coagulantes_naturales_
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1. Introducción.
El agua es un líquido vital que permite la sobrevivencia del ser humano en el
planeta y dependemos de este vital líquido. Sin embargo se encuentra dispuesto sobre la
superficie terrestre en diferentes estados de materia y en proporciones desiguales; el
agua que se dispone de manera superficial y subterránea es usada por el hombre para
abastecer a la población, en alguno de los casos el agua empleada presenta turbidez; y
para remover esta coloración se utiliza la clarificación, la cual por medio de un proceso
de coagulación-floculación logra llevar el agua a condiciones deseadas en la
potabilización.
La razón del presente trabajo es indagar y divulgar las experiencias obtenidas en
clarificación del agua por métodos naturales, usando coagulantes de origen natural ,
permitiendo de ese modo conocer las ventajas que se presentan en cuanto los costos y
beneficios que se podrían obtener al emplear estos coagulantes.
Se presenta a continuación la terminología básica correspondiente al proceso de
clarificación del agua, los coagulantes artificiales empleados a mayor escala, los
coagulantes de origen natural (semilla de durazno, Cactus lefaria, Mandioca, Moringa
Oleífera y Samanea saman) con alto potencial para ser empleados en reemplazo de los
coagulantes artificiales, los modos de uso y se establece de modo teórico la metodología
a emplear en la comparación y uso de los coagulantes naturales.
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2. El agua y sus propiedades
Líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno H2O. Abunda en la naturaleza, y
más o menos pura, forma la lluvia, los ríos y los mares, posee propiedades únicas, es la
única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, o
sea, sólido, líquido y gas. El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz
azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad, el punto de congelación
del agua es de 0 °C y su punto de ebullición de 100 °C. El agua alcanza su densidad
máxima a una temperatura de 4 °C y se expande al congelarse. Como muchos otros
líquidos, el agua puede existir en estado sobreenfriado, es decir, que puede permanecer
en estado líquido aunque su temperatura esté por debajo de su punto de congelación; se
puede enfriar fácilmente a unos -25 °C sin que se congele. Sus propiedades físicas se
utilizan como patrones para definir, por ejemplo, escalas de temperatura.
3. Fuentes de agua.
El agua como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares,
así como en las superficies de agua en invierno; también en forma de nieve, granizo y
escarcha, y en las nubes formadas por cristales de hielo. Existe en estado líquido en las
nubes de lluvia formadas por gotas de agua, y en forma de rocío en la vegetación.
Además, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos,
lagos, ríos, mares y océanos. Como gas, o vapor de agua, existe en forma de niebla,
vapor y nubes. El vapor atmosférico se mide en términos de humedad relativa, que es la
relación de la cantidad de vapor de agua en el aire a una temperatura dada respecto a la
máxima que puede contener a esa temperatura. El agua está presente también en la
porción superior del suelo, en donde se adhiere, por acción capilar, a las partículas del
mismo. En este estado, se le denomina agua ligada y tiene unas características diferentes
del agua libre. Por influencia de la gravedad, el agua se acumula en los intersticios de
las rocas debajo de la superficie terrestre formando depósitos de agua subterránea que
abastecen a pozos y manantiales, y mantienen el flujo de algunos arroyos durante los
periodos de sequía.
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4. Calidad y cantidad del agua
El término calidad del agua es relativo, referido a la composición del agua en la
medida en que esta es afectada por la concentración de sustancias producidas por
procesos naturales y actividades humanas. Como tal, es un término neutral que no puede
ser clasificado como bueno o malo sin hacer referencia al uso para el cual el agua es
destinada. De acuerdo con lo anterior, tanto los criterios como los estándares y objetivos
de calidad de agua variarán dependiendo de si se trata de agua para consumo humano
(agua potable), para uso agrícola o industrial, para recreación, para mantener la calidad
ambiental, etc.
De toda el agua que hay en la tierra, el 97.14% de la cantidad total del agua
superficial, sólo el 2.59% es agua dulce. De este 2.59% otro porcentaje está atrapado en
forma de casquetes polares, que es 2%. El resto de este agua dulce es agua subterránea
(el 0.592%), o es agua fácilmente accesible en lagos, aguas corrientes, ríos, etc. (el
0.014%). Para las cantidades que vienen recogidas en las cuestiones planteadas
anteriormente, se concluye que menos del 1% del agua suministrada sobre la tierra
puede ser usada como agua potable [3].
5. Potabilización del agua.
A pesar de la definición química del agua como una sustancia constituida
exclusivamente por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, en la naturaleza no se
encuentra nunca en ese grado de pureza sino que está siempre impurificada con una
serie de componentes inorgánicos y orgánicos. El proceso de potabilización se inicia por
medio de potentes bombas, que impulsan el agua a través de una tuberías hasta el
establecimiento, pasa por un canal transportador donde sé afora, se agrega los productos
químicos y se produce el mezclado rápido. De allí es conducida a los decantadores, que
son grandes piletas compuestas de dos partes, floculador y decantador.
