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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
INFLUENCIA DEL PH, CONCENTRACIÓN DE COAGULANTE Y FLOCULANTE
EN LA REMOCIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS, DEMANDA QUÍMICA
DE OXÍGENO Y TURBIDEZ EN EFLUENTE DE LAVADO DE PULPA
DE LA PLANTA PAPELERA TRUPAL S.A.
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO DE
INGENIERO AMBIENTAL
AUTORES:
Br. CARRERA GARCÍA GRECIA DEL ROCÍO
Br. INFANTE TORRES EVELYN ROMY
ASESOR:
Ing. JORGE LUIS MENDOZA BOBADILLA
TRUJILLO - 2015
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Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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JURADO CALIFICADOR
Dr. Alfredo Cruz Monzón Presidente
Dr. Alberto Quezada Álvarez Secretario
Ing. Jorge Mendoza Bobadilla Asesor
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I
DEDICATORIA
Dedicado de manera especial a mi padre mi gran
ejemplo a seguir, quien a pesar de los años no agota
sus ganas de seguir aprendiendo y que con tanta
nobleza ha hecho de mi lo que soy.
A mi madre, la mejor amiga que sigue mis pasos, el
motivo más grande de mi superación. Este trabajo es
tuyo, pues siempre has estado conmigo y no me has
dejado desfallecer.
A mi hermano menor Julio, quien es mi mejor amigo y
mi ejemplo de fortaleza.
A mi hermana Leidy, por darme mi motor y motivo
llamado Juleisy.
A mi abuela Devora que siempre tiene un “si se puede”
para mÍ.
Y a todas mis amigas que siempre están conmigo en
mis triunfos y derrotas.
Gracias por su apoyo y confianza, este es el primer
peldaño de mi escalera al triunfo.
Br. GRECIA CARRERA GARCIA
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II
Dedico de manera especial a mi madre pues ella fue el
principal cimiento para la construcción de mi vida
profesional, sentó en mí las bases de responsabilidad y
deseos de superación, en ella tengo el espejo en el cual
me quiero reflejar pues sus virtudes infinitas y su gran
corazón me llevan a admirarla cada día más.
Gracias a Dios por concederme los mejores abuelos
(Tulio y Elena), tíos (Eduardo y Javier) y tía (Mónica);
gracias a su apoyo pude concluir mi carrera.
A mis primas Candy y Estefani que son personas que
me han ofrecido el amor y la calidez de la familia a la
cual amo y que son mi motivación más grande para
concluir con éxito este proyecto de tesis.
A Daniel por su afecto y cariño que son los detonantes
de mi felicidad, de mi esfuerzo, de mis ganas de buscar
lo mejor.
Br. EVELYN INFANTE TORRES
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III
AGRADECIMIENTOS
La vida se encuentra plagada de retos y uno de ellos es la universidad. Tras vernos dentro de
ella, nos hemos dado cuenta que más allá de ser un reto, es una base no solo para nuestro
entendimiento del campo en el que nos hemos visto inmersas, sino para lo que concierne a la
vida y nuestro futuro.
A Dios y a todas las personas que de una u otra manera nos colaboraron para poder realizar este
trabajo de investigación.
A nuestro Asesor Jorge Mendoza Bobadilla, por su paciencia y tiempo dedicado para resolver
nuestras dudas.
A nuestra familia ya que todo esto nunca hubiera sido posible sin el amparo que nos otorgaron
y el cariño que inspiraron en nosotras, quienes de forma incondicional estuvieron a nuestro lado
para saber cómo iba nuestro proceso.
Le agradecemos a nuestra institución y a nuestros maestros por sus esfuerzos para que
finalmente pudiéramos graduarnos como unas felices profesionales. Las palabras nunca serán
suficientes para testimoniar nuestro aprecio y agradecimiento.
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IV
PRESENTACIÓN
Sres. Miembros del Jurado:
De conformidad con el reglamento de grados y títulos de la Escuela Académico Profesional de
Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Trujillo, presentamos a consideración de
vuestro criterio, el presente trabajo de tesis denominado “Influencia del pH, concentración de
coagulante y floculante en la remoción de sólidos suspendidos, demanda química de oxígeno y
turbidez en efluente de lavado de pulpa de la planta papelera Trupal S.A.” con el propósito de
optar por el título profesional de Ingeniero Ambiental.
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V
INDICE DEL CONTENIDO
RESUMEN ..................................................................................................................................... XI
ABSTRACT .................................................................................................................................... XII
I. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1
1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA: ........................................................................................... 1
1.2. ANTECEDENTES: ............................................................................................................ 3
1.3. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL: ................................................................................ 5
1.3.1. DEFINICIÓN DE AGUAS RESIDUALES .................................................................... 5
1.3.2. GENERACION DE LAS AGUAS RESIDUALES: ......................................................... 5
1.3.2.1. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES (A.R) ........................................ 6
1.3.2.2. CONTAMINACIÓN CARACTERÍSTICA DE LA INDUSTRIA ................................ 7
1.3.3. EL AGUA EN LA FABRICACIÓN DE PAPEL Y CARTON ............................................ 7
1.3.3.1. APLICACIONES. .............................................................................................. 7
1.3.3.2. FUENTES DE CONTAMINACION DEL CIRCUITO DE AGUAS ............................ 7
1.3.4. PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN. ........................................................................... 10
1.3.4.1. TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN. ......................................... 11
1.3.4.2. AFINIDAD DE LAS PARTÍCULAS COLOIDALES POR EL AGUA ........................ 11
1.3.4.3. CARGA ELÉCTRICA Y DOBLE CAPA ............................................................... 12
1.3.5. PARTÍCULAS COLOIDALES ................................................................................... 12
1.3.5.1. LOS COLOIDES ............................................................................................. 12
1.3.5.2. ESTABILIDAD E INESTABILIDAD DE LOS COLOIDES ...................................... 13
1.3.6. NATURALEZA DE LA TURBIEDAD ........................................................................ 14
1.3.6.1. TURBIEDAD .................................................................................................. 14
1.3.6.2. MODIFICACIONES DEL PH............................................................................ 14
1.3.7. LA COAGULACIÓN ............................................................................................... 15
1.3.8. OBJETIVO DE LA COAGULACIÓN: ....................................................................... 15
1.3.9. DEFINICIÓN DE COAGULACIÓN .......................................................................... 16
1.3.10. TEORÍA DE LA COAGULACIÓN: ........................................................................... 17
1.3.10.1. MECANISMO DE LA COAGULACIÓN ............................................................ 18
1.3.10.2. COMPRESIÓN DE LA DOBLE CAPA ............................................................... 18
1.3.10.3. ABSORCIÓN Y NEUTRALIZACIÓN DE CARGAS.............................................. 19
1.3.11. COAGULANTES MAS UTILIZADOS....................................................................... 20
1.3.12. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COAGULACIÓN. ............................................. 21
1.3.12.1. INFLUENCIA DEL PH. .................................................................................... 21
1.3.12.2. INFLUENCIA DE LAS SALES DISUELTAS ........................................................ 22
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VI
1.3.12.3. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DEL AGUA ............................................ 22
1.3.12.4. INFLUENCIA DE LA DOSIS DEL COAGULANTE .............................................. 22
1.3.12.5. INFLUENCIA DE LA TURBIEDAD ................................................................... 23
1.3.13. ETAPAS DEL PROCESO DE COAGULACIÓN: ........................................................ 24
1.3.14. REMOCIÓN DE TURBIEDAD. ............................................................................... 25
1.3.15. POTENCIAL Z: ...................................................................................................... 26
1.3.16. LA FLOCULACIÓN ................................................................................................ 26
1.3.17. OBJETIVO DE LA FLOCULACIÓN .......................................................................... 27
1.3.18. TEORÍA DE LA FLOCULACIÓN: ............................................................................. 27
1.3.19. PARÁMETROS DE LA FLOCULACIÓN ................................................................... 28
1.3.20. FLOCULANTES ..................................................................................................... 28
1.3.21. TIPOS DE FLOCULANTES ..................................................................................... 28
1.3.22. FLOCULANTES MÁS USADOS. MECANISMO DE ACCIÓN ................................... 29
1.3.23. CONCEPTO GENERAL DEL PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN ........... 31
1.3.24. PRUEBA DE JARRAS ............................................................................................ 31
1.3.25. COSTOS DE TRATAMIENTO ................................................................................ 33
1.4. PROBLEMA: ................................................................................................................. 34
1.5. HIPÓTESIS: ................................................................................................................... 34
1.6. OBJETIVOS: .................................................................................................................. 34
II. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................................... 35
2.1. MATERIAL DE ESTUDIO ............................................................................................... 35
2.2. REACTIVOS Y MATERIALES .......................................................................................... 35
2.2.1. REACTIVOS: ......................................................................................................... 35
2.2.2. MATERIALES: ....................................................................................................... 35
2.2.3. EQUIPOS: ............................................................................................................. 36
2.3. MÉTODOLOGÍA ............................................................................................................ 36
2.3.1. MUESTRAS DE AGUA DE LAVADO DE PULPA ..................................................... 36
2.3.2. CARACTERÍSTICAS DE LA MUESTRA ................................................................... 36
2.3.3. DISEÑO EXPERIMENTAL...................................................................................... 37
III. RESULTADOS ....................................................................................................................... 39
3.1. CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE .............................................................................. 39
3.2. ETAPA I: EVALUACIÓN DEL pH ÓPTIMO ...................................................................... 40
3.3. ETAPA II: DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE COAGULANTE A pH
ÓPTIMO ................................................................................................................................... 41
3.3.1. PARA POLICLORURO DE ALUMINIO ................................................................... 41
3.3.2. PARA SULFATO DE ALUMINIO ............................................................................ 44
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3.4. ETAPA III: EVALUACIÓN DE LA COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN ................................ 47
3.4.1. PARA POLICLORURO DE ALUMINIO ................................................................... 47
3.4.2. PARA SULFATO DE ALUMINIO ............................................................................ 51
3.5. RESULTADOS FINALES ................................................................................................. 54
3.6. DESARROLLO DE LOS COSTOS DE TRATAMIENTO ....................................................... 55
IV. Análisis de Resultados ........................................................................................................ 57
4.1. ETAPA I ........................................................................................................................ 57
4.2. ETAPA II ....................................................................................................................... 58
4.3. ETAPA III ...................................................................................................................... 59
V. Conclusiones ....................................................................................................................... 60
VI. Recomendaciones ............................................................................................................... 61
VII. Referencias Bibliográficas: ................................................................................................. 62
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VIII
INDICE DE FIGURAS Y TABLAS
a. Figuras
Figura 1. Doble Capa de Una Partícula coloidal………………………………………………………………… 12
Figura 2. Proceso de Coagulación……………………………………………………………………………………… 16
Figura 3. Representación de la estabilidad de los coloides presentes en el agua, cuando
se adiciona un coagulante…………………………………………………………………………………………………
17
Figura 4. Fuerzas de atracción y repulsión………………………………………………………………………… 18
Figura 5. Restabilización de partículas……………………………………………………………………………… 19
Figura 6. Atrapamiento de las partículas en un floc………………………………………………………… 20
Figura 7. Fase de la Coagulación………………………………………………………………………………………. 24
Figura 8. Diagrama de remoción de turbiedad ………………………………………………………………… 26
Figura 9. Floculación………………………………………………………………………………………………………… 28
Figura 10. Prueba de jarras……………………………………………………………………………………………… 36
Figura 11. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a distintos valores de pH, para el
Policloruro de Aluminio (PAC) y Sulfato de Aluminio…………………………………………………………
40
Figura 12. Variación de la Turbidez a pH óptimo para el Policloruro de Aluminio (PAC) y
Sulfato de Aluminio…………………………………………………………………………………………………………..
41
Figura 13. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC)……………………………………………………………
42
Figura 14. Variación de los Sólidos Disueltos (SD) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC)……………………………………………………………
42
Figura 15. Variación de los Sólidos Totales (ST) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC)……………………………………………………………
43
Figura 16. Variación de la Turbidez a pH óptimo para distintas concentraciones de
Policloruro de Aluminio (PAC)……………………………………………………………………………………………
43
Figura 17. Variación del Volumen de Lodos a diferentes concentraciones de Policloruro de
Aluminio (PAC) a un pH óptimo……………………………………………………………………………………
44
Figura 18. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Sulfato de Aluminio……………………………………………………………………………
45
Figura 19. Variación de los Sólidos Disueltos (SD) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Sulfato de Aluminio……………………………………………………………………………
45
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IX
Figura 20. Variación de los Sólidos Totales (ST) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Sulfato de Aluminio……………………………………………………………………………
46
Figura 21. Variación de la Turbidez a pH óptimo para distintas concentraciones de
Sulfato de Aluminio……………………………………………………………………………………………………….....
46
Figura 22. Variación del Volumen de Lodos a diferentes concentraciones de Sulfato de
Aluminio a un pH original de la muestra……………………………………………………………………………
47
Figura 23. Comparación entre la variación de Sólidos Suspendidos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de floculante; y el
proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio (PAC)………………………………....
48
Figura 24. Comparación entre la variación de Sólidos Disueltos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio (PAC)………………………………….
49
Figura 25. Variación de los Sólidos Totales (ST) logrados con la Coagulación-Floculación a
una concentración óptima de Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante y a pH
óptimo evaluado, usando tres tipos de floculante…………………………………………………………….
49
Figura 26. Variación de la Turbidez lograda con la Coagulación-Floculación a una
concentración óptima de Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante y a pH óptimo
evaluado, usando tres tipos de floculante…………………………………………………………………………
50
Figura 27. Comparación entre la variación del Volumen de Lodos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio……………………………………………
50
Figura 28. Comparación entre la variación de Sólidos Suspendidos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio………………………………………………...
51
Figura 29. Comparación entre la variación de Sólidos Disueltos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio…………………………………………………
52
Figura 30. Variación de los Sólidos Totales (ST) logrados con la Coagulación-Floculación a
una concentración óptima de Sulfato de Aluminio como coagulante y a pH óptimo
evaluado, usando tres tipos de floculante…………………………………………………………………………
52
Figura 31. Variación de la Turbidez lograda con la Coagulación-Floculación a una
concentración óptima de Sulfato de Aluminio como coagulante y a pH óptimo evaluado,
usando tres tipos de floculante…………………………………………………………………………………………
53
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X
Figura 32. Comparación entre la variación del Volumen de Lodos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio…………………………………………………
53
Figura 33. Remoción obtenida en Sólidos Suspendidos (SS), Turbidez y Demanda Química
de Oxígeno con la mejor combinación obtenida en el proceso de Coagulación –
Floculación a pH 4.01…………………………………………………………………………………………………………
54
b. Tablas:
Tabla 1. Tiempos de decantación de las diferentes partículas en función de: sus
dimensiones; densidad y de la temperatura del agua………………………………………………………
11
Tabla 2. Caracterización del efluente proveniente de las lavadoras de la Planta de Pulpa
de la Empresa Papelera TRUPAL S.A. luego de su paso por la prensa
tornillo………………………………………………………………………………………………………………………………
39
Tabla 3. Resultado final de Sólidos Suspendidos, Sólidos Disueltos, Turbidez y Demanda
Química de Oxígeno con las mejores combinaciones obtenidas en el proceso de
Coagulación – Floculación a pH y concentración adecuada de Coagulante………………………..
