ENSAYO DE JARRAS, DETERMINACION DE LA CONDUCTIVIDAD, TEMPERATURA Y pH EN AGUA DEL RIO CAUCA. Samboni Johana -
[email protected] Cuetocue Marlon –
[email protected] Cifuentes
[email protected] Laboratorio de Química Ambiental, Programa de Química Facultad de ciencias Naturales, Exactas y de la Educación Universidad del Cauca Grupo No. 1
. RESUMEN
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El conocimiento y destreza para realizar el ensayo son fundamentales para determinar la dosis óptima de coagulante para aplicar al agua. Es por eso que para la muestra, agua del rio molino tomada en el barrio Bolívar de la ciudad de Popayán, se realizan pruebas fisicoquímicas para así determinar la dosis óptima de coagulante que se debe aplicar para llevar acabo la floculación. Se determinó el pH, turbiedad, conductividad, temperatura, y se obtiene que la dosis óptima para la muestra es de 10 ppm, ya que una vez terminada la floculación es a la concentración que menor valor de turbiedad presenta. 2.
INTRODUCCIÓN
Los procesos de purificación de agua involucran el retiro de la materia coloidal, lo cual es indispensable en los procesos de potabilización. Sin embargo también es aplicable al tratamiento de las aguas residuales con relación a: 1) la remoción de partículas suspendidas y coloidales seguida de sedimentación y 2) el tratamiento de aguas residuales industriales que ofrecen pobre o nula respuesta a los procesos biológicos. Para lograr la remoción de las partículas coloidales es necesario desestabilizar el medio acuoso mediante la adición de coagulantes: productos químicos con carga eléctrica contraria (coagulación), y propiciar el mezclado controlado para lograr aglutinar partículas coloidales (floculación), para que finalmente dichas partículas aglutinadas (flóculos), se encuentren bajo el efecto de la gravedad (sedimentación) En condiciones naturales, la presencia de las partículas coloidales causa turbidez, color, olor, sabor y sólidos. Esto es propiciado por la presencia de las partículas coloidales de composición inorgánica mayoritariamente arcillas, también se puede encontrar coloides orgánicos resultados de residuos de plantas y de animales. Con la finalidad de obtener la adecuada calidad del agua para potabilización y para los procesos industriales es necesario realizar los suficientes estudios de tratabilidad que pueden realizarse mediante la llamada "Prueba de Jarras"[1]. La importancia de la “Prueba de Jarra” radica en que a través de esta prueba se trata de simular las condiciones en que se realizan el proceso de coagulación y de sedimentación. Se constituye en la principal herramienta de trabajo para el control de la operación de las plantas de tratamientos de aguas. De acuerdo con los resultados de este ensayo se deben dosificar los miligramos por litro (mg/l), que dará una máxima calidad de agua con el mínimo consumo de coagulantes.
Determina la dosis de coagulantes que se debe aplicar a nivel micro para luego ser llevado a nivel macro en la planta de tratamiento.
3. METODOLOGÍA Se efectúo un muestreo compuesto de agua del río Molino, tomando en distintas profundidades y guardándola en un recipiente plástico de aproximadamente 15 L. La muestra es tomada momento antes del análisis, ya que los análisis deben realizarse inmediatamente a la toma de la muestra. Una vez lavado todo el material a emplear, se calibran los diferentes equipos para las mediciones de Turbiedad pH, Conductividad y temperatura. Según el valor del parámetro de turbiedad (UTN) se observa la tabla que me indica un intervalo de posibles dosis adecuadas, así que se deben adicionar volúmenes de coagulante a los vasos de precipitados para obtener soluciones entre 5 y 30 ppm de coagulante (sulfato de aluminio).
Tabla 1. Dosis aproximada de alumbre para diferentes turbiedades Turbiedad (UTN) DOSIS (mg/L) 0 - 20 30 - 60 80 100 150 200 300 400 500
10 10 - 15 12 - 17 14 - 20 17 - 25 20 - 35 25 - 45 25 - 50 25 - 60
En diferentes vasos de precipitados se adicionan 800 mL de agua, y se realiza el montaje como se observa en la figura 1. Se adicionan volúmenes de la solución de sulfato de aluminio y se hace para la mezcla rápida a 200 rpm. Se deja por 15 minutos y se deja sedimentar, se mide nuevamente la turbiedad, por último se mide la turbidez del agua potable y destilada para hacer una comparación con la muestra de rio ya sedimentada.
5 ppm
10 ppm
15 ppm
20 ppm
25 ppm
30 ppm
Figura 1. Montaje para realizar la prueba de jarras 4. RESULTADOS Se realizaron diferentes pruebas fisicoquímicas para determinar la dosis optima de coagulante para una muestra de rio (Rio molino), los resultados se presentan en la siguiente tabla.