El floculador posee paletas mecánicas que son las encargadas de mezclar
íntimamente el agua con los productos químicos y formar así los flóculos, que al cobrar
tamaño y peso precipitarán al fondo del decantador. Este tiene una tolva que es
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encargada de eliminar el barro floculado, este proceso se hace diariamente. El agua
tarda dos horas en recorrer estas piletas donde al final es recogida por una canaleta
donde cae en forma de lluvia para incorporarle oxígeno. Por esta canaleta el agua es
conducida a filtros compuestos por mantos de arena de distinta granulometría,
comenzando con arena fina hasta terminar con piedra, de los filtros el agua pasa a la
reserva, que es una cisterna subterránea de quinientos mil litros en donde se la agrega
cloro para su desinfección, terminado aquí el proceso de potabilización ya que se
encuentra en condiciones óptimas para el consumo humano.
6. Clarificación del agua.
6.1 Definición y propósitos.
Es un proceso de multi-pasos para quitar los sólidos suspendidos. Primero, se
agregan los coagulantes. Los coagulantes reducen la carga de iones, de modo que
acumulan las partículas en formas más grandes llamadas flóculos. Los flóculos se
depositan por gravedad en tanques de filtración o se quitan mientras que el agua
atraviesa un filtro de gravedad. Las partículas más grandes que 25 micras son quitadas
con eficacia por la clarificación. Agua que es tratada con la clarificación puede contener
algunos sólidos suspendidos y por lo tanto necesita un tratamiento adicional [2].
6.2 Coagulación-floculación de las impurezas del agua.
Se llama coagulación-floculación al proceso por el cual las partículas se aglutinan en
pequeñas masas con peso superior al del agua llamadas floc. Dicho proceso se usa para:
Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica que no puede sedimentar
rápidamente.
Remoción de color verdadero y aparente
Eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos susceptibles de ser
separados por coagulación.
Destrucción de algas y plancton en general.
Eliminación de substancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de
precipitados químicos suspendidos o compuestos orgánicos entre otros.
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Hay que distinguir dos aspectos fundamentales en la coagulación-floculación del agua:
La desestabilización de loas partículas suspendidas, o sea la remoción de las
fuerzas que las mantienen separadas.
El transporte de ellas dentro del liquido para que hagan contacto, generalmente
estableciendo puentes entre si y formando una malla tridimensional de coágulos
porosos.
Al primer aspecto los autores suelen referirse como a coagulación y al segundo
como a floculación.
La coagulación comienza en el mismo instante en que se agregan los coagulantes al
agua y duran solamente fracciones de segundo, básicamente consiste en una serie de
reacciones físicas y químicas entre los coagulantes, la superficie de las partículas, la
alcalinidad del agua y el agua misma y la floculación es el fenómeno por el cual las
partículas ya reestabilizadas chocan unas con otras para formar coágulos mayores.
6.3 proceso de coagulación
En la coagulación, se agrega una sustancia al agua para cambiar el
comportamiento de las partículas en suspensión. Hace que las partículas, que
anteriormente tendían a repelerse unas de otras, sean atraídas las unas a las otras o hacia
el material agregado. La coagulación ocurre durante una mezcla rápida o el proceso de
agitación que inmediatamente sigue a la adición del coagulante.
6.3.1 Coagulantes artificiales.
Los coagulantes los podemos clasificar en dos grupos: los poli electrólitos o
ayudantes de coagulación y los coagulantes metálicos. Ambos grupos básicamente
actúan como polímeros además de la carga eléctrica que poseen, en los polímeros, la
cadenas poliméricas están ya formadas cuando se los agrega al agua, en los segundos, la
polimerización se inicia cuando se pone al coagulante en el agua, después de lo cual
viene la etapa de adsorción por los coloide presente en la fase acuosa. Es, sin embargo,
necesario observar que la velocidad de sedimentación de las partículas coaguladas no
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depende en forma exclusiva de los coagulantes usados, sino también del peso de las
partícula que se trata de sedimentar.
Los coagulantes principalmente utilizados son las sales de aluminio y de hierro,
entre las que se tiene:
- Sulfato de aluminio (también conocido como sulfato de alúmina) (Al2(SO4)3) :
Rango de pH para la coagulación óptima: 5-7,5.
Dosis: en tratamiento de aguas residuales, de 100 a 300 g/m3, según el tipo de
agua residual y la exigencia de calidad.
- Sulfato ferroso (FeSO4)
Rango de pH para la coagulación óptima, alredededor de 9,5.