54
Tabla 4. Resultados de la determinación del pH óptimo…………………………………………………… 64
Tabla 5. Resultados de la concentración de Policloruro de Aluminio a pH óptimo………….. 64
Tabla 6. Resultados de la concentración de Sulfato de Aluminio a pH óptimo………………… 65
Tabla 7. Resultados de la coagulación – floculación a pH y dosis de coagulante óptimo,
usando como coagulante el Policloruro de Aluminio…………………………………………………………
65
Tabla 8. Resultados de la coagulación – floculación a pH y dosis de coagulante óptimo,
usando como coagulante el Sulfato de Aluminio………………………………………………………………
65
Tabla 9. Equivalencias de ppm a mL de los Coagulantes y Floculantes usados…………………. 66
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XI
RESUMEN
El objetivo del siguiente trabajo fue evaluar la Influencia del pH, Concentración de Coagulante y
Floculante en la remoción de Solidos Suspendidos, Demanda Química de Oxígeno y Turbidez en
Efluentes de Lavado de Pulpa de la Planta Papelera TRUPAL S.A. se realizó el presente trabajo
de investigación.
Las variables evaluadas fueron el pH (en el rango de 4 a 7), Concentración de Coagulante y tipo
de Floculante, el cual se determina una vez obtenido el valor de pH al cual el coagulante se
desenvuelve mejor, sobre las variables dependientes que fueron Demanda Química de Oxígeno,
Sólidos Suspendidos, Turbidez, Volumen de lodo y Tiempo de sedimentación.
Los valores más adecuados de las variables se determinaron mediante el método de Prueba de
Jarras el cual permite determinar la dosis óptima de coagulante y el pH óptimo de coagulación.
Las mejores condiciones de pH para un buen resultado en la coagulación, es el original de la
muestra (pH =4.01) a una concentración de 500 ppm de Policloruro de Aluminio con 4 ppm de
Floculante Catiónico; que disminuyó en 98.94% los Sólidos Suspendidos, 90.2% la Demanda
Química de Oxígeno y 98.5% la Turbidez del efluente proveniente del Lavado de Pulpa de la
Planta Papelera TRUPAL S.A.
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XII
ABSTRACT
The objective of this work was to evaluate the influence of pH, coagulant concentration and
flocculant in the removal of suspended solids, Chemical Oxygen Demand and Turbidity in
Effluent of Pulp Washing of the Plant Bin Trupal SA. was conducted this research.
The evaluated variables were pH (in the range of 4-7), coagulant concentration and flocculant
type, on which was determined after obtaining the pH at which the coagulant is best unfolds,
on the dependent variables were chemical oxygen demand, Solid suspended, Turbidity, sludge
volume and settling time.
The most appropriate values of variables were determined by the method of test jars which
allows to determine the optimal dose of coagulant and the optimum pH for coagulation.
The best pH conditions for a good result in coagulation, is the original sample at a concentration
of 700 ppm of “Policloruro de Aluminio” with 4 ppm of “Floculante cationico”; which it
decreased by 98.94% Suspended Solids, 90.2% Chemical Oxygen Demand and 98.5% Turbidity
of the effluent from the pulp washing Plant Bin Trupal SA.
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1
I. INTRODUCCIÓN
1.1. REALIDAD PROBLEMÁTICA:
En todo el planeta, el agua es un elemento fundamental para todo ser vivo, también se la
considera de fácil contaminación, es por esto que su cuidado es nuestra responsabilidad. Una
planta industrial puede producir grandes cantidades de aguas residuales, lo cual traería como
consecuencia no solo la contaminación de las aguas si no también enfermedades para los seres
humanos. Es por esto, que se han creado diferentes tipos de tratamientos para las aguas
residuales, con la finalidad que los usuarios se vean atraídos a ellos y aporten una ayuda tanto
al planeta como a la sociedad, y así comenzar una nueva educación sobre la importancia de
mantener limpias nuestras fuentes naturales de aguas.
Las aguas naturales o residuales contienen sustancias tanto disueltas como en suspensión,
ambas pueden ser orgánicas e inorgánicas. Las materias en suspensión pueden tener un tamaño
y densidad tal que pueden eliminarse del agua por simple sedimentación, pero algunas
partículas son de un tamaño tan pequeño y tienen una carga eléctrica superficial, que las hace
repelerse continuamente, impidiendo su aglomeración y la formación de una partícula más
pesada para poder así sedimentar.[1]
El agua residual producida a partir de diferentes tipos de industrias normalmente contiene
sólidos muy finos en suspensión, sólidos disueltos, partículas inorgánicas y orgánicas, metales y
otras impurezas. [2]
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. [3]
Debido al pequeño tamaño de las partículas y la carga superficial que generan, la tarea de causar
atracción entre estas partículas para que se conviertan en una masa más pesada la cual sea fácil
de sedimentar y filtrar se convierte en un reto. Buscando eliminar las partículas coloidales de las
aguas residuales, se han utilizado varias tecnologías tradicionales y avanzadas; tales como
intercambio iónico, filtración de membrana, precipitación, flotación, extracción con disolventes,
la adsorción, la coagulación, floculación, métodos biológicos y electrolíticos. [2]
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2
Dentro de todas las tecnologías antes mencionadas, se considera a los procesos de coagulación
y floculación, como una mejor alternativa para eliminar estas partículas, ya que, la coagulación
tiene por objeto desestabilizar las partículas en suspensión es decir facilitar su aglomeración. En
la práctica este procedimiento es caracterizado por la inyección y dispersión rápida de productos
químicos. La floculación tiene por objetivo favorecer con la ayuda de la mezcla lenta el contacto
entre las partículas desestabilizadas. Estas partículas se aglutinan para formar un floc que pueda
ser fácilmente eliminado por los procedimientos de decantación y filtración. [3]
Se han venido realizando una serie de estudios para que el tratamiento de aguas residuales y de
aguas para el consumo humano sea efectivo, para esto se deben conocer primeramente las
propiedades químicas y físicas del agua a tratar. Así mismo no hay una regla que permita deducir
de antemano cuál de los coagulantes y en qué dosis dará mejores resultados, por lo que siempre
es recomendable efectuar ensayos de laboratorio. La eficiencia de los coagulantes en estudio,
tanto en los laboratorios, como en la práctica diaria de operaciones con agua, se determina con
el equipo de Pruebas de jarras. [1]
La prueba más representativa para determinar el comportamiento de los coagulantes y
floculantes a escala pequeña es el Ensayo de “Prueba de Jarras”. Es un método de simulación de
los procesos de Coagulación y floculación, realizados a nivel de laboratorio; los flóculos formados
con diferentes dosis de coagulantes dan como resultado valores de turbiedad diferentes.
El objetivo fundamental es determinar las variables físicas y químicas de los procesos de
coagulación, floculación y sedimentación; tales como: selección del coagulante; selección del pH
óptimo; gradientes y tiempos de mezcla rápida y floculación y correlación de las velocidades de
sedimentación y la eficiencia de remoción, entre otros. [4]
La prueba de Jarras permite determinar la dosis óptima de coagulante y el pH óptimo de
coagulación, por lo que se recomienda realizar este análisis preliminar, antes de diseñar y/o
arrancar una planta. [3]
La planta papelera de TRUPAL ubicada en La Libertad, cuenta con un sistema de Lavado de Pulpa,
en el cual la pulpa (materia prima procesada) se diluye con licor negro reciclado, luego es
bombeada al sistema de lavadoras en contracorriente de tres etapas donde el licor negro es
separado de las fibras. La pulpa lavada es diluida con agua de máquina y enviada a la etapa de
depuración. [5]
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Por ser el agua uno de los recursos indispensables, ya sea para la sobrevivencia de la humanidad,
como de la fauna y la flora, se propone en el trabajo de grado, el tratamiento del agua residual
proveniente de la planta de pulpa obtenida de las lavadoras en la industria papelera TRUPAL
S.A. mediante dosis optimizadas de coagulantes y floculantes, además de buscar las mejores
condiciones para mayor eficiencia. Uno de los beneficios de este tratamiento es disminuir las
cantidades excesivas de agua que se utilizan en el proceso de lavado de la pulpa y de esta manera
reducir el costo de producción de la misma; además de disminuir el impacto ambiental de
contaminación que se tiene hoy en día, con la disposición final de esta agua.
1.2. ANTECEDENTES:
De lo mencionado líneas arriba se tienen los siguientes estudios:
Farooq Sher, realizó el trabajo “Industrial polymer effluent treatment by chemical coagulation
and flocculation (Tratamiento de efluentes de polímero industriales mediante coagulación y
floculación química)”. En este trabajo, se utilizó el proceso de coagulación-floculación química
para separar los sólidos del efluente de polímero industrial a fin de que el efluente descargables
presente características adecuadas. El sulfato de aluminio [Al2 (SO4) 3] y la poliacrilamida
aniónica (Magnafloc155) se utilizaron como coagulante y floculante respectivamente. El ácido
sulfúrico (H2SO4) y solución de cal [Ca (OH) 2] se utilizaron para ajustar los valores de pH durante
el proceso de tratamiento. Se aplicó la prueba de jarras a diferentes valores de pH y dosis de
coagulantes y floculantes. Después de cada ensayo, se analizó la capa sobrenadante del efluente
tratado de la demanda química de oxígeno (DQO), sólidos suspendidos (SS), el color y la turbidez.
La eficiencia del proceso varió entre 10 y 98% en la eliminación de la DQO, entre 23 y 91% en la
eliminación de sólidos en suspensión y entre 37% y 99% de reducción en la turbidez. Se encontró
que el valor de pH de trabajo óptimo para la coagulación debe ser 6 y para la floculación debe
ser 8. La dosis óptima de coagulante y floculante fue de 7.5 ml/L de efluente. Estos resultados
de las pruebas se han demostrado además por una prueba con éxito a escala piloto en la planta
de polímero con 1000 L de efluente en un recipiente a granel intermedio (IBC) utilizando los
mismos valores óptimos de las pruebas de jarras, que indica que el proceso de coagulación y
floculación química es una solución factible para el tratamiento de efluentes generados en la
industria de polímeros. [6]
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Huaili Zheng, realizó el trabajo “Investigations of coagulation–flocculation process by
performance optimization, model prediction and fractal structure of flocs (Investigaciones del
proceso de coagulación-floculación para optimizar el rendimiento, modelo de predicción y la
estructura fractal del tamaño flóculos)”. En dicho trabajo, se presentaron los resultados de un
estudio experimental del uso de cloruro de fosfato de aluminio polimérico (PPAC) como reactivo
de coagulación, utilizado en un proceso para tratar aguas residuales y fracciones de flóculos. Las
variables de operación tales como la relación molar P/Al, el pH inicial, la dosis de coagulante y
la velocidad de agitación, fueron probadas experimentalmente, ya que eran las que podría
influenciar en el comportamiento de la coagulación de PPAC. Determinaron la eficiencia del
tratamiento midiendo tanto la reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) y la turbidez
residual. Logró demostrar que la eficiencia óptima de eliminación se logra cuando la relación
molar es 1.2 P/Al; el pH inicial es 9; la dosis de coagulante es 0.36 g / L y la agitación de la
velocidad es 100 rpm respectivamente. En condiciones óptimas, la eficacia de eliminación fue
de 73.5% para la DQO y 99.5% para la turbidez. Además, utilizaron un microscopio óptico
invertido para investigar la estructura fractal de los flóculos formados durante la coagulación-
floculación. Los resultados mostraron que, en condiciones óptimas, con el aumento de la
dimensión fractal de los flóculos, la eficiencia de eliminación de DQO aumentó, mientras que los
flóculos se convirtieron en más densos y con gran tamaño de corte. [7]
S. Sadri Moghaddam, realizó el trabajo “Coagulation/flocculation process for dye removal using
sludge from wáter treatment plant: Optimization through response surface methodology
(Coagulación/floculación proceso para la eliminación de tinte, utilizando lodos de la planta de
tratamiento de agua: Optimización a través de la metodología de superficie de respuesta)”. En
el cual investigo el rendimiento del FCS (lodo cloruro férrico) para la eliminación del Acid Red
119 (AR119) compuesto del colorante. Para ello, se aplicó la metodología de superficie de
respuesta (RSM) para optimizar tres variables; pH inicial, la dosis de coagulante y la
concentración inicial del tinte. Los resultados mostraron que la disminución del pH inicial fue
siempre beneficiosa, para mejorar la eliminación del tinte. Los hidróxidos de hierro de las FCS
neutralizan las cargas negativas de las moléculas de colorante causando la captura de los tintes.
Por lo tanto, la floculación de barrido y/o la neutralización de la carga podrían desempeñar un
papel clave en el incremento de la absorción de colorante. Se encontró que el pH inicial óptimo
es 3.5, la dosis de los FCS es 236.68mg seca FCS/L y la concentración inicial de tinte es 65,91 mg
/ L. Se observa un 96,53% en la eliminación de tinte, lo que confirma los resultados del RSM. Por
lo tanto, se puede concluir que la reutilización de los FCS como material de bajo costo en el
proceso de coagulación/floculación en plantas de tratamiento de aguas residuales puede
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ofrecer algunas ventajas tales como alta eficiencia para la eliminación de tinte AR119 y ahorro
económico en los costos generales de operación de la planta de tratamiento. [8]
Akshaya Kumar Verma, realizó el trabajo “A review on chemical coagulation/flocculation
technologies for removal of colour from textile wastewaters (Una revisión de la
coagulación/floculación tecnología química para remover el color de las aguas residuales
textiles)”. En este manuscrito, se muestran varias opciones de decoloración de las aguas
residuales textiles por medio de químicos que han sido revisados. Todos los métodos de
decoloración descritos en esta revisión se rigen principalmente por las características del agua
residual como la clase, la concentración de colorantes, el pH, el contenido de orgánico, los
metales pesados, etc. Llegando a concluir que algunos coagulantes pre-hidrolizados como
Policloruro de aluminio (PACl), Polialuminio cloruro férrico (PAFCl), Polyferrous sulfato (PFS) y
Cloruro de Polyferric (PFCL) son eficaces y sugeridos para la decoloración del agua residual textil,
incluso en pequeñas dosis y en amplio rango de pH. Así como el sulfato ferroso puede también
ser considerado como una mejor coagulante sobre otras sales metálicas hidrólisadas. [9]
1.3. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL:
1.3.1. DEFINICIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Se denomina aguas servidas a aquellas que resultan del uso doméstico o industrial
del agua. Se les llama también aguas residuales, aguas negras o aguas cloacales.
