U.M.S.A. Universidad Mayor De San Andrés

Autor:

Univ. Javier Mendoza Callata

Docente:

Lic. Graciela Espinoza

Viernes 22 de Marzo del 2013

U.M.S.A. [ Química Aplicada A La Ingeniería

Sanitaria ]

CIV - 356

PREGUNTAS

1.- Definir: Aspecto, olor, color, temperatura, conductividad y turbiedad.

2.- En las muestras que usted analizo en laboratorio, describa para cada una su; aspecto, olor,

color, temperatura, conductividad y turbiedad. Reporte los resultados de los análisis, compare

con normas y emita sus comentarios.

3.- Indique los factores que se deben controlar en la remoción de color y turbiedad al mismo

tiempo.

4.- Definir el significado de coagulante y floculante. Describa 3 tipos coagulantes y floculantes

se utilizan en la remoción del color.

5.- Nombre 5 tipos de coagulantes y su correspondiente composición.

6.-

a) ¿Que importancia tienen las mendiciones de turbiedad y conductividad en aguas no tratadas

y tratadas?

b) ¿Que significado tienen los valores altos de turbiedad que este presenta en la desodorizacion

y decoloración de aguas?

7.-

a) ¿Cómo se obtiene el carbón activado?

b) ¿Que es el carbón activado y cuales son las ventajas que este presenta en la desodorizacion y

decoloración de aguas?

8.- Explilcar la determinación del color por el método del platino-cobalto.

9.- ¿Que efectos técnicos y económicos causan en las operaciones de filtración rápida y lenta de

aguas de elevada turbiedad?

10.- Plantee en un esquema los procesos del tratamiento de agua potable AP.

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DESARROLO

1.- Definir: Aspecto, olor, color, temperatura, conductividad y turbiedad.

Olor

Es debido a cloro, fenoles, ácido sulfhídrico, etc. La percepción del olor no constituye una medida, sino

una apreciación, y ésta tiene, por lo tanto, un carácter subjetivo. El olor raramente es indicativo de la

presencia de sustancias peligrosas en el agua, pero sí puede indicar la existencia de una elevada

actividad biológica. Por ello, en el caso de aguas potable, no debería apreciarse olor alguno, no sólo en

el momento de tomar la muestra sino a posteriori (10 días en recipiente cerrado y a 20ºC).

Color

Es el resultado de la presencia de materiales de origen vegetal tales como ácidos húmicos, turba,

plancton, y de ciertos metales como hierro, manganeso, cobre y cromo, disueltos o en suspensión.

Constituye un aspecto importante en términos de consideraciones estéticas. Los efectos del color en la

vida acuática se centran principalmente en aquellos derivados de la disminución de la transparencia,

es decir que, además de entorpecer la visión de los peces, provoca un efecto barrera a la luz solar,

traducido en la reducción de los procesos fotosintéticos en el fitoplancton así como una restricción de

la zona de crecimiento de las plantas acuáticas.

Temperatura

La temperatura de las aguas residuales y de masas de agua receptora es importante a causa de sus

efectos sobre la solubilidad del oxígeno y, en consecuencia, sobre las velocidades en el metabolismo,

difusión y reacciones químicas y bioquímicas. El empleo de agua para refrigeración (por ejemplo en las

centrales nucleares) conlleva un efecto de calentamiento sobre el medio receptor que se denomina

“contaminación térmica”. Su alteración suele deberse a su utilización industrial en procesos de

intercambio de calor (refrigeración). Influye en la solubilidad de los gases y las sales. Temperaturas

elevadas implican aceleración de la putrefacción, con lo que aumenta la DBO y disminuye el oxígeno.

Conductividad

La conductividad eléctrica de una solución es una medida de la capacidad de la misma para transportar

la corriente eléctrica y permite conocer la concentración de especies iónicas presentes en el agua.

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Como la contribución de cada especie iónica a la conductividad es diferente, su medida da un valor que

no está relacionado de manera sencilla con el número total de iones en solución. Depende también de

la temperatura. Está relacionada con el residuo fijo por la expresión conductividad (μS/cm) x f =

residuo fijo (mg/L) El valor de f varía entre 0.55 y 0.9.

Turbiedad

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 del agua interfiere con usos recreativos y

el aspecto estético del agua. 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, etc.

2.- En las muestras que usted analizo en laboratorio, describa para cada una su; aspecto, olor,

color, temperatura, conductividad y turbiedad. Reporte los resultados de los análisis, compare

con normas y emita sus comentarios.

3.- Indique los factores que se deben controlar en la remoción de color y turbiedad al mismo

tiempo.

4.- Definir el significado de coagulante y floculante. Describa 3 tipos coagulantes y floculantes

se utilizan en la remoción del color.

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Las aguas potables o residuales, en distintas cantidades, contienen material suspendido, sólidos que

pueden sedimentar en reposo, ó sólidos dispersados que no sedimentan con facilidad. Una parte

considerable de estos sólidos que no sedimentan pueden ser coloides. En los coloides, cada partícula se

encuentra estabilizada por una serie de cargas de igual signo sobre su superficie, haciendo que se

repelan dos partículas vecinas como se repelen dos polos magnéticos. Puesto que esto impide el

choque de las partículas y que formen así masas mayores, llamadas flóculos, las partículas no

sedimentan. Las operaciones de coagulación y floculación desestabilizan los coloides y consiguen su

sedimentación. Esto se logra por lo general con la adición de agentes químicos y aplicando energía de

mezclado.