Dosis: se necesitan de 200 a 400 g/m3 de reactivo comercial FeS04 7H2O * Con
cal.
- Sulfato férrico (Fe2(SO4)3)
Rango de pH para la coagulación óptima: entre 4 y 7, y mayor de 9.
Dosis: de 10 a 150 g/m3 de reactivo comercial Fe2(SO4)3 9H2O * Con cal
- Cloruro férrico (FeCl3)
Rango de pH para la coagulación óptima: entre 4 y 6, y mayor de 8.
Dosis: de 5 a 160 g/m3 de reactivo comercial FeCl3 6H2O * Con cal
La selección del coagulante y la dosis exacta necesaria en cada caso, sólo puede ser
determinada mediante ensayos de laboratorio (Jar-Test).[8]
6.4 Proceso de floculación.
El proceso de floculación que sigue a la coagulación, consiste de ordinario en
una agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas entran más en
contacto recíproco, se unen unas a otras para formar partículas mayores que pueden
separarse por sedimentación o filtración. El alumbre (sulfato de aluminio) es un
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coagulante que se utiliza tanto al nivel de familia como en las plantas de tratamiento del
agua [1].
7. Clarificación natural del agua
La clarificación elimina la materia orgánica, turbidez y color del agua. Incluye
esta operación a la coagulación, sedimentación y filtración, en este caso la coagulación
es causada por adición de coagulantes de origen natural como maíz, mandioca,
moringa, semilla de durazno entre otros.
7.1 Coagulantes naturales
Son de diversos tipos, incluyen semillas en polvo del árbol Moringa olifeira,
tipos de arcilla tales como la bentonita, el polvo de pepas de durazno, las habas, penca
de tuna y una de las más antiguas es la fariña obtenida de la planta conocida como
mandioca o yuca [1].
A continuación les describimos algunos de los coagulantes mencionados:
7.1.1 Penca de tuna
Con el propósito de sustituir el sulfato de aluminio en el proceso de la clarificación
del agua, desde hace algunos años se ha implementado el uso de coagulantes de origen
orgánico como el Cactus lefaria, el cual ha sido utilizado ampliamente en las zonas
rurales de los Estados Lara y Falcón. En estudios realizados en la universidad del Zulia
se evaluó el uso del Cactus lefaria como coagulante natural, para ello fue removida la
corteza del Cactus lefaria, quedando las partes sólida y gelatinosa, las cuales fueron
secadas independientemente a 103°C durante tres horas, posteriormente fueron
pulverizadas y tamizadas hasta obtener una granulometría menor o igual a 600 µm, las
muestras fueron almacenadas en un desecador hasta su utilización, posteriormente se
realizaron extracciones sólido-líquido, utilizando diferentes solventes (metanol, acetato
de etilo y éter de petróleo), con la finalidad de separar la sustancia activa del polvo
crudo del cactus, para lo cual se mezcló la cantidad de 1 g de cactus pulverizado con 10
mL de cada solvente por 5 minutos, posteriormente se centrifugó a 3500 rpm, durante 5
minutos por tres veces consecutivas, para asegurar la separación completa de las
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impurezas presentes en el cactus, luego la agua turbia sintética fue preparada de acuerdo
con la composición obtenida en el agua cruda que entra a una planta de potabilización
de agua ubicada en la ciudad de Maracaibo- Venezuela. (turbidez de 20-150 NTU), se
efectuó la prueba de jarras para determinar la dosis óptima de coagulante, donde la
mejor remoción de turbidez se obtuvo al tratar el cactus con metanol y acetato de etilo
logrando niveles bajos de turbidez. [7]
En localidades rurales o apartadas se emplea el cactus como un clarificador natural,
siguiendo la metodología establecida en el libro “Tecnologías Apropiadas en Agua
Potable y Saneamiento Básico” (Pan American Health Organization (PAHO) /
Organización Panamericana de la Salud (OPS)). [6]
Procedimiento:
a) Corte en trozos cuadrados de cuatro centímetros de longitud la penca de tuna.
b) Proceda a machacarla sobre piedras planas.
c) Considerando un recipiente de 20 litros, vierta 5 gramos (1/2 cucharadita) del
producto machacado.
d) Remueva durante un minuto.
e) Deje sedimentar por espacio de dos horas.
f) Utilice la parte superior del volumen de agua.
7.1.2 Mandioca
La mandioca o yuca es un arbusto originario de América, que abunda en la zona
tropical. Mide de dos a tres metros de altura, tiene hojas palmeadas y flores en racimos.