Son residuales pues, habiendo sido usada el agua, constituyen un residuo, algo
que no sirve para el usuario directo; son negras por el color que habitualmente
tienen. Algunos autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas
residuales en el sentido que las primeras solo provendrían del uso doméstico y las
segundas corresponderían a la mezcla de aguas domésticas e industriales. [10]
1.3.2. GENERACION DE LAS AGUAS RESIDUALES:
Las aguas residuales son provenientes de tocadores, baños, regaderas o duchas,
cocinas, etc.; que son desechados a las alcantarillas o cloacas. En muchas áreas,
las aguas residuales también incluyen algunas aguas sucias provenientes de
industrias y comercios. La división del agua casera drenada en aguas grises y aguas
negras es más común en el mundo desarrollado, el agua negra es la que procede
de inodoros y orinales y el agua gris, procedente de piletas y bañeras, puede ser
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usada en riego de plantas y reciclada en el uso de inodoros, donde se transforma
en agua negra. Muchas aguas residuales también incluyen aguas superficiales
procedentes de las lluvias. Las aguas residuales municipales contienen descargas
residenciales, comerciales e industriales, y pueden incluir el aporte de
precipitaciones pluviales cuando se usa tuberías de uso mixto pluvial - residuales.
Los sistemas de alcantarillado que trasportan descargas de aguas sucias y aguas
de precipitación conjuntamente son llamados sistemas de alcantarillas
combinado. El agua de lluvia puede arrastrar, a través de los techos y la superficie
de la tierra, varios contaminantes incluyendo partículas del suelo, metales
pesados compuestos orgánicos, basura animal, aceites y grasa. [11]
1.3.2.1. CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES (A.R)
“Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del sistema
de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido modificadas
por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias.”
De acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas como:
- Domésticas o urbanas: Son aquellas utilizadas con fines higiénicos (baños,
cocinas, lavanderías, etc.). Consisten básicamente en residuos humanos que
llegan a las redes de alcantarillado por medio de descargas de instalaciones
hidráulicas de la edificación también en residuos originados en
establecimientos comerciales, públicos y similares.
- Industriales: Son líquidos generados en los procesos industriales. Poseen
características específicas, dependiendo del tipo de industria.
- Infiltración y caudal adicionales: Las aguas de infiltración penetran en el
sistema de alcantarillado a través de los empalmes de las tuberías, paredes
de las tuberías defectuosas, tuberías de inspección y limpieza, etc. Hay
también aguas pluviales, que son descargadas por medio de varias fuentes,
como canales, drenajes y colectores de aguas de lluvias.
- Pluviales: son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades de agua
sobre el suelo. Parte de esta agua es drenada y otra escurre por la superficie,
arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos que pueden estar sobre el
suelo.
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1.3.2.2. CONTAMINACIÓN CARACTERÍSTICA DE LA INDUSTRIA
Cada actividad industrial aporta una contaminación determinada por lo que es
conveniente conocer el origen del vertido industrial para valorar su carga
contaminante e incidencia en el medio receptor. Cuando se conoce el origen del
vertido, el número de parámetros que definen la carga contaminante del mismo
es reducido. [11]
1.3.3. EL AGUA EN LA FABRICACIÓN DE PAPEL Y CARTON
1.3.3.1. APLICACIONES.
En la fabricación de papel y cartón, el principal empleo del agua lo constituye su
uso como medio de dispersión y transporte de las materias primas fibrosas y de
los aditivos, a través de las etapas del proceso de producción, que van desde el
pulpeo hasta la formación. El agua se utiliza también como fluido de intercambio
de calor, para el sellado de los sistemas a vacío, para la producción de vapor, como
agente lubricante, etc.
El volumen de agua consumida depende de numerosos factores, entre los que
cabe destacar tres principales: el tipo de fibra utilizada como materia prima, el
producto fabricado y la tecnología del proceso de producción.
Según los productos fabricados, los consumos de agua en las fábricas de
tecnologías actuales se encuentran dentro de los siguientes intervalos:
Cartón: 3-8 m3/t de producto.
Papel de periódico: 10-15 m3/t de producto.
Papel tisú: 15-20 m3/t de producto.
Papel de impresión y escritura: 200 m3/t de producto.
Conviene hacer notar que frecuentemente se encuentra, fábricas que operan con
consumos muy superiores, debido a factores tales como la utilización de
máquinas antiguas, la inexistencia de procesos de clarificación de aguas, el menor
cierre del sistema de aguas, etc. [13]
1.3.3.2. FUENTES DE CONTAMINACION DEL CIRCUITO DE AGUAS
Las fuentes de contaminación de los circuitos de aguas en la fabricación de papel
y cartón son: las materias primas fibrosas, los aditivos y el agua de alimentación.
A continuación se mencionará la importancia de las mismas, así como los efectos
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más importantes a ser considerados en cada caso en el estudio de la
contaminación producida:
MATERIAS PRIMAS FIBROSAS: Las materias primas fibrosas constituyen la
fuente de contaminación principal de las aguas blancas, si bien la naturaleza
e importancia de la misma varía considerablemente en función del tipo de
fibra utilizada en el proceso de producción. Los tres parámetros más
importantes son: el contenido de partículas de finos, el contenido de materia
orgánica soluble y la concentración de microorganismos.
En la fibra virgen, la principal fuente de contaminación orgánica la
constituyen las materias extractivas, como, por ejemplo, los ácidos resínicos
y las ceras, así como las ligninas y sus derivados. Sin embargo, también
pueden encontrarse contaminantes de residuos químicos utilizados en las
etapas previas de pulpeo, lavado y/o blanqueo, que originan compuestos
contaminantes específicos, como los organoclorados, las dioxinas, etc.
Las pastas de fibra secundarias presentan una mayor variación en su
contenido en materia orgánica soluble debido a los aditivos utilizados en el
proceso de fabricación del papel o del cartón previo. Los problemas
asociados con los depósitos de materias resinosas en fibras vírgenes son
reemplazados, en este caso, por un gran número de problemas asociados a
los depósitos potenciales de stickies (sustancias pegajosas).
Las fuentes principales de estos contaminantes potenciales son adhesivos de
contacto (polímeros de estireno-butadieno, acrilatos de vinilo, etc.) y
adhesivos de fusión (por ejemplo, el acetato de vinilo). Otros contaminantes
son los aglutinantes que entran a formar parte de las tintas modernas, como
por ejemplo, las resinas alquídicas en los pigmentos de impresión láser.
Además, todos los papeles estucados contienen aglutinantes en su
composición (polímeros de estireno-butadieno, acetato de polivinilo, etc.).
Otra fuente de contaminación importante de las fibras secundarias es la
elevada concentración de microorganismos como consecuencia de la
suciedad y la humedad del medio en que se almacena el papel antes de su
reutilización. Por otra parte, los almidones presentes en el papel reciclado
son un excelente medio de crecimiento para los microorganismos presentes
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en el sistema de aguas de proceso, y, por tanto, favorecen, el desarrollo de
microorganismos y, los problemas asociados a los mismos.
ADITIVOS: Los aditivos se consideran la segunda fuente de contaminación de
las aguas de proceso en la industria papelera. El número elevado de aditivos
que se puede, incorporar durante el proceso de fabricación hace difícil definir
la naturaleza e importancia de esta fuente de contaminación.
Los aditivos que afectan en mayor medida a la contaminación de las aguas
de proceso son:
- Cargas: caolín, carbonato cálcico, dióxido de titanio, talco, alúmina y
silicatos.
- Almidones: los almidones agregados en la parte húmeda son la fuente
principal de nutrientes orgánicos para los microorganismos.
- Agentes encolantes: almidones, colofonias, AKD, ASA y emulsiones de
ceras.
- Agentes mejoradores de la resistencia en húmedo: urea-formaldehído,
poliamidaepiclorobidrina, acrilamida-glioxal, melamina-formaldehído,
etc.
- Agentes de destintado: hidróxido sódico, silicato sódico, carbonato
sódico, fosfatos de sodio y potasio, surfactantes no iónicos, disolventes,
polímeros dispersantes, ácidos grasos, peróxidos, cte.
AGUAS DE ALIMENTACION: Con el agua de alimentación se puede introducir
en el proceso una gran variedad de contaminantes. La naturaleza y
concentración de los contaminantes está generalmente relacionada con el
origen del agua utilizada. Se pueden establecer dos grandes grupos de
recursos: aguas superficiales (lagos, ríos y pantanos) y aguas subterráneas
(pozos). Los valores típicos de utilización de recursos hídricos en la industria
papelera se encuentran entre 65-85 % de aguas superficiales y 15-35 % de
aguas subterráneas.
Las aguas superficiales contienen diferentes contaminantes de naturaleza
inorgánica, orgánica y biológica, cuya concentración varía en función de la
época del año, de las características del cauce, etc. Las aguas subterráneas,
sin embargo, presentan una calidad estable a lo largo del año y se
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caracterizan por la ausencia o baja concentración de materia orgánica y por
un mayor contenido de materia inorgánica disuelta.
Los parámetros fundamentales que se consideran en las aguas de
alimentación de las fábricas de papel y cartón son:
- pH: El pH del agua de alimentación tiene una mayor influencia en los
sistemas de producción que operan en condiciones de pH neutras o
alcalinas que en los que operan a pH ácido.
- lones inorgánicos: Si bien la concentración total de estos iones, medida
habitualmente a través de la conductividad, afecta a la química del
proceso, en los intervalos normales de conductividad el factor más
importante es la naturaleza de los iones. Las sales iónicas afectan a la
química de la parte húmeda de la máquina de papel o wet-end, debido
a su capacidad para neutralizar la carga superficial de las partículas y de
las cadenas de polímeros.
- Contenido de materia orgánica: La importancia de este parámetro,
desde el punto de vista cuantitativo, no es significativa en la industria de
papel y cartón si se compara con los niveles encontrados en los otros
dos agentes contaminantes, aditivos y materias primas fibrosas.
En resumen, se puede considerar que si bien las aguas de alimentación
pueden introducir compuestos específicos que actúan como contaminantes,
su principal contribución a la contaminación de las aguas de proceso se debe
a iones inorgánicos, como sodio, calcio, magnesia, bicarbonatos, cloruros y
sulfatos. [14]
1.3.4. PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN.
Las partículas en suspensión de una fuente de agua superficial provienen de la
erosión de suelos, de la disolución de sustancias minerales y de la descomposición
de sustancias orgánicas. A este aporte natural se debe adicionar las descargas de
desagües domésticos, industriales y agrícolas. En general la turbiedad del agua es
causada por las partículas de materias inorgánicas (arcillas, etc.).
Las características de las partículas en suspensión son las siguientes:
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1.3.4.1. TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN.
Las partículas se clasifican de acuerdo a su tamaño; así las partículas con diámetro
inferior a 1 micrómetro (µm) que corresponden a partículas de materias orgánicas
o inorgánicas, se depositan muy lentamente.
Se observa fácilmente que a la misma densidad, las partículas más pequeñas
tienen un tiempo de duración de caída más grande, esto imposibilita la
decantación sin la adición de un factor externo. [26]
Tabla 1. Tiempos de decantación de las diferentes partículas en función de: sus
dimensiones y densidad
1.3.4.2. AFINIDAD DE LAS PARTÍCULAS COLOIDALES POR EL AGUA
Las partículas coloidales se caracterizan por ser hidrofílicos (tienen afinidad por el
agua) e hidrófobos (es decir que rechazan al agua), los primeros se dispersan
espontáneamente dentro del agua y son rodeados de moléculas de agua que
previenen todo contacto posterior entre estas partículas; las partículas
hidrofóbicas no son rodeados de moléculas de agua, su dispersión dentro del agua
no es espontáneo por lo que requiere de la ayuda de medios químicos y físicos.
Las partículas hidrófobas son en general partículas de materias inorgánicas
mientras que las hidrofílicas son materias orgánicas; en realidad solo un poco son
las partículas que son exclusivamente hidrofílicas o hidrofóbicas; se obtienen más
bien partículas hidratadas a los diferentes grados.
Tipo de
Partículas Diámetro (mm)
Tiempo de Caída
Densidad 2.65 Densidad 1.1
Grava 10 0.013 segundos 0.2 segundos
Arena Gruesa 1.0 1.266 segundos 20.9 segundos
Arena fina 0.1 126.66 segundos 34.83 minutos
Lodo fino 0.01 3.52 horas 58 horas
Bacterias 0.001 14.65 días 249.1 días
Coloides 0.0001 4.12 años 66.59 días
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La carga eléctrica y la capa de agua que rodean las partículas hidrófilas tienden a
desplazar las partículas unas de otras y, en consecuencia los estabiliza entro de la
solución. [26]
1.3.4.3. CARGA ELÉCTRICA Y DOBLE CAPA
Dentro del Agua Superficial, las partículas coloidales, son las causantes de la
turbiedad y del color por lo que el tratamiento del agua está orientado a la
remoción de estas partículas; estas poseen normalmente una carga eléctrica
negativa situado sobre su superficie. Estas cargas llamadas cargas primarias,
atraen los iones positivos del agua, los cuales se adhieren fuertemente a las
partículas y atraen a su alrededor iones negativos acompañados de una débil
cantidad de iones positivos (figura 1).
Figura 1. Doble Capa de Una Partícula coloidal
Los iones que se adhieren fuertemente a la partícula y se desplazan con ella,
forman la capa adherida o comprimida, mientras que los iones que se adhieren
débilmente constituyen la capa difusa, por lo tanto hay un gradiente o potencial
electrostático entre la superficie de la partícula y la solución, llamado Potencial
Zeta.
1.3.5. PARTÍCULAS COLOIDALES
1.3.5.1. LOS COLOIDES
Son suspensiones estables, por lo que es imposible su sedimentación natural, son
sustancias responsables de la turbiedad y del color del agua.
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1.3.5.2. ESTABILIDAD E INESTABILIDAD DE LOS COLOIDES
Las suspensiones coloidales están sujetas a ser estabilizadas y desestabilizadas.
- Entre las fuerzas de estabilización o repulsión podemos mencionar las
siguientes:
a. La carga de las partículas.
b. La hidratación, que generalmente es importante para los coloides
hidrofílicos, aunque tienen menor importancia en este caso.
- Los factores de atracción o desestabilización son los siguientes:
a. La gravedad. Es insignificante en la desestabilización de las partículas
coloidales y, por lo tanto, no se tratará con mayor detalle.
b. El movimiento browniano. Permite que las partículas entren en
contacto, lo que constituye un requerimiento para la desestabilización.
c. La fuerza de Van der Waals. Una fuerza débil de origen eléctrico,
postulada por primera vez por el químico holandés Johanns Diderick van
der Waals. Es un factor muy importante, pues constituye la principal
fuerza atractiva entre las partículas coloidales. Estas fuerzas siempre
atractivas, que decrecen rápidamente con la distancia, se deben a la
interacción de dipolos permanentes o inducidos en las partículas.
A la presión hidrostática necesaria para detener el flujo osmótico, que alcanza así
un estado de equilibrio, se le denomina presión osmótica.
Tipos de coloides (comportamiento)
Hidrófobos o suspensores
No repelen del todo agua, pues absorbe una pelicula de ella, puede contener variacion de
arcilla
Hidrofílicos o emulsores
Comprenden soluciones verdaderas (moleculas grandes o pequeñas)
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1.3.6. NATURALEZA DE LA TURBIEDAD
1.3.6.1. TURBIEDAD
Las responsables de la turbiedad del agua son las partículas en suspensión (arcilla,
minerales, sedimentos, materia orgánica e inorgánica, plancton, bacterias y otros
microorganismos). Y pueden ser coloidales o materia insoluble de mayor tamaño.
