sulfato aluminio

7/27/2019 Sulfato Aluminio

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COMPORTAMIENTO DEL HIERRO PRESENTE EN EL

SULFATO DE ALUMINIO COMERCIAL

Lydia Marciales, Carlos Cobos y Luis Corts

Laboratorio de Aguas, Departamento de Ingeniera Sanitaria Facultad de Ingeniera,

Universidad Central de Venezuela Apartado 50656, Caracas 1050-A, VenezuelaFax: (58-2) 6053038; e-mail: [email protected]

RESUMEN

Investigaciones realizadas previamente por los autores a fin de evaluar la eficacia de un sulfato dealuminio comercial empleado como coagulante en el tratamiento de las aguas con fines depotabilizacin, mostraron que su eficiencia es similar a la de un sulfato de aluminio de calidadanaltica. Debido a la presencia significativa del hierro en el producto comercial, verificadaanalticamente, y a su actuacin como coagulante metlico, hemos realizado este estudio paradeterminar la influencia del hierro presente en dicho producto en el proceso de coagulacin-floculacin. A tales efectos se hicieron pruebas empleando sulfato de aluminio nacional concontenidos de hierro de 1,4% y un sulfato que simula su composicin pero con contenidos

crecientes desde 2% hasta 8% de Fe2O3. Los resultados obtenidos confirmaron su papel en elproceso an cuando es recomendable continuar los estudios para poder evaluar la contribucindel hierro en forma cuantitativa.

Palabras clave: coagulacin, floculacin, coagulantes, sulfato de aluminio.

INTRODUCCION

El presente trabajo es una continuacin de las determinaciones llevadas a cabo en el Laboratoriode Aguas del Departamento de Ingeniera Sanitaria de la Universidad Central de Venezuela, paraevaluar la eficacia del sulfato de aluminio producido en nuestro pas a partir de bauxita nacional(Marciales et al., 1995), el cual se utiliza como coagulante en el tratamiento de las aguas con finesde potabilizacin. Los resultados obtenidos mostraron que el sulfato de aluminio comercial tiene

una eficacia como coagulante similar a la de un sulfato de aluminio de calidad analtica an cuandosu contenido de aluminio sea algo menor. Adems los anlisis practicados al producto comercialmostraron un contenido de hierro de cierta significacin, introduciendo as un componente adicionalque pudiera intervenir en el proceso de coagulacin ya que el hierro acta tambin comocoagulante metlico. En consecuencia, se estudi su comportamiento mediante ensayos de fijacinde tratamiento empleando pruebas de jarro normalizadas y se compararon los resultadosutilizando un sulfato de aluminio comercial con un contenido de aluminio del 15,2% expresadocomo Al2O3 y de hierro de 1,4% expresado como Fe2O3, con aquellos obtenidos con un sulfato dealuminio de calidad analtica con un contenido de aproximadamente 15% de Al 2O3 y prcticamentelibre de hierro. No se encontr diferencia alguna entre la eficiencia como coagulante del productocomercial proveniente de la bauxita frente a la del producto de grado analtico. Por lo tanto hemosrealizado este estudio a objeto de determinar la influencia de contenidos de hierro superiores al1,4%, presente en el producto comercial estudiado.

MATERIALES Y METODOS

De las 144 muestras de sulfato de aluminio comercial analizadas (Marciales et al., 1995),utilizando la metodologa sealada por la American Water Works Association (1988) y la clsicaempleada en estos casos (Griffin, 1955), se escogieron los resultados ms significativos enfrecuencia y alto contenido de hierro como valores representativos (ver Tabla 1). Para los ensayosse utiliz una muestra de sulfato de aluminio comercial con un contenido de hierro de 1,4%expresado como Fe2O3 como valor representativo de esas dos condiciones y con 15,2% dealuminio como Al2O3.