La raíz, un tubérculo blanco, grande y carnoso, contiene almidón, harina y tapioca, es la
parte comestible de la planta. Existen dos clases de mandioca, una dulce y otra amarga:
la primera se puede comer asada o cocida sin ningún peligro, la segunda en cambio, es
venenosa, por eso para comerla es necesario primero tostarla, para que pierda sus
propiedades nocivas, luego se pulveriza. Así se obtiene la harina que se conoce con el
nombre de fariña y que constituye un alimento muy apreciado y de mucho consumo en
la Amazonía peruana, el noreste argentino, Brasil y Paraguay. Antes se conocía a la
fariña con el nombre de harina de palo. El cultivo de la mandioca es antiquísimo, según
algunos autores los nativos ya la consumían antes de la llegada de los españoles, otros
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en cambio aseguran que se les enseñó su cultivo y la forma de hacerla comestible e
inofensiva [1].
7.1.3 Moringa Oleífera
En procura de utilizar coagulantes naturales, disponibles en la región
latinoamericana, varios investigadores han analizado plantas como la Moringa Oleífera.
La utilización de las semillas de moringa molidas ha dado muy buenos resultados en
países asiáticos y africanos para la clarificación de aguas y la remoción de bacterias. La
moringa es una planta nativa del norte de India, pero crece muy bien en la América
tropical. Donde es conocida, entre otros nombres, como: terebinto, teberinto, arango,
marango, narango, árbol de las perlas, chinto borrego, jacinto, paraíso blanco, san
jacinto, perla de la India o rábano picante. Es una planta de rápido crecimiento,
alcanzando hasta 4 m de altura [1]. Se reproduce por estacas o semillas. Sus
características más importantes son presentadas a continuación:
Las bayas o vainas deben madurarse en el árbol y se recolectan cuando están
secas.
Las semillas deben abrirse, quitándoles la cáscara y dejando una pequeña
"almendra" blanquecina, la que debe ser finamente molida.
Para tratar agua de río con turbiedad moderada, se requieren de 150 a 300 mg de
semilla molida por litro de agua turbia.
Con agua limpia y semillas molidas se hace una pasta, la cual se diluye en un
recipiente que pueda cerrarse. Se agita muy bien por 5 minutos. Seguidamente,
se filtra para eliminar gruesos y el producto pasado, se coloca en el agua a tratar.
Colocada la solución preparada con las semillas de moringa en el agua a tratar,
se procede a agitar todo el volumen por 2 minutos y se deja en reposo por una
hora. El agua clarificada puede hacerse pasar por un filtro de arena para
completar el proceso de limpieza.
7.1.4 Semilla de durazno y habas
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En localidades rurales o apartadas se emplea las semillas de durazno y habas como
un clarificador natural, siguiendo la metodología establecida en el libro “Tecnologías
Apropiadas en Agua Potable y Saneamiento Básico” (Pan American Health
Organization (PAHO) / Organización Panamericana de la Salud (OPS)). [6]
Procedimiento:
a) Seque las pepas de durazno y las habas.
b) Muela en forma separada cada uno de los productos, tratando de obtener
polvo.
c) Adicione 0.5 gramos de cualquiera de los productos por cada litro de
agua a tratar.
d) Remueva durante un minuto con una paleta de agitación en forma
circular.
e) Mantenga el agua en reposo durante dos horas para que sedimenten las
partículas al fondo del recipiente.
f) Utilice la parte superior del volumen de agua.
Tabla 1. Dosis a emplear para la clarificación del agua por medio del las semillas de
duraznos y habas.
Cantidad de polvo molido de pepas de durazno y habaspara clarificar por litro de agua.
Volumen de agua( litros)
gramos Cucharadita
10 5 1/220 10 1
30 15 1 1/2
40 20 2
50 25 2 1/2
60 30 3
70 35 3 1/2
Fuente: http://cidbimena.desastres.hn/docum/ops/publicaciones/who91s/who91s.3.htm#B.484.3.4.3
7.1.5 Samanea saman.
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A las plantas de Samanea saman se le hicieron heridas en forma de surcos a
nivel del tallo, obteniendo un exudado gomoso con un rendimiento promedio de
53,10 g/semana/espécimen. El polímero exudado se colectó durante los meses de
sequía (Noviembre a Abril, 2003); otras investigaciones refieren que los árboles
exhiben su mayor productividad de goma durante la estación seca, disminuyendo
progresivamente durante los períodos lluviosos, hasta inhibir su actividad. Una vez
que la goma se colectó, se almacenó en frascos de vidrio, secos y cerrados
herméticamente para ser trasladados al laboratorio a una temperatura de 23°C.
El material exudado se separó manualmente de los pedazos de madera, se
mantuvo a 35°C durante 3 días, procesado en el laboratorio con un molino eléctrico
de rotación (Grinding 4E), a una velocidad de 89 rpm hasta obtener un polvo muy
fino, el cual se pasó a un tamiz mecánico (Thomas Scientific J-IR); usando una
serie de tamices de medidas ASTM de especificación No. 11 y tipo 25 –30 con
mallas de 710 y 600 µm. Se tomaron 2 g de la goma de Samanea saman y se
agregaron en 1 L de agua de chorro hasta su uso como coagulante.
