ESTUDIO DE LA PREXIDACIN POR EL CLORO, DIXIDODE CLORO O PERXIDO DE HIDRGENO COMOMEJORAMIENTO DE LOS PROCESOS CONVENCIONALESUTILIZADOS PARA LA POTABILIZACIN DEL AGUANadine Leoni* e Ivn Rojas **RESUMENSe estudi el comportamiento de tres oxidantes Cloro, Dixido de Cloro y Perxido de Hidrgenoen el mejoramiento de unos procesos convencionales aplicados para tratar las aguas del embalse de SanRafael (Santa fe de Bogot). El coagulante utilizado fue un Sulfato de Aluminio comercial (tipo B). Seanalizaron mediante la realizacin de pruebas de jarras tratamientos de ciclo completo, en coagulacinpor adsorcin - neutralizacin de cargas y coagulacin de barrido, y un tratamiento por filtracin directamediante un montaje de laboratorio adaptado. Cuando se realizaba un proceso de coagulacin poradsorcin, se encontr una mejora significativa con la utilizacin de preoxidantes tanto en remocin deturbiedad y de carbono orgnico disuelto, una significativa disminucin del potencial de formacin detrihalometanos si se aplica previamente Dixido de Cloro o Perxido de Hidrgeno frente al uso de unaprecloracin. Se averigu que la utilizacin de un proceso de preoxidacin previamente a una coagula-cin por adsorcin seguida o no de una fase de sedimentacin previa a la filtracin, permite una dismi-nucin significativa en los costos de insumos; frente a un tratamiento de coagulacin mejorada (barrido)sin sacrificar significativamente la eficiencia de remocin de turbiedad o carbono orgnico disuelto.INTRODUCCINLos avances tecnolgicos tanto en los tratamien-tos como en los mtodos analticos, el conoci-miento de los efectos sobre la salud humana delos diferentes compuestos presentes en el agua,las sustancias utilizadas para su tratamiento y lossubproductos originados por estas, han llevadoa que las legislaciones sean cada vez ms exigen-tes acerca de los valores mximos permitidos delas concentraciones de ciertas sustancias en elagua potable.En Colombia la ltima norma que regula las con-centraciones finales de compuestos en el aguapotable es el decreto 475 de 1998 del Ministeriode Salud, el cual fija una serie de condiciones parala calidad del agua potable, las cuales anteriormen-te no eran tenidas en cuenta en nuestro medio.* Profesora asistente del departamento de Ingeniera Civil y Ambiental de la Universidad de los Andes.** Estudiante graduado de la Maestra de Ingeniera Ambiental de la Universidad de los Andes.38UNIVERSIDAD DE LOS ANDESILa preoxidacin se utiliza en el proceso de Coa-gulacin - Floculacin, pues facilita la remocinde materia orgnica, color, olores y sabores, ymetales disueltos (Hierro y Manganeso princi-palmente). El oxidante ms utilizado es el Clo-ro. Su gran popularidad radica en su facilidad deaplicacin en el tratamiento, su gran poderoxidante y los bajos costos de los insumos parasu aplicacin. Sin embargo la formacin detrihalometanos o THMs, especialmente el Clo-roformo y otros compuestos organoclorados(Cuya concentracin mxima permitida segn eldecreto 475 de 1998 es de 0.1 mg/L), llev a bus-car otras alternativas a su uso como lo son: elOzono, el Dixido de Cloro y el Permanganatode Potasio entre otros.En esta investigacin se utilizaron tres oxidantes:Cloro, Dixido de Cloro y Perxido de Hidrge-no, se discuten sus ventajas y desventajas en suutilizacin como ayudantes a la coagulacin. Seanalizan tres tipos de tratamiento: tratamientoConvencional o de ciclo completo con Coagula-cin por Adsorcin, Filtracin Directa y Trata-miento de ciclo completo con CoagulacinMejorada.METODOLOGASe analizaron tres tipos de tratamientos: Ensa-yos de tratamiento convencional o de ciclo com-pleto en mecanismo de coagulacin por adsorcin- neutralizacin de cargas de los coloides, ensa-yos de filtracin directa y ensayos de tratamien-to convencional con coagulacin mejorada (Coa-gulacin de