1.3.6.2. MODIFICACIONES DEL PH
Como se ha visto, para lograr mejores resultados en el tratamiento, en algunos
casos será necesaria regular la alcalinidad del agua o modificar su pH; para ello se
emplean:
a. Óxido de calcio o cal viva: CaO
Se utiliza, de manera muy habitual, en los tratamientos convencionales
químicos de aguas residuales industriales, básicamente, de carácter
inorgánico. También se utiliza ampliamente en el tratamiento o línea de
lodos en las plantas de depuración de aguas residuales urbanas o en aguas
industriales de carácter orgánico.
b. Hidróxido de calcio: Ca (OH)2
Se usa para elevar la alcalinidad del agua. Se obtiene apagando la cal viva con
agua. Su concentración está entre 82% y 99%. Es poco soluble en el agua y
su solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.
c. Carbonato de sodio: Na2CO3
También es un regulador de la alcalinidad. Es un polvo blanco anhidro, de
masa volumétrica aparente variable entre 500 y 700 kg/m3. Su solubilidad es
bastante baja: 100 g/L aproximadamente, a 20 °C.
d. Bicarbonato sódico: NaHCO3
Regulador de alcalinidad. Se utiliza en forma de polvo, cuya masa volumétrica
varía entre 800 y 1.200 kg/m3; su solubilidad es bastante baja (96 g/L a 20
°C).
e. Hidróxido de sodio: NaOH
f. Anhídrido Carbónico: CO2
g. Ácido sulfúrico: H2SO4
h. Ácido clorhídrico: HCl
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1.3.7. LA COAGULACIÓN
El agua puede contener una variedad de impurezas, solubles e insolubles, estas
impiden que las partículas se aproximen unas a otras y que las lleva a permanecer
en un medio que favorece su estabilidad. Para ser removidas se necesita varios
procesos como son, la coagulación, floculación, sedimentación y filtración.
La coagulación está fundamentalmente en función de las características del agua
y de las partículas presentes, las mismas que definen el valor de los parámetros
conocidos como pH, alcalinidad, color verdadero, turbiedad, temperatura,
movilidad electroforética, fuerza iónica, sólidos totales disueltos, tamaño y
distribución de tamaños de las partículas en estado coloidal y en suspensión. [26]
1.3.8. OBJETIVO DE LA COAGULACIÓN:
El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar las partículas coloidales
que se encuentran en suspensión, para favorecer su aglomeración; en
consecuencia se eliminan las materias en suspensión estables; la coagulación
no solo elimina la turbiedad sino también la concentración de las materias
orgánicas y los microorganismos.
La coagulación se lleva a cabo generalmente con laadición de sales de aluminio y hierro. resultado deprocesos
El primero, esencialmente químico, consiste en lasreacciones del coagulante con el agua y la formaciónde especies hidrolizadas con carga positiva. Esteproceso depende de la concentración del coagulantey el pH final de la mezcla.
El segundo, fundamentalmente físico, consiste en eltransporte de especies hidrolizadas para que hagancontacto con las impurezas del agua
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1.3.9. DEFINICIÓN DE COAGULACIÓN
Es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se
producen 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.
Figura 2. Proceso de Coagulación
En la figura 2 se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas eléctricas
de la superficie del coloide permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren
formando flóculos.
La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un
gasto elevado cuando no está bien realizado. Es igualmente el método universal
porque elimina una gran cantidad de sustancias de diversas naturalezas y de peso
de materia que son eliminados al menor costo, en comparación con otros
métodos.
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El proceso de coagulación mal realizado también puede conducir a una
degradación rápida de la calidad del agua y representa gastos de operación no
justificadas. Por lo tanto que se considera que la dosis del coagulante condiciona
el funcionamiento de las unidades de decantación y que es imposible de realizar
una clarificación, si la cantidad de coagulante está mal ajustada.
En esta figura (Figura N°02) se muestra como las sustancias químicas anulan las
cargas eléctricas sobre la superficie del coloide, permitiendo que las partículas
coloidales se aglomeren formando flóculos.
1.3.10. TEORÍA DE LA COAGULACIÓN:
La mayoría de los coloides están cargados negativamente, por lo que en agua son
estables debido a la repulsión electrostática entre estas partículas invisibles. Esta
repulsión sobrepasa las fuerzas de atracción de Van der Waals, por lo que no se
aglomeran y, por lo tanto, no precipitan.
Mediante el proceso de coagulación se neutraliza la carga eléctrica del coloide
anulando las fuerzas electrostáticas repulsivas (ver figura 3), esta neutralización
suele realizarse aplicando al agua determinadas sales de aluminio o hierro
(coagulantes); de forma que los cationes trivalentes de aluminio o hierro
neutralizan las cargas eléctricas negativas que suelen rodear a las partículas
coloidales dispersas en el agua. [26]
Figura 3. Representación de la estabilidad de los coloides presentes en el agua,
cuando se adiciona un coagulante
- Atracción
Repulsión -
Estabilidad de los coloides
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La coagulación y la floculación tienen lugar en sucesivas etapas, de forma que una
vez desestabilizadas las partículas, la colisión entre ellas permita el crecimiento
de los microflóculos, apenas visibles a simple vista, hasta formar mayores flóculos.
Al observar el agua que rodea a los microflóculos, ésta debería estar clara; si esto
no ocurre, lo más probable es que todas las cargas de las partículas no han sido
neutralizadas y por tanto la coagulación no se ha completado, en este caso será
necesario añadir más coagulante.
1.3.10.1. MECANISMO DE LA COAGULACIÓN
La desestabilización se puede obtener por los mecanismos fisicoquímicos
siguientes:
Compresión de la doble capa.
Adsorción y neutralización de cargas.
Atrapamiento de partículas en un precipitado.
Adsorción y puente.
1.3.10.2. 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.
(Ver Fig. 4).
Figura 4. Fuerzas de atracción y repulsión
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Existe por otro lado un potencial de atracción o fuerzas de atracción Ea, entre las
partículas llamadas fuerzas de Van der Walls, que dependen de los átomos que
constituyen las partículas y de la densidad de estos últimos.
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.
Fuerzas de repulsión, las fuerzas de Van der Walls no son afectados por las
características de la solución. (Ver fig. 4)
1.3.10.3. 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.
El potencial en la superficie del plano de cizallamiento es el potencial
electrocinético – potencial ZETA, este potencial rige el desplazamiento de
coloides y su interacción mutua.
Después de la teoría de la doble capa la coagulación es la considerada como la
anulación del potencial obtenido por adición de productos de coagulación –
floculación, en la que la fuerza natural de mezcla debido al movimiento
browniano no es suficiente requiriéndose una energía complementaria necesaria;
por ejemplo realizar la agitación mecánica o hidráulica.
Figura 5. Reestabilización de partículas
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
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exceso de coagulante son absorbidos en la superficie de la partícula, produciendo
una carga invertida a la carga original. (Ver Fig. 5.)
ATRAPAMIENTO DE PARTÍCULAS DENTRO DE UN PRECIPITADO
Las partículas coloidales desestabilizadas, se pueden atrapar dentro de un floc,
cuando se adiciona una cantidad suficiente de coagulantes, habitualmente sales
de metales trivalente como el sulfato de aluminio Al2 (SO4)3, o Cloruro Férrico
FeCl3, el floc está formado de moléculas de Al (OH (3 o de Fe (OH)3. (Ver Fig. 6.)
Figura 6. Atrapamiento de las partículas en un floc
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 floc; 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.
1.3.11. COAGULANTES MAS UTILIZADOS
Los componentes son productos químicos que al adicionar al agua son capaces de
producir una reacción química con los componentes químicos del agua,
especialmente con la alcalinidad del agua para formar un precipitado voluminoso,
muy absorbente, constituido generalmente por el hidróxido metálico del
coagulante que se está utilizando.
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Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y producir
el floc son:
a. Sulfato de Aluminio.
b. Aluminato de Sodio.
c. Cloruro de Aluminio.
d. Cloruro Férrico.
e. Sulfato Férrico.
f. Sulfato Ferroso.
g. Polielectrolitos (Como ayudantes de floculación).
Siendo los más 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 más 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.
1.3.12. 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.
La interrelación entre cada uno de ellos permiten predecir cuáles son las
cantidades de los coagulantes a adicionar al agua.
1.3.12.1. INFLUENCIA DEL PH.
El pH es una medida de la actividad del ion hidrónio en una solución, es igual a:
pH = -log{H3O+}
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El pH es la variable más importante a tener en cuenta al momento de la
coagulación, para cada agua existe un rango de pH óptimo para la cual la
coagulación tiene lugar rápidamente, ello depende de la naturaleza de los iones y
de la alcalinidad del agua.
El rango de pH es función del tipo de coagulante a ser utilizado y de la naturaleza
del agua a tratar; si la coagulación se realiza fuera del rango de pH óptimo
entonces se debe aumentar la cantidad del coagulante; por lo tanto la dosis
requerida es alta.
Para sales de aluminio el rango de pH para la coagulación es de 6.5 a 8.0 y para
las sales de hierro, el rango de pH óptimo es de 5.5 a 8.5 unidades.
1.3.12.2. INFLUENCIA DE LAS SALES DISUELTAS
Las sales contenidas dentro del agua ejercen las influencias siguientes sobre la
coagulación y floculación:
- Modificación del rango de pH óptimo.
- Modificación del tiempo requerido para la floculación.
- Modificación de la cantidad de coagulantes requeridos.
- Modificación de la cantidad residual del coagulante dentro del efluente.
1.3.12.3. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DEL AGUA
La variación de 1°C en la temperatura del agua conduce a la formación de
corrientes de densidad (variación de la densidad del agua) de diferentes grados
que afectan a la energía cinética de las partículas en suspensión, por lo
que la coagulación se hace más lenta; temperaturas muy elevadas desfavorecen
igualmente la coagulación.
Una disminución de la temperatura del agua en una unidad de decantación
conlleva a un aumento de su viscosidad; esto explica las dificultades de la
sedimentación de un floc.
1.3.12.4. INFLUENCIA DE LA DOSIS DEL COAGULANTE
La cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la
coagulación, así:
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- Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula,
la formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto la turbiedad
residual es elevada.
- Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula,
conduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy
pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto la
turbiedad residual es igualmente elevada.
- La selección del coagulante y la cantidad óptima de aplicación; se determina
mediante los ensayos de pruebas de jarra.
La selección del coagulante y la dosis juegan un rol muy importante sobre:
- La buena o mala calidad del agua clarificada.
- El buen o mal funcionamiento de los decantadores.
1.3.12.5. INFLUENCIA DE LA TURBIEDAD
Turbiedad.- Es una forma indirecta de medir la concentración de las partículas
suspendidas en un líquido; mide el efecto de la dispersión que estas partículas
presentan al paso de la luz; y es función del número, tamaño y forma de
partículas.
La turbiedad del agua superficial es gran parte debido a partículas de lodos de
sílice de diámetros que varían entre 0.2 a 5 µm. La coagulación de estas partículas
es muy fácil de realizar cuando el pH se mantiene dentro del rango óptimo. La
variación de la concentración de las partículas permite hacer las siguientes
predicciones:
- Para cada turbiedad existe una cantidad de coagulante, con el que se obtiene
la turbiedad residual más baja, que corresponde a la dosis óptima.
- Cuando la turbiedad aumenta se debe adicionar la cantidad de coagulante no
es mucho debido a que la probabilidad de colisión entre las partículas es muy
elevada; por lo que la coagulación se realiza con facilidad; por el contrario
cuando la turbiedad es baja la coagulación se realiza muy difícilmente, y la
cantidad del coagulante es igual o mayor que si la turbiedad fuese alta.
- Cuando la turbiedad es muy alta, conviene realizar una pre-sedimentación
natural o forzada, en este caso con el empleo de un polímero aniónico. (En la
Planta de la Atarjea, se realiza este último, en época de alta turbiedad).
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- Es siempre más fácil coagular las aguas de baja turbiedad y aquellas
contaminadas por desagües domésticos industriales, porque requieren mayor
cantidad de coagulante que los no contaminados.
1.3.13. ETAPAS DEL PROCESO DE COAGULACIÓN:
El proceso de coagulación se desarrolla en un tiempo muy corto (casi
instantáneo), en el que se presenta las siguientes etapas. (Fig. 7).
Figura 7. Fase de la Coagulación
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- 1ra Fase: Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas
existentes en la suspensión.
- 2da Fase: Precipitación y formación de componentes químicos que se
polimerizan.
- 3ra Fase: Adsorción de las cadenas poliméricas en la superficie de los
coloides.
- 4ta Fase: Adsorción mutua entre los coloides.
- 5ta Fase: Acción de barrido.
1.3.14. REMOCIÓN DE TURBIEDAD.
La aplicación de una dosis creciente del coagulante al agua presenta
diferentes zonas de coagulación, como se puede observar en la Fig. 8.
Figura 8. Diagrama de remoción de turbiedad
Zona 1: La dosis de coagulante no es suficiente para desestabilizar las partículas
y por lo tanto no se produce coagulación.
Zona 2: Al incrementar la dosis de coagulantes, se produce una rápida
aglutinación de los coloides.
Zona 3: Si se continua incrementando la dosis, llega un momento en que no se
produce una buena coagulación, ya que los coloides se reestabilizan.
Zona 4: Al aumentar aún mas la dosis, hasta producir una supersaturación
se produce de nuevo una rápida precipitación de los coagulantes que hace un
efecto de barrido, arrastrando en su descenso las partículas que conforman la
turbiedad.
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1.3.15. POTENCIAL Z:
Es el potencial existente en el plano de deslizamiento entre la superficie cargada y
la disolución de electrolito, o más concretamente, es la diferencia de potencial que
existe entre la superficie de separación de las partes fija y móvil y el seno del líquido.
Cuando se aumenta la concentración de electrolito, disminuye el potencial Z, ya
que la mayor parte de la caída de potencial ocurre en la parte inmóvil de la doble
capa. Cuando el potencial Z queda reducido a unos 10-20 mV, es cuando los
choques entre las partículas originan su unión, formando agregados mayores. Estos
agregados se forman al vencer la tensión superficial la repulsión electrostática, que
ya es muy pequeña.
Sabemos que la electroforesis es el movimiento de las partículas cargadas en el
seno de un líquido cuando se aplica un gradiente de potencial. Si la partícula
colocada en un campo eléctrico no experimenta movimiento hacia el cátodo o
ánodo, es porque el potencial Z vale cero, a este punto se le conoce con el nombre
de "punto isoeléctrico" y es aquí, en este punto, donde se produce la mejor
floculación, al evitarse el equilibrio de fuerzas que impiden que estas partículas
coloidales continúen en suspensión.
El potencial Z de los coloides depende también de un factor muy importante, como
es el pH del agua. El pH óptimo de coagulación será el existente cuando se alcanza
el punto isoeléctrico.
