taller de laboratorio de acueductos y alcantarillados
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RAUL ANDRES TORRES BALLEN
TALLER DE LABORATORIO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS 2012
TALLER DE LABORATORIO DE ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS
1. PRUEBA DE JARRAS
¿Que es la prueba de jarras y su importancia en el diseño y operación de acueductos?
Es un procedimiento utilizado comúnmente en los laboratorios. Este método determina las condiciones de operación óptimas para el tratamiento de aguas. La prueba de jarras permite ajustar el pH, hacer variaciones en la dosis de las diferentes sustancias químicas que se añaden a las muestras, alternar velocidades de mezclado. La importancia en el diseño y operación de acueductos de las Pruebas de Jarras es que es la técnica más usada para determinar la dosis óptima o mejor dosis de químicos para procesos de coagulación-floculación y sedimentación a nivel de laboratorio.
Existe gran variedad de equipos para Prueba de Jarras, pero el mas común se basa en utilizar cinco o seis frascos con un volumen que puede variar entre 1 y 3 litros de agua, a los cuales son agregadas diferentes dosis de coagulante, mientras se agita frecuentemente durante un tiempo determinado y luego se suspende la agitación rápida, dejando una agitación suave entre 10 y 30 min
¿Que ensayos se pueden llevar a cabo?
Se pueden realizar ensayos de turbidez y alcalinidad.
2. CONDUCTIVIDAD Y pH
¿Que es la conductividad y el ph, su importancia en el diseño y operación de acueductos?
CONDUCTIVIDAD:Con conductividad se evalúa la capacidad del agua para conducir la corriente eléctrica, es una medida indirecta de la cantidad de iones en solución (fundamentalmente cloruro, nitrato, sulfato, fosfato, sodio, magnesio y calcio). La conductividad en los cuerpos de agua dulce se encuentra determinada por la geología del área a través de la cual fluye el agua (cuenca). Descargas de aguas residuales suelen aumentar la conductividad debido al aumento de la concentración de iones. Debe tenerse en cuenta que derrames de hidrocarburos (aceites, petróleo), compuestos orgánicos como aceites, fenol, alcohol, azúcar y otros compuestos no ionizables (aunque contaminantes), no modifican mayormente la conductividad.
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PH: El pH “potencial de hidrógeno” es una medida de la acidez o alcalinidad de una disolución. Indica la concentración de iones hidronio [H3O+] en ciertas sustancias. La escala de pH va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más iones en la disolución) y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (cuando el disolvente es agua).
La conductividad y el Ph son importantes en el diseño y operación de los acueductos, su medición es útil como indicador de la calidad de aguas dulces.
¿Como se lleva cabo su determinación?
La conductividad se determina mediante la utilización de un conductímetro electrónico, el cual genera una diferencia de voltaje entre dos electrodos sumergidos en agua. La caída en el voltaje debida a la resistencia del agua es utilizada para calcular la conductividad por centímetro.
Existen varios métodos diferentes para medir el pH. Uno de estos es usando un trozo de papel indicador del pH. Cuando se introduce el papel en una solución, cambiará de color. Cada color diferente indica un valor de pH diferente. Este método no es muy preciso y no es apropiado para determinar valores de pH exactos. También hay tiras de test disponibles, que son capaces de determinar valores más pequeños de pH, tales como 3.5 o 8.5.El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un potenciómetro, también conocido como pH-metro, un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al ion de hidrógeno.
¿Cuales son los valores permitidos para el agua potable según la legislación Colombiana?
El agua potable deberá tener un intervalo de pH 6,5 a 9,0.Conductividad: hasta 1000 microsiemens/cm.
3. ALCALINIDAD Y ACIDEZ
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¿Que es la alcalinidad y acidez y su importancia en el diseño y operación de acueductos?