La metodología incluye la determinación de la dosis óptima con el método de
prueba de jarro, aplicando dosis progresivas del coagulante natural, usando agua turbia
sintética (caolina) con sustancia que generen las condiciones físico-químicas similares a
las aguas crudas naturales, determinando los parámetros físico-químicos,
bacteriológicos y la capacidad de remoción de turbidez, color y microorganismos.
Los resultados de esta investigación demostraron la eficiencia de los exudados
gomosos como coagulantes primarios sin la adición de sustancias químicas, las cuales
son requeridas cuando se usa el sulfato de aluminio para evitar el incremento de la
acidez del agua, que la hace peligrosamente corrosiva . Sin embargo, se observaron
valores de pH que no cumplen con los estándares de calidad para el agua potable,
cuando se incrementa la dosis del coagulante (100-500 mg/L) para todos los niveles de
turbidez; este comportamiento indica que el exudado gomoso de Samanea saman es
conveniente como coagulante primario cuando se aplica en dosis bajas, menores de 50
mg/L. [10]
8. Demostración experimental de la clarificación del agua por métodos naturales
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8.1 Materiales y equipos.
Semilla de Moringa Oleífera (polvo)
Sulfato de Alumínio (Al2(SO4)3(s))
Muestra 1 L.
Agua destilada 0.5 L
Turbidímetro
pHmetro
Agitador para prueba de jarro
Balanza electrónica.
Marcador
8.2 Instrumentos.
2 Pipeta de 1 ml
8 Beaker de 1000 ml
1 pipeta de 50 ml
8.3 Metodología.
a) preparación de la semilla de Moringa Oleífera
Las bayas o vainas deben madurarse en el árbol y se recolectan cuando están
secas.
Las semillas deben abrirse, quitándoles la cáscara y dejando una pequeña
"almendra" blanquecina, la que debe ser finamente molida.
Almacenar en seco el polvo de la semilla de Moringa Oleífera.
b) preparación de la solución patrón de Sulfato de Aluminio (Al2(SO4)3(s)) al (10%).
Disponer en un Beaker de 1000 ml 100 gramos de Sulfato de Aluminio
(Al2(SO4)3(s))
Agregar agua destilada hasta completar un volumen de 1000 ml.
Agitar la suspensión.
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Para la prueba se necesitara preparar una solución al 1%, para esto se tomaran
10 ml de la solución patrón y se completa con agua destilada hasta llegar a 100
ml.
c) preparación de la solución de Moringa Oleífera patrón de al (10%).
Disponer en un Beaker de 1000 ml 100 gramos de Moringa Oleífera.
Agregar agua destilada hasta completar un volumen de 1000 ml.
Agitar la suspensión.
Para la prueba se necesitara preparar una solución al 1%, para esto se tomaran
10 ml de la solución patrón y se completa con agua destilada hasta llegar a 100
ml.
d) procedimiento del ensayo.
Determinar la temperatura de la muestra, la turbiedad y el pH.
Disponer la muestra de agua en los Beakers (1 litro por cada uno), introducir
debajo de los agitadores y poner a funcionar a 100 rpm.
Con la ayuda de la pipeta añadir profundamente junto a la paleta del agitador el
coagulante en dosis progresivas en cada Beaker tal como se muestra en la
siguiente tabla 2:
Tabla 2. Dosificación del coagulante.
Descripción Volumen a agregar (ml)
Beaker 1 1.0
Beaker 2 1.5
Beaker 3 2.0
Beaker 4 2.5
Beaker 5 3.0
Beaker 6 3.5
Fuente: Manual de operación y mantenimiento de la planta potabilizadora la Quiracha.
Se somete a mezcla rápida (100 rpm) por un tiempo de 60 segundos, luego se
disminuye la velocidad hasta 40 rpm y se deja flocular el agua por 15 minutos.
Trascurrido el tiempo de floculación se retiran las paletas de los agitadores y se
deja sedimentar (15 min.).
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8.4 Determinaciones cualitativas.
a) tamaño del floc producido.
Se observa el tamaño del floc producido y se le evalúa cualitativamente según
sus características. Puede expresarse su tamaño en mm de acuerdo con el comparador
desarrollado por el Water Research Institute of Inglatere (Figura 1.) o según el índice de
Willcomb que se incluye en la siguiente tabla 3.
Figura 1. Comparador para estimar el tamaño del floc producido en la coagulación.
Fuente: Teoría y práctica de la purificación del agua
Tabla 3. Índice de Floculación de willcomb
Numero del Índice Descripción
00 Floc coloidal. Ninguno signo de aglutinación
02 Visible. Floc muy pequeño, casi imperceptible para un
observador no entrenado.