Barrido). Se utiliz como coagulanteun Sulfato de Aluminio comercial, tipo B(Al2 (SO4)3 , 14 H2 O).El agua utilizada en los ensayos, es el agua delembalse de San Rafael (Empresa de Acueductoy Alcantarillado de Santa Fe de Bogot). Di-chas aguas tienen como caractersticas una grancantidad de COD (Normalmente mayor de 5 mg/L) y una baja turbiedad (Entre 3y 6 N.T.U.).Fue necesario el montaje de un sistema normali-zado para la produccin de una solucin concen-trada de Dixido de Cloro.Parmetros AnalizadosComo parmetros indicadores de la eficiencia delproceso se tomaron: El carbn Orgnico Disuel-to (COD) y la turbiedad; Adicionalmente se utili-zaron como indicadores de cantidad de materiaorgnica el color verdadero y la absorbancia deluz ultravioleta a 2 54 nm. Fue evaluada la canti-dad residual de cada oxidante, la cantidad de alu-minio residual, la cantidad de Cloroformo residualen algunos ensayos de tratamiento con Cloro ydeterminacin del potencial de formacin detrihalometanos (THMFP) de las aguas tratadas,el clorito residual en los tratamientos con dixidode Cloro y el pH final en cada ensayo realizado.Montaje del Sistema de Filtracin DirectaSe construy un sistema de filtracin directa, elcual consisti en: un reactor normalizado com-pletamente mezclado', una bomba para darle alsistema una velocidad de filtrado de 4 GPM, Unfiltro con un lecho mixto (Grava 8 cm, ArenaGruesa 0.8 cm, Arena Delgada 2cm y Antracita6 cm.) y un sistema de medicin de turbiedad deflujo continuo. El sistema se optimiz por deter-minacin de: dosis de Coagulante, Gradientes delas fases de Coagulacin y Floculacin, y Tiem-pos de Coagulacin y de Floculacin.Ensayos PreliminaresTanto para el tratamiento convencional por Coa-gulacin por Adsorcin, como en el tratamientode Filtracin Directa se encontr como dosisptima 8 mg/L de coagulante (Sulfato de Alumi-nio) sin aadir oxidante. Se analiz larepetitividad de los ensayos teniendo en cuentatanto la remocin de turbiedad como la remo-cin de COD en filtracin directa y en tratamien-to convencional. Los errores mximos encontra-dos en Remocin de turbiedad fueron de 6.40%y de COD de 9.3 2 %.RESULTADOSEnsayos por Tratamiento Convencionalcon Coagulacin por Adsorcin y Trata-miento por Filtracin DirectaLos ensayos se realizaron aplicando una dosis deSulfato de Aluminio (Al2 (SO4)3 ) de 8 mg/L. Para39Facultad de IngenieraREMOCIN DE TURBIEDADTRATAMIENTO CONVENCIONAL100%00%50%00%3 0%]0%encontrar la dosis ptima de cada oxidante se va-ri la dosis, hasta encontrar los puntos ptimos deremocin tanto de la turbiedad como del COD.Remocin de CODLa mejora en remocin de COD es apreciable.En general no se nota una diferencia significati-va de los resultados encontrados entre el trata-miento convencional y la filtracin directa (Fi-gura 1). De valores finales entre 1.75 y 2 .2 5 mg/L de COD sin la utilizacin de oxidante, se lo-graron valores finales de 0.5 y 0.75 mg/L de CODutilizando oxidante.Se define como color y absorbancia U.V. espec-fica la relacin Color/COD y Absorbancia U.V./COD respectivamente. El color especfico indi-ca la proporcin de compuestos aromticos co-loreados (o constituidos de varios ciclos conju-gados) dentro del total del COD y la absorbanciaU.V. especfica representa el porcentaje en con-tenido de compuestos aromticos dentro del to-tal del COD. Los valores mximos de estas rela-ciones ocurren generalmente donde la remocinde COD es mxima. Se puede concluir que eloxidante ayuda de manera ms eficiente la re-mocin de materia orgnica cuya composicinmolecular es sencilla que molculas de materiaorgnica complejas (Compuestos Aromticos).12 0%100%80%E 60%2 0%Figura 1.Remocin de COD en Tratamiento Convencional por Coagula-cin por Adsorcin y Filtracin Directa (Remociones sin Oxidantey con la dosis ptima de Oxidante).Remocin de TurbiedadLa preoxidacin