Laboratorio de Columna de sedimentacion.docx

Universidad Nacional De Ingeniería

Programa de Investigación Estudios Nacionales y Servicios Ambientales.

UNI – PIENSA

Operaciones y Procesos Unitarios Laboratorio N°2 Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación.

Autores: •

•

Alejandro Gonzales Suárez • Pablo Angulo Angulo Axel Eduardo Rodríguez Montenegro • Marlon Montes • Yelena Reyes • Wendell Selaxsa • Javier Moncada • Henry Javier Vílchez Perez Managua, Nicaragua Diciembre, 2013

TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN.....................................................................................................................

Programa de investigación Estudios Nacionales y Servicios Ambientales. Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación .

1. INTRODUCCIÓN....................................................................................................... 2. OBJETIVOS.............................................................................................................. 2.1

GENERAL........................................................................................................

2.2

ESPECÍFICOS................................................................................................

3. MARCO TEÓRICO.................................................................................................... 3.1 SEDIMENTACION................................................................................................ 3.1.1 Sedimentación del tipo 1 (Partículas discretas)............................................ 3.1.2 Sedimentación del tipo 2 (Partículas floculentas)......................................... 3.1.3 Sedimentación de tipo 3 (Retardada, también llamada zonal)................... 3.1.4 Sedimentación de tipo 4 (por compresión)................................................... 3.1.5 Sedimentación interferida............................................................................. 3.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO................................................ 3.2.1 Calidad de agua............................................................................................ 3.2.2 Condiciones hidráulicas................................................................................ 3.2.3 Factores externos.......................................................................................11 3.3. CLASIFICACIÓN DE UNIDADES.....................................................................12 3.3.1 Sedimentadores y decantadores estáticos.................................................12 3.3.2 Componentes de una unidad......................................................................14 3.3.3 Desarenadores............................................................................................15 3.3.4 Lodos productos de plantas potabilizadoras...............................................15 3.3.5 Rendimiento de la Sedimentación..............................................................16 3.3.6 Parámetros físico-químicos empleados.....................................................17 4. MARCO METODOLÓGICO....................................................................................19 4.1 PROCEDIMIENTO............................................................................................19 4.1.1 Preparación de Soluciones Madre..............................................................19 4.1.2 Preparación de las concentraciones de sulfato de aluminio.......................19 4.1.3 Toma de la muestras de agua cruda...........................................................20 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN................................................................................25 5.1 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA CRUDA........................................................25 5.2 DETERMINACIÓN DE LA TURBIEDAD PARA CADA TIEMPO DE ENSAYO Y PUNTO DE MUESTREO................................................................................25 5.2 ANÁLISIS DE LA OBTENCIÓN DE COLOR APARENTE.................................27

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5.3 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE REMANENTE DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS EN LA COLUMNA DE SEDIMENTACIÓN...................................29 5.4 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES APARENTES EN CADA PUNTO DE MUESTREO Y TIEMPO DE ENSAYO........................................................31 5.5 CALCULO DE LA RAZÓN DE REMOCIÓN (% R) DEL ENSAYO DE SEDIMENTACIÓN EMPLEANDO EL MÉTODO DE MASA O MÉTODOS DE ÁREAS.....................................................................................................................32 5.6 CALCULO DE CARGA SUPERFICIAL..............................................................32 7. RECOMENDACIONES...........................................................................................35 8. ABREVIATURAS....................................................................................................36 9. LISTA DE REFERENCIAS......................................................................................37 ANEXO A.....................................................................................................................38

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 5. 1 Parámetros en agua cruda.....................................................................25 Tabla 5. 2 Valores turbiedad en agua tratada..........................................................25 Tabla 5. 3 Valores de color aparente para cada punto de muestreo a diferentes tiempos de corrida...................................................................................................27 Tabla 5. 4 Porcentajes de solidos suspendidos remanentes para cada muestreo. 29 Tabla 5. 5 Velocidades aparentes para cada muestreo y tiempo de ensayo..........31

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 3. 1 Índices de Willcomb para determinar el tamaño del floculo...................6 Figura 3. 2 Corrientes térmicas debidas a agua fría.................................................9 Figura 3. 3 Corrientes térmicas debido aguas calientes.........................................10 Figura 3. 4 Corrientes de densidad.........................................................................10 Figura 3. 5 Corrientes cinéticas...............................................................................11 Figura 3. 6 Efecto de la zona de salida en las líneas del flujo................................12 Figura 3. 7 Trayectoria ideal de partículas discretas...............................................13 Figura 3. 8 Zonificación de un sedimentador............................................................1 Figura 4. 1 Medición de los volúmenes de coagulante...........................................21 Figura 4. 2 Adición del coagulante a 200 rpm.........................................................21 Figura 4. 3 Tanque de 1m3.......................................................................................22 Figura 4. 4 Niveles de agua en columna de sedimentación...................................22 Figura 4. 5 Puntos de muestreo en la columna de sedimentación.........................23 Figura 4. 6 Medición de turbiedad en el agua tratada.............................................24 Figura 4. 7 Medición de turbiedad en el agua cruda tratada...................................24 Figura 4. 8 Filtración de las muestras de agua tratada...........................................25 Figura 4. 9 Medición de absorbancia ultravioleta....................................................25 Y

Figura 5. 1 Remoción de turbiedad en cada tiempo de ensaye 1, 2 y 3.................27 Figura 5. 2 Remoción de turbiedad en cada tiempo de ensaye 4, 5 y 6.................27 Figura 5. 3 Color Aparente Vs Tiempo de ensaye 1,2 y 3.......................................28 Figura 5. 4 Color aparente Vs Tiempo de ensaye 4,5 y 6.......................................29 Figura 5. 5 Solidos Suspendidos remanentes Versus Tiempo de ensayo..............31 Figura 5. 6 Porcentaje de remanentes versus profundidad del agua.....................32 Figura 5. 7 Comportamiento del porcentaje de solidos suspendidos remantes respecto al tiempo de sedimentación y la profundidad del agua............................33