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04 Disperso. Floc bien formado pero uniformemente distribuido.
(Sedimenta muy lentamente o no sedimenta).
06 Claro. Floc de tamaño relativamente claro pero que precipita
con lentitud.
08 Bueno. Floc que se deposita fácil pero completamente.
10 Excelente. Floc que se deposita todo dejando el agua cristalina.
Fuente: Jorge Arboleda Valencia. Teoría y práctica de la purificación del agua.
b) tiempo inicial de formación de floc.
Determinar el tiempo, en segundos, en que tarda en aparecer el primer inicio de
formación de floc, es uno de los sistemas para calificar la velocidad de la reacción. La
iluminación de la base del agitador ayuda en la determinación, pero aun así resulta
difícil, dado que el floc que el floc recién formado suele ser incoloro. Por otra parte, el
floc que se forma más rápidamente no necesariamente es el mejor.
En esta evaluación debe tenerse en cuenta la diferencia de tiempo con que se
agregaron los coagulantes a los Beakers, el coagulante debe agregarse con intervalos de
10 a 30 segundos en cada Beaker. Esto se muestra en la tabla 4.
Tabla 4. Tiempo de adición de coagulante en cada Beaker.
Descripción Volumen a agregar (ml) Tiempo de adición (s)
Beaker 1 1.0 00
Beaker 2 1.5 10
Beaker 3 2.0 20
15
Beaker 4 2.5 30
Beaker 5 3.0 40
Beaker 6 3.5 50
El tiempo de aparición del primer floc será igual al tiempo inicial de aplicación
del coagulante al primer Beaker, hasta que se note el primer indicio de floc, menos el
tiempo que tardo en hacerse la aplicación al Beaker considerado.
8.5 Determinaciones físico-químicas.
Para poder realizar las determinaciones físico-químicas se debe extraer muestras
del sobrenadante después de un periodo de decantación no menor a 10 minutos para
medirle la turbiedad, a fin de hacer una exacta evaluación de la remoción de partículas
que se obtuvo durante la sedimentación. De igual modo se evaluara la concentración de
iones H+ (pH) en cada una de las muestras obtenidas de los Beakers.
8.6 Resultados.
Para la presentación de los resultados se emplean formulario o panillas, a fin de
llevar un registro y control de los parámetros obtenidos, a continuación se muestra un
modelo de planilla a emplear:
Hoja Muestra DosificaciónObservaciones
visualesAgua sedimentada
1Turbiedad: (NTU)
Mezcla rápidaTiempo: (min)Velocidad: (rpm)
Volumen de BeaKers: (ml)
FloculaciónTiempo: 15 minVelocidad: (rpm)
SedimentaciónTiempo: 15 min
Beaker pH Coagulante: a b c
1234
16
56
a = tiempo de formación del floc (seg)b = comparador para estimar el tamaño del flocc = índice de Willcomb
Otras observaciones:
Temperatura del agua: ºC
Indice de Willcomb00 = Floc coloidal. Ninguno signo de aglutinación02 = Visible. Floc muy pequeño, casi imperceptible para un observador no entrenado.04 = Disperso. Floc bien formado pero uniformemente distribuido. (Sedimenta muy lentamente o no sedimenta).06 = Claro. Floc de tamaño relativamente claro pero que precipita con lentitud.08 = Bueno. Floc que se deposita fácil pero completamente.10= Excelente. Floc que se deposita todo dejando el agua cristalina.
Comparador para estimar el tamaño del flocA = 0.30 – 0.50 mm D = 1.00 – 1.50 mmB = 0.50 – 0.75 mm E = 1.50 – 0.25 mmC = 0.75 – 1.00 mm F = 2.25 – 3.00 mmG = 3.00 – 4.5 mm
9. Balance de costo y beneficio para los coagulantes empleados en la clarificación del
agua.
Actualmente los coagulantes usados para la clarificación del agua son de tipo
inorgánico lo cual acarrea desventajas tanto ambientales como económicas ya que los
lodos generados están constituidos por sustancias inorgánicas que alteran los procesos
naturales presentes en las fuentes de aguas a las cuales son vertidos, estos lodos se
generan en las etapas de floculación-coagulación y sedimentación.
