 Conecte el filtro. Asegúrese de usar un soporte de plato. Inserte el papel filtro con la superficie rugosa hacia arriba.
3. Monte en filtro en el soporte y coloque un beaker de vidro limpio por debajo del filtro
4. Enjuague el equipo de filtración con 50 mL de Agua reactiva libre de Orgánicos. descargue el agua filtrada. Esto asegura la remoción de impurezas contenidas en el filtro
5. Preparacion de la muestra: Poner 50 mL de la muestra dentro del filtro y recolectar el filtrado.
6. Preparacion del Blanco: Aclare una celda limpia de quartz de 1-cm, adicionando Agua Reactiva Libre de Orgánicos por
7. Alinie la ventana del soporte con el paso de la luz . Inserte la celda con el blanco en el soporte respectivo
8. Presione la Opción ZERO.La pantalla mostrara :
0.000 cm–1
1-cm cell
Lamp Warm Up indica que la lámpara para UV no esta disponible provisionalmente. La inicialización de la lámpara dura de entre 2-3 minutos
READ
9. Descargue el Blanco contenido en la celda y ambiente la celda con muestra filtrada por varios segundos.
10. Después enrrase la celda con la muestra filtrada. Limpie las huellas de los dedos depositadas en las paredes de la celda.
11. Alinee la ventana del soporte con el paso de la luz . Inserte la celda con la muestra preparada en el soporte respectivo
12. LEA los resultados de absorbancia por centimetro (cm–1).
ZERO
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
92
Carbono Organico Disuelto (de 0.0 a 20.0 mg/L de C)
Método Directo. Metodo10129
6. Usando un embudo, agregar los contenidos de Polvo de Persulfato a cada vial.
7. Usar una pipeta para agregar 3.0 mL de agua desionizada al vial del blanco y 3.0 mL de muestra al vial de muestra. No girar el vial, agitar suavemente para mezclar.
5. Etiquetar dos viales de digestión acida de bajo rango: muestra y blanco.
8. Enjuagar las ampollas indicadoras azules con agua desionizada y luego limpiarlos con una toalla de papel suave.
4. Colocar el frasco en una plancha y agitar a una velocidad moderada por 10 minutos.
3. Agregar 0.4mL de Solución Buffer, pH 2.0.
2. Usar un cilindro graduado para agregar 10ml de muestra a un Erlenmeyer de 50ml que contenga un agitador magnético.
1. Encender el reactor de COD. Calentar a 103–105 °C. Colocar el protector plástico al
t
1.1 Filtrar la Muestra y Agua deshinizada para la preparación del Blanco
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
93
13. limpiar el blanco con una toalla de papel para remover huellas. Nota: el líquido debería ser azul
14. colocar el blanco en la celda del espectrofotómetro HACH.
15. Tocar Zero. La pantalla mostrara: 0.0 mg/L C.
16. Limpiar el vial con muestra para remover huellas y colocar en la celda. Presionar el botón Read
9. Introducir una ampolla a cada vial. Arrancar la punta de la ampolla. Nota: No invertir el vial.
10. Colocar los viales en el reactor de COD por 2 horas a 103-105 C.
11. Con cuidado remover los viales del reactor y colocarlos en una gradilla. Permitir que los viales se enfríen por una hora.
12. En Hach Programs seleccionar programa 427 para TOC.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
94
Cloro Residual
Método DPD. Método 8012 Para agua Potable y Aguas residuales
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
95
Trihalometanos (de 0.0 a 200 ppb como Cloroformo)
Método THM*Plus:
1. Se enciende el espectrofotometro HACH y se introduce el número del
programa para THMs Plus presionando 725 ENTER. En la pantalla se pide
que se marque una longitud de onda de 515 nm.
2. Rotar la longitud de onda solicitada hasta que aparezca ZERO SAMPLE.
3. Se prepara un baño de agua María agregando 500 mL de agua a un plato
evaporador. Colocar el plato en un calentador.
4. Se prepara un baño helado agregando 500 mL de agua helada (18-25C) del
grifo a un segundo plato evaporador.
5. Llenar dos celdas de 10mL. Rotular una como blanco y la otra como muestra.
6. Agregar 3 gotas del reactivo de THM plus No. 1 a cada celda.
7. Girar suavemente y mezclar cada celda tres veces.
8. Usando un pipeta agregar 3mL de reactivo THM plus No. 2
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
96
9. Girar suavemente y mezclar agitando 10 veces,
10. Colocar la muestra un sujetador de celdas y colocar el blanco al lado.
11. Colocar el sujetador en el baño de agua caliente cuando agua esté hirviendo.
12. Presionar SHIFT TIMER para iniciar una reacción de 5 minutos.
13. Al final del periodo de reacción, remover el sujetador y las celdas del agua
caliente y colocarlas en el baño de agua helada.