ALCALINIDAD: La alcalinidad de una muestra de agua es su capacidad para reaccionar o neutralizar iones hidronio (H+) hasta un valor de pH igual a 4.5. La alcalinidad es causada principalmente por los bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos presentes en solución y, en menor grado, por los boratos, fosfatos y silicatos, que puedan estar presentes en la muestra. La alcalinidad tiene importancia en la determinación de la calidad del agua para riego y esun factor importante en la interpretación y el control de los procesos de purificación de aguas residuales.
ACIDEZ:La acidez de una muestra de agua es por definición, su capacidad para reaccionar con una base fuerte hasta un determinado valor de pH. En cuerpos de aguas naturales, la acidez es causada principalmente por el CO2 y en algunos casos, por ácidos minerales del tipo H2S o por la presencia en el agua de sales fuertes provenientes de bases débiles. Se expresa la cantidad equivalente en carbonato de calcio requerida para neutralizar dicha acidez. La acidez es un dato importante debido a que las sustancias ácidas presentes en el agua, incrementan su corrosividad e interfieren en la capacidad de reacción de muchas sustancias y procesos al interior de los sistemas acuosos.
¿Como se lleva cabo su determinación?
La alcalinidad se mide por titulación de una alícuota de una muestra con HCL o H2SO4 de concentración 0.02 N, utilizando indicadores como fenolftaleína, cuando las muestras tienen un pH mayor de 8.3 o naranja de metilo, en caso contrario. En el primer caso se habla de “alcalinidad P” o alcalinidad a la phenolphataleine, mientras que en el segundo caso se habla de “alcalinidad M” o alcalinidad Methylorange.
La acidez se mide mediante la titulación con una base fuerte (generalmente hidróxido de sodio 0.020 N), utilizando como indicadores el “naranja de metilo” (viraje de naranja a amarillo cuando el pH pasa de 3.1 a 4.4) o el “azul de bromofenol” (viraje de amarillo a violeta cuando el pH pasa de 3.0 a 4.6) para la determinación de la “acidez mineral” y la fenolftaleína (viraje de transparente a fucsia cuando el pH pasa de 8.0 y 9.0) para la determinación de la “acidez cabonácea”.
¿Cuales son los valores permitidos para el agua potable según la legislacionColombiana?
Alcalinidad Total: Valor máximo de 300 (mg/l). La acidez debe estar entre 6.5 y 8.5 pH.
4. CLORUROS
¿Como se lleva cabo su determinación?
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El ion cloruro se encuentra con frecuencia en las aguas naturales y residuales, en concentraciones que varían desde unos pocos ppm hasta varios gramos por litro. Este ion ingresa al agua en forma natural mediante el lavado que las aguas lluvias realizan sobre el suelo; sin embargo como quiera que la superficie de contacto entre el agua y los materiales del suelo es relativamente baja en las aguas superficiales, la concentración de cloruros en estos cuerpos de agua tiende a ser relativamente baja, salvo que estas hayan sido afectadas por eventos antrópicos.
Los métodos de análisis más frecuentes en los laboratorios de calidad de aguas, son el método de medición por electrodo específico, el método de titulación con nitrato mercúrico y el método de titulación con nitrato de plata.
¿Cuales son los valores permitidos para el agua potable según la legislación Colombiana y su importancia en el diseño y operación de acueductos?
La concentración máxima permisible para aguas de consumo humano es de 250 mg/l. No obstante este valor debe tomarse con precaución ya que existen muchas regiones del país (Guajira, Córdoba, San Andrés) en donde la única fuente hídrica disponible puede poseer concentraciones de ion cloruro que superan ampliamente dicho límite.
5. DESINFECCION
¿En el proceso de potabilización del agua que sustancias se utilizan en la etapa de desinfección?
El cloro posee una eficacia documentada en el tiempo para desinfectar el agua contaminada. La mayor parte de los países desarrollados utilizan este sistema para la desinfección y potabilización del agua. El yodo, al igual que el cloro, también es capaz de desinfectar de manera fiable y regular las aguas contaminadas. Su eficacia ya ha sido demostrada y documentada en muchas ocasiones.
Dependiendo del uso del agua también se utiliza otros elementos químicos en la desinfección. Por ejemplo el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), es utilizado en acuarios para combatir la presencia de determinadas bacterias en el agua.