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Para cuantificar el hierro remanente despus del tratamiento y con el fin de estudiar suparticipacin en el proceso de coagulacin, se realizaron pruebas de jarro empleando la muestraantes referida, y como compuestos referenciales se utilizaron como coagulantes un sulfato dealuminio de grado analtico (p.A.) y una mezcla de compuestos p.A. que simulan los contenidos dehierro y aluminio presentes en el sulfato comercial usado en los experimentos.La eficiencia del proceso se determin midiendo la turbiedad residual de los sobrenadantesdespus de la sedimentacin. Inicialmente se realizaron series de tres ensayos similaresempleando los tres coagulantes y la misma agua cruda natural de origen superficial en todos loscasos (Tabla 2).Debido al contenido de hierro del agua cruda natural el cual interfiere en la evaluacin de losresultados del hierro residual, se hizo necesario realizar una segunda serie de ensayos con aguasinttica (Tabla 3), cuya turbiedad fu generada mediante la suspensin de caoln en aguadestilada ajustando su pH y alcalinidad con soluciones de HCl 0,1M y NaHCO3 1Mrespectivamente. El caoln fu previamente secado a 103

0C durante 24 horas y la suspensin de

trabajo tena una concentracin de 50 mg/L y una turbiedad promedio de unas 60 unidades deturbiedad nefelomtrica (UTN).Con la finalidad de estudiar el grado de participacin del hierro en el proceso de coagulacin-floculacin, se realizaron ensayos con concentraciones crecientes de hierro desde 2 hasta 8%como Fe2O3 empleando agua natural y agua sinttica (Tablas 4 y 5).En cada uno de los casos se emple la prueba de jarro normalizada (Cox, 1964) para fijar el

tratamiento y para ello se transfiri 1 litro del agua a tratar a cada uno de los 6 vasos deprecipitados colocados en un agitador mltiple normalizado

1y se agregaron dosis del coagulante

entre 10 y 40 mg/L. Despus de un perodo de mezcla rpida de 1 min a 100 rpm y 20 min defloculacin a 20 rpm, se dejaron sedimentar las suspensiones floculadas durante 20 min. Al finaldel perodo de sedimentacin se tomaron muestras de los sobrenadantes en cada vaso deprecipitados, para determinar la turbiedad

2y color remanentes en cada uno de ellos, as como los

pH y alcalinidad finales. Adicionalmente se determin el hierro presente en cada uno de lossobrenadantes previamente filtrados a travs de papel de filtro Whatman No.1 y siguiendo losmtodos normalizados (Standard Methods, 1989).Para el estudio comparativo de la eficiencia del producto en estudio en las pruebas de jarro antesmencionadas, el coagulante referencial sulfato de aluminio de grado analtico (p. A.) utilizado fuuna solucin (Packham, 1962) al 1% de Al2(SO4)3.18 H2O.Los resultados de las pruebas de jarro con los tres coagulantes arriba indicados, empleando agua

cruda natural y agua sinttica se muestran en las Tablas 2 y 3, respectivamente. Los ensayos conconcentraciones crecientes de hierro desde 2 hasta 8% como Fe2O3, usando aguas natural ysinttica se presentan en las Tablas 4 y 5.

TABLA 1: CARACTERISTICAS DEL SULFATO DE ALUMINIO

VALORES MAS REPRESENTATIVOS

Muestra

No.

Al2O3%

Fe2O3

%

Insolubles

%

1 15.6 1.1 4.2

2 15.5 1.2 3.8

3 15.3 1.3 3.4

4 15.1 1.4 2.95 15.3 1.5 3.5

6 15.1 1.6 4.0

7 15.2 1.4 4.4

8 15.5 1.3 3.8

9 15.4 1.4 3.5

10 15.2 1.3 3.8

1Phipps & Bird Inc. Richmond, Va., USA.2 Hach Chemical Co., Modelo 2100, Ames, Iowa,USA.


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RESULTADOS Y DISCUSION

Como resultado de las pruebas de jarro puede observarse, en todos los casos estudiados, que laturbiedad remanente despus del perodo de sedimentacin disminuye a medida que aumenta ladosis de coagulante. Adems, la reduccin de la turbiedad originalmente presente en las aguascrudas natural y sinttica son respectivamente del mismo orden de magnitud (Tablas 2, 3, 4 y 5),indicando para la eficiencia del proceso un comportamiento anlogo de los tres coagulantesutilizados.Al analizar los resultados del hierro remanente en los sobrenadantes de las aguas sedimentadasdespus del proceso de coagulacin puede observarse lo siguiente:Con agua cruda natural (Tablas 2 y 4) el hierro remanente es menor que el hierro presente en elcoagulante tanto para el sulfato de aluminio comercial como para la mezcla de coagulantes p.A.En el caso del sulfato de aluminio p.A. donde el hierro residual proviene slo del agua cruda, elresidual al final del proceso es muy bajo. Con agua sinttica, libre de hierro, los remanentes deste son cero (esta cifra significa ausencia de hierro de acuerdo al lmite de deteccin del mtodo)para los tres coagulantes usados.Con dosis pequeas de coagulante (10 y 15 mg/L), en todos los ensayos, se presenta un hierroresidual menor al aadido, el cual no pudo ser arrastrado en el proceso de coagulacin de barrido(Packman, 1962), ya que a los pH reportados las dosis mencionadas se encuentran en ladenominada zona de floculacin incipiente", definida en publicacin anterior por los autores