14. Presionar SHIFT TIMER. Enfriar por 3 minutos. Al final remover las celdas
del baño.
15. Usando una pipeta agregar 1mL de reactivo THM plus No. 3 a la muestra y al
blanco. Agitar para mezclar.
16. Remplazar el agua helada con agua fresca del grifo. Colocar el sujetador de
celdas en el agua.
Evaluación de tres tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
97
17. Presionar SHIFT TIMER para iniciar una reacción de enfriamiento de 3 min.
18. Agregar polvo de reactivo THM plus No. 4 a la muestra y al blanco.
19. Voltear cada celda suavemente y agitar por 10 minutos.
20. Presionar SHIFT TIMER para iniciar una reacción de 15 minutos
21. Mientras el color se desarrolla insertar el adaptador al espectrofotómetro.
22. Limpiar el blanco con una toallita para remover huellas u otras marcas.
23. Cuando la alarma suene, colocar el blanco en el espectro.
24. Presionar ZERO.
25. Limpiar la muestra para remover huellas o marcas.
Colocar la muestra preparada en el espectro
Evaluación de dos tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
98
ANEXOS C
C.1 Resultados
Tabla C.1 Resultados Obtenidos a Diferentes Dosis de AH para cada Tipo de Coagulación.
Acido Húmico 1 mg/L TIPOS
DE AGUA
Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
Temperatura (°C)
Dureza (mg/L)
Alcalinidad (mg/L)
pH DOC
(mg/L)UV254 (cm-1)
Conductividad (µS/cm)
STD (mg/L)
Cl2 Residual
(mg/L) THMS (µg/L)
A. C. 18.00 55.00 24.00 70.00 72.00 7.01 11.00 0.044 62.20 73.00 0 0.00 A* 0.00 2.00 25.00 48.00 59.00 6.35 0.00 0.000 182.20 90.00 1.40 6.00B* 0.00 0.00 23.10 40.00 45.00 6.10 0.00 0.000 84.70 28.00 1.24 5.00C* 4.00 3.00 24.60 60.00 45.00 6.70 0.30 0.000 78.20 37.00 1.44 21.00D* 0.00 1.00 22.50 60.00 56.00 6.80 0.00 0.003 55.40 27.00 1.80 0.00E* 0.00 1.00 23.10 60.00 56.00 7.00 0.20 0.000 163.90 81.00 0.70 7.00F* 0.00 1.00 23.10 60.00 45.00 6.90 0.20 0.010 194.90 77.00 0.95 0.00
Acido Húmico 3 mg/L A. C. 24.00 70.00 23.10 75.00 72.00 7.02 19.90 0.066 93.80 47.00 0 0.00
A* 2.00 2.00 25.20 50.00 59.00 7.02 0.10 0.000 306.00 145.00 0.95 59.00B* 0.00 1.00 24.00 40.00 39.20 6.60 0.10 0.000 91.90 43.00 0.44 0.00C* 0.00 2.00 21.00 54.00 44.80 6.40 1.90 0.000 153.70 76.00 0.16 1.00D* 0.00 1.00 23.00 60.00 45.00 6.65 0.14 0.000 164.80 81.00 0.53 0.00E* 0.00 1.00 24.00 60.00 45.00 6.75 0.50 0.006 179.70 82.00 1.19 5.00F* 0.00 1.00 24.00 60.00 42.00 6.80 0.00 0.009 199.00 85.00 0.87 41.00
Evaluación de dos tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
99
Tabla C.1 Resultados Obtenidos a Diferentes Dosis de AH para cada Tipo de Coagulación (Continuación).
