Notas de Aula 3c

8/16/2019 Notas de Aula 3c

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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADAFACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

NOTAS DE AULAPLANTAS DE TRATAMIENTO -1604

COAGULACION- PRODUCTOS QUIMICOS - DOSIFICADORES

Tatiana R Chaparro Ph.D

2015



Plantas de tratamiento – Tatiana R Chaparro Ph.D 2

PRODUCTOS QUIMICOS

Son varios los productos químicos que se emplean en una planta de tratamiento de agua potable. En

las Tablas 1 y 2 se observan los más empleados y sus características principales.

Tabla 1. Principales productos químicos y sustancias usados en el tratamiento de agua.

Productos químico AplicaciónÁcido clorhídrico Ajuste de pHÁcido peracetico OxidaciónÁcido fluosilico FluoraciónHarina de yuca, maíz Auxiliar de floculación y filtraciónAmonio Formación de cloraminasCal virgen Ajuste de pH y estabilización

Cal hidratada Ajuste de pH y estabilizaciónCarbonato de sodio Ajuste de pH y estabilizaciónCarbón activado en polo Remoción de sabor, olor y compuestos orgánicosCloruro férrico CoagulaciónCloro Desinfección y oxidaciónDióxido de carbono Recarbonatación y ajuste de pHDióxido de cloro Desinfección y oxidaciónFluoruro de calcio FluoracioónHidroxicloruro de aluminio y de hierro CoagulaciónHipoclorito de calcio y de sodio Desinfección y oxidaciónOzono Desinfección y oxidaciónPermanganato de potasio Desinfección y oxidación

Peróxido de hidrogeno Oxidación y desinfecciónPolímeros sintéticos Auxiliar de coagulación, floculación y filtraciónSoda caustica Ajuste de pHSulfato de aluminio CoagulaciónSulfato de amonio Formación de cloraminasSulfato de cobre Control de algasSulfato ferroso CoagulaciónSulfato férrico Coagulación




Tabla 2. Características de los productos químicos utilizados en plantas de tratamiento.

Productos

Sulfato de AlumínioHidróxido de Cálcio

Oxido de CálcioCarbonato de Sódio

CloroHipoclorito de Sódio

Cal CloradaFluoruro de Sódio

Sílico Fluoruro de SódioCarbonoHidróxido de Sódio

Sulfato de CobreSulfato de AmonioSulfato de hierro II

Acido SulfúricoAcido Clorídrico

Sulfato de hierro IIICloruro de hierroAcido Flu silícico

Formula

Al2 (SO4)3 . 18 H2OCa(OH)2

CaONa2CO3

Cl2 NaOCl

CaO . 2 CaOCl2 . 3 H2ONaF

Na2 SiF5 CNaOH

CuSO4 5 H2O(NH4)2 SO4

FeSO4 . 7 H2OH2SO4

HCIFe2 (SO4)4

FeCl4 6 H2OH2 SiFe

PUREZA

15 – 22% . Al2O3 63 – 73% . CaO

75 – 99%99,4% Na2CO3

99,8% CI2 12 – 15% CI2 25 – 37% Cl2

90 – 95% NaF99% Na2SiF6

99% NaOH

100%77,67% H2SO4

27,92% ACl60%

60% FeCl4 20 25%

1. Preparación de soluciones y dispositivos para dosificar.

Los coagulantes se clasifican en dos grupos: los polielectrolitos o ayudantes de la coagulación y loscoagulantes metálicos. Los coagulantes metálicos son los más utilizados, entre ellos están las salesde aluminio (sulfato de aluminio, sulfato de aluminio amoniacal y cloruro de polialuminio), sales dehierro (cloruro férrico, sulfato férrico y sulfato ferroso).

Cal hidratada: se utiliza generalmente en plantas de pequeño a medio porte (Q < 1m 3/s).Generalmente viene en presentaciones de 20 kg. Se preparan soluciones en tanques con

concentraciones entre 100 y 500 gr/L y de aquí se conduce a los dosificadores. Cal virgen: Se recomienda utilizar en estaciones de gran capacidad (Q ≥ 1m3/s) o cuando elconsumo de cal sea alto, por ejemplo, cuando se necesite ablandar el agua o remover hierroy manganeso. Generalmente viene en presentaciones de 900 kg.

Sulfato de aluminio: Viene en polvo o granulado y la solución se prepara con concentracionesentre 10 a 200 gr/L. Los dosificadores dependen de las características de la bodega dequímicos. Siendo lo más recomendable que la dosificación se realice pro gravedad, en casocontrario se debe utilizar bombas dosificadoras.

Hipoclorito de sodio: Viene en presentación liquida, se ofrece en cilindros o bombinas de60kg.

Hipoclorito de calcio: Viene en forma granulada (10 a 45kg) o tabletas




A. Unidades de dosificación

Dosificación se entiende como la acción mediante la cual se suministra una sustancia química al agua

que se va a tratar, para que cumpla con las normas establecidas en el ensayo de jarras. El objetivoprincipal de este ensayo es poder determinar la dosis del coagulante que produce la más rápidadesestabilización de las partículas coloidales y hace que se forme un floc pesado y compacto.

De acuerdo con las características de los productos químicos (coagulantes) se pueden empleardosificadores en seco y dosificadores en solución.

a. Dosificadores en seco: Dosifican el polvo en forma continua en un tanque de hidratación,desde donde la solución se lleva al punto de aplicación.

b. Dosificadores en solución: se prepara la solución previamente y se dosifica al punto deaplicación por gravedad o por bombeo. Son menos costosos que los anteriores y fácilmentereparables por operadores no entrenados.