El ozono es una sustancia con un gran poder oxidante que también puede utilizarse en la desinfección del agua. Se trata de un gas muy volátil que únicamente permanece unos pocos minutos en el agua, pero que es suficiente para realizar su función. De hecho el
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ozono es considerado uno de los desinfectantes bactericidas más eficaces. El ozono es varias miles de veces más rápido que el cloro en su acción bactericida.
¿Que es el cloro residual y cuales son los valores permitidos según la legislación colombiana y su importancia en el diseño y operación de acueductos?
El cloro residual es la cantidad de cloro que queda en el agua potable previo a su consumo. Generalmente esta combinación queda en el agua potable dándole propiedades salubres para el ser humano pero también considerando que en exceso es desagradable. Los valores permitidos deben ser menores a 2 mg/l, además es importante mantener este límite porque en concentraciones más altas puede causar daños en la salud.
6. INTERCAMBIO IONICO
¿En qué consiste la operación de intercambio de iones?
En el contexto de purificación, intercambio de iones es un proceso rápido y reversible en el cual los iones impuros presentes en el agua son remplazados por iones que despiden una resina de intercambio de iones. Los iones impuros son tomados por la resina que debe ser regenerada periódicamente para restaurarla a su forma iónica original. (Un ion es un átomo o grupo de átomos con una carga eléctrica.
Hay 2 tipos básicos de resinas - intercambio de cationes e intercambio de aniones. Resinas del intercambio de cationes emiten iones Hidrógeno (H+) u otros iones como intercambio por cationes impuros presentes en el agua. Resina de intercambio de Aniones despedirá iones de hydroxil (OH) u otros iones de cargas negativas en intercambio por los iones impuros que están presentes en el agua.
Que es agua des-ionizada, agua suavizada y como se obtienen?
El agua desionizada o desmineralizada es aquella a la cual se le han quitado los cationes, como los de sodio, calcio, hierro, cobre y otros, y aniones como el carbonato, fluoruro, cloruro, etc. mediante un proceso de intercambio iónico. Esto significa que al agua se le han quitado todos los iones excepto el H+, o H3O+ y el OH-, pero puede contener pequeñas cantidades de impurezas no iónicas como compuestos orgánicos. El agua desionizada es bastante agresiva con los metales, incluso con el acero inoxidable, por lo tanto debe utilizarse plástico o vidrio para su almacenaje y manejo.
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El agua suavizada es un producto libre de dureza de calcio o de magnesio, mediante procesos de filtrado y de resinas para así, darle la liberta de trabajaren sistemas de enfriamiento, evitar incrustaciones y deterioro de materiales en proceso, ayuda a reducir la acumulación de cal.
Se usa para eliminar la producción de “capa de suciedad” formada como resultado de la reacción entre los iones de calcio y magnesio con ácidos de grasa encontrado en jabones en la industria textil, máquinas de lavar, etc.
El proceso de suavizado consiste en agua que pasa conteniendo iones de dureza, mayormente calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) a través de una columna conteniendo una resina de intercambio ácido de cation en forma de sodio (Na+) (por ejemplo, los cationes intercambiables son sodio). Los iones de calcio y magnesio son intercambiados por un número equivalente de iones de sodio. La resina, una vez agotada, (por ejemplo, todos los iones de sodio disponible han sido intercambiados) deben ser recargados. Esto significa que hay que pasar una solución que contiene una alta concentración de sales de sodio tales como brine cloruro de sodio a través de la resina de intercambio- un proceso conocido como regeneración.
¿En el tratamiento de aguas residuales para que sirve el intercambio iónico?
Sirve para la remoción de minerales inorgánicos, tratamiento y purificación del agua.
7. PROCESO BIOLOGICO AEROBIO Y PROCESO ANAEROBIO
¿Cuáles son las variables en un proceso aerobio y en un proceso anaerobio?
AEROBIO: Microrganismos, oxigeno, características del sustrato, temperatura, salinidad, tóxicos o inhibidores, solidos en suspensión.