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RESUMEN

El objetivo general del presente laboratorio titulado Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación.es determinar la eficiencia teórica de un decantador midiendo la concentración de las partículas en suspensión a diferentes profundidades en una columna piloto de sedimentación en intervalos de tiempo determinados primero a 15 minutos y los demás intervalos cada 20 min. Para ello, se tomó una muestra de agua cruda del Rio Tipitapa a la cual se le tomó los datos iniciales de pH (7,61) y turbiedad (89,5 NTU) para luego ser comparado con la simulación en la columna piloto. Estas muestras se sometieron al proceso de coagulación-floculación-sedimentación, empleando sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) como coagulante con una concentración de 20 mg/L . Luego se determinó la concentración a usarcé siendo de 240 mg/L de Al2(SO4)3 ) a 200 rpm para la mezcla rápida y a 40 rpm en la mezcla lenta, una vez agregado el coagulante se hace la lectura de turbidez y Color para cada uno de los seis puntos de muestreo y con estos se procederá al análisis de comparativo de los datos iniciales de agua cruda y los obtenido una vez terminado la simulación en la columna de sedimentación. Durante la simulación se presenta que el punto de muestreo número uno presento los mayores porcentajes de remoción en Solidos Suspendidos Remanentes en los primeros quince minutos de la corrida de la simulación obteniendo resultados que oscilan entre 73 al 100% de remoción en comparación con los demás puntos de muestreo que van en disminución teniendo lógica por lo observado durante la simulación que en las partes, más alta de la columna de sedimentación el medio se tornaba más claro y menos turbio, respecto al fondo, lo que indica que los flóculos viajan a través de la columna hacia el fondo, atraídos por la gravedad por lo que cuando habían transcurrido los 155 min se logró una turbiedad promedio de 2.85 UTN para los 6 puntos de muestreo y un color promedio de 30.83 (mg/L Pt-Co) que si son comparados con las normas CAPRE, no se cumple con los parámetro de color y turbiedad ni con usando los rango máximo admisible. Transcurrida las dos horas de tratamiento se observó que el medio en la cámara interna de sedimentación se tornó muy claro, con mucha transparencia, en las superficies de las paletas del agitador integrado al sedimentador contenía floculos, los cuales quedaron retenidos ahí durante la precipitación de los mismos, sin embargo una gran cantidad de los mismo precipitaron hacia el fondo, llenando el cono de sedimentación llegando a una velocidad de sedimentación promedio de 0.00082 m/s.

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1. INTRODUCCIÓN

La sedimentación consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los términos sedimentación y decantación se utilizan indistintamente. Esta operación se emplea para la eliminación de partículas de arena, de la materia en suspensión en flóculos biológicos de los decantadores secundarios, en los procesos de fango activos, tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la floculación química en el momento en que se agrega un coagulante y para la concentración de sólidos en los esperadores de fangos. En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango cuya concentración de sólidos permita su fácil tratamiento y manejo. En el proyecto de tanques de sedimentación, es preciso prestar atención tanto a la obtención de un efluente clarificado como a la producción de un fango concentrado. Para este caso se estudió la sedimentación de flóculos creados mediante procesos de coagulación aplicando coagulantes. Separando las aguas clarificadas de los flóculos debido a la mayor densidad que provoca que se depositen en el fondo de los tanques mientras que el líquido asciende y se recolecta por la parte superior El presente Laboratorios está basado en los resultados obtenidos por el ensayo columna de sedimentación, efectuado con muestra proveniente del Rio de Tipitapa, en esta práctica se pondrán a prueba a las conclusiones de los parámetros en las pruebas de jarras, por lo que se determinó la eficiencia teórica del sedimentador midiendo las concentraciones de las partículas en suspensión a diferentes profundidades en la columna piloto en intervalos de tiempo determinados, utilizando parámetros físicos-químicos de turbidez y color aparente para monitorear la calidad del proceso.

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2. OBJETIVOS

2.1 GENERAL Determinar la eficiencia teórica de un sedimentador (decantador) midiendo la concentración de las partículas en suspensión a diferentes profundidades en una columna piloto de sedimentación en un tiempo determinado. 2.2 ESPECÍFICOS 

Observar el procedimiento de coagulación, floculación, sedimentación a escala meso de laboratorio a flujo batch.



Determinar los valores de turbiedad y color en el agua cruda.



Simular las características de un sedimentador convencional.

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3. MARCO TEÓRICO

En este capítulo se abordan los conceptos teóricos necesarios para sustentar los resultados que se obtengan en este laboratorio. Se presentan el proceso de la sedimentación en laboratorio así como su proceso. A su vez, se muestran los procesos que constituyen el sistema de tratamiento primario. Además se exponen las características generales de la sedimentación siendo unos de los procesos más usados en el tratamiento de agua. 3.1 SEDIMENTACION De acuerdo a Valencia (S.F.) la sedimentación consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de agua, se emplea para la eliminación de arenas, materia en suspensión, flóculos químicos cuando se emplea la coagulación química. En la mayoría de los casos, el objetivo principal es la obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango cuya concentración de sólidos permita su fácil tratamiento y manejo. Es por esta razón que en procesos de sedimentación, es preciso prestar atención tanto a la obtención de un efluente clarificado como a la producción de un fango concentrado. La remoción de partículas en suspensión en el agua puede conseguirse por sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideren como complementarios. La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras que la filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana a la del agua o que han sido resuspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior. La sedimentación es, en esencia, un fenómeno netamente físico y constituye uno de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificación, y está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas, el resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada. Las partículas en suspensión sedimentan en diferente forma, dependiendo de las características de las partículas, así como de su concentración. Es así que podemos referirnos a la sedimentación de tipo 1 o de partículas discretas,

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sedimentación de tipo 2 o de partículas floculentas, sedimentación de tipo 3 o zonal y sedimentación de tipo 4 por compresión.

3.1.1 Sedimentación del tipo 1 (Partículas discretas) Esta se refiere a la sedimentación de partículas discretas en una suspensión de sólidos de concentración muy baja. Las partículas se depositan como entidades individuales y no existe interacción significativa con las partículas más próximas. Un ejemplo típico es una suspensión de partículas de arena. Este tipo de sedimentación también se le conoce como sedimentación libre (Perez, 2004). 3.1.2 Sedimentación del tipo 2 (Partículas floculentas) De acuerdo a Perez (2004), se denomina sedimentación floculenta o decantación al proceso de depósito de partículas floculentas. Este tipo de sedimentación se presenta en la clarificación de aguas, como proceso intermedio entre la coagulación-floculación y la filtración rápida. Los factores primordiales que influyen en la velocidad de sedimentación son su tamaño, forma y densidad. Las partículas en estado coloidal, es necesario añadirles coagulantes químicos y someterlas a procesos de coagulación y floculación para incrementar su tamaño o densidad antes del proceso de sedimentación. De manera que las partículas en suspensión de aguas tratadas con coagulantes, consisten en flóculos formados por óxidos metálicos (Al2O3 o Fe2O3), el diámetro de los flóculos es variable desde menos de 0,001 mm hasta más de 5 mm, dependiendo de las condiciones de mezcla y floculación (gradientes de velocidad y tiempo de retención). Willcomb clasifica los flóculos por su tamaño, tal como se indica en la siguiente Imagen.