1.3.16. LA FLOCULACIÓN
La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que consiste en la agitación
de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de los
flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios
para sedimentar con facilidad. [28]
Estos flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores
que son capaces de sedimentar.
Suceden que los flóculos formados por la aglomeración de varios coloides no sean
lo suficientemente grande como para sedimentar con rapidez deseada, por lo que
el empleo de un floculante es necesario para reunir en forma de red, formando
puentes de una superficie a otra enlazando las partículas individuales en
aglomerados, tal como se está mostrando en la Figura 9.
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Figura 9. Floculación
La floculación es favorecida por el mezclado lento que permite juntar poco a poco
los flóculos; un mezclado demasiado intenso los rompe y raramente se vuelven
a formar en su tamaño y fuerza óptimos. La floculación no solo incrementa
el tamaño de las partículas del flóculo, sino que también aumenta su peso.
La floculación puede ser mejorada por la adición de un reactivo de floculación o
ayudante de floculación.
1.3.17. OBJETIVO DE LA FLOCULACIÓN
En la segunda etapa de la mezcla que corresponde a una mezcla lenta tiene por
objeto permitir los contactos entre los flóculos, la turbiedad y el color, la
mezcla debe ser lo suficiente para crear diferencias de velocidad del agua
dentro de la unidad pero no muy grande, ya que los flóculos corren el riesgo de
romperse; aún si el tiempo es no más del tiempo óptimo de floculación.
1.3.18. TEORÍA DE LA FLOCULACIÓN:
La formación de los flóculos es consecuencia de la agrupación de las partículas
descargadas al ponerse en contacto unas con otras. Puede ser causada por la
colisión entre las partículas, debido a que cuando se acercan lo suficiente las
superficies sólidas, las fuerzas de Van der Waals predominan sobre las fuerzas de
repulsión, por la repulsión, por la reducción de la carga eléctrica que trae como
consecuencia la disminución de la repulsión eléctrica.
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1.3.19. PARÁMETROS DE LA FLOCULACIÓN
Los parámetros que se caracterizan la floculación son los siguientes:
- Floculación Ortocinética (Se da por el grado de agitación proporcionada:
Mecánica o Hidráulica).
- Gradiente de Velocidad (energía necesaria para producir la mezcla).
- Número de colisiones (choque entre microflóculos).
- Tiempo de retención (tiempo que permanece el agua en la unidad
de floculación).
- Densidad y tamaño de floc.
- Volumen de lodos (los flóculos formados no deben sedimentar en las unidades
- de floculación).
1.3.20. FLOCULANTES
Los floculantes son polímeros o polielectrolitos con pesos moleculares
muy elevados moléculas orgánicas solubles en agua formadas por bloques
denominados monómeros, repetidos en cadenas larga. [29]
Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y orgánico de
síntesis.
a) Floculantes Minerales.- Se encuentra la sílice activada, que es el primer
floculante empleado, que debe ser preparado antes de emplear, su
preparación es tan delicada y presenta el riesgo de la
gelatinización; produce la neutralización parcial de la alcalinidad de silicato
de sodio en solución. (caso Atarjea en los años 70 – 80, se utilizó en el
tratamiento de agua).
b) Floculantes Orgánicos Naturales.- Son polímeros naturales extraídos de
sustancias animales o vegetales.
1.3.21. TIPOS DE FLOCULANTES
Los polielectrolitos pueden clasificarse en:
- Catiónicos: Cargados positivamente.
- Aniónicos: Cargados negativamente.
- No iónicos: No son polielectrolitos en sentido estricto aunque exhiben en
disolución muchas de las propiedades floculantes de los anteriores.
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1.3.22. FLOCULANTES MÁS USADOS. MECANISMO DE ACCIÓN
En la coagulación, dosis fuertes de coagulantes producen un exceso de fangos que
generalmente crean problemas. Por otro lado, no se consigue siempre un
precipitado que posea las características deseadas para una buena separación. Por
estas razones, se ha recomendado el uso de floculantes y/o ayudantes de la
floculación6. Para procesos de clarificación se han estado usando los siguientes:
- Sílice activada: Fue el primer floculante empleado y sigue siendo el que
mejores resultados puede dar cuando se emplean sales de aluminio. Consiste
en una solución de ácido polisilícico (H2SiO3)4, procedente de una
polimerización controlada del silicato de sodio (NaSiO2) en medio ácido. Su
mayor desventaja es su inestabilidad.
- Arcillas: Bentonitas, caolinitas son añadidas como lechadas para aumentar
frecuencia de colisiones y aumentar el peso en el flóculo.
- Otros floculantes minerales: carbón activado en polvo, arena fina (diatomeas),
blanco de mendón (CaCO3precipitado), etc.
Estudios recientes han demostrado la efectividad de floculantes como la zeolita
natural, bentonita natural, bentonita sódica, dolomita y el vidrio volcánico que
mezclados con el sulfato de aluminio en proporción 1:1 son capaces de remover el
93-97 % de la turbiedad inicial, así como, el 36-88 % del color aparente, el 50-72 %
de la materia orgánica, el 88-94 % del manganeso inicial del agua cruda,
produciendo un gran ahorro del sulfato de aluminio.
- Polímeros orgánicos naturales: Son principalmente almidones (polisacáridos)
extraídos de granos semillas y corteza de origen vegetal así como varios tipos
de suelos. Generalmente no tienen un peso molecular tan alto como los
polímeros sintéticos.
- Polímeros orgánicos sintéticos: Son producidos por la transformación química
de los derivados del petróleo y del carbón y aunque no todos se encuentran
en forma de polvo seco están generalmente constituidos por poliacriinas (no
iónicos) o poliacriida hidrolizado (aniónicos) con alto peso molecular, que van
a favorecer la aglomeración de los flóculos a través de puentes. Un polímero
es simplemente una macromolécula que tiene una unidad simple repetida
(monómero), algunos de los cuales poseen cargas eléctricas o grupos
ionizables.
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En los estudios de floculación con polielectrolitos se ha encontrado que la
distribución del diámetro de las partículas es un parámetro de influencia en la dosis
óptima del polímero requerido para flocular una suspensión.
Se puede afirmar que para cada polielectrolito existe una dosis óptima, cualquiera
que sea el uso y que si se sobrepasa esta dosis puede producirse una
reestabilización de coloides y un desmejoramiento de la calidad del agua tratada.
Según el carácter iónico de su grupo activo, los polímeros sintéticos, llamados
"polielectrolitos" comprenden:
- Polímeros no iónicos: Las poliacrilamidas (2- 4 x 106 g/mol) son usadas en
clarificación y deshidratación de lodos, incrementan la resistencia del flóculo y
frecuentemente se utilizan también como ayudantes de filtración en línea. Las
poliaminas de cadenas más cortas (menor de 1 x 106 g/mol), son usadas sólo
en clarificación como coagulantes primarios y como ayudante de coagulación
la de alto peso molecular.
- Polímeros aniónicos: Son polielectrolitos cargados negativamente y
caracterizados por la coexistencia de grupos que permiten la adsorción y
grupos ionizados negativamente (carboxílicos o sulfúricos), cuyo papel
consiste en provocar la extensión del polímero. Entre éstos podemos
mencionar las poliacrilamidas parcialmente hidrolizadas con sosa cáustica.
- Polímeros catiónicos: Son polielectrolitos cargados positivamente que poseen
en sus largas cadenas una carga eléctrica positiva, debido a grupos aminos,
amonio cuaternario, capaz de remover la turbidez y el color, acondicionador
de lodos, con peso molecular entre 104-106 g/mol y pueden usarse junto a
coagulantes inorgánicos, resistentes al cloro, su densidad de carga no es
sensible a cambios de PH.
Las poliaminas cuaternarias con peso molecular más bajo (104-105 g/mol) son
usadas mayormente como coagulante primario para la remoción de color.
Las poliaminas (104-107 g/mol) menos frecuente es usada como coagulante
primario, reacciona con el dicloro y es sensible a cambios de pH.
Los polielectrolitos catiónicos funcionan como coagulantes (neutralización de
cargas).
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El mayor beneficio obtenido con los floculantes poliméricos es un mayor
incremento en el tamaño del flóculo, obteniéndose una más rápida sedimentación.
Estos productos funcionan primariamente como floculantes de alto peso
molecular, originando más eficientes y efectivos mecanismos de puentes. Esto
contrasta con los polielectrolitos catiónicos de menor peso molecular, los cuales
funcionan como coagulantes primarios (neutralización). Los floculantes no
funcionan positivamente como coagulantes primarios excepto en casos donde su
carga es de menor orden.
Las dosis de polímeros floculantes para clarificación de aguas es normalmente muy
bajo, en el rango de 0.05-2.0 ppm; para control de la contaminación de 1.0-10 ppm.
Con el desarrollo de macromoléculas relativamente ligeras y muy cargadas, el
campo de uso de los polielectrolitos se ha extendido a la coagulación, en ciertos
casos favorables. [29]
1.3.23. CONCEPTO GENERAL DEL PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
Se llama Coagulación-Floculación al proceso por el cual las partículas se aglutinan
en pequeñas masas, con peso específico superior al del agua, llamadas flóculos.
Dicho proceso se usa para lograr la:
- Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica.
- Remoción de color verdadero y aparente.
- Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de
precipitados químicos suspendidos, entre otros.
- Eliminación de bacterias virus y organismos patógenos susceptibles a ser
separados.
- Destrucción de algas y plancton en general.
1.3.24. PRUEBA DE JARRAS
La prueba de jarra es la técnica más extensamente usada para determinar la dosis
de químicos y otros parámetros. En ella se tratan de simular los procesos de
coagulación, floculación y sedimentación a nivel de laboratorio.
Existe en el mercado una gran variedad de equipos para pruebas de jarras, pero en
toda su versatilidad debe radicar en utilizar una serie de jarras al mismo tiempo y
la posibilidad de variación de la velocidad de agitación (r.p.m).
En este proceso influyen factores químicos e hidráulicos. Entre éstos tenemos:
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- pH
- Temperatura
- Concentración de coagulante
- Secuencia de aplicación de las sustancias químicas
- Grado de agitación
- Tiempo de sedimentación
El PH desempeña un papel muy importante en el estudio de los fenómenos de
coagulación-floculación, es así como una parte de la carga de las partículas
coloidales que han absorbido iones OH- , queda destruida por un aumento de la
concentración de iones H3O- que ocasiona una disminución de la estabilidad de la
suspensión coloidal. Preferiblemente el PH debe quedar dentro de la zona
correspondiente al mínimo de solubilidad de los iones metálicos del coagulante
usado.
Para sales de hierro la zona de PH es mucho más amplia, alcanzándose el mínimo
de solubilidad a pH>5.
El pH del medio en la coagulación tradicional con hidróxido de aluminio ha
demostrado que sólo coagula cuando es inferior a 7.4 o superior a 8.5; sin embargo,
la eliminación de las materias orgánicas se efectúa mejor en medio ácido (pH
inferior a 7.4) o como sucede con el hidróxido férrico que coagula a un PH superior
a 6, pero el alto contenido de materia orgánica del agua cruda proporcionará la
formación de sales orgánicas de hierro y el agua quedará coloreada.
El tiempo de mezclado del coagulante en el agua a tratar será el necesario para que
el producto utilizado se difunda con la mayor rapidez posible. El tiempo de
coagulación es extraordinariamente breve, menos de un segundo y la utilización
óptima del coagulante exige que la neutralización sea total antes de que una parte
del coagulante haya comenzado a precipitar.
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Figura 10. Prueba de jarras
1.3.25. COSTOS DE TRATAMIENTO
La viabilidad de aplicación de este proceso a la realidad industrial depende de
una ecuación costo-beneficio.
Los costos se analizan según lo propuesto por Bayramonglu. [21]
𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒊𝒗𝒐 (𝑺/.
𝒎𝟑) = 𝒂𝑪𝒆𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 + 𝒃𝑪𝒒𝒖í𝒎𝒊𝒄𝒐𝒔 → (𝟏)
Donde:
𝐶𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 (𝑘𝑤−ℎ
𝑚3 ) → (𝟐)
𝑎 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝑆/.
𝑘𝑤−ℎ) → (𝟑)
𝐶𝑞𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 (𝑘𝑔
𝑚3) → (𝟒)
𝑏 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠 (𝑆/.
𝐾𝑔) → (𝟓)
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1.4. PROBLEMA:
¿En qué medida influye el pH, concentración de coagulante y floculante en la remoción
de Sólidos Suspendidos, Demanda Química de Oxígeno y Turbidez en efluente de Lavado
de Pulpa de la Planta Papelera TRUPAL S.A.?
1.5. HIPÓTESIS:
El pH, la concentración de coagulante y floculante sí influye en la remoción de Sólidos
Suspendidos, DQO y Turbidez del efluente proveniente del Lavado de Pulpa de la Planta
Papelera TRUPAL S.A. Debido a que los coagulantes actúan a pH determinados, el cual
depende del tipo de coagulante y de las características del efluente a tratar. El porcentaje
de remoción de Sólidos Suspendidos aumentará encontrando las condiciones adecuadas
de pH, concentración de coagulante y floculante; tal como lo demuestra Huaili Zheng [8]
1.6. OBJETIVOS:
Objetivo General
Determinar las mejores condiciones de pH, concentración de coagulante y floculante para
la disminución de los porcentajes de Sólidos Suspendidos, DQO y Turbidez del efluente
proveniente del Lavado de Pulpa de la Planta Papelera TRUPAL S.A.
Objetivos Específicos
Evaluar la influencia del pH en el proceso de coagulación, midiendo los porcentajes
de reducción de Sólidos Suspendidos y Turbidez.
A pH óptimo evaluar la influencia de la concentración de coagulante en la remoción
de Sólidos Suspendidos y Turbidez.
A pH y concentración de coagulante óptimo evaluar la influencia de los floculantes a
usar evaluando su tiempo de sedimentación de Sólidos, Turbidez y Sólidos
Suspendidos.
Evaluar los costos operativos del proceso.
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II. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. MATERIAL DE ESTUDIO
El material de estudio es el efluente, que procede del lavado de pulpa de la industria
papelera Trupal SA. Esta empresa está dedicada a la fabricación de papeles y cartones a
partir de bagazo desmedulado de caña de azúcar. Está ubicada en el distrito de Santiago
de Cao, provincia de Ascope, departamento de La Libertad.
Las muestras se recogieron en recipientes cerrados y se almacenaron en ambientes
aislados de luz a 4°C.