Acido Húmico 5 mg/L TIPOS
DE AGUA
Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
Temperatura (°C)
Dureza (mg/L)
Alcalinidad (mg/L)
pH DOC
(mg/L)UV254 (cm-1)
Conductividad (µS/cm)
STD (mg/L)
Cl2 Residual
(mg/L) THMS (µg/L)
A. C. 32.00 79.00 20.00 80.00 90.00 7.06 20.00 0.132 116.40 78.00 0.00 0.00 A* 0.00 2.00 21.50 50.00 60.00 6.35 0.00 0.000 139.00 95.00 1.34 0.00 B* 1.00 1.00 24.00 49.00 44.80 6.25 0.00 0.000 148.00 71.00 0.16 0.00 C* 4.00 1.00 24.00 36.00 40.00 6.40 0.00 0.013 148.30 66.00 1.71 17.00 D* 0.00 1.00 25.00 49.00 56.00 6.75 0.00 0.002 204.00 101.00 1.24 59.00 E* 0.00 1.00 24.00 44.00 56.00 6.60 0.00 0.000 137.50 64.00 0.51 32.00 F* 0.00 1.00 24.00 39.00 40.00 6.60 0.30 0.011 207.00 97.00 0.76 49.00
Acido Húmico 7 mg/L A. C. 53.00 80.00 23.70 85.00 90.00 7.07 20.00 0.124 127.80 70.00 0 0.00
A* 0.00 1.00 24.30 50.00 68.20 6.50 0.00 0.000 202.00 92.00 0.01 70.00 B* 0.00 1.00 24.00 42.00 49.00 6.15 0.00 0.000 205.00 95.00 0.69 0.00 C* 9.00 1.00 25.00 56.00 51.00 6.50 0.50 0.005 172.90 83.00 0.07 54.00 D* 5.00 1.00 25.00 52.00 48.00 6.60 0.50 0.005 192.20 92.00 0.06 1.00 E* 5.00 1.00 24.00 49.00 48.00 6.72 1.80 0.009 168.70 76.00 1.49 35.00 F* 5.00 1.00 24.00 45.00 43.00 6.70 0.70 0.000 187.50 87.00 0.70 4.00
Evaluación de dos tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
100
Tabla C.2 Porcentaje de Remoción de los Diferentes Tipos de Coagulación.
Parámetro Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
UV254 (cm-1)
DOC (mg/L)
Acido
Húmico
(mg/L)
% Remoción
Coagulación con Flóculos Preformados
1 100.00 96.36 100.00 100.00
3 91.67 97.14 100.00 99.50
5 100.00 97.47 100.00 100.00
7 100.00 98.72 100.00 100.00
Doble Coagulación
1 100.00 98.18 93.18 100.00
3 100.00 98.57 100.00 99.30
5 100.00 98.73 98.48 100.00
7 90.57 98.75 95.97 97.50
Coagulación con Flóculos Preformados y Quitosana
1 100.00 100.00 100.00 100.00
3 100.00 98.57 100.00 99.50
5 96.88 98.73 100.00 100.00
7 100.00 98.75 100.00 100.00
Doble Coagulación y Quitosana
1 100.00 98.18 6.82 98.18
3 100.00 98.57 86.36 100.00
5 100.00 98.73 91.67 98.50
7 90.57 98.75 100.00 96.50
Evaluación de dos tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
101
Tabla C.2 Porcentaje de Remoción de los Diferentes Tipos de Coagulación
(Continuación).
Parámetro Color (mg/L Pt-Co)
Turbiedad (NTU)
UV254 (cm-1)
DOC (mg/L)
Acido
Húmico
(mg/L)
% Remoción
Coagulación Simple
1 77.78 94.55 100.00 97.27
3 100.00 97.14 100.00 90.45
5 87.50 98.73 90.15 100.00
7 83.02 98.75 95.97 97.50
Coagulación Simple y Quitosana
1 100.00 98.18 100.00 98.18
3 100.00 98.57 90.91 97.49
5 100.00 98.73 100.00 100.00
7 90.57 98.75 92.74 91.00
Evaluación de dos tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
102
Tabla C.3 Porcentaje de Remoción Obtenidos de la Adsorción de DOC.
Acido
Húmico
(mg/L)
Numero de
Muestra
Remoción (%)
1 13.15
2 7.57
3 3.94
4 4.09
5 3.32
1
6 2.07
1 18.51
2 16.43
3 14.08
4 12.67
5 14.38
3
6 12.40
1 20.71
2 13.69
3 11.90
4 12.93
5 13.51
5
6 10.98
1 22.72
2 19.83
3 17.63
4 20.82
5 18.51
7
6 16.90
Evaluación de dos tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
103
ANEXOS D
D.I Figuras de la Parte Experimental
Figura D.1 Equipo Utilizado en la Prueba de Jarras.
Figura D.2 Formación de los Flóculos.
Evaluación de dos tipos de coagulación para la remoción de DBPs….
104
Figura D.3 Sedimentación de los Flóculos.
Espectrofotómetro Hach Dr 5000 UV-Vis.
Figura D.4 Equipo Utilizado en los Análisis.