Fuente:, Perez, 2004.

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Programa de investigación Estudios Nacionales y Servicios Ambientales. Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación . Figura 3. 1 Índices de Willcomb para determinar el tamaño del floculo

La velocidad de sedimentación de suspensiones floculentas depende de las características de las suspensiones, así como de las características hidráulicas de los sedimentadores y de la presentación de procesos concomitantes: floculación por diferencia de velocidades de sedimentación de los flóculos, influencia de turbulencia y variación de gradientes de velocidad, factores que imposibilitan la preparación de un modelo matemático general. Por este motivo se recurre a ensayos en laboratorio o plantas piloto con el propósito de predecir las eficiencias teóricas remocionales en función de cargas superficiales o velocidades de sedimentación preseleccionadas. En ellos se deben tomar las siguientes precauciones: Que la muestra de la suspensión sea representativa y que se mantenga a igual temperatura. Si en una suspensión tenemos una concentración (1-C) de partículas que tienen una velocidad de sedimentación VS, la proporción adicional de partículas removidas que tiene una velocidad de sedimentación VS será:

(3.1) La remoción total RT será:

(3.2) El segundo término de esta ecuación se determina experimentalmente mediante columnas de sedimentación o el equipo modificado de prueba de jarras. Se determinan las concentraciones del material en suspensión (C) cada cierto tiempo (t) y para una profundidad específica (h). Conociendo la concentración inicial (C0) y la velocidad de sedimentación Vs = h/t, es posible obtener la eficiencia remocional. Si se grafican estos parámetros, se establece la curva teórica de velocidad de sedimentación versus eficiencia del sistema. Esta curva no pasa por el origen, lo que implica que siempre se tendrá una fracción Cf de partículas que no serán removidas por el sedimentador aun cuando se apliquen velocidades muy bajas de sedimentación. De manera que en la práctica, surge la necesidad de contar con 11


una unidad posterior al sedimentador que sea capaz de remover estas partículas. Por ejemplo en una planta de tratamiento de agua esta unidad es el filtro. Otra característica de esta curva es la tendencia asintótica cuando esta se aproxima al eje de las ordenadas, esta tendencia permite definir una velocidad de sedimentación mínima para aplicaciones prácticas de diseño. No tendrá ningún sentido práctico seleccionar velocidades de sedimentación menores a este valor mínimo, ya que se incrementaría el área de la unidad y no se conseguiría mayor eficiencia de remoción.

3.1.3 Sedimentación de tipo 3 (Retardada, también llamada zonal) Se refiere a suspensiones de concentración intermedia, en las que las fuerzas entre partículas son suficientes para entorpecer la sedimentación de las partículas vecinas. Las partículas tienden a permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de partículas sedimenta como una unidad. Se desarrolla una interfase sólido-líquido en la parte superior de la masa que sedimenta. 3.1.4 Sedimentación de tipo 4 (por compresión)

En los sistemas que tienen gran cantidad de sólidos en suspensión, además de los otras tipos de sedimentación (tipo 1 y 2), suele producirse una sedimentación zonal y por compresión. Debido a las características hidráulicas del flujo alrededor de las partículas y de las fuerzas interarticulares, aquellas depositan como una zona o "en capa", manteniéndose la posición relativa entre ellas. Conforme esta zona va sedimentando se produce un volumen de agua relativamente clara por encima de la región de sedimentación zonal, consiste en un escalonamiento de concentración de sólidos a partir de la hallada en la región de sedimentación del tipo 2 hasta que se encuentren la región comprimida.

A medida que se prosigue la sedimentación, comienza a formarse en el fondo del cilindro una capa de partículas comprimidas. Las partículas de esta región forman aparentemente una estructura en la que existe un contacto físico entre las mismas. Cuando se forma la capa de compresión, las regiones que tienen las 12


concentraciones de sólidos cada vez menores que las halladas en la región de compresión se van desplazando hacia la parte superior.

3.1.5 Sedimentación interferida Cuando existen altas concentraciones de partículas, se producen colisiones que las mantienen en una posición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de individual, este proceso de sedimentación se le denomina depósito o caída interferida o sedimentación zonal. 3.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO A continuación se describen los factores que influyen en el proceso de sedimentación o decantación: 3.2.1 Calidad de agua De acuerdo a Maldonado (2004), las variaciones de concentración de materias en suspensión modifican, en primer lugar, la forma de sedimentación de las partículas (con caída libre o interferida), así como las propiedades de las partículas modifican la forma de depósito (sedimentación para partículas discretas y decantación para partículas floculentas). Adicionalmente las variaciones de concentración de partículas o de temperatura producen variaciones de densidad del agua y originan corrientes cinéticas o térmicas que, a su vez, generan cortocircuitos hidráulicos en las unidades. Al entrar agua más fría al sedimentador, la masa de agua se desplaza por el fondo de este y produce el tipo de corriente indicada en la figura 3.2.

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Figura 3. 2 Corrientes térmicas debidas a agua fría. Fuente: CEPIS, 2004.

En cambio, con agua más caliente, se produce el fenómeno inverso, que aparece indicado en la figura 3.2.

Figura 3. 3 Corrientes térmicas debido aguas calientes. Fuente: CEPIS, 2004.

En el caso de variar la concentración, se producen corrientes de densidad por diferencias en las distintas masas de agua, que suelen crear fuerzas más importantes que las térmicas. Afortunadamente, la mayor concentración de partículas suele estar en el fondo, pero cualquier perturbación en el flujo, ya sea por temperatura, obstrucciones, alta velocidad de las paletas del floculador, etcétera, puede alterar el equilibrio y producir un flujo sinuoso o envolvente sobre sí mismo, muy diferente del teórico calculado, que es el que con frecuencia aparece en los sedimentadores horizontales, incluso en los bien diseñados (véase la figura 3.4). Figura 3. 4 Corrientes de densidad

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Fuente: CEPIS, 2004.

3.2.2 Condiciones hidráulicas Los criterios y parámetros hidráulicos de diseño tienen gran influencia en la eficiencia de los sedimentadores o decantadores. A continuación se detallan algunos de los principales:  En la zona de sedimentación: En esta zona se debe tener un número de Reynolds lo más bajo posible y el número de Froude más elevado para tender a un flujo laminar y estabilizar el flujo, en esta zona las líneas de flujo no debe encontrarse con ningún tipo de obstrucciones que alteren su trayectoria. Adicionalmente, la presencia de flujo de pistón mejora el proceso y el flujo mezclado no lo favorece. 