2.2. REACTIVOS Y MATERIALES
2.2.1. REACTIVOS:
- Floculante Catiónico
- Floculante Aniónico
- Poliacrilamida
- Policloruro de Aluminio
- Ácido sulfúrico (Grado Técnico 98%)
- Hidróxido de Sodio (QP)
2.2.2. MATERIALES:
- Bureta de 100 mL
- Bureta de 50 mL
- Pipeta de 1 mL
- Pipeta de 5 mL
- Probeta de 20 mL
- Probeta de 500 mL
- Matraz Erlenmeyer de 50 mL
- Matraz Erlenmeyer de 250 mL
- Frascos de 500 mL
- Viales de 10 mL
- Agua destilada
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- Agua desionizada
- Guantes de latex
- Jeringa de 1 mL
- Jeringa de 5 mL
- Galón de 20 L
- Papel toalla
2.2.3. EQUIPOS:
- Equipo de Jarras (Jartest)
- Multiparámetro (ULTRAMETER II 6P – SN. 6230770)
- Turbidímetro (Orbeco Hellige – SN. 1290)
- Ph Tester (WATERPROOF – SN. 1527319)
- Balanza Digital (Balanza Digital de 4 dígitos)
2.3. MÉTODOLOGÍA
Para encontrar las dosis óptimas de coagulantes y floculantes, se debe hacer un análisis
de las condiciones a las cuales alcanzan su mayor eficiencia. A continuación se redactan
los pasos a seguir para la obtención de nuestros resultados.
2.3.1. MUESTRAS DE AGUA DE LAVADO DE PULPA
El efluente a usar procede de la Planta de Pulpa de la empresa TRUPAL S.A. Se
tomaron muestras que fueron recogidas en recipientes cerrados y se
almacenaron en ambientes asilados de luz a una temperatura de 4°C.
Se tomó agua en un balde para obtener la muestra y se enjuagó las botellas tres
veces consecutivas, llenándolas por último completamente. Se colocó el tapón y
se trasladó al laboratorio en un cooler con gel térmico.
2.3.2. CARACTERÍSTICAS DE LA MUESTRA
Para la caracterización físico-química del efluente se utilizó metodologías
normalizadas, descritas a continuación:
- Sólidos Suspendidos [12]
- Sólidos Totales [12]
- Sólidos Disueltos [12]
- pH [12]
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- Demanda Química de Oxígeno [12]
- Turbidez [12]
2.3.3. DISEÑO EXPERIMENTAL
Se evaluaron las muestras previamente y se consideraron 3 etapas para
desarrollar la parte experimental del trabajo, así tenemos:
ETAPA 1: Evaluación del pH en el proceso de coagulación
Una de las variables más importantes que influyen en el trabajo que realiza un
coagulante es el pH, para cada coagulante existe una zona de pH donde se
produce mayor desestabilización química de las partículas coloidales. Para ello se
realizaron pruebas con dosis de coagulantes a pH de salida (entre 4 a 5
aproximadamente) y a pH neutro. Se usaron el Sulfato de Aluminio y Policloruro
de Aluminio como coagulantes al 1% (Ver tabla 9), que se trabajaron a una
concentración constante de 600 ppm en 250 mL de muestra. Siguiendo el
siguiente orden experimental:
1º. Se agitó la muestra a 60 RPM por el período de un minuto.
2º. Se agregó el coagulante.
3º. Se agitó la muestra a 80 RPM durante 4 minutos.
4º. Se medió el volumen de lodos a 10 y 20 minutos.
Al obtener nuestros primeros efluentes clarificados luego de un periodo de
sedimentación 12 horas, se les hizo la medición de los siguientes parámetros:
Sólidos Suspendidos (SS) y Turbidez que fueron comparados con los resultados
del blanco.
Los Sólidos Suspendidos y Turbidez se realizaron de acuerdo a la normas de la
APHA. (Ver tabla
ETAPA 2: Evaluación de la concentración de Coagulante a pH óptimo hallado
en la primera parte.
Una vez obtenido el pH al cual el coagulante se desenvuelve mejor, se analizó la
concentración para la cual se obtuvo mejores resultados de los parámetros a
estudiar. Teniendo ya el valor aproximado de la concentración óptima, se
procedió a estudiar intervalos cercanos a este valor para encontrar con mayor
exactitud la dosis adecuada.
Para ello se aplicó el siguiente procedimiento en 250 mL de muestra:
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1º. Se agitó la muestra a 60 RPM por el período de un minuto.
2º. Se adecuó el pH óptimo en caso sea necesario
3º. Se aplicaron dosis de coagulante de 400, 500, 700 y 800 ppm (Ver Tabla
9).
4º. Se agitó la muestra a 80 RPM durante 4 minutos.
5º. Se procedió a medir el volumen de lodos a 10 y 20 minutos.
Una vez obtenidos los resultados, se hicieron comparaciones de los valores
obtenidos en los parámetros ya antes mencionados. De esta manera se eligió la
concentración, simplificando variables para llegar al resultado.
ETAPA 3: Coagulación - Floculación
En esta parte del proceso se trabajó ya con el pH y concentración de coagulante
óptimas, además se tomó en cuenta concentraciones de floculantes de previas
experiencias. Se hicieron las combinaciones necesarias para encontrar la dosis
que aglomere a mayor cantidad de partículas desestabilizadas en microflóculos y
después en flóculos más grandes que se depositaron en el fondo del recipiente en
un periodo de tiempo que fue clave para obtención de la mejor dosis; además se
analizó el volumen de lodo aglomerado.
Se siguió el siguiente procedimiento:
1º. Se agitó la muestra (250 ml) a 60 RPM por el periodo de un minuto.
2º. Se agregó la dosis óptima de coagulante.
3º. Se agitó la muestra 80 RPM por 4 minutos.
4º. Se agregó floculante.
5º. Se agitó la muestra a 40 RPM por 1 min 30 seg.
6º. Se midió volumen de lodo 10 y 20 minutos.
Este análisis se realizó para los tres floculantes a usar como son Floculante
Catiónico, Floculante Aniónico y una Poliacrilamida al 0.1% (Ver Tabla 9). Es
necesario respetar los tiempos exactos del procedimiento, sobretodo una vez
agregado el floculante para así evitar el rompimiento de los flocs formados.
El parámetro fundamental para elegir la mejor combinación fueron los sólidos
suspendidos y la turbidez.
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III. RESULTADOS
Dentro de este capítulo se muestra el análisis de resultados obtenidos, en donde se buscó las
mejores condiciones para lograr remover Sólidos Suspendidos, Turbidez y Demanda Química de
Oxígeno; adecuando las mejores condiciones de pH y encontrando las dosis exactas de los
coagulantes y floculantes usados.
3.1. CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE
En la siguiente tabla se muestran datos de un análisis inicial al efluente proveniente de las
lavadoras de la Planta de Pulpa de la empresa TRUPAL S.A. Cabe mencionar que
previamente el efluente circula por una prensa tornillo la cual consiste en un proceso de
separación de sólidos (permitiendo que se eliminen considerablemente los lodos); el
tratamiento se realizará al efluente de la prensa de tornillo a fin de poder ser retornado
al proceso.
Tabla 2. Caracterización del efluente proveniente de las lavadoras de la Planta de Pulpa
de la Empresa Papelera TRUPAL S.A. luego de su paso por la prensa tornillo.
*Punto de Origen, Lavadores de la planta de pulpa.
Parámetros Valor
TEMPERATURA (°C) 45
pH 4.01
DQO (ppm) 12308,56
TURBIDEZ (NTU) 1886,5
STD (ppm) 2107
SS (ppm) 25000
ST (ppm) 27107
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3.2. ETAPA I: EVALUACIÓN DEL pH ÓPTIMO
En esta primera etapa se adecuó el pH para lograr que el coagulante actúe de la mejor
manera posible. Así pues, se analizaron variaciones de los Sólidos Suspendidos, Sólidos
Disueltos, Sólidos Totales, Turbidez y Volumen de lodos.
Se evaluaron los mismos parámetros para el Policloruro de Aluminio y Sulfato de
Aluminio, los cuales se trabajaron a una misma concentración de 600 ppm y tres valores
de pH; el original de la muestra (pH=4.01), un intermedio (pH=5,32) y un aproximado al
neutro (pH=6.55). A continuación se muestras las gráficas de resultados en donde se
compara la acción de ambos coagulantes y las variaciones logradas en los parámetros ya
antes mencionados.
Figura 11. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a distintos valores de pH, para el
Policloruro de Aluminio (PAC) y Sulfato de Aluminio.
340
780
790
775
1140 1115
300350400450500550600650700750800850900950
10001050110011501200
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7
SS (
pp
m)
pH
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS A DISTINTOS VALORES DE pH PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO Y EL SULFATO DE
ALUMINIO
PAC SULFATO DE ALUMINIO
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Figura 12. Variación de la Turbidez a pH óptimo para el Policloruro de Aluminio (PAC) y
Sulfato de Aluminio.
3.3. ETAPA II: DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE
COAGULANTE A pH ÓPTIMO
Obtenido el pH optimo, se procedió a encontrar en esta segunda etapa, la concentración
adecuada de coagulante. Para ello, se hicieron pruebas a distintas dosis de Policloruro de
Aluminio y Sulfato de Aluminio (400, 500, 600, 700 y 800 ppm) y se evaluaron los mismos
parámetros de la etapa anterior.
3.3.1. PARA POLICLORURO DE ALUMINIO
Se evalúo la variación de Sólidos Suspendidos y Turbidez para 400, 500, 600, 700 y 800
ppm de Policloruro de Aluminio a pH óptimo.
74.6148.51 43.11
411.10
562.10 568.70
2070
120170220270320370420470520570
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7
TUR
BID
EZ (
NTU
)
pH
VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ A DISTINTOS VALORES DE pH PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO Y EL SULFATO DE ALUMINIO
PAC SULFATO DE ALUMINIO
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Figura 13. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC).
Figura 14. Variación de los Sólidos Disueltos (SD) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC)
405
305
340320 325
100
150
200
250
300
350
400
450
500
200 300 400 500 600 700 800
SS (
pp
m)
CONCENTRACIÓN PAC (ppm)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO
9270
91509056 9010 8980
8000810082008300840085008600870088008900900091009200930094009500
200 400 600 800
SD (
pp
m)
CONCENTRACIÓN DE PAC (ppm)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS DISUELTOS PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO
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Figura 15. Variación de los Sólidos Totales (ST) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Policloruro de Aluminio (PAC).
Figura 16. Variación de la Turbidez a pH óptimo para distintas concentraciones de
Policloruro de Aluminio (PAC)
98.50
77.8274.61
69.2765.25
40.0045.0050.0055.0060.0065.0070.0075.0080.0085.0090.0095.00
100.00
200 300 400 500 600 700 800
TUR
BID
EZ (
NTU
)
CONCENTRACIÓN PAC (ppm)
VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO
9675
9455 93969330 9305
8000
8200
8400
8600
8800
9000
9200
9400
9600
9800
10000
200 400 600 800
ST (
pp
m)
CONCENTRACIÓN DE PAC (ppm)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES PARA EL POLICLORURO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO
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Figura 17. Variación del Volumen de Lodos a diferentes concentraciones de Policloruro
de Aluminio (PAC) a un pH óptimo.
3.3.2. PARA SULFATO DE ALUMINIO
Se evalúo la variación de Sólidos Suspendidos, Sólidos Disueltos, Sólidos Totales y
Turbidez para 400, 500, 600, 700 y 800 ppm de Sulfato de Aluminio a pH óptimo.
34.38 34.38
50.00
43.75
31.2534.38
34.38
50.00
43.75
31.25
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
400 500 600 700 800
VO
L. L
OD
OS
(mL)
CONCENTRACIÓN PAC (ppm)
VARIACIÓN DEL VOLUMEN DE LODOS A DISTINTAS CONCENTRACIONES DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC)
PARA UN pH ÓPTIMO
t=10 min t=20 min
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Figura 18. Variación de los Sólidos Suspendidos (SS) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Sulfato de Aluminio.
Figura 19. Variación de los Sólidos Disueltos (SD) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Sulfato de Aluminio.
280 275
775
285
425
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
200 300 400 500 600 700 800
SS (
pp
m)
CONCETRACIÓN SULFATO DE ALUMINIO (ppm)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS PARA EL SULFATO DE ALUMINIO A pH OPTIMO
56205870
62805940
8850
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
200 300 400 500 600 700 800
SD (
pp
m)
CONCENTRACIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO (ppm)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS DISUELTOS PARA EL SULFATO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO
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Figura 20. Variación de los Sólidos Totales (ST) a pH óptimo para distintas
concentraciones de Sulfato de Aluminio.
Figura 21. Variación de la Turbidez a pH óptimo para distintas concentraciones de
Sulfato de Aluminio.
200.70
128.10
411.10
116.30 123.20
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
400.00
450.00
200 300 400 500 600 700 800
TUR
BID
EZ (
NTU
)
CONCENTRACIÓN SULFATO DE ALUMINIO (ppm)
VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ PARA EL SULFATO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO
59006195
70556785
7080
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
10000
200 300 400 500 600 700 800
ST (
pp
m)
CONCENTRACIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO (ppm)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES PARA EL SULFATO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO
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Figura 22. Variación del Volumen de Lodos a diferentes concentraciones de Sulfato de
Aluminio a un pH original de la muestra.
3.4. ETAPA III: EVALUACIÓN DE LA COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN En esta última etapa de la parte experimental, se trabajó con el pH óptimo hallado para
ambos coagulantes usados como son el Policloruro de Aluminio y Sulfato de Aluminio; de
acuerdo a los resultados obtenidos de las dos etapas anteriores, el pH adecuado en el que
ambos coagulantes se desenvolvieron mejor, es el original de la muestra (pH=4.01). Por
otro lado, se aplicaron la dosis adecuadas para cada coagulante encontradas en la
segunda etapa; así pues se usó 500 ppm de Policloruro de Aluminio y 500 ppm de Sulfato
de Aluminio, que fueron trabajados con tres tipos de floculantes dentro de los cuales
están un Floculante Aniónico, Floculante Catiónico y una Poliacrilamida que fueron usadas
con una cantidad estándar de 4 ppm encontrada en estudios antes realizados y se tomó
como valor constante para facilitar su comparación.
3.4.1. PARA POLICLORURO DE ALUMINIO
Las pruebas realizadas se trabajaron a una concentración de 500 ppm de
Policloruro de Aluminio y pH óptimo elegido en la primera etapa (pH=4.01). Si
bien es cierto los datos obtenidos en el volumen de lodos es elevado para estas
concentraciones, fueron elegidos porque los flocs formados fueron grandes y
62.568.75
43.75
62.5 62.562.568.75
43.75
62.562.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
400 500 600 700 800
VO
L. L
OD
OS
(mL)
CONCENTRACIÓN SULFATO DE ALUMINIO (ppm)
VARIACIÓN DEL VOLUMEN DE LODOS A DISTINTAS CONCENTRACIONES DE SULFATO DE ALUMINIO A pH ÓPTIMO
t=10 min t=20 min
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consistentes; lo que es una clara ventaja al aplicarse al momento de la aplicación
del Floculante, pues se da una mejor aglomeración de los Sólidos Suspendidos. A
continuación se analizan los valores de Sólidos Suspendidos, Turbidez y Volumen
de Lodos obtenidos con un Floculante Aniónico, Floculante Catiónico y la
Poliacrilamida que fueron comparados gráficamente con los valores obtenidos
con la sola aplicación del coagulante para discutir ventajas y desventajas
respectivamente, y así poder elegir la formulación adecuada.