Tabla 2. Resultados experimentales para las diferentes pruebas, para la muestra de rio. Prueba
Resultado
Turbidez pH Conductividad Temperatura
32.40 UTN 6.84 347.33 a 20.5°C 23°C
Una vez terminado el proceso de sedimentación es necesario medir la turbidez a las jarras ya con los flocs formados, de acuerdo a la Tabla 1 la dosis aproximada de alumbre para una turbidez de 30-60 UTN es de 10 – 15 ppm, por lo cual se escogen valores menores y mayores a estos en conjunto con estos para realizar el ensayo, en la que hubo mayor presencia de flocs fue en las de 10 y 15 ppm como era de esperarse, a simple vista no es posible determinar cuál de las concentraciones es la de mejor floculación así que se toma la de 10 y 15 ppm y se mide su turbidez, (ver figura 2 y 3) de igual manera se mide al agua de grifo y al agua destilada, los resultados se presentan en la tabla 3.
Tabla 3. Resultados experimentales para la medida de turbidez para diferentes muestras de agua. Resultado Prueba Turbidez
Agua de rio con los flocs formados 10 ppm 15 ppm 6.97 UTN 10.77 UTN
Agua de grifo
Agua destilada
0.49 UTN
0.29 UTN
Figura 2. Muestras con mayor presencia de floc. 10 ppm
15 ppm
Figura 3. Muestras después de la floculación. 5
. ANÁLISIS DE RESULTADOS
La prueba de jarras es un procedimiento que se utiliza comúnmente en los laboratorios. Este método determina las condiciones de operación óptimas generalmente para el tratamiento de aguas. La prueba de jarras permite ajustar el pH, hacer variaciones en las dosis de las diferentes sustancias químicas que se añaden a las muestras, alternar velocidades de mezclado y recrear una pequeña escala lo que se podría ver en un equipo de tamaño industrial.
Para la realización de esta prueba, se debe tener en cuenta la turbidez que presenta el agua, en nuestro caso la muestra de agua del Rio Molino tuvo una turbidez de 32,40 UTN, por lo cual la dosis aproximada de alumbre para un rango de turbidez de 30 a 60 UTN es de 10 a 15 ppm, para lo cual se procedió a realizar dichas dosis de coagulante, para esto se tomó valores por debajo a esta dosis y por encima a esta dosis, los valores de concentración que se utilizaron fueron de 5, 10, 15, 20,25 y 30 ppm, después del ensayo de jarras se pudo observar que la mayor cantidad
de floc se observaba en las concentraciones de 10 y 15 ppm, lo que era de esperarse según la Tabla 1, encontrándose en estos puntos la dosis optima de coagulante. A estas concentraciones se les midió la turbidez y para la que se encontró una mínima turbidez fue a la de 10 ppm con una turbidez de 6.97 UTN. La turbidez es una medida de la dispersión de la luz por el agua como consecuencia de la presencia en la misma de materiales suspendidos coloidales y/o particulados. La presencia de materia suspendida en el agua puede indicar un cambio en su calidad (por ejemplo, contaminación por microorganismos) y/o la presencia de sustancias inorgánicas finamente divididas (arena, fango, arcilla) o de materiales orgánicos. La turbidez es un factor ambiental importante en las aguas naturales, y afecta al ecosistema ya que la actividad fotosintética depende en gran medida de la penetración de la luz. Las aguas turbias tienen, por supuesto, una actividad fotosintética más débil, lo que afecta a la producción de fitoplancton y también a la dinámica del sistema. La turbidez constituye un obstáculo para la eficacia de los tratamientos de desinfección, y las partículas en suspensión pueden ocasionar gustos y olores desagradables por lo que el agua de consumo debe estar exenta de las mismas. Por otra parte, la transparencia del agua es especialmente importante en el caso de aguas potables y también en el caso de industrias que producen materiales destinados al consumo humano, tales como las de alimentación, fabricación de bebidas entre otras. []http://www.upct.es/~minaeees/analisis_aguas.pdf (Consultado 29/05/2016) En comparación con la muestra de agua del Rio Molino se midio también, la turbidez del agua de grifo (potable) y del agua destilada, obteniéndose una turbidez de 0,49 y 0,29 UTN respectivamente, observando de esta manera que dichas aguas son muy puras, con respecto a la turbidez. La determinación de la conductividad eléctrica es la forma más rápida y conveniente de estimar la concentración de electrolitos en aguas que contienen sales minerales como aguas destinadas para suministro público y otras fuentes. La conductividad eléctrica del agua es la medida de la capacidad de una solución para conducir la corriente eléctrica, dicha capacidad depende de la presencia de iones; de su concentración, movilidad y de la temperatura ambiental. Las soluciones de la mayoría de compuestos inorgánicos como aniones de cloruro, nitratos, fosfatos y sulfatos son relativamente buenos conductores. Como la corriente eléctrica es transportada por iones en solución, el aumento en la concentración de iones provoca un aumento en la conductividad. Por lo tanto el valor de la medida de la conductividad eléctrica es usado como un parámetro sustituido de la concentración de solidos disueltos totales. [].http://www.lenntech.es/aplicaciones/ultrapura/conductividad/conductividad-agua.htm (Consultado 28/05/2016) En nuestro la conductividad que tuvo la muestra de Rio fue de 347.33 µs/cm con lo cual podemos darnos cuenta de que tiene una gran cantidad de solidos disueltos, lo cual es congruente debido a que al ser una muestra de rio no es potabilizada, y tampoco apta para el consumo humano. La temperatura del agua es un parámetro muy importante porque afecta directamente las reacciones químicas y las velocidades de reacción, la vida acuática y la adecuación del agua para fines benéficos. Un incremento en la temperatura puede afectar la habilidad para retener