Para todos los niveles de complejidad del sistema debe determinarse la dosis óptima de coagulante,mediante la prueba de jarras de acuerdo con la NTC 3903.




En la Tabla 3 se presentan algunos valores de dosis de sulfato de aluminio recomendadas por laCEPIS de acuerdo con el valor de turbiedad del agua.

Tabla 3. Dosis de alumbre vs. valor de turbiedad (tabla empírica).Turbiedad (UNT) Dosis aproximada de alumbre (mg/L)

0-30 10

30-60 10-1580 12-17

100 14-20150 17-25200 20-35300 25-45400 25-50500 25-60

Preparación de la solución de coagulantes y alcalinizantes.

El sulfato de aluminio Al2(SO4).nH2O (n 0 14 o 16 o 18) debe ser utilizado en lo posible en unasolución acuosa. A pesar del alumbre ser el más utilizado, el cloruro férrico tiene mayores ventajas,en el sentido de actuar en un rango más amplio de pH. Luego cuando el agua tiene alto contenido decolor esta sería la mejor opción.

Los coagulantes, bien sea las sales de hierro o las sales de aluminio reaccionan con la alcalinidad delagua formando unos precipitados gelatinosos, el agua debe tener una alcalinidad natural, de locontrario se debe adicionar cal, hidróxido de calcio o bicarbonato de sodio.

Cuando el aluminio se adiciona al agua que contiene alcalinidad ocurre la siguiente reacción

AL2(SO4). 14H20 + 6HCO3 ⇌ 2AL(OH)3.3H20(S) +6CO2 + 8H20 + 3SO42

Es decir por cada mol de aluminio adicionado se consumen 6 moles de alcalinidad y se producen 6moles de dióxido de carbón, es decir esta ecuación rompe el equilibrio del sistema carbonatos, sedisminuye el pH pero si hay suficiente alcalinidad no hay problemas operacionales.

Ahora si no hay suficiente alcalinidad se produce la siguiente reacción:

AL2(SO4). 14H20⇌ 2AL(OH)3.3H20(S) + 2H2SO4 + 2H2O

Ejemplo para resolver en clase:

Calcular la cantidad de alcalinidad en mg/L consumida por la adición de 50 mg/L

1.

Calcular los moles/L de aluminio adicionado2. Calcular los moles /L de HCO3 consumido3. Convertir a mg/L los moles de HCO3 consumido

PM Sulfato de alumínio: 594 g/molPM HCO3 : 61.6 g/mol

LA DOSIS ÓPTIMA VARIA POR LA NATURALEZA Y COMPOSICION DE LA MATERIA ORGANICANATURAL EN LA FUENTE DE CAPTACION!!!!




Breve descripción del ensayo de jarras

Primera etapa

1. Se colocan las muestras de agua en las jarras , típicamente 800 mL

2.

Se dosifica con un amplio rango de concentración de coagulante, por ejemplo de 10 a 50mg7L

3. Se agita por un minuto rápidamente (ej. 100 rpm)4. Luego se baja la velocidad (aprox 25 rpm) y se deja agitar por 10 minutos5. Se deja sedimentar entre 30 y 60 minutos6.

Se analiza color y turbiedad residual y se determina la dosis más baja de coagulante quepermite la mayor remoción de turbiedad y color.

Segunda etapa

1. Se preparan otra vez las jarras con las muestras de agua y se ajusta en cada una de ellas unvalor de pH que cubra un amplio rango, e.g 5 -9

2.

Se le adiciona la dosis de coagulante de la etapa 1 a cada jarra y se siguen los demás pasos.

De esta forma se puede obtener el pH óptimo para la dosis óptima.

Ahora si!! Como se dosifica la dosis optima del coagulante!!

Suponiendo que el volumen del tanque en donde se prepara la solución es = 5 m2 y se disuelven 100kg de sulfato de aluminio.

La concentración de la solución es =)()(

3mvolumen g coagulantec

l g

m

g c 20

5

000.1003

Ahora: calculando en el ensayo de jarras la dosis optima de coagulante = 30 L

mg y teniendo en

cuenta que el caudal de operación es 60h

m3

, el caudal que es necesario aplicar en el dosificador

para que contenga la concentración de sulfato se calcula:

hl x

Csol

dxQq 90

20

6030 , este sería el caudal que debe ser aplicado de la solución que contiene

el sulfato de aluminio y que garantiza la dosis optima que se encuentra en el ensayo de jarras.

Nota: para el cálculo de la alcalinidad, es un procedimiento similar.




Actividad para resolver en clase

1. Los valores iniciales de turbiedad y alcalinidad son:

Turbiedad inicial: 15 UNTAlcalinidad expresada en mgHCO3 : 50 mg/L

Los resultados de los dos ensayos del test de jarras fueron:

Ensayo 1Jarras

1 2 3 4 5 6pH 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5Dosis dealuminio(mg/L)

10 10 10 10 10 10

Turbiedad(UNT) 11 7 5.5 5.7 8 13

Ensayo 2Jarras

1 2 3 4 5 6pH 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0 6.0Dosis dealumnio(mg/L)

5 7 10 12 15 20

14 9.5 5 4.5 6 13

El objetivo es encontrar el valor óptimo de pH, dosis óptima de coagulante y la cantidad teórica dealcalinidad que se consume para la dosis óptima. Asimismo, calcular teniendo en cuenta que el caudalde operación es de 50 l/s, la cantidad (masa/tiempo) de sulfato que se debe adicionar para prepararla solución que permita dosificar la dosis óptima que se obtuvo en el ensayo de jarras.

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