En la zona de entrada: La zona de entrada en un sedimentador es un conjunto de estructuras que debe permitir una distribución uniforme del flujo de agua hacia la zona de sedimentación, en una unidad de sedimentación convencional de flujo horizontal, esta distribución uniforme debe darse a todo lo ancho de la unidad y en profundidad. Las alteraciones del flujo en la zona de entrada deben evitarse y su presencia puede deberse a una velocidad excesiva del flujo en la entrada del sedimentador, o a que los orificios de ingreso sean muy grandes y el movimiento de las paletas del floculador sea tal que comunica demasiada energía al flujo. Al no haber disipación de esta energía en el tabique divisorio (caso de unidades convencionales de flujo horizontal), las masas de agua entran con diferente gradiente de velocidad, creando turbulencias que pueden extenderse dentro de la zona de sedimentación. Similarmente, puede mencionarse como causa de corrientes cinéticas la distribución desigual del flujo en la entrada del sedimentador (orificios de distintos diámetros o algunos parcialmente obstruidos), la existencia de tabiques que dejan pasar el agua solamente por el fondo, vertederos, etcétera, lo que produce corrientes como las mostradas en la figura 3.5 y adicionalmente modifican el tiempo de retención.

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Figura 3. 5 Corrientes cinéticas. Fuente: CEPIS, 2004.



En la zona de salida: Esta zona se caracteriza por permitir una recolección uniforme de agua sedimentada a una velocidad tal que evite arrastrar flóculos en el efluente. Canaletas de pequeña longitud, mal ubicadas, mal niveladas o impropiamente diseñadas producen cortocircuitos hidráulicos y zonas muertas que pueden inutilizar grandes áreas de los sedimentadores. En la figura 6.7 se esquematizan las modificaciones normales de las líneas de flujo debido a las estructuras de la zona de salida.

Figura 3. 6 Efecto de la zona de salida en las líneas del flujo. Fuente: CEPIS, 2004.

3.2.3 Factores externos 16


Según Maldonado (2004) establece que paradójicamente, los factores externos al proceso de sedimentación (procesos previos a la sedimentación), prácticas operacionales y factores ambientales, son los que tienen más influencia en la eficiencia de un sedimentador o decantador. Una buena o inadecuada coagulación y floculación ocasionan, respectivamente, altas o bajas eficiencias en los decantadores. Una buena o inadecuada operación, programas de mantenimiento, asi como el estado de la unidad, ocasionan, respectivamente, altas o bajas eficiencias en los decantadores o sedimentadores. El viento, al soplar sobre la superficie de los sedimentadores, puede producir corrientes de suficiente intensidad como para inducir cambios en la dirección del flujo y alterar el precario equilibrio de las masas de agua. En unidades grandes el viento puede crear oleajes de cierta magnitud, lo que interfiere el proceso o desequilibra la distribución del flujo en las canaletas de salida. 3.3. CLASIFICACIÓN DE UNIDADES La sedimentación o la decantación se realizan en reactores denominados sedimentadores o decantadores, de acuerdo con el tipo de partícula que se remueva en cada unidad. La clasificación más recomendable es la siguiente: • • •

Sedimentadores o decantadores estáticos Decantadores dinámicos Decantadores laminares.

A continuación se analizarán las diversas unidades. 3.3.1 Sedimentadores y decantadores estáticos De acuerdo CEPIS (2004) expone que por criterios generales en este tipo de unidades puede producirse sedimentación o decantación, normalmente con caída libre, en régimen laminar turbulento o de transición. En estas unidades la masa líquida se traslada de un punto a otro con movimiento uniforme y velocidad VH constante. Cualquier partícula que se encuentre en suspensión en el líquido en movimiento, se moverá según la resultante de dos velocidades componentes:

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La velocidad horizontal del líquido (VH) y su propia velocidad de sedimentación (VS). Véase la figura.

Figura 3. 7 Trayectoria ideal de partículas discretas. Fuente: CEPIS, 2004.

En un sedimentador ideal de forma rectangular y con flujo horizontal, la resultante será una línea recta. Asimismo, otras partículas discretas se moverán en lugares geométricos paralelos. Estableciendo semejanzas entre los triángulos formados por las velocidades y las dimensiones del decantador, donde (L) es la longitud y (H) la altura, se obtiene:

(3.3) Como la partícula tiene movimiento uniforme:

(3.4) Si T0 es el tiempo de retención:

(3.5) Donde V = volumen de la unidad 18


Se obtendrá:

(3.6) Pero

como

, por lo tanto:

(3.7) Este criterio sirve exclusivamente para explicar la teoría básica de la clarificación y es útil para diseñar ciertos tipos de sedimentadores y desarenadores.

3.3.2 Componentes de una unidad Una unidad de sedimentación consta de las siguientes zonas, con diferentes Funciones específica: • • • •

Zona de entrada y distribución de agua Zona de sedimentación propiamente dicha Zona de salida o recolección de agua Zona de depósito de lodos.

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De manera gráfica se esquematizan las diferentes zonas de un sedimentador o decantador de acuerdo lo establece el CEPIS (2004).

Figura 3. 7 Zonificación de un sedimentador Fuente: CEPIS, 2004.

3.3.3 Desarenadores. Los desarenadores tienen por objeto remover del agua cruda la arena y las partículas minerales más o menos finas, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasión y para evitar sobrecargas en las fases de tratamiento siguiente y la interferencia en los procesos de coagulación-floculación. El desarenado se refiere normalmente a la remoción de las partículas superiores a 0,2 milímetros. Una granulometría inferior corresponde a los procesos de 20


presedimentación o sedimentación. El estudio teórico del desarenado está relacionado con el de los fenómenos de sedimentación en caída libre. Al estudiar la ubicación de una captación, debe evitarse al máximo el arrastre de arena, diseñando este tipo de unidades cuando la calidad de agua así lo exige. En el caso particular de que se incluya en la instalación un presedimentador, se podrán eliminar en el desarenador solamente partículas de dimensiones superiores a 0,3 milímetrosde diámetro. Si la instalación incluye tamizado o microcernido (con mallas de 1 a 2 milímetros, por ejemplo), deberá efectuarse un desarenado previo para evitar problemas en los tamices. 3.3.4 Lodos productos de plantas potabilizadoras. En la depuración de aguas residuales y en la potabilización por clarificación de aguas superficiales (ríos, lagos, presas, etc.), se generan significativas cantidades de lodos que, en caso de no darles una adecuada disposición final, contribuyen de manera importante a la contaminación del ambiente, afectando suelo, agua y aire (Arteaga y Cusidó-Fábregas, 1998). En Francia, por ejemplo, en 384 plantas potabilizadoras con una producción total de agua tratada de 1.2 x 109 m3/año, se generan 63,800 ton/año (base seca) de lodos (Adler, 2002). En España la obtención de agua potable para consumo humano proviene en más del 80% de los casos de la potabilización de aguas superficiales; se producen anualmente 120 mil toneladas de materia seca de este residuo en 215 estaciones de potabilización de aguas superficiales, que producen 1.35 x 109 m3/año de agua potable (Armenter et al., 2002). En Nicaragua no se tienen datos sobre la producción de lodos; estos no cuentan con una estrategia de disposición final, por lo cual son desechados por medio del alcantarillado público o dispuestos a sitios como basureros municipales o aun peor descargarlos en cuerpos de agua (acto que en otros países es penado) este tipo de prácticas no son recomendables y más cuando no se sabe sobre el contenido químico de estos lodos.