oxígeno y la habilidad para resistir ciertos tipos de contaminantes, así como también causar daños en la vida acuática. []http://water.usgs.gov/gotita/characteristics.html Su valor viene determinado por la cantidad de energía solar absorbida por la masa del agua y por el suelo y aire que la rodean, así como por la evaporación de la superficie. Valores altos de temperatura se producen a causa de un mayor calentamiento solar, pero también pueden ser causados por actividades humanas que utilicen agua y la regresen más caliente al lecho fluvial. La temperatura juega un papel muy importante en el equilibrio biológico y en la solubilidad del oxígeno y sales minerales. []http://www.iesvillegas.com/globe/analisis_fq.pdf cabe recalcar que las altas temperaturas aceleran el metabolismo de las bacterias descomponedoras, hongos, protozoos, algas, etc.., que proliferan en el agua y sobre todo en los sedimentos. Estos microorganismos obtienen energía y nutrientes oxidando la materia orgánica, esto produce un fuerte incremento en el consumo de oxigeno por parte de estos organismos, que poseen ciclos generacionales muy rápidos. Si las altas temperaturas superan los 35°C y el contenido de materia orgánica es elevado, como ocurre en masas de agua, en las que se producen vertidos de aguas residuales, todo el oxígeno del agua puede ser consumido, dando lugar a un estado de anoxia en el medio acuático, con un resultado fatal para los peces y los ecosistemas acuáticos. []file:///D:/112-336-1-PB.pdf La temperatura para la muestra de agua analizada del Rio Molino fue de 23°C, la cual era congruente a la temperatura ambiente. El pH es una medida que indica la acidez del agua. Un pH menor a 7 indica acidez, mientras que un pH mayor a 7 indica un rango básico. Por definición el pH es en realidad una medición de la cantidad relativa de iones hidrogeno e hidróxido en el agua. Agua que contenga más iones de hidrogeno (H+) tiene una acidez mayor, mientras que agua que contiene más iones de hidróxido indica un rango básico (OH-). Ya que el pH puede afectarse por componentes químicos en el agua, el pH es un indicador importante de que el agua está cambiando químicamente. El agua con un pH de 5, es diez veces más ácida que el agua que tiene un pH de seis. La contaminación puede cambiar el pH del agua, lo que a su vez puede dañar la vida animal y vegetal que existe en el agua. Por ejemplo, el agua que sale de una mina de carbón abandonada puede tener un pH de 2, que representa un nivel alto de acidez, y obviamente dañará a los peces []http://water.usgs.gov/gotita/characteristics.html La medida del pH tiene amplia aplicación en el campo de las aguas naturales y residuales. Es una propiedad básica e importante que afecta a muchas reacciones químicas y biológicas. Valores extremos de pH pueden originar la muerte de peces, drásticas alteraciones en la flora y fauna, reacciones secundarias dañinas (por ejemplo, cambios en la solubilidad de los nutrientes, formación de precipitados, etc...) El pH es un factor muy importante en los sistemas químicos y biológicos de las aguas naturales. El valor del pH compatible con la vida piscícola está comprendido entre 5 y 9. Sin embargo, para la mayoría de las especies acuáticas, la zona de pH favorable se sitúa entre 6.0 y
7.2, Fuera de este rango no es posible la vida como consecuencia de la desnaturalización de las proteínas. La alcalinidad es la suma total de los componentes en el agua que tienden a elevar el pH del agua por encima de un cierto valor (bases fuertes y sales de bases fuertes y ácidos débiles), y, lógicamente, la acidez corresponde a la suma de componentes que implican un descenso de pH (dióxido de carbono, ácidos minerales, ácidos poco disociados, sales de ácidos fuertes y bases débiles). Ambos, alcalinidad y acidez, controlan la capacidad de tamponamiento del agua, es decir, su capacidad para neutralizar variaciones de pH provocadas por la adición de ácidos o bases. El principal sistema regulador del pH en aguas naturales es el sistema carbonato (dióxido de carbono, ion bicarbonato y ácido carbónico). []http://www.upct.es/~minaeees/analisis_aguas.pdf El pH para la muestra de agua del Rio Molino fue de 6.84, con lo cual podemos observar que está en un rango en el que hay posibilidad de vida acuática, se encuentra en un pH acido, con lo cual podemos observar que no es un agua óptima para consumo humano como era de esperarse al ser un agua no tratada.
6. CONCLUSIONES
7. BIBLIOGRAFÍA
[1] https://www.clubensayos.com/Ciencia/Informe-De-Prueba-De-Jarras/1882821.html