(Marciales et. al., 1984; Rivas Mijares, 1994).En todos los ensayos, a medida que aumenta la dosis del coagulante aumenta la remocin deturbiedad y disminuye el contenido de hierro remanente.En los ensayos con alto contenido de hierro, como puede observarse en las Tablas 4 y 5, tanto elpH como la alcalinidad no tienen mayor variacin al aumentar la cantidad de hierro agregada. Encuanto a los porcentajes de remocin de turbiedad en todos los ensayos son del mismo orden demagnitud y similares a aquellos cuyo contenido de hierro es de 1,4 % de Fe 2O3. Para el caso de 2y 4% con agua sinttica, la turbiedad disminuye a medida que aumenta la concentracin de hierro,lo cual ocurre tambin con los otros coagulantes empleados en los otros experimentos. En tantoque para el caso de 8%, se puede observar un ligero cambio de comportamiento, ya que no hayuna disminucin sostenida en la remocin de turbiedad sino que sigue un patrn irregular con elaumento de la dosis de coagulante aadida pero en el mismo orden de magnitud como los otrosensayos. En relacin a la cantidad de hierro remanente despus de la sedimentacin con 2 y 4%

de Fe2O3 (Tabla 5), no se observa presencia del elemento hierro para ninguna de estas dosiscuando se emplea agua sinttica libre de hierro. Sin embargo, para la concentracin de 8%aparece la misma cantidad de hierro remanente a medida que aumenta la dosis de coagulantesiendo algo mayor para las dosis superiores. En el caso del uso de agua cruda natural quecontiene hierro y coagulantes con 4% y con 8% de Fe2O3, los residuales de hierro son igualesentre s pero menores al correspondiente del sulfato grado analtico libre de hierro (Tabla 4), lo nosmuestra la participacin del hierro presente tanto en el agua como en el coagulante.En todos los ensayos los valores de hierro residual son menores que el valor normativo venezolanovigente (Gaceta Oficial, 1992).


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TABLA 2: PRUEBAS DE JARRO CON AGUA CRUDA NATURAL


Jarro

N

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

Residual

UTN %

Color

Residual

UC %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,8 134 230 100 50 100 1,96 1,961 10 7,6 128 37 16 25 50 2,06 0,13

2 15 7,5 126 31 13 25 50 2,11 0,10

3 20 7,5 124 26 11 20 40 2,16 0,08

4 25 7,4 124 24 10 20 40 2,21 0,07

5 30 7,4 120 17 7 15 30 2,25 0,05

6 40 7,3 118 7 3 15 30 2,35 0,04

SULFATO DE ALUMINIO GRADO ANALITICO

Jarro

N

Cog.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

Residual

UTN %

Color

Residual

UC %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,7 130 235 100 50 100 1,96 1,961 10 7,6 128 29 12 25 50 1,96 0,05

2 15 7,5 124 26 11 25 50 1,96 0,04

3 20 7,4 122 21 9 20 40 1,96 0,02

4 25 7,4 120 17 7 20 40 1,96 0,02

5 30 7,3 118 13 5 15 30 1,96 0,01

6 40 7,2 116 5 2 15 30 1,96 0,01

MEZCLA DE SULFATO DE ALUMINIO Y CLORURO FERRICO GRADO ANALITICO

Jarro

N

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

Residual

UTN %

Color

Residual

UC %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,6 130 165 100 50 100 1,96 1,96

1 10 7,5 124 19 12 20 40 2,06 0,06

2 15 7,4 122 14 11 20 40 2,11 0,06

3 20 7,4 122 8 9 15 30 2,16 0,05

4 25 7,3 118 5 7 15 30 2,21 0,02

5 30 7,2 114 4 5 10 20 2,25 0,01

6 40 7,1 110 2 2 10 20 2,35 0,01

*Agua Cruda


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TABLA 3: PRUEBAS DE JARRO CON AGUA SINTETICA