La disposición final de estos lodos se da en la reutilización de estos para diferentes usos como son: •

Elaboración de cemento-clinker.

•

Aplicación en suelos (elaboración de brechas cortafuego en suelos forestales y, en menor grado, aprovechado como mejorador de suelos en invernaderos).

•

Elaboración de productos de la construcción (tabicones). 21


•

Elaboración de productos cerámicos de alfarería (vasijas ornamentales y ladrillos)

•

Elaboración de adsorbentes y catalizadores a base de alúmina.

•

Recirculación de lodos en el tren de tratamiento de plantas potabilizadoras.

3.3.5 Rendimiento de la Sedimentación El rendimiento de la sedimentación se determina en función del área de la sección horizontal, más que de la profundidad (H), por lo tanto se recomienda utilizar tanques de sedimentación de gran área superficial y pequeña profundidad. Entre las razones para utilizar una profundidad razonable se encuentran: •

Satisfacer los requisitos para disponer rascadores mecánicos para retirar los lodos sedimentados.

•

Para que la velocidad V, se conserve dentro de ciertos límites para evitar el arrastre de las partículas que se han depositado.

•

El arrastre ocurre cuando la velocidad de paso es suficiente para hacer pasar a suspensión las partículas previamente depositadas, esto no es normalmente un problema en los grandes depósitos de sedimentación, pero puede ser un factor importante en los desarenadores y en los canales estrechos.

Los dos postulados fundamentales del concepto de sedimentación ideal son: •

Distribución uniforme de las partículas según la sección de entrada.

•

La partícula se considera separada cuando alcanza el fondo de la zona de sedimentación.

De manera que conservando estos dos supuestos, se establece que; •

Todas las partículas con una determinada velocidad de sedimentación igual o superior a VS se separan, es decir, las partículas con una velocidad de sedimentación VS y que en el momento t = 0 están situadas en la superficie del líquido, tocarán el fondo de la zona de sedimentación.

•

Todas las partículas con una velocidad V 1 de sedimentación menor que V S, se separan en una proporción V 1/VS. Para simplificar, suponer que H = 200 22


cm y h = 150 cm. Considerar las partículas con velocidad de sedimentación V1, un 25% de estas partículas están, en el momento t = 0, situadas entre la superficie y la profundidad (H - h) = 200 – 150 = 50 cm. •

Este 25% de partículas de velocidad de sedimentación V 1 no se separarán, puesto que no alcanzarán el fondo de la zona de sedimentación, sin embargo, el otro 75% de estas partículas de velocidad de sedimentación V 1, que en el momento t = 0 están situadas por debajo de la superficie, se separan, puesto que alcanzaran el fondo de la zona de sedimentación.

•

En general, el porciento de partículas separadas con una velocidad de sedimentación V1 inferior a VS, estará dado por la relación “h/H” (en el caso considerado h/H =150/200 = 0.75 = 75%). Llegándose a la relación V 1/VS = h/H.

3.3.6 Parámetros físico-químicos empleados

•

Color: El color en el agua, puede estar asociado a substancias en solución o a substancias en suspensión como el material vegetal en descomposición, los limos y arcillas en suspensión y algunos minerales disueltos, de hierro y manganeso principalmente.

Dependiendo del origen del color sea orgánico o inorgánico, se reconocen dos tipos de color en el agua: color verdadero y color aparente. El color verdadero se presenta en el agua después de remover turbiedad, y es el resultado de la presencia de sustancias orgánicas y se obtiene a partir de mediciones sobre muestras filtradas por membranas de 0,45 µm. El Color aparente se debe a materia o sustancia en suspensión que proviene de las mediciones directas sobre muestras sin filtrar. Según el manual de CEPIS I y II, se recomienda remover la mayor parte de color mediante coagulación a bajo pH y como medida preventiva se debe aplicar cloro o algún agente esterilizante después de que el color haya sido removido para evitar la posible formación de trihalometanos, compuestos que han tenido efecto cancerigeno en animales.

•

Turbidez: La turbidez de una muestra de agua, es una medida de la pérdida de su transparencia, ocasionada por el material particulado o en suspensión que arrastra la corriente. Este material puede consistir de arcillas limos, 23


plankton o material orgánico finamente dividido, que se mantiene en suspensión debido a la fuerza de arrastre de la corriente o a su naturaleza coloidal. La turbidez se mide en NTU (Unidades Neferométricas de Turbiedad)

•

pH: Es una medida de la intensidad ácida o alcalina de una muestra de agua, que difiere de los términos “Acidez y/o Alcalinidad”, en la medida de que estos últimos, lo que representan es “la Capacidad Amortiguadora de la muestra” y no su carácter ácido o básico.

El pH, se mide mediante un pH-metro previamente calibrado con patrones de 4 y 7. El valor del pH sirve para establecer el tipo de reactivos a utilizar y, en el caso de la eliminación de dureza, está relacionado con la eficacia en la precipitación del Mg(OH)2.