en tratamiento convencionalmejora la eficiencia de remocin de turbiedadaunque sta no sea tan significativa como la re-mocin de COD (Figura 2 ). En general en trata-miento convencional para turbiedades inicialesentre 0.80 y 1 N.T.U. sin la utilizacin de oxidantese lograron turbiedades residuales despus deltratamiento entre 0.50 y 0.60 N.T.U. utilizandooxidante.La mejora en la remocin de turbiedad en losensayos de filtracin directa, no es tan notoriacomo en los ensayos de tratamiento convencio-nal, debido posiblemente a la eficiencia mismade la remocin causada por el filtro. En generalse encontraron turbiedades finales de 0.3 2y 0.3 5N.T.0 (86% - 90% de remocin) sin preoxidaciny de 0.2 2y 0.2 5 N.T.U. (90% al 93 % de remo-cin) con preoxidacin.Resultados de Residuales ySubproductos de la Preoxidacin o de laDesinfeccinEl cloro residual, no sobrepas el valor mximopermitido por la norma (3mg/L - Decreto 475 de1998). Para dosis de 1 mg/L y 2mg/L (Ensayosdel 4-12 -98) se encontraron valores residuales decloroformo de 0.03 2y de 0.03 4 mg/L, valores in-feriores al lmite de la norma (0.1 mg/L Decreto475 de 1998). Se considera que las cantidades delos otros THMs en el agua son muy inferiores.Para una dosis ptima de 1.2mg/L de dixido deCloro, se encontr clorito (C1O2 -) en concentra-ciones de 0.15 y 0.13mg/L en tratamiento con-vencional y filtracin directa respectivamente, laconcentracin total de C1O2y ClO2fue de 0.80mg/L en tratamiento convencional y de 0.78 mg/L en filtracin directa.Figura 2.Remocin de Turbiedad en Tratamiento Convencional por Coa-gulacin por Adsorcin (Remociones sin Oxidante y con La do-sis ptima de Oxidante).Los resultados de los valores totales de Dixidode Cloro y Clorito son menores a los de lanormatividad exigida (1 mg/L - EPA), sin embar-40UNIVERSIDAD DE LOS ANDES41go para el tratamiento de aguas con mayor canti-dad de COD, se pueden presentar problemaspara la dosificacin ptima de C102 .Variacin del pH y la dosis deCoagulanteSe estudi la remocin de los parmetros de ca-lidad del agua, teniendo en cuenta la variacindel pH (5.5, 6, 6.5, 7, 7.5 y 8) y la dosis decoagulante aplicada (5, 6, 7, 8, 9 mg/L) con unadosis ptima de preoxidante de 1.2mg/L dePerxido de Hidrgeno en tratamiento conven-cional.En la coagulacin por adsorcin - neutralizacinla remocin de materia orgnica se ve favorecidaa valores de pH bajos. La remocin de turbiedadse encontr a un pH ptimo alrededor de 6.5.Coagulacin de Barrido o MejoradaSe hicieron bsicamente dos tipos de ensayos decoagulacin de barrido.- Bajando el pH en la coagulacin a 4.5 con ci-do clorhdrico, (lo cual favorece la remocin demateria orgnica), y posteriormente subindo-los a pH de 7 en la floculacin con adicin deCal, lo que favorece la remocin de turbiedad2 .- Adicionando Cal al principio del tratamientopara llevar el pH final a 7.Para ambos casos se probaron dosis de 10, 2 0, 3 0y 40 mg/L de Sulfato de Aluminio, se hicierontres tipos de pruebas: 1. Sin adicin de oxidante,2 . Con adicin de Perxido de Hidrgeno a 1.2mg/L y 3 . Con variacin de la dosis depreoxidante a la dosis ptima de sulfato de alu-minio encontrada la cual fue de 3 0 mg/L paraambos tratamientos (Tabla 1).3 0 mg/L S.A. pH 4.5 - 7 pH7H2 02init. TURBIEDAD COD TURBIEDAD COD(mg/L) (N.T.U.) (mg/L) (N.T.U.) (mg1L)0 0.54 0.3 5 0.51 0.640.4 0.52 0.2 9 0.62 0.550.8 0.66 0.3 3 0.42 0.711.2 0.53 0.3 4 0.46 0.671.6 0.66 0.3 4 0.54 0.67TABLA 1.Resultados de la Preoxidacin en Coagulacinde Barrido o Mejorada (Valores Residuales).Facultad de IngenieraNo se encontraron variaciones significativas deremocin de turbiedad y COD causadas por laaccin de la preoxidacin, posiblemente por laalta dosis de sulfato de aluminio utilizada. El tra-tamiento con pH = 4.5 en coagulacin y pH = 7.0en floculacin tuvo una mejor remocin de COD.Potencial de