Jarro

N

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

Residual

UTN %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,4 84 60 100 0 01 10 7,3 82 16 27 0,10 0

2 15 7,2 80 11 18 0,15 0

3 20 7,1 78 9 15 0,20 0

4 25 7,1 76 8 13 0,25 0

5 30 7,0 74 7 12 0,29 0

6 40 6,9 72 6,5 11 0,39 0

SULFATO DE ALUMINIO GRADO ANALITICO

Jarro

N

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

Residual

UTN %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,5 84 64 100 0 01 10 7,3 82 17 27 0 0

2 15 7,2 78 13 20 0 0

3 20 7,1 78 11 17 0 0

4 25 7,0 76 7 11 0 0

5 30 6,9 70 7 11 0 0

6 40 6,8 72 6 10 0 0

MEZCLA DE SULFATO DE ALUMINIO Y CLORURO FERRICO GRADO

ANALITICO

Jarro

N

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

Residual

UTN %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,5 84 63 100 0 0

1 10 7,4 82 15 24 0,10 0

2 15 7,3 80 11 17 0,15 0

3 20 7,2 80 9 14 0,20 0

4 25 7,0 78 8 13 0,25 0

5 30 7,0 76 8 13 0,29 0

6 40 6,8 72 7 11 0,39 0

*Agua Cruda


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TABLA 4: PRUEBAS DE JARRO CON AGUA CRUDA NATURAL Y COAGULANTE CON ALTO

CONTENIDO DE HIERRO

SULFATO DE ALUMINIO GRADO ANALITICO (0% Fe2O3)

Jarro

N

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

Residual

UTN %

Color

Residual

UC %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

Aluminio

Inicial

Residualmg/L mg/L

* - 8,1 156 56 100 50 100 3,40 3,40 0 0

1 10 8,0 152 11 20 30 60 3,50 0,15 0,79 0,22

2 15 7,9 150 6 11 25 50 3,55 0,13 1,19 0,30

3 20 7,8 148 5 9 20 40 3,60 0,10 1,59 0,15

4 25 7,7 140 4 7 20 40 3,65 0,09 1,99 0,18

5 30 7,6 140 3 5 15 30 3,69 0,08 2,38 0,11

6 40 7,2 140 2 4 10 20 3,79 0,08 3,18 0,09

MEZCLA DE SULFATO DE ALUMINIO Y CLORURO FERRICO GRADO ANALITICO (4% Fe2O3)

Jarro

N

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

ResidualUTN %

Color

ResidualUC %

Hierro

Inicial Residualmg/L mg/L

Aluminio


* - 8,0 156 56 100 50 100 3,40 3,40 0 0

1 10 7,9 150 9 16 20 40 3,50 0,09 0,81 0,19

2 15 7,9 148 6 11 20 40 3,55 0,06 1,21 0,14

3 20 7,8 144 5 9 20 40 3,60 0,06 1,61 0,13

4 25 7,6 140 4 7 15 30 3,65 0,06 2,02 0,14

5 30 7,6 138 3 5 10 20 3,69 0,04 2,42 0,11

6 40 7,4 134 2 4 10 20 3,79 0,04 3,23 0,12

MEZCLA DE SULFATO DE ALUMINIO Y CLORURO FERRICO GRADO ANALITICO (8% Fe2O3)

Jarro

N

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad

ResidualUTN %

Color

ResidualUC %

Hierro


Aluminio

Inicial Residuamg/L mg/L

* - 8,1 156 56 100 50 100 3,40 3,40 0 0

1 10 7,9 148 11 20 25 50 3,50 0,09 0,81 0,26

2 15 7,8 146 9 16 20 40 3,55 0,06 1,21 0,30

3 20 7,7 146 8 14 20 40 3,60 0,06 1,61 0,18

4 25 7,7 144 6 11 15 30 3,65 0,06 2,02 0,17

5 30 7,6 138 5 9 10 20 3,69 0,04 2,42 0,16

6 40 7,5 136 4 7 10 20 3,79 0,04 3,23 0,14

* Agua Cruda


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TABLA 5: PRUEBAS DE JARRO CON AGUA SINTETICA Y COAGULANTE CON ALTO

CONTENIDO DE HIERRO


(2% Fe2O3)