4. MARCO METODOLÓGICO 24


En este capítulo se presenta la metodología que se implementó para el desarrollo del trabajo experimental, desde la toma de la muestras, así como las condiciones de operación de la sedimentación utilizando la columna de sedimentación, reliazando un aanalisis en 6 puntos ubicados a todo lo largo. Los análisis realizados para determinar las variables físicas y químicas del procesos de sedimentación a escala de laboratorio de una muestra de agua cruda del Rio de Tipitapa. 4.1 PROCEDIMIENTO 4.1.1 Preparación de Soluciones Madre Se prepararon soluciones madres, a como se detalla a continuación. Se preparó la solución madre a distintas concentraciones como se detalla a continuación. Solución madre de sulfato de Aluminio (20 mg/L) Se pesaron 20 g de sulfato de aluminio y se diluyo en 1 L de agua; 1 mL = 20 mg. pesar 20 g =

20 000 mg mg = 20 1000 mL mL

4.1.2 Preparación de las concentraciones de sulfato de aluminio Para la adición del coagulante a los barriles se usa la siguiente concentración: 1 mL= 20 mg 7.5 mL = 150 mg 1 L= 150 mg = 7.5 mL El tanque tiene un volumen de 76 L por lo que: (7.5 mL de coagulante) * (76L) = 570 mL La dosis optima: 6000 mL (Coagulante) mg mg mg Para 6L= =0.012 *20 000 =240 500 000 mL (Agua Cruda) L L L

25


4.1.3 Toma de la muestras de agua cruda El agua cruda fue traída en bidones para agregar la dosis de coagulante calculada que fue de 570 mL usando una probeta de 1000 mL, se agito a 200 rpm por un minuto para simular la mezcla rápida y asegurar que el coagulante se disperse en todo el seno del líquido. Esto se repitió 8 veces. Al agua cruda se ultravioleta (UV254).

le determinó el pH, la turbiedad, color y la absorbancia

Figura 4. 1 Medición de los volúmenes de coagulante.

Figura 4. 2 Adición del coagulante a 200 rpm.

26


Luego se procede a llenar el tanque de 1m 3 con cada uno de los bidones coagulados

Figura 4. 3 Tanque de 1m3 Transcurrido los 30 segundos, inmediatamente se procedió a realizar el trasiego de la muestra coagulada a la columna de sedimentación, esto se realizó empleando una bomba de trasiego y el llenado de la columna de sedimentación se realizó por la parte inferior, cuando la columna se encontró completamente llena se procedió a cerrar las válvulas y se apagó la bomba. Inmediatamente se midió el nivel de agua en la cámara interna de la columna.

Figura 4. 4 Niveles de agua en columna de sedimentación.

27


Iniciándose la agitación en la cámara interna de sedimentación, la agitación se realizó a 40rpm, es decir posición 7 de interruptor, el tiempo de mezclado fue el tiempo óptimo de floculación encontrado en la práctica pasada. Finalizado el tiempo de floculación se procedió a realizar tomas de muestras a diferentes intervalos de tiempo y en seis puntos de muestreo, ubicados a todo lo alto de la columna de sedimentación. Estos intervalos de tiempo consistieron de 0, 15, 20, 20, 40 y 20 minutos. Los puntos de muestreo se ubicaron a 1,92, 1,62, 1,31, 1,2, 1, 0,43 m.

Figura 4. 5 Puntos de muestreo en la columna de sedimentación.

Previo a cada serie de toma de muestras se midió el nivel de agua en la cámara interna de la columna. A todas las muestras tomadas se le determino la turbiedad de la misma, y los parámetros de pH y color aparente se determinaron en intervalos de 15 y 20 minutos, a partir de los primeros 15 minutos como se detalla en las siguientes figuras.

28

Programa de investigación Estudios Nacionales y Servicios Ambientales. Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación . 2

1

Iniciando lectura del pH Se toma la lectura de pH se debe dejar que estabilice para tomar una lectura cert

Figura 4. 6 Medición de turbiedad en el agua tratada.

2

1

Toma de la muestra en su debido recipiente para realizar la lectura de la turbiedad con el cuidado de Lectura de turbiedad en NTU.

Figura 4. 7 Medición de turbiedad en el agua cruda tratada.

29


30


En la realización de los análisis de color y absorbancia ultravioleta se hizo uso del Espectrofotómetro Génesis UV-VIS, previamente las muestras fueron filtradas con papel filtro Whatman de 0.45µm. La filtración se efectuó con una bomba de vacío (Figuras 4.8 y 4.9).

Preparación del blanco y las muestras antes de su lectura en el Espectrofotómetro Génesis

Figura 4. 8 Filtración de las muestras de agua tratada

2

1

Muestras en los erlenmeyer para proceder a su lectura en el Espectrofotómetro Génesis 2 UV-VIS. Se debe tomar en consideración que se calibra antes de usar en cero. Colocación de la muestra. Lectura de absorbancia ultravioleta.

4

Figura 4. 9 Medición de absorbancia ultravioleta.

31


5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En este capítulo se muestran los resultados de los análisis realizados para determinar experimentalmente la sedimentación usando la columna de sedimentación para hacer el análisis de una muestra de agua cruda del Rio de Tipitapa. Además, se analiza y discute la eficiencia de la sedimentación. A continuación se muestran los resultados, en tablas y gráficos solicitados en la guía de laboratorio. 5.1 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA CRUDA Se midieron parámetros del agua cruda del rio de Tipitapa, obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 5. 1 Parámetros en agua cruda pH (unidades pH) 7,61

Color (mg/L PtCo) 72

Turbidez (NTU) 89.5

5.2 DETERMINACIÓN DE LA TURBIEDAD PARA CADA TIEMPO DE ENSAYO Y PUNTO DE MUESTREO. Se procedió a realizar las mediciones de los parámetros turbiedad, color y pH. En cada punto de muestreo, después de ser agregado el coagulante y esperando el tiempo de floculación. Obteniendo los siguientes resultados.

Tabla 5. 2 Valores turbiedad en agua tratada. Punto de muestreo 1 2 3 4 5 6 Altura en (m) 1,92 1,61 1,31 1,20 1,00 0,43 Corrida (min)

Tiempo de ensayo (s)

Turbidez (NTU)

15 900 34,8 45,2 50 49 53,5 52,5 35 2 100 8,7 8,2 12,5 10,9 9,72 10,6 55 3 300 4,7 5,23 5,74 5,54 5,4 6,5 75 4 500 3,83 4,2 4,42 4,04 4,06 4,89 95 5 700 2,75 2,98 3,12 3,09 3,54 3,37 135 8 100 2,59 2,77 2,84 3,12 3,1 3,27 155 9 300 2,91 2,86 2,81 2,87 2,78 2,89 Figura 5. 1 Remoción de turbiedad en cada tiempo de ensaye 1, 2 y 3. 32

Programa de investigación Estudios Nacionales y Servicios Ambientales. Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación . 60 50 40

Turbie dad (NTU)

30 Punto 1

Punto 2

Punto 3

20 10 0 900

2100

3300

4500

5700

8100

9300

tiem pos de ensayo

Figura 5. 2 Remoción de turbiedad en cada tiempo de ensaye 4, 5 y 6. 60 50 40

Turbie dad (NTU)