En las gráficas mostradas a continuación se hace una comparación en cada
parámetro estudiado, tanto para los valores obtenidos solo en el proceso de la
Coagulación y los obtenidos luego de aplicar el coagulante y floculante (Aniónico,
catiónico y la poliacrilamida). De esta manera se puede evaluar la mejora obtenida
luego de aplicar el floculante y elegir la mejor fórmula para nuestro tratamiento
del efluente; cabe mencionar que los valores mostrados de la coagulación fueron
tomados a las 24 horas, mientras que los datos de la coagulación- floculación se
tomaron a las 2 horas.
Figura 23. Comparación entre la variación de Sólidos Suspendidos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio (PAC)
315265
765
320 320 320
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Anionico Catiónico Policrilamida
SS (
pp
m)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE
POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
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Figura 24. Comparación entre la variación de Sólidos Disueltos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio (PAC)
Figura 25. Variación de los Sólidos Totales (ST) logrados con la Coagulación-Floculación
a una concentración óptima de Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante y a pH
óptimo evaluado, usando tres tipos de floculante.
1747 16652206
9330 9330 9330
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Anionico Catiónico Policrilamida
ST (
pp
m)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE
FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
1432 1400 1441
9010 9010 9010
0
2000
4000
6000
8000
10000
Anionico Catiónico Policrilamida
SD (
pp
m)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS DISUELTOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE
FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
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Figura 26. Variación de la Turbidez lograda con la Coagulación-Floculación a una
concentración óptima de Policloruro de Aluminio (PAC) como coagulante y a pH óptimo
evaluado, usando tres tipos de floculante.
Figura 27. Comparación entre la variación del Volumen de Lodos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Policloruro de Aluminio.
97.20
28.37
60.4869.27 69.7 69.7
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
Anionico Catiónico Policrilamida
TUR
BID
EZ (
NTU
)VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ LOGRADA CON LA COAGULACIÓN-
FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
50.0046.88
56.25
43.75 43.75 43.75
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
Anionico Catiónico Policrilamida
VO
L. L
OD
OS
(mL)
VARIACIÓN DEL VOLUMEN DE LODOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE
POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
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3.4.2. PARA SULFATO DE ALUMINIO
Las pruebas realizadas se trabajaron a una concentración de 500 ppm de Sulfato
de Aluminio y pH óptimo elegido en la primera etapa (pH=4.01). Si bien es cierto
los datos obtenidos en el volumen de lodos es elevado para estas
concentraciones, fueron elegidos porque los flocs formados fueron grandes y
consistentes; lo que es una clara ventaja al aplicarse al momento de la aplicación
del Floculante, pues se da una mejor aglomeración de los Sólidos Suspendidos. A
continuación se analizan los valores de Sólidos Suspendidos, Sólidos Disueltos,
Sólidos Totales, Turbidez y Volumen de Lodos obtenidos con un Floculante
Aniónico, Floculante Catiónico y la Poliacrilamida que fueron comparados
gráficamente con los valores obtenidos con la sola aplicación del coagulante para
discutir ventajas y desventajas respectivamente, y así poder elegir la formulación
adecuada.
En las gráficas mostradas a continuación se hace una comparación en cada
parámetro estudiado, tanto para los valores obtenidos solo en el proceso de la
Coagulación y los obtenidos luego de aplicar el coagulante y floculante (Aniónico,
catiónico y la poliacrilamida). De esta manera se puede evaluar la mejora obtenida
luego de aplicar el floculante y elegir la mejor fórmula para nuestro tratamiento
del efluente.
Figura 28. Comparación entre la variación de Sólidos Suspendidos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio.
755
280
790
275 275 275
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Anionico Catiónico Policrilamida
SS (
pp
m)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE
POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC) USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
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Figura 29. Comparación entre la variación de Sólidos Disueltos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio.
Figura 30. Variación de los Sólidos Totales (ST) logrados con la Coagulación-Floculación
a una concentración óptima de Sulfato de Aluminio como coagulante y a pH óptimo
evaluado, usando tres tipos de floculante.
2479 2381 2269
5870 5870 5870
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Anionico Catiónico Policrilamida
SD (
pp
m)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS DISUELTOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE
SULFATO DE ALUMINIO USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
32342661
3059
6195 6195 6195
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Anionico Catiónico Policrilamida
ST (
pp
m)
VARIACIÓN DE LOS SÓLIDOS TOTALES LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE
SULFATO DE ALUMINIO USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
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Figura 31. Variación de la Turbidez lograda con la Coagulación-Floculación a una
concentración óptima de Sulfato de Aluminio como coagulante y a pH óptimo evaluado,
usando tres tipos de floculante.
Figura 32. Comparación entre la variación del Volumen de Lodos logrados con la
Coagulación-Floculación a concentración y pH óptimo, usando tres tipos de Floculante; y
el proceso de coagulación usando el Sulfato de Aluminio.
217.10
92.04
182.10
128.1 128.1 128.1
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
Anionico Catiónico Policrilamida
TUR
BID
EZ (
NTU
)VARIACIÓN DE LA TURBIDEZ LOGRADA CON LA COAGULACIÓN-
FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE SULFATO DE ALUMINIO USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
137.5
18.75
37.5
68.75 68.75 68.75
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Anionico Catiónico Policrilamida
VO
L. L
OD
OS
(mL)
VARIACIÓN DEL VOLUMEN DE LODOS LOGRADOS CON LA COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN A PH Y CONCENTRACIÓN ÓPTIMA DE
SULFATO DE ALUMINIO USANDO TRES TIPOS DE FLOCULANTE
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN COAGULACIÓN
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3.5. RESULTADOS FINALES
A continuación se muestra un resumen con los mejores resultados obtenidos luego de las
tres etapas de evaluación en el proceso de coagulación – floculación, en ella podemos
realizar una comparación de los parámetros estudiados tanto para el Policloruro de
Aluminio, como para el Sulfato de Aluminio como coagulantes a pH 4.01 y 500 ppm de
concentración para ambos casos; y usando 4 ppm de floculante catiónico.
Tabla 3. Resultado final de Sólidos Suspendidos, Sólidos Disueltos, Turbidez y Demanda
Química de Oxígeno con las mejores combinaciones obtenidas en el proceso de Coagulación –
Floculación a pH y concentración adecuada de Coagulante.
RESULTADOS FINALES
COAGULANTE FLOCULANTE [ ]
ppm SS
(ppm) SD
(ppm) ST
(ppm) TURBIDEZ
NTU DQO
Policloruro de Aluminio
Catiónico
500 265 1400 1665 28.37 1204.16
Sulfato de Aluminio 500 280 2381 3061 92.04 1096.62
DATOS MUESTRA ORIGINAL
Efluente de lavado de pulpa 25000 2107 27107 1886.5 12308.6
En la Gráfica 33, se muestran los porcentajes de remoción de los Sólidos Suspendidos, Sólidos
disueltos, Turbidez y Demanda Química de Oxígeno del proceso de coagulación – floculación,
para la mejor combinación obtenida con 500 ppm Policloruro de Aluminio como coagulante, y
4 ppm de Floculante Catiónico a pH 4.01.
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Figura 33. Remoción obtenida en Sólidos Suspendidos (SS), Turbidez y Demanda Química de
Oxígeno con la mejor combinación obtenida en el proceso de Coagulación – Floculación a pH
4.01.
3.6. DESARROLLO DE LOS COSTOS DE TRATAMIENTO
La viabilidad de aplicación de este proceso a la realidad industrial depende de una
ecuación costo-beneficio.
Los costos se analizan según lo propuesto por Bayramonglu. [21]
𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒊𝒗𝒐 (𝑺/.
𝒎𝟑) = 𝒂𝑪𝒆𝒏𝒆𝒓𝒈í𝒂 + 𝒃𝑪𝒒𝒖í𝒎𝒊𝒄𝒐𝒔 → (𝟏)
Donde:
𝐶𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 (𝑘𝑤−ℎ
𝑚3 ) → (𝟐)
𝑎 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝑆/.
𝑘𝑤−ℎ) → (𝟑)
𝐶𝑞𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑜𝑠 (𝑘𝑔
𝑚3) → (𝟒)
𝑏 = 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠 (𝑆/.
𝐾𝑔) → (𝟓)
98.94 98.50
90.21
84
86
88
90
92
94
96
98
100
SS TURBIDEZ DQO
% D
E R
EMO
CIÓ
N
PARÁMETROS
PORCENTAJES DE REMOCIÓN OBTENIDOS CON EL POLICLORURO DE ALUMINIO Y FLOCULANTE CATIÓNICO
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Donde consumo de energía del equipo JAR-TEST de 4 jarras, con gasto de energía de
0.000121 kWh. Sabiendo que se agita cada litro por 5 minutos (0.083 horas)
0.000121 𝑘𝑤
ℎ𝑥
0.083 ℎ
𝐿= 1.0043 𝑥 10−5
𝑘𝑤ℎ
𝐿
Reemplazamos en (2)
𝐶𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎: 1.0043 𝑥10−5(𝑘𝑤ℎ
𝐿)
Para un costo de energía, reemplazamos en (3)
𝑎 = 0.4764 (𝑆/.
𝑘𝑤ℎ)
Gasto de Coagulante (Policloruro de Aluminio). Reemplazamos en (4)
𝐶𝑐𝑜𝑎𝑔𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒: 0.0005(𝑘𝑔
𝐿)
Gasto de Floculante (Floculante Catiónico). Reemplazamos en (4)
𝐶𝑓𝑙𝑜𝑐𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒: 0.000004(𝑘𝑔
𝐿)
Precio aproximado del Policloruro de Aluminio, reemplazamos en (5)
𝑏1 = 6.2 (𝑆/.
𝐾𝑔)
Precio aproximado del Floculante Catiónico, reemplazamos en (5)
𝑏2 = 35.50 (𝑆/.
𝐾𝑔)
Lo cual hace un costo operativo calculado para 1 L, reemplazamos en (1)
𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒊𝒗𝒐 (𝑺/.
𝑳) = [0.4764 (
𝑠/.
𝑘𝑤ℎ)] [1.0043 𝑥10−5
(𝑘𝑤ℎ
𝐿)] + [6.2 (
𝑠/.𝐾𝑔
)] [0.0005 (𝑘𝑔𝐿
)] + [35.5 (𝑠/.𝐾𝑔
)] [0.000004 (𝑘𝑔𝐿
)]
𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒐𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒊𝒗𝒐 (𝑺/.
𝑳) = 𝟎. 𝟎𝟎𝟑𝟑
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IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1. ETAPA I - Los resultados que se presentan en la Figura 11, indican los valores obtenidos en
Sólidos Suspendidos del efluente proveniente del lavado de pulpa de la empresa
papelera TRUPAL S.A. se ve afectada por los valores de pH, tanto para el Policloruro de
Aluminio y el Sulfato de Aluminio que fueron usados como coagulantes en el
tratamiento. Para ambos casos, luego del análisis experimental, los mejores
resultados se presentaron a pH de 4.01 (valor de procedencia de la muestra). Se
obtuvo de esta manera 340 ppm de Sólidos Suspendidos para el Policloruro de
Aluminio y 775 ppm para el Sulfato de Aluminio; es importante mencionar que los
resultados obtenidos para los valores de pH (5.32 y 6.55) no fueron significativos;
además la diferencia no es mucha y no se considera como una opción rentable, pues
implica gasto de Hidróxido de Sodio para efectuar la variación del pH en el efluente.
Por otro lado, se observa una ventaja de 435 ppm en los sólidos suspendidos obtenida
por el Policloruro de Aluminio sobre el Sulfato de Aluminio; esto debido a que el
Policloruro de Aluminio desestabiliza mejor las partículas coloidales, permitiendo que
estas se junten entre sí formando coágulos que posteriormente se aglomeran
conformando flóculos de mayor tamaño, enviándolos hacia abajo por efecto de la
gravedad. Además de ello, tiene una clara ventaja sobre el Sulfato de aluminio pues
trabaja a un rango amplio de pH (de 3 a 9), genera menor residual de aluminio y no
agrega sulfatos al agua.
- Los datos de Turbidez de la Figura 12, muestran que el mejor resultado a pH 4.01, se
obtiene con el Policloruro de Aluminio obteniendo 74.61 NTU que representa una clara
diferencia entre los 411.10 NTU logrados con el Sulfato de Aluminio. Para el caso del
Policloruro de Aluminio los resultados obtenidos con los otros valores de pH analizados
no es significativa y no se considera pues implicaría un gasto en Hidróxido de Sodio
innecesario, por lo que mejor se trabaja al pH que proviene la muestra. La ventaja del
Policloruro de aluminio es que aglomera la mayor cantidad de las partículas en
suspensión que son las responsables de la turbidez del agua.
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4.2. ETAPA II
- En la segunda etapa, de la Figura 13, el mejor resultado obtenido a pH 4.01 para el
Policloruro de Aluminio se obtuvo a una concentración de 500 ppm, logrando 305 ppm
de Sólidos Suspendidos. Este valor se toma como óptimo, pues se produce antes de la
inversión de la carga de la partícula que se da con 600 ppm, que formaron gran
cantidad de microflóculos con tamaños muy pequeños cuyas velocidades de
sedimentación fueron muy bajas y que influyeron en la turbidez final del efluente
logrado. Así pues, en la Figura 16 observamos los valores de turbidez hallados,
obteniéndose 77.82 NTU a 500 ppm que no difiere mucho con las otras
concentraciones analizadas y por ende no son tomadas en cuenta porque
representaría un gasto innecesario de coagulante. Además, afectan
considerablemente a los sólidos disueltos del efluente final.
- Las Figura 18, no indica que el valor obtenidos para los sólidos suspendidos usando
como coagulante el Sulfato de Aluminio, se logró a 500 ppm al igual que con el
Policloruro de Aluminio, logrando 275 ppm de sólidos suspendidos que tiene una
diferencia de 30 ppm sobre el valor obtenido por el Policloruro de Aluminio. Sin
embargo, no se recomendaría usar el Sulfato de Aluminio, pues aumenta
considerablemente los sulfatos en el agua y este es un parámetro condicionado por
legislación (LMP 1000 ppm); además que los flocs formados son muy pequeños y poco
consistentes, lo cual demanda un tiempo muy largo para sedimentar. Por otro lado, la
turbidez obtenida fue de 128.10 NTU la que queda atrás comparada con la obtenida
por el Policloruro de Aluminio.
- Con respecto al Volumen de Lodo con ambos coagulantes a pH óptimo, evaluados a
un mismo tiempo de 20 minutos y para una concentración óptima de 500 ppm;
observamos en la Figura 17, que se obtuvo 34.38 mL de Volumen de Lodo para el
Policloruro de Aluminio y 68.75 mL para el sulfato de Aluminio que viene a ser casi el
doble. Concordando con Huaili Zheng, quien nos demuestra que el Policloruro de
aluminio como coagulante inorgánico y de base de sal polimérica, puede reducir los
lodos entre un 25 – 75 %, gracias a que genera lodos de alta densidad que hacen fácil
su disposición.[7]
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4.3. ETAPA III
- Para esta última etapa del proceso, si bien se trabajó a una cantidad estándar de
floculante de 4 ppm, no reaccionaron de la misma manera. Esto se observa en la Figura
23 indica que el mejor resultado para los sólidos suspendidos obtenidos se logró
usando como coagulante el Policloruro de aluminio. Obteniéndose con el Floculante
Catiónico, 265 ppm logrado gracias a la agrupación de las partículas neutralizadas a pH
y concentración óptima, que con la ayuda del floculante se tuvo un mejor
engrosamiento del flóculo aumentando su volumen, peso y cohesión; haciéndolo que
precipite con mayor éxito. Por otro lado, la turbidez también se vio afectada de manera
positiva, pues si observamos la Figura 26, veremos que el polielectrolito catiónico
mostró una mejor acción, obteniéndose un valor de 28.37 NTU, debido a que la
adherencia entre flóculos sea la mejor y se dé una sedimentación rápida gracias a la
acción de su bajo peso molecular, originando más efectivos mecanismos de puentes.