Desde el punto de vista económico los coagulantes inorgánicos son mas
costosos; pues se trata de un compuesto químico que contienen electrolitos los cuales
van a desestabilizar las cargas eléctrica de las partículas que traiga el agua a ser tratada;
en su proceso de fabricación se consumen energía y materia, lo que se traduce en costos
de producción, además se generan residuos que causan contaminación al medio
ambiente. Por otra parte los coagulantes naturales son de bajo costo, si bien menos
accesibles, permiten la implementación de métodos naturales para el tratamiento de los
lodos generados. Pues son componentes naturales que van a actuar en el agua sin alterar
sus propiedades químicas originales. Sin embargo estos coagulantes no son usados a
escala mayores o en tratamientos para plantas potabilizadoras que sean para poblaciones
grandes sino que son aplicados para acueductos regionales o como investigaciones de
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universidades. Es necesario conocer sus características potenciales para que sean
aplicadas por las empresas hidrológicas. Estos coagulantes no poseen ninguna
repercusión en la salud del ser humano lo que trae una mayor ventaja frente a los
coagulantes inorgánicos.
10. Ventajas, desventajas, limitaciones y eficiencias de los coagulantes empleados en la
clarificación del agua.
10.1 Coagulantes artificiales.
Ventajas:
Permite la remoción de la turbiedad orgánica o inorgánica que no puede
sedimentar rápidamente
Remoción del color verdadero y aparente
Eliminación de bacterias virus y organismos patógenos susceptibles de ser
separados por coagulación´
Destrucción de algas y plantón en general
Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de
precipitados químicos suspendidos o compuestos orgánicos entre otros
Desventajas:
Alteración del pH del agua
Incremento del consumo de cal, para estabilizar el pH después de la coagulación.
Dependencia de las características físico químicas del agua
Depende de la velocidad de agitación del agua.
Incremento de los costos en el proceso de potabilización.
10.2 coagulantes naturales.
Ventajas:
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Genera un lodo de origen natural, el cual puede ser tratado con mayor eficiencia
y facilidad.
Permite la remoción de la turbiedad orgánica o inorgánica que no puede
sedimentar rápidamente
Remoción del color verdadero y aparente
Eliminación de bacterias virus y organismos patógenos susceptibles de ser
separados por coagulación
Costos bajos de producción.
Destrucción de algas y plantón en general
Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de
precipitados químicos suspendidos o compuestos orgánicos entre otros.
Desventajas:
Distribución puntual, poca facilidad para su ubicación.
Requiere de personal para recolección.
Alteración del pH del agua
Incremento del consumo de cal, para estabilizar el pH después de la coagulación.
Dependencia de las características físico químicas del agua.
Se requieren dosis mayores para obtener una eficiencia de clarificación deseada.
Depende de la velocidad de agitación del agua.
Incremento de los costos en el proceso de potabilización.
11. Usos en Venezuela y a nivel mundial de los coagulantes.
En Venezuela y a nivel mundial la clarificación del agua se lleva a cabo
empleando coagulantes inorgánicos como el sulfato de aluminio; sulfato ferroso, sulfato
férrico y cloruro férrico, los cuales por su naturaleza química, causan variaciones en el
pH del agua, haciendo necesario el uso de sustancias reguladoras o estabilizadoras del
pH, como la cal sosa, en la actualidad se esta trabajando en investigaciones a fin de
emplear sustancias de origen natural como coagulantes en el proceso de clarificación del
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agua, reduciendo de este modo el impacto generado por los residuos (lodos) que
resultan del proceso de coagulación-floculación del agua.
A continuación se lista algunos de las investigaciones realizados en Venezuela y
en otras regiones del mundo, sobre el uso de las coagulantes naturales:
Estudios realizados por la facultad de ingeniería en la universidad del Zulia
sobre el uso del exudado gomoso producido por Samanea saman en la
potabilización de las aguas. [10].
Estudios realizados en la isla de cuba sobre una solución factible para la
clarificación de aguas para consumo humano (Moringa Oleífera) [9], también en
la universidad del Los Andes Mérida, se han realizado investigaciones sobre el
efecto de esta semilla sobre las aguas residuales. [11]
Estudios realizados por la facultad de ingeniería en la universidad del Zulia
sobre la eficiencia del Cactus lefaria para su uso
como coagulante en la clarificación de aguas. [7]
Estudio presentado en la vigésima conferencia de abastecimiento de agua y
saneamiento económico, realizada en (20th WEDC Conference affordable water
supply and sanitation) Colombo, Sri Lanka, 1994, sobre el uso de Moringa
Oleífera como coagulante natural. [12]
12. Conclusiones.
La potabilización del agua esta compuesta por una serie de proceso que permite
entregar el líquido en condiciones aptas para el consumo humano siguiendo los
lineamientos referidos en la ley de aguas, para así garantizar su calidad.
La clarificación es uno de los pasos a seguir para remover del agua las partículas
suspendidas que causan la turbidez en la misma, siguiendo métodos de adición
de compuestos químicos como coagulantes que permitan la aglomeración de
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partículas formando los denominados floc los cuales van a decantar en el fondo
del agua debido a su mayor peso especifico.