30 Punto 4

Punto 5

Punto 6

20 10 0 900

2100

3300

4500

5700

8100

9300

tiem pos de ensayo

De los resultados obtenidos para la determinación de solidos suspendidos empleando turbidez, podemos observar que el análisis de la Tabla 5.2 así como de las figuras 5.1 y 5.2 , el comportamiento de la turbidez respecto al tiempo de ensaye para cada punto de muestreo, es decreciente presentado una disminución a medida que transcurre el tiempo. Esto indica que una trascurrido el tiempo de floculación de 15 min, el medio cuenta con flóculos de tamaño adecuado y suficiente para sedimentar en caída libre. 33


Se debe explicar que la figura 5.2 el comportamiento de la turbiedad respecto al tiempo, para los puntos de muestreo 4,5 y 6 es similar por que se encuentran ubicados en la zonas más bajas de la columna de sedimentación, es decir en la propia zona de sedimentación como tal, indicando que es en esta zona donde se encuentran la mayor concentración de flóculos que se están precipitando. Por otra parte el punto de muestreó 1,2 y 3, presentan una curva con un comportamiento similar al de los otros tres puntos anteriores, sin embargo, presenta valores iníciales de turbiedad más bajos respecto a los otros, lo que indica que en esa zona la precipitación ocurre con mayor rapidez, una vez que se ha estabilizado en sistema, este hecho tiene su fundamento en que estos puntos de control están ubicados en la zona más alta de la columna de sedimentación y por ende en esta zona todas las partículas del medio se precipitan hacia zonas más bajas. De acuerdo a teoría consultada sobre sedimentación se establece que el tiempo óptimo de sedimentación se alcanza cuando se logra disminuir la turbiedad a 10 UNT o por debajo de este valor, para nuestro caso de estudio se logran obtener resultados por debajo de las 2.78 UNT para todos los puntos de muestreo, pasado los 60 minutos de ensayo. 5.2 ANÁLISIS DE LA OBTENCIÓN DE COLOR APARENTE. Tabla 5. 3 Valores de color aparente para cada punto de muestreo a diferentes tiempos de corrida. Punto de muestreo Altura en (m) Corrida (min)

Tiempo de ensayo (s)

15 35 55 75 95 135 155

900 2 100 3 300 4 500 5 700 8 100 9 300

1 2 3 4 5 6 1,92 1,61 1,31 1,20 1,00 0,43 Color (mg/L Pt-Co) 24 21 17 25 41 34 20

78 36 16 67 18 33 36

153 21 10 7 22 43 38

20 56 33 16 49 32 25

47 10 30 35 32 34 30

14 18 24 17 47 28 36

Figura 5. 3 Color Aparente Vs Tiempo de ensaye 1,2 y 3.

34

Programa de investigación Estudios Nacionales y Servicios Ambientales. Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación . 60

50

40

Color (m g/L Pt-Co)

30

Punto 4

Punto 5

Punto 6

20

10

0 900

2100

3300

4500

5700

8100

9300

tiem pos de ensayo

180 160 140 120 100 Color (m g/L Pt-Co)

80

Punto 1

Punto 2

Punto 3

60 40 20 0 900

2100

3300

4500

5700

8100

9300

tiem pos de ensayo

35


Figura 5. 4 Color aparente Vs Tiempo de ensaye 4,5 y 6.

5.3 DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE REMANENTE DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS EN LA COLUMNA DE SEDIMENTACIÓN. El porcentaje de sólidos suspendido remanente se estimó a través de los datos de turbiedad, para ello se utilizó la ecuación: % (5.1)

Remanente

=

(Tf/Ti

x

100)

Donde: Tf = Turbiedad final (determinada durante el ensayo de para cada tiempo de ensayo) Ti = turbiedad inicial en tiempo cero, es decir cuando inicia la corrida del ensayo, para ello se decide tomar el valor promedio de las determinaciones, es decir, Turbiedad = 47.5 NTU Por ejemplo para punto de muestreo 1 y a un tiempo de ensayo de 900 s, el % remanente es: % Remanente = (34.8 NTU/47.5 NTU x 100) % Remanente = 73 %

De esta forma se calculó para cada punto de muestreo y cada tiempo de ensayo, el porcentaje de sólidos suspendidos remanentes, los resultados se muestran en la tabla siguiente.

Tabla 5. 4 Porcentajes de solidos suspendidos remanentes para cada muestreo. Porcentaje de sólidos suspendidos remanentes (%)

Tiemp o de ensayo (s)

Punto de muestre o1

Punto de muestre o2

Punto de muestre o3

Punto de muestre o4

Punto de muestre o5

Punto de muestreo 6

900

73

95

100

100

100

100

2100

18

17

26

23

20

22

3300

10

11

12

12

11

14 36


4500

8

9

9

9

9

10

5700

6

6

7

7

7

7

8100

5

6

6

7

7

7

9300

6

6

6

6

6

6

t= 5700 seg

t= 8100 seg

Figura 5. 5 Porcentaje de remanentes versus profundidad del agua

120 100 80 t=900 seg

% Remane nte

t= 2100 seg

t= 3300 seg

t= 4500 seg

60 40

t= 9300 seg

20 0 6.0000000000000053E-2 0.36999999999999988 0.66999999999999993 0.78

0.98

1.55

Profundidad de Agua

Figura 5. 6 Solidos Suspendidos remanentes Versus Tiempo de ensayo

37

Programa de investigación Estudios Nacionales y Servicios Ambientales. Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación . 120 100

Pto muestreo 1

%Rem anente

80

Pto muestreo 2

Pto muestreo 3

Pto muestreo 4

Pto muestreo 5

60 40

Pto muestreo 6

20 0 900

2100

3300

4500

5700

8100

9300

tie m pos de e nsayo

5.4 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES APARENTES EN CADA PUNTO DE MUESTREO Y TIEMPO DE ENSAYO. Para determinar las velocidades aparentes se utilizó el tiempo de ensayo y las alturas o cotas de cada punto de muestreo, para el punto 1= 1,92 m, punto 2 = 1,61 m, punto 3 = 1,31 m, punto 4 = 1,20 m, punto 5= 1 y punto 6= 0,43 m Las velocidades aparentes se determinaron a través de la ecuación: Vs (5.2)

=

(H-

h)/t

Donde: Vs = velocidad aparente o de sedimentación (m/s) H = altura total o profundidad del nivel de agua en la columna (m) h = altura de la cota del punto de muestreo t = tiempo de ensayo (s) Por ejemplo para determinar la velocidad aparente para el punto de muestreo 1 y a un tiempo de ensayo de 900 s, que es el inicial de la corrida. Vs = (1,98 – 1.92 )/900s Vs = 0,060 m/900 s Vs = 0.0001 m/s