ANAEROBIO: Microrganismos anaerobios, sustancias orgánicas,tiempo de retención, ph temperatura.
¿Cuáles son los productos finales en un proceso aerobio y en un proceso anaerobio?
Como producto se forma biogás, compuesto principalmente de metano (60%) y dióxido de carbono (35%). El biogás se puede aprovechar como fuente de energía. Los procesos de la degradación anaerobia constan, de cuatro fases. Los procesos metabólicos que
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tienen lugar en cada fase son realizadas por distintos microrganismos.También se forma materia celular, que puede separarse fácilmente por sedimentación.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de cada proceso?
El proceso aerobio permite una remoción de hasta un 90% de la carga orgánica tiene algunas desventajas: En primer lugar requiere de instalaciones costosas y la instalación de equipos electromecánicos que consumen un alto costo energético. Por otra parte produce un mayor volumen de lodos que requieren de un tratamiento posterior por medio de reactores anaeróbicos y/o su disposición en rellenos sanitarios bien instalados.
Tratamiento anaerobio
Ventajas ¯ Cargas orgánicas aplicables muy altas.¯ Se produce energía, en lugar de consumirse.¯ Baja producción de lodos.¯ Requiere poco espacio.¯ Requiere poco equipo mecánico.¯ Más barata que el tratamiento aeróbico.¯ Aplicable a escala muy pequeña o muy grande.¯ Baja emisión de olores, aerosoles y patógenos.
Desventajas
¯ Menor eficiencia.¯ Primer arrancado lento.¯ Mayor sensibilidad a compuestos tóxicos.¯ Producción de H2S.
8. DBO Y DBQ
¿Cuál es el significado de la DBO y la DQO?
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Se define la D. B. O. como el parámetro utilizado para caracterizar la calidad de un agua, que mide la cantidad de oxígeno necesaria para la degradación biológica de las materias orgánicas que contiene. Es un indicador del grado de contaminación orgánica del agua.
Se define la D. Q. O. como el parámetro utilizado para caracterizar la contaminación orgánica del agua que se mide a partir de la cantidad de oxígeno disuelto necesario para la degradación química de los contaminantes orgánicos que contiene
¿Cuál es la importancia en el tratamiento de aguas residuales?
D.B.O: Se utiliza como parámetro para controlar la potabilización del agua, ya que en el tratamiento primario de potabilización del agua existe una fase llamada sedimentación, en la que se depositan los materiales orgánicos y se retiran para su eliminación. Este depósito se conoce como fosa séptica, en la que sedimentan los sólidos y asciende la materia flotante, mientras que el agua fluye hacia zanjas subterráneas, donde se oxida aeróbicamente. Con este proceso se reducen los sólidos en suspensión y la D. B. O.5 entre un 20 y un 40%.
En el tratamiento secundario de las aguas residuales se utiliza un proceso denominado filtro de goteo, en el que la materia orgánica es absorbida por una película microbiana y transformada en sedimentos, lo que reduce cerca de un 85% la D. B. O.Al método anterior le sigue el tratamiento aeróbico de fangos activados, en el que las partículas de lodo absorben la materia orgánica y la convierten en productos aeróbicos. Se disminuye así la D. B. O. entre un 60 y un 85%.El proceso correlativo, es un estanque de estabilización o laguna cuya función es oxidar la materia orgánica disuelta y coloidal, restringiéndose de un 75 a un 80% la D. B. O.Para llegar a rebajar este parámetro en un 99% se utiliza el tratamiento avanzado, que consiste en pasos adicionales al tratamiento terciario para mejorar la calidad del efluente eliminando los componentes recalcitrantes.