Formacin deTrihalometanos (THMFP)El ensayo de potencial de formacin detrihalometanos se realizo de acuerdo al mtodonormalizado de Standard Methods'. El anlisisse baso en el residual de Cloroformo en el agua.Tanto el Dixido de Cloro como el Perxido deHidrgeno disminuyen el potencial de formacinde Trihalometanos que pueden encontrarse des-pus de la desinfeccin (Figura 3 ). La concentra-cin de Cloroformo utilizando una dosis de clo-ro de 2mg/L de C12estan muy cercanos al lmiteestablecido por la noma (0.01 mg/L deTrihalometanos - Decreto 475 de 1998).ANLISIS DE EFICIENCIA EN REMOCIN DECOD Y TURBIEDADSe compararon, tres tipos de tratamiento, coa-gulacin de barrido con coagulacin en pH = 4.5y floculacin a pH = 7, coagulacin de barridocon coagulacin y Floculacin a pH = 7, coagu-lacin en adsorcin (tratamiento de ciclo com-pleto) con adicin de preoxidante. No se compa-r la filtracin directa porque sta incluye la fil-tracin como parte del tratamiento, lo que impi-de analizar la turbiedad y porque los valores enremocin de COD son similares a los del trata-miento convencional en adsorcin con oxidante. POTENCIALDEFORMACIN DETRIHALOMETANOSANLISIS DECLOROFORMO5L5 O10000901, -0.060^0 9040^00.02 00 1mglLde THMS (Decreto475de 1999)O057O02 4 MPA-a.ele7.e2 02OXIDANTEFigura 3 .Potencial de Formacin de trihalometanos - Anlisis de Cloro-formo.COMPARACIN EFICIENCIA DETRATAMIENTOS - REMOCIN DE CODOUt00%95%BO%85%BO%70%85%50%55%50%100%94%BOA75%--70%85%B9%55%50%1eHia^.aeCoa(i^o,92 %COMPARACIN EFICIENCIA DE TRATAMIENTOSREMOCIN DE TURBIEDADeCOMPARACIN RESIDUALDEALUMINIO O2 50D050O12 10 2mg/Lde 2 k72 7ioResidual (Decreto 475de 1998) '7,51.5, Figura 4.Comparacin eficiencia de tratamientos remocin de COD.Resultados Aluminio ResidualEn la figura 6 se ilustran los valores de Residualde aluminio encontrados en los diferentes trata-mientos. El tratamiento en Adsorcin produceconsiderablemente menos aluminio residual quelos tratamientos en Coagulacin de Barrido. Contodo esto los valores encontrados se encuentrandentro de la norma (0.2mg/L de Aluminio Resi-dual).ANLISIS DE COSTOS DE PRODUCTOS PARADOSIFICACINEl anlisis se hizo, para un agua con un COD de5.70 mg/L (valor promedio de las muestras ana-lizadas). Se analizaron tres tipos de tratamien-tos: tratamiento convencional sin oxidantes, conun pH de 7 para coagulacin y floculacin (Utili-zacin de Cal), utilizando una dosis de sulfato dealuminio de 3 0 mg/L, y tratamiento convencio-nal sin control de pH final, con una dosis de 8mg/L de sulfato de aluminio, con dosis depreoxidante de 2 .0 mg/L de Cl2y 1.2mg/L deH2 02(Tabla 2 ). No se analiz el Dixido de Clo-ro, debido a los costos de operacin y montajedel sistema de produccin que requiere, tampo-co el tratamiento en coagulacin de barrido conpH de 4.5 en la coagulacin y de 7 en lafloculacin, debido ala gran cantidad de insumosrequeridos (cido y Cal).El cloro disminuye en un 11% los costos y elPerxido de Hidrgeno los disminuye en un 65%,frente a un tratamiento convencional con coagu-lacin mejorada.Figura 5.Comparacin eficiencia de tratamientos remocin de Turbiedad.Figura 6.Comparacin valores de Aluminio Residual.ANLISIS DECoagulacin de Barrido con AdicinITEMUNIDADCOSTOS UNITARIOSde CalVALORUNITARIOUnidad de AnlisisCANTIDAD= m' de aguaSUBTOTALSulfato de Aluminio Kg $750 0.03 $2 2 .50Cal Kg$115 0.02 5 $2 .88Total $2 5.3 8Coagulacin por AdsorcinITEMconUNIDADadicin deVALORIUNITARIOHipocloritoCANTIDADde CalcioSUBTOTALSulfato de Aluminio Kg $750 0.008 $6.00Hipoclorito de Calcio Kg $5.500 ''I0.003 $16.50Total $2 2 .50HidrgenoI SUBTOTALCoagulacin por AdsorcinITEMconUNIDADadicin deVALORUNITARIOPerxido deCANTIDADSulfato de AluminioKg $750 0.008$6.00Perxido de HidrgenoGaln $9.500 0.001 $9.50Total $15.50TABLA 2 .Anlisis de Costos Unitarios de productos utili-zados para el tratamiento