JarroN Coag.mg/L pH Alc.mg/L TurbiedadResidual

UTN %

HierroInicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,5 84 63 100 0 0

1 10 7,4 82 14 22 0,14 0

2 15 7,4 82 12 19 0,21 0

3 20 7,4 78 11 17 0,28 0

4 25 7,2 74 8 13 0,35 0

5 30 7,2 70 8 13 0,42 0

6 40 7,0 68 6 10 0,56 0


(4% Fe2O3)

Jarro

No

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad Residual

UTN %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,5 86 60 100 0 0

1 10 7,5 84 17 28 0,28 0

2 15 7,4 82 15 25 0,42 0

3 20 7,3 82 14 23 0,56 0

4 25 7,2 74 11 18 0,70 0

5 30 7,1 70 10 17 0,84 0

6 40 7,0 68 9 15 1,12 0


(8% Fe2O3)

Jarro

No

Coag.

mg/L

pH Alc.

mg/L

Turbiedad Residual

UTN %

Hierro

Inicial Residual

mg/L mg/L

* - 7,5 86 61 100 0 0

1 10 7,5 82 14 23 0,56 0,05

2 15 7,4 80 10 16 0,84 0,05

3 20 7,3 80 8 13 1,12 0,05

4 25 7,2 74 11 18 1,40 0,05

5 30 7,2 70 12 20 1,68 0,10

6 40 7,1 66 10 16 2,24 0,15

*Agua Cruda


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CONCLUSIONES

La eficiencia del sulfato de aluminio comercial como coagulante es similar a la de loscorrespondientes compuestos de calidad analtica y mezcla de compuestos estudiados.

El hierro contenido en el agua cruda interfiere en la evaluacin del comportamiento del hierropresente en el sulfato de aluminio comercial.

En todos los ensayos, en la zona de floculacin incipiente, el hierro es reducido a valores pordebajo de la concentracin inicialmente presente, indicando su participacin en el proceso.

El contenido de hierro en las aguas crudas naturales parece tener poca influencia en laconcentracin del hierro remanente, entre los lmites estudiados.

En los ensayos con agua sinttica se puede observar que el hierro remanente es cero al utilizarcomo coagulante al sulfato de aluminio comercial, lo cual nos indica la participacin delhierro en el proceso de coagulacin.

En la zona de floculacin incipiente el hierro remanente es cero al utilizar sulfato de aluminiocomercial como coagulante y no pudiendo haber sido arrastrado por el fenmeno de barrido sepuede inferir su participacin en el proceso de coagulacin.

En todos los casos estudiados, la concentracin del hierro remanente es menor a su valornormativo.

RECOMENDACION

Se recomienda continuar los ensayos empleando aguas naturales con bajo contenido de hierro ycon aguas libres de dicho elemento, para poder definir efectivamente y en forma cuantitativa lacontribucin del hierro presente en el sulfato de aluminio comercial al proceso de coagulacin, locual puede representar un aporte a la normativa vigente para el control de calidad de dichoproducto.

BIBLIOGRAFIA

American Water Works Association, (1988). ANSI/AWWA B-403-88.

Griffin, Roger C., (1955) Technical Methods of Analysis, Mc Graw-Hill Book Company, New York.

Cox, Ch,R, (1964), Operation and Control of Water Treatment Processes , World HealthOrganizationMonographs Series, No,49, Ginebra-Suiza, 312-316.

Gaceta Oficial de la Repblica de Venezuela, (1992). Normas Sanitarias de Calidad de AguaPotable. N 34892.

Marciales, L,, Cobos C,, Rivas Mijares, G, (1984) Tecnologa del Proceso de Coagulacin-floculacin,XIX Congreso Interamericano de Ingeniera Sanitaria y Ambiental, Santiago de Chile, 11-18Noviembre.

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Packham, R,F, (1962), The Coagulation Process, Part I, J,Appl, Chem,, 12, 556-564.

Rivas Mijares, G,, Marciales, L, (1994), Ensayos para la Simplificacin del Tratamiento de Aguas,Acta Cientfica Venezolana, 45, 54-61.


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Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, (1989), 17th

Edition, APHA,AWWA, WPCF, Washington, D,C.

sulfato aluminio

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