DQO: Principalmente se utiliza este parámetro para comprobar la carga orgánica de las aguas residuales que, o no son biodegradables, o contienen componentes que inhiben la actividad de los microrganismos que degradan la materia orgánica.En el tratamiento primario de aguas residuales existe una fase llamada decantación en la que se elimina la materia coloidal, ya que el 80% de la D. Q. O. son coloides. Son partículas muy pequeñas que tienen carga superficial no nula, normalmente en aguas residuales es negativa. Para eliminarlas hay que neutralizar dicha carga (proceso llamado coagulación), para lo que se utilizan sales de hierro y aluminio. Al ser de pequeño tamaño, la velocidad de sedimentación es baja y para incrementarla se utiliza la floculación que consiste en añadir poli electrolitos (plásticos solubles en agua) que enlazan los coloides.
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En el tratamiento de aguas residuales industriales se aplica un proceso llamado adsorción, mediante el que se eliminan algunas sustancias colorantes del agua. Utilizando tratamientos directos de columnas de adsorción se elimina la D. Q. O.
¿Cuáles son los valores permitidos por la legislación colombiana?
Para el tratamiento del agua residual es interesante la relación entre DBO5 y DQO:
> 0,5 - agua biodegradable0,2-0,5 - agua que requiere lechos bacterianos más eficientes y activos.< 0,2 agua no biodegradable (tratamientos químicos).
9. REMOCION DE COLOR
¿Cómo se define el color en el agua potable y agua residual?
Usualmente cuando se examina el agua, las primeras propiedades que se suelen considerar son las siguientes: color, sabor y olor.
Considerando la primera de ellas, el color: El agua de uso doméstico e industrial tiene como parámetro de aceptación la de ser incolora, pero en la actualidad, gran cantidad del agua disponible se encuentra colorida y se tiene el problema de que no puede ser utilizada hasta que no se le trata removiendo dicha coloración. Las aguas superficiales pueden estar coloridas debido a la presencia de iones metálicos naturales (hierro y manganeso), humus, materia orgánica y contaminantes domésticos e industriales como en el caso de las industrias de papel, curtido y textil; esta ultima causa coloración por medio de los desechos de teñido los cuales imparten colores en una amplia variedad y son fácilmente reconocidos y rastreados.
En algunos casos, especialmente aguas residuales industriales muy coloreadas el color se debe a materias coloidales o en suspensión, en estos casos deben determinarse el color aparente y color real; en determinadas circunstancias (muestras muy coloreadas) puede ser necesario diluirlas.
¿Cómo se lleva a cabo la remoción de color?
El color puede removerse mediante procesos de coagulación-floculación-sedimentación filtración teniendo en cuenta que los procesos de remoción de color son distintos que los de remoción de turbiedad. Para mediciones en campo, generalmente se opta por un “kit
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de color”. La mayoría de estos kits constan de una escala de color plastificada que va desde 0 hasta 150 unidades de Pt/Co o unidades Hazen, y de un par de celdas para la comparación. El procedimiento consiste en llenar ambas celdas hasta una misma altura, una con la muestra y otra con agua destilada, y en desplazar las celdas paralelamente sobre la escala de color, hasta cuando la coloración de ambas celdas, vistas desde arriba, presente una misma coloración.Cuando se mide el color mediante un fotómetro, el procedimiento es aun más simple ya que la mayoría de los fotómetros vienen equipados con una serie de “Curvas de Calibración” que facilitan la mayoría de los casos, el procedimiento se reduce simplemente a la colocación en el equipo, de una celda fotométrica que contiene un blanco de agua destilada y de otra celda que contiene la muestra.
¿En qué consiste el proceso de remoción de color con absorbentes?
FISIOSORCION: Las moléculas del liquido son absorbidas en el sólido a través de fuerzas débiles de van del Waals, resultando en una adsorción de multicamadas. Dado que estas fuerzas son omnipresentes, resulta que rápidamente cualquier superficie limpia expuesta al ambiente acumula una capa de material fis sorbidos.
QUIMIOSORCION: Ocurre cuando hay una reacción química entre el adsorbato y el adsorbente. La quimiosorcion ocurre cuando un enlace químico, definido en este caso como un intercambio de electrones, se forma. El grado de intercambio y lo simétrico que sea dependen de los materiales involucrados. A menudo hay un paralelismo con las situaciones encontradas en química de coordinación.