38

Programa de investigación Estudios Nacionales y Servicios Ambientales. Determinación de la eficiencia teórica de la columna de sedimentación . De esta manera se estimaron las velocidades aparentes para cada punto de muestreo y tiempo de ensayo, los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 5. 5 Velocidades aparentes para cada muestreo y tiempo de ensayo. Punto de muestreo Altura en (m) Profundidad Nivel del Tiempo de Agua (m) ensayo (s) 900 1.98 2100 1.98 3300 1.98 4500 1.98 5700 1.98 8100 1.98 9300 1.98

1 1.92 0.06

2 1.61 0.37

3 4 1.31 1.2 0.67 0.78 Vsed m/seg 0.0001 0.0004 0.0007 0.0009 0.000029 0.0002 0.0003 0.0004 0.000018 0.0001 0.0002 0.0002 0.000013 0.0001 0.0001 0.0002 0.000011 0.0001 0.0001 0.0001 0.000007 0.000046 0.0001 0.0001 0.000006 0.000040 0.0001 0.0001

5 1 0.98

6 0.43 1.55

0.0011 0.0005 0.0003 0.0002 0.0002 0.0001 0.0001

0.0017 0.0007 0.0005 0.0003 0.0003 0.0002 0.0002

5.5 CALCULO DE LA RAZÓN DE REMOCIÓN (% R) DEL ENSAYO DE SEDIMENTACIÓN EMPLEANDO EL MÉTODO DE MASA O MÉTODOS DE ÁREAS. La razón de remoción se calculó a través de las áreas delimitadas por la curva trazada para cada tiempo de ensayo. Figura 5. 7 Método de área masa.

120 100 80 60 40 20 0

% Remanente t= 9300 seg

t= 8100 seg

t=5700 seg

t= 4500 seg

t= 3300 seg

t= 2100 seg

t= 900 seg

Tiempos de Sedimentacion (s) Profundidad de Agua (m)

39


5.6 CALCULO DE CARGA SUPERFICIAL La carga superficial se caculo a través de la velocidad de sedimentación V S, la cual esta definida como: Vs = H/t, siendo equivalente al factor de carga:

H

VS =

H t

=

 HA     Q 

=

Q A

= m3/m2/día = m/día

De manera que basta con pasar las velocidades en (m/s) a (m/día) y se obtiene la carga, en la tabla siguiente se muestra los resultados. Punto de muestreo Altura en (m) Profundidad Nivel del Tiempo de ensayo Agua (m) (s) 1.98 900 1.98 2100 1.98 3300 1.98 4500 1.98 5700 1.98 8100 1.98 9300

1 2 3 4 5 6 1.92 1.61 1.31 1.2 1 0.43 0.06 0.37 0.67 0.78 0.98 1.55 Carga Superficial (m3/m2/día)

5.8 2.5 1.6 1.2 0.9 0.6 0.6

35.5 15.2 9.7 7.1 5.6 3.9 3.4

64.3 27.6 17.5 12.9 10.2 7.1 6.2

74.9 32.1 20.4 15.0 11.8 8.3 7.2

94.1 40.3 25.7 18.8 14.9 10.5 9.1

148.8 63.8 40.6 29.8 23.5 16.5 14.4

40


7. CONCLUSIONES

La eficiencia teórica de la columna de sedimentación ubicada en el laboratorio de procesos unitarios del PIENSA es el 92%, si se opera a condiciones de temperatura constante con un gradiente de 40 rpm, tiempo de floculación de 15 minutos. Cabe mencionar que se entiende que es una prueba con un sedimentador ideal, donde no se ve afectado por los cambios de temperatura, las corrientes de viento o cambios bruscos en la característica del aguas.

El tiempo de retención donde se nivela el sistema es de 60 minutos (3600 segundos), sin embargo es necesario hacer observar que en el tiempo de 75 minutos (4500 seg.) es donde se obtienen la mayor remoción de la variable color. Los parámetros de diseño y operaciones obtenidos son el tiempo de retención de 60 minutos para lograr una eficiencia del 92% con una carga superficial de 16.6 m3/m2/día La eficiencia es también del 92%. Con una velocidad de sedimentación de 0.0002645 m/seg. Estos resultados aún no hacen del agua del rio Tipitapa acta para consumo, es evidente la necesidad de un siguiente proceso como la filtración.

41


7. RECOMENDACIONES

Es necesario continuar realizando investigaciones relacionadas a la calidad de las aguas crudas del rio Tipitapa así como el monitoreo de las aguas en verano e invierno para lograr optimizar los parámetros de diseño del sedimentador. De igual manera, es importante llevar a cabo estudios sobre el manejo y disposición de los lodos generados durante el proceso de coagulación-floculaciónsedimentación, cuando se ha empleado el sulfato de aluminio Al2(SO4)3·18H2O como coagulante.

42


8. ABREVIATURAS

CEPIS:

Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente.

Nomenclatura

Al2(SO4)3·18H2O:

Aluminio Octadecahidratado

43


9. LISTA DE REFERENCIAS

Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente. (2004). Teoría, Diseño y Control de los Procesos de Clarificación del Agua. Serie Técnica, 1981. Teoría, diseño y control de los procesos de clarificación del agua, Lima; CEPIS, 1972, 558 p. Ilus (OPS Serie Técnica, 13 ), Recuperado el 25 de oviembre de 2013, http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/scan/002320/002320-02b.pdf N. Almendarez. (2006). Aplicación de modelos de laboratorio en los procesos de clarificación de aguas naturales para consumo humano. Revista científica Nexo, vol 19, No 02, pp 78-84, Managua, Agosto del 2006.

ANEXO A 44


PROPIEDADES DEL SULFATO DE ALUMINIO. Propiedades Físico-Química 

Aspecto y color: Polvo cristalino blanco brillantes.



Olor: Inodoro.



Presión de vapor: No aplicable.



Densidad relativa (agua=1): 2.71



Solubilidad en agua: Elevada.



Peso molecular: 342.14

Fuente: http://www.ecured.cu/index.php/Sulfato_de_Aluminio Usos y aplicaciones del sulfato de aluminio El sulfato de aluminio grado técnico en estado líquido, es una solución de alta calidad que generalmente se utiliza para clarificación de agua para el consumo humano y en aguas residuales. A través del uso del sulfato de aluminio en solución, se ha demostrado el alto grado de eficiencia y versatilidad de este producto en el campo de clarificación de aguas. Fuente: http://www.ecured.cu/index.php/Sulfato_de_Aluminio

45

Laboratorio de Columna de sedimentacion.docx

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