del agua.UNIVERSIDAD DE LOS ANDES42CONCLUSIONESLa preoxidacin con coagulacin en adsorcin remue-ve significativamente el COD, aunque no elimina conla misma eficiencia molculas orgnicas complejas,como molculas orgnicas simples. Los preoxidantesmejoran la remocin de turbiedad aunque no tansignificativamente como la remocin de COD.La preoxidacin no influye en la coagulacin mejoradao de barrido, la causa principal es que la alta dosis decoagulante es el factor determinante en la remocintanto de materia orgnica como de turbiedad.Tratamientos con preoxidantes en coagulacin poradsorcin neutralizacin de cargas resultan ser com-petitivos frente al tratamiento de coagulacinmejorada tanto por eficiencia de remocin como porcostos de dosificacin.Para el tipo de agua estudiada, el tratamiento conven-cional con coagulacin por adsorcin de cargas resul-ta ser mas recomendable que la filtracin directa, pues-to que con las mismas dosis de coagulante y depreoxidante se logran valores similares de remocinde COD, con la ventaja adicional de que a escala deplanta de tratamiento, se lograra alargar los tiemposde carrera de los filtros debido a la remocin de tur-biedad que hay en la sedimentacin en el ciclo com-pleto (convencional) de tratamiento.El uso de preoxidantes tiene como principales venta-jas: una posible disminucin en los costos del trata-miento y una disminucin en el aluminio residual,entre las desventajas que tienen se encuentran: la for-macin de subproductos, la posibilidad de que con al-tas concentraciones de COD se exceda los valores l-mites de las concentraciones residuales de oxidanteen el agua.El Cloro continua teniendo vigencia comopreoxidante, entre las ventajas que tiene est su granpoder desinfectante, la accin residual, la sencillez desu aplicacin, los bajos costos de los insumos para suaplicacin. El gran inconveniente que tiene es la for-macin de subproductos, en especial lostrihalometanos y en particular de Cloroformo.El dixido de Cloro tiene una capacidad superior alCloro como desinfectante, tiene tambin una gran ac-cin residual en el agua, reduce significativamente elpotencial de formacin de trihalometanos, sin embar-go presenta como inconvenientes: la formacin declorito y clorato como subproductos y la necesidad demontar un sistema de produccin para su dosificacin.El Perxido de Hidrgeno result ser el preoxidantecon mejores resultados; por la reduccin de potencialde formacin de trihalometanos y costos de dosifica-cin, adems posee ventajas como su gran estabilidadsi es guardado bajo condiciones adecuadas y el no pro-ducir subproductos. Como desventajas tiene su pobreaccin desinfectante y la poca informacin que sobrel, en el tratamiento de aguas se tiene.En general los valores encontrados se encuentran den-tro de las normas establecidas por el decreto 475 de1998. Los resultados acerca de trihalometanos con uti-lizacin de cloro como preoxidante, pueden serpreocupantes si se toma en cuenta que estn muy cer-ca del lmite permitido; aunque en este caso se tenancondiciones de tratamiento bien controladas. Es im-portante sealar el riesgo que puede generarse al apli-car cloro a un agua cruda, a la entrada de una plantade tratamiento sin tener ningn tipo de control de lossubproductos dorados formados y si adems no se tie-ne fiabilidad sobre la cantidad de cloro aadido. Encuanto a los valores de aluminio residual no se encon-traron valores cercanos al lmite permitido.Referencias APHA. WEE AWWA. Standard Methods for theExamination of Water and Waste Water. AWWA. 18Edicin. 1992 .SEPLVEDA M., LEONI N. "Evaluacin de la Re-mocin de Color Aplicando la Tcnica de laFloculacin Lastrada en las Aguas de la PlantaWiesner". Tesis de grado presentada para optar por elttulo de Magster en Ingeniera Civil. 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