La clarificación natural del agua consiste en la adición de coagulantes naturales
que permitan remover la turbidez, materia orgánica y color aparente del agua,
para así proporcionar un beneficio económico, ambiental y humano; puesto
que en el agua no se alterarían las condiciones físicas, químicas y biológicas que
trae consigo desde su lugar de origen.
Cabe mencionar los diversos coagulantes naturales que proporcionan las
propiedades de remover el color aparente del agua como lo es: la penca de tuna,
la mandioca, la semilla de durazno, el Samanea saman y la Moringa oleífera.
Estos garantizan el mismo resultado que los coagulantes artificiales además de
ser beneficiosos desde el punto de vista ambiental ya que son biodegradables.
Los coagulantes para la clarificación del agua son de gran importancia ya que
gracias a estos podemos eliminar gran parte de la turbidez presente en el agua,
eliminando a su vez microorganismos patógenos presentes en el agua reduciendo
de este modo el uso de desinfectantes como el cloro.
El uso de coagulantes de origen naturales son nuevas alternativas que deberían
ser aplicados en el procesos de clarificación, debido a que estos son mas
económicos, y causan menos impacto sobres los cuerpos de aguas receptores de
los lodos originados en los decantadores, siendo el principal inconveniente la
ubicación y distribución de los mismos a lo largo de la geografía terrestre.
Las semillas de Moringa Oleífera actúan como coagulantes primarios,
demostrando su efectividad comparable con la alúmina, así lo demuestran los
resultados de los parámetros medidos en investigaciones realizadas a nivel
nacional e internacional donde la mejor dosis obtenida en la clarificación de
aguas de altas y medias turbiedades se encuentra alrededor de los 60 a los 70
mg/L.
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13. Recomendaciones
Se recomienda disolver la penca de tuna ya seca y triturada en una solución de
metanol y acetato de etilo; pues con estos disolventes se obtuvo más eficiencia
en la remoción de turbidez presente en el agua.
La Moringa oleífera actúa como coagulante y también contribuye a la remoción
de bacterias por lo que su uso es más eficaz. Y es conveniente que la extracción
de la semilla se realice después que la vaina este completamente seca sin cortar
del árbol.
El Samanea saman solo se puede obtener en mayores proporciones en la época
de sequia. Es recomendable su uso en dosis pequeñas dado que en
concentraciones mayores a 50 g/L hace incrementar el pH del agua.
14. Referencias.
[1] http://www.cepis.ops-oms.org/bvsatp/e/tecnoapro/documentos/agua/170doc-
tecnologias.pdf, Pagina Web, (consultada: Enero 2008)
[2] http://www.lenntech.com/espanol/pasos-en-purificacion-del-agua.htm, Pagina Web,
(consultada: Enero 2008)
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[3] http://www.lenntech.com/espanol/FAQ-cantidad-agua.htm, Pagina Web,
(consultada: Enero 2008)
[4] Jorge Arboleda Valencia. Teoría y práctica de la purificación del agua. Tercera
edición Mc Graw Hil
[5] Manual de operación y mantenimiento de la planta potabilizadora la Quiracha.
Hidrosuroeste.
[6] Tecnologías Apropiadas en Agua Potable y Saneamiento Básico (Pan American
Health Organization (PAHO) / Organización Panamericana de la Salud (OPS) - World
Bank / Banco Mundial, 2000, 152 p.)
http://cidbimena.desastres.hn/docum/ops/publicaciones/who91s/who91s.3.htm#B.484.3.
4.3, (consultada: Abril 2008)
[7] Revista técnica de la faculta de ingeniería universidad del Zulia, pagina web:
http://www.scielo.org.ve/scielo.php?
pid=S025407702003000100005&script=sci_arttext, (consultada: Abril 2008)
[8] Enciclopedia en línea, pagina web:http://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier
%C3%ADa_de_aguas_residuales/Tratamiento_f%C3%ADsico-qu%C3%ADmico,
(consultada: Abril 2008)
[9] revista del empresario cubano, pagina web:
http://www.betsime.disaic.cu/secciones/tec_1_01.htm. , (Consultada: Abril 2008)
[10] Faculta de ingeniería universidad del Zulia, pagina web:
http://www.serbi.luz.edu.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0254-
07702006004000003&lng=es&nrm=iso, (consultada: Abril 2008)
[11] Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química,
pagina web:
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http://software.funmrd.gov.ve/webfunmrd/red_cuencas/Jornadas/Presentaciones/
ULAMoringaoleiferaAguasResiduales_archivos/frame.htm#slide0003.htm ,
(consultada: Abril 2008)
[12] 20th WEDC Conference affordable water supply and sanitation, pagina web.
http://www.lboro.ac.uk/wedc/papers/20/sessioni/sutherla.pdf, (consultada: Abril 2008).
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