- Para la combinación con Sulfato de Aluminio, también se obtuvo como mejor resultado
con el Floculante Catiónico, según la Figura 28, se logró 280 ppm de sólidos
suspendidos. Este valor tiene una diferencia mínima con respecto al dato obtenido con
solo la aplicación del Sulfato de Aluminio como coagulante, probablemente por un
error de lectura al momento del cálculo. Sin embargo, para avalar este resultado, en
la Figura 31, tenemos que el mejor resultado de turbidez se obtuvo también con el
Floculante Catiónico, con 92.04 NTU. De esta manera se comprueba la efectividad del
Floculante Catiónico para la clarificación en este tipo de efluentes que como electrolito
cargado positivamente posee en sus largas cadenas, una carga eléctrica positiva
gracias a los grupos aminos que posee y el amonio cuaternario que es capaz de
remover la turbidez.
- Con respecto al acondicionamiento de los lodos, se puede observar en la Figura 32,
donde se obtuvo 18.75 mL de volumen de lodos que comparado con el resultado
obtenido con el Policloruro de Aluminio como coagulante, es 3 veces menos (Volumen
de lodos 43.88 mL, datos de la Figura 27); sin embargo los flocs obtenidos fueron
mucho más pequeños, aunque consistentes, y con el Policloruro fueron más grandes y
consistentes, lo que permite una mejor separación mecánica de los lodos. Así pues, se
corrobora la ventaja que tiene la mezcla lograda con el Policloruro de Aluminio y el
Floculante Catiónico, sobre el Sulfato de Aluminio con el floculante de la misma
Naturaleza.
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- En la Tabla 3, se muestra un resumen de las mejores combinaciones logradas con
Policloruro de aluminio y Sulfato de aluminio como coagulantes, donde el otro
parámetro importante analizado fue la Demanda Química de oxígeno (DQO). El valor
obtenido para el Policloruro fue de 1204.16 ppm, que representa un porcentaje de
remoción de DQO de 90.21%; y para el Sulfato de Aluminio el valor obtenido fue de
1096.62 ppm, que representa 91.1% de remoción de DQO. Estos resultados obtenidos
contrastan con el trabajo realizado por Farooq Sher en su “Tratamiento de Efluentes
de polímero industrial, mediante coagulación y floculación”, en donde logró remover
la DQO con una eficiencia entre 80-98% [6]. Por otro lado se supera la eficiencia
lograda en el trabajo realizado por Huali Zheng “Investigaciones del proceso de
coagulación-floculación para optimizar el rendimiento, modelo de predicción y la
estructura fractal del tamaño de los flóculos”, donde obtuvo una eficiencia de 75%. [7]
V. CONCLUSIONES
- El pH y la concentración de coagulante si influyen en la remoción de Sólidos
Suspendidos y Turbidez de las aguas de lavado de pulpa de la Empresa papelera
TRUPAL S.A.
- A pH 4.01 (pH de salida de la muestra) y a 500 ppm de concentración de coagulante,
son las mejores condiciones para llevar el proceso de coagulación-floculación para
Sulfato de aluminio y Policloruro de aluminio.
- La mejor remoción de Sólidos Suspendidos y Turbidez para las aguas del proceso de
lavado de pulpa de la empresa papelera TRUPAL S.A, se obtiene con el Policloruro de
Aluminio a pH 4.01, 500 ppm de Concentración y con Floculante Catiónico.
Removiendo un 98.94% de Solidos suspendidos, 98.50% Turbidez y 90.2% de Demanda
Química de Oxígeno.
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VI. RECOMENDACIONES
- Adecuar el pH mayor a 7 y evaluar los mismos parámetros de Solidos Suspendidos,
Turbidez y DQO; de tal manera que se compruebe la efectividad del Policloruro de
Aluminio dentro del rango de pH de 3-8.
- Realizar estudios con otros coagulantes ricos en Fierro como Sulfato Ferrico o Cloruro
Férrico, evaluar sus concentraciones óptimas y el poder para remover Sólidos
Suspendidos, turbidez y DQO.
- Estudiar la influencia de la agitación en la remoción de solidos suspendidos, turbidez y
DQO en el proceso de coagulación y floculación para los coagulantes estudiados
- Considerar un estudio para desechar los lodos obtenidos luego de la coagulación-
floculación, de tal manera que no atente contra nuestro medo ambiente.
- Realizar un estudio económico a nivel piloto, con ventajas y desventajas del
tratamiento.
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VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
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coagulación-floculación. Revista ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar,
vol. XL, núm. 2, pp. 10-17.
[2] Chai Siah Lee, John Robinson, Mei Fong Chong, (2014). A review on application of
flocculants inwastewater treatment. Revista ELSEVIER. Process Safety and
Environmental Protection, código PSEP-437, pp. 2.
[3] Ing. Yolanda Andía Cárdenas, (2000). Tratamiento de Agua, Coagulación y
Floculación. SEDAPAL, Evaluación de Plantas y Desarrollo Tecnológico, pp 5.
[4] Néstor Alejandro Gómez Puentes, (2005). Remoción de Materia Orgánica por
Coagulación – Floculación. Trabajo de grado monográfico para optar el título de
Ingeniero Químico, pp 53.
[5] Modulo V Planta Papelera Trupal Trujillo (Máquina PPX-7) Planta de Acopio de Fibra
Secundaria – Lima.
[6] Farooq Sher, Atiq Malik, Hao Liu (2013). “Industrial polymer effluent treatment by
chemical coagulation and flocculation”. Revista ELSEVIER N.684-689.
[7] Huaili Zheng, Guocheng Zhu, Shaojie Jiang, Tiroyaone Tshukudu, Xinyi Xiang, Peng
Zhang, Qiang He. (2011). “Investigations of coagulation–flocculation process by
performance optimization, model prediction and fractal structure of flocs”. Revista
ELSEVIER. N. 148-156.
[8] S. Sadri Moghaddam, M.R. Alavi Moghaddam, M. Arami (2010).
“Coagulation/flocculation process for dye removal using sludge from wáter
treatment plant: Optimization through response surface methodology”. Revista
ELSEVIER N. 651-657.
[9] Akshaya Kumar Verma, Rajesh Roshan Dash, Puspendu Bhunia (2012). “A review on
chemical coagulation/flocculation technologies for removal of color from textile
wastewaters”. Revista ELSEVIER. N. 154-168.
[10] Ever Zanabria Pari, “Aguas residuales”, Universidad Nacional de Huancavelica, pag.
Web: https://es.scribd.com/doc/141445861/Aguas-Residuales.
[11] Ivan Ayala Bizarro, (2011) “Abastecimiento de agua y Alcantarillado”, Universidad
Nacional de Huancavelica, pag. Web:
https://ivanayala.files.wordpress.com/2011/12/cp802_capitulo_ii.pdf
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[12] APHA, AWWA, WDCF, (1992). Métodos Normalizados Para el Análisis de Aguas
Potables y Residuales.
[13] Jose Miguel Ibañez Lamban, (2011). “El agua en la industria papelera”, pag. Web:
https://es.scribd.com/doc/62683243/El-Agua-en-La-Industria-Papelera
[14] Julio Salomé Ainhoa Goikoetxea. “Gestión del agua en la industria papelera” pag.
Web: http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/industrial/libro-3.PDF
[15] Juan Carlos García Vizcaino (2002), “Papel y Cartón, Ventaja competitiva gracias al
bagazo”, pag. Web: https://es.scribd.com/doc/201315289/Trupal
[16] Nestor Alejandro Gómez Puentes, (2005). “Remoción de material orgánica por
coagulación-floculación”, Trabajo de Grado Monográfico para optar el título de
Ingeniero Químico, Universidad Nacional de Colombia, pag. Web:
http://www.bdigital.unal.edu.co/1214/1/nestoralejandrogomezpuentes.2005.pdf
[17] ENOHSA (ENTE NACIONAL DE OBRAS HÍDRICAS DE SANEAMIENTO),
Fundamentación-Anexo-Cap.VII-7-Floculación, pag. Web:
https://es.scribd.com/doc/145880554/ENOHSa-Floculacion
[18] Lidia de Vargas, “Capítulo 6: Floculación”, pag. Web:
ttp://www.bvsde.paho.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/MANUALI/TOMOI/seis.pdf
[19] Liudmila Pérez García, Leonor C. Merencio Guevara, Leonel R. Garcell Puyáns, (2010).
Influencia de distintos tipos de floculantes sobre la estabilidad de suspensiones de
laterita. Tecnología Química. Vol. 1, N. 1.
[20] Muñoz M., Ochoa J., Fernandez C., (2005). “Formación de Microemulsiones inversas
de Acrilamida”, Tecnologi@ y desarrollo. ISSN 1696-8085. Vol. III.
[21] Bayramoglu M., Eyvaz M., (2007). “Treatment of the textile wastewater by
electrocoagulation: Economic evaluation”, Chem. Eng. J. Vol. 128, p:155-161
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ANEXOS
ANEXO 1: TABLAS DE RESULTADOS
Tabla 4. Resultados de la determinación del pH óptimo.
Coagulante pH
Volumen de lodos
(mL) SS
(ppm) TURBIDEZ
(NTU) t=20 min
PAC
4.01 50.00 340 74.61
5.32 43.75 780 48.51
6.55 46.88 790 43.11
Al2(S04)3
4.01 43.75 775 411.10
5.32 43.75 1140 562.10
6.55 43.75 1115 568.70
NOTA: Se trabajó a una concentración de coagulante constante de 600 ppm. Además,
a partir de 20 minutos en adelante no hubo cambios en el volumen de lodo.
Tabla 5. Resultados de la concentración de Policloruro de Aluminio a pH óptimo
NOTA: A partir de 20 minutos en adelante el volumen de lodos es constante.
[ ] pH
Volumen de Lodos (mL) SS
(ppm) SD
(ppm) ST
(ppm) TURBIDEZ
(ppm) t=10 min t=20 min
400
4.01
34.38 34.38 405 9270 9675 98.50
500 34.38 34.38 305 9150 9455 77.82
600 50.00 50.00 340 9056 9396 74.61
700 43.75 43.75 320 9010 9330 69.27
800 31.25 31.25 325 8920 9245 65.25
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Tabla 6. Resultados de la concentración de Sulfato de Aluminio a pH óptimo
NOTA: Se tomó en cuenta solo pH original de la muestra porque no experimenta cambios a
otros pH. El volumen de lodos se mantiene constante a partir de los 20 minutos.
Tabla 7. Resultados de la coagulación – floculación a pH y dosis de coagulante óptimo,
usando como coagulante el Policloruro de Aluminio.
[ ] PH Floculante
Volumen de Lodo (mL) SS
(ppm) SD
(ppm) ST
(ppm) TURBIDEZ
(ppm) t=10 min
t=20 min
500 4.01
Aniónico 53.13 50.00 315 1432 1747 97.20
Catiónico 50.00 46.88 265 1400 1865 28.37
Poliacrilamida 53.13 56.25 765 1441 2206 60.48
NOTA: Se añadió una dosis de 2 ppm de floculante para los tres tipos usados.
Tabla 8. Resultados de la coagulación – floculación a pH y dosis de coagulante óptimo, usando
como coagulante el Sulfato de Aluminio.
NOTA: Se añadió una dosis de 4 ppm de floculante para los tres tipos usados.
[ ] pH
Volumen de Lodos (mL) SS
(ppm) SD
(ppm) ST
(ppm) TURBIDEZ
(ppm) t=10 min t=20 min
400
4.01
62.5 62.5 280 5620 5900 200.70
500 68.75 68.75 275 5870 6195 128.10
600 43.75 43.75 775 6280 7055 411.10
700 62.5 62.5 285 5740 6225 116.30
800 62.5 62.5 425 8850 9275 123.20
[ ] PH Floculante
Volumen de Lodo (mL) SS
(ppm) SD
(ppm) ST
(ppm) TURBIDEZ
(ppm) t=10 min
t=20 min
500 4.01
Aniónico 137.5 137.5 755 2479 3234 217.10
Catiónico 18.75 18.75 280 2381 3061 92.04
Policrilamida 37.5 37.5 790 2269 3059 182.10
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Tabla 9. Equivalencias de ppm a mL de los Coagulantes y Floculantes usados
NOTA: El coagulante fue usado al 1% y floculante al 0.1%
CANTIDAD COAGULANTE
VOLUMEN (mL) PPM
10 400
12.5 500
15 600
17.5 700
20 800
CANTIDAD FLOCULANTE
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ANEXO 2: FOTOGRAFÍAS DE LOS EQUIPOS
Fotografía 01: Espectofotómetro manual
Fotografía 02: Multiparámetro
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Fotografía 03: Equipo de Jar-Test
Fotografía 04: Turbidimetro
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ANEXO 3: FOTOGRAFÍAS DE LAS ETAPAS
ETAPA 1: EVALUACIÓN DEL PH EN EL PROCESO DE COAGULACIÓN
Fotografía 05: Evaluación del pH, utilizando como coagulante Policloruro de aluminio (pH Jarra 1= 4.01, pH Jarra 2= 5.32 y pH Jarra 3= 6.55)
Fotografía 06: Evaluación del pH, utilizando como coagulante Sulfato de Aluminio (pH Jarra 1= 4.01, pH Jarra 2= 5.32 y pH Jarra 3= 6.55)
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ETAPA 2: EVALUACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE COAGULANTE A PH ÓPTIMO
HALLADO EN LA PRIMERA PARTE.
Fotografía 07: Evaluación de la concentración a pH óptimo, utilizando como coagulante Policloruro de Aluminio
Fotografía 08: Evaluación de la concentración a pH óptimo, utilizando como coagulante Sulfato de Aluminio
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ETAPA 3: COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN
Fotografía 09: Evaluación de la coagulación-floculación a pH y concentración óptima de Policloruro de Aluminio para tres tipos de floculantes (Aniónico, Catiónico y Poliacrilamida)
Fotografía 10: Evaluación de la coagulación-floculación a pH y concentración óptima de Sulfato de Aluminio para tres tipos de floculantes (Aniónico, Catiónico y Poliacrilamida)
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ANEXO 4: ENSAYO DE SOLIDOS SUSPENDIDOS Y SOLIDOS DISUELTOS
Fotografía 11: Ensayo de sólidos suspendidos
Fotografía 12: Ensayo de sólidos disueltos
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