Los términos Coagulación y Floculación se utilizan ambos indistintamente en colación con la formación

de agregados. Sin embargo, conviene señalar las diferencias conceptuales entre estas dos operaciones.

La confusión proviene del hecho de que frecuentemente ambas operaciones se producen de manera

simultánea. Para aclarar ideas definiremos Coagulación como la desestabilización de la suspensión

coloidal, mientras que la Floculación se limita a los fenómenos de transporte de las partículas

coaguladas para provocar colisiones entre ellas promoviendo su aglomeración. Por tanto:

Coagulación: Desestabilización de un coloide producida por la eliminación de las dobles capas

eléctricas que rodean a todas las partículas coloidales, con la formación de núcleos microscópicos.

Floculación: Aglomeración de partículas desestabilizadas primero en microflóculos, y más tarde en

aglomerados voluminosos llamados flóculos.

En la Figura 1 se muestra como los coagulantes cancelan las cargas eléctricas sobre la superficie del

coloide permitiendo la aglomeración y la formación de flóculos. Estos flóculos inicialmente son

pequeños, pero se juntan y forman aglomerados mayores capaces de sedimentar. Para favorecer la

formación de aglomerados de mayor tamaño se adicionan un grupo de productos denominados

floculantes. Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan y generan

una fuerza de repulsión, cuyo potencial de repulsión está en función de la distancia que los separa y

cae rápidamente con el incremento de iones de carga opuesta al de las partículas. Esto se consigue sólo

con los iones del coagulante (Figura 2). Existe por otro lado, un potencial de atracción Ea entre las

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partículas llamadas fuerzas de Van der Waals, que dependen de los átomos que constituyen las

partículas y de la densidad de estos últimos. Si la distancia que separa a las partículas es superior a “L”

las partículas no se atraen. E es la energía que las mantiene separadas.

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Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y orgánico de síntesis.

a) Floculantes Minerales.- Se encuentra la sílice activada, que es el primer floculante empleado, que

debe ser preparado antes de emplear, su preparación es tan delicada y presenta el riesgo de la

gelatinización; produce la neutralización parcial de la alcalinidad de silicato de sodio en solución. (caso

Atarjea en los años 70 – 80, se utilizó en el tratamiento de agua).

b) Floculantes Orgánicos Naturales.- Son polímeros naturales extraídos de sustancias animales o

vegetaless, cuya estructura polimérica son:

- Los ácidos manuránicos y.

- Los ácidos glucónico.

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c) Floculantes Orgánicos de Síntesis.- Son los más utilizados y son macromoléculas de una gran cadena,

obtenidos por asociación de monómeros sintéticos con masa molecular elevada de 106 a 107 gr./mol,

estos se clasifican de acuerdo a la ionicidad de los polímeros:

- Aniónicos (generalmente copolímeros de la acrilamida y del ácido acrílico).

- Neutros o no ionicos (poliacrilamidas).

- Catiónicos (copolímero de acrilamidas + un monómero catiónico).

5.- Nombre 5 tipos de coagulantes y su correspondiente composición.

a) Sulfato de Aluminio Solución al 10% (solución madre)

Se obtiene a partir de la muestra de Sulfato de Aluminio que se encuentra almacenado en los tanques;

para la preparación se tiene en cuenta la densidad del Sulfato de Aluminio que es = 1.32 gr./c.c. . Se

toma 76 ml. de la muestra de Sulfato de aluminio y se coloca en una fiola de 1,000 ml. Y se procede a

enrasar con agua Filtrada. Esta solución tiene una duración de 15 días; después del cual se desecha y

se prepara otra nueva solución con el mismo procedimiento. Esta solución debe ser conservado en un

recipiente de color oscuro y debe tener una etiqueta en el que se indiquen: la concentración; fecha de

preparación y fecha de vencimiento.

b) Sulfato de Aluminio Solución al 1%

Esta solución se obtendrá tomando una alicuota de 10 ml. de la solución Madre de sulfato de aluminio

solución al 10 %, se coloca en una fiola de 100ml. luego se enrasa con agua filtrada, se agita y se deja

reposar unos 5 minutos antes de utilizarla. Esta solución se prepara diariamente, la que es utilizada en

las pruebas de jarra; la solución residual se desecha.

c) Sulfato de Aluminio Granular al 10 % (solución madre)

Se obtiene a partir de una muestra de Sulfato de Aluminio Granular que se encuentra en los almacenes

de las Plantas; se pesa 10gr. De muestra de Sulfato de Aluminio granular, en una balanza analítica

debidamente calibrada. Se coloca en un recipiente y se procede a disolver con agua filtrada agitando

vigorosamente; se coloca en una fiola de 100ml. y se enrasa con agua Filtrada. Esta solución tiene una

duración de 15 días después del cuál es desechado.

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d) Sulfato de Aluminio Granular al 1%

La Solución se obtendrá tomando una alicuota de 10ml. de la Solución Madre de Sulfato de Aluminio

Granular al 10% y se coloca en una fiola de 100ml. luego se enrasa con agua filtrada, se agita y se deja

reposar unos 5 minutos antes de utilizarla. Esta solución se preparará diariamente luego se desecha.

e) Cloruro Férrico 10 % (solución madre)

Se obtiene a partir de la muestra de Cloruro Férrico que se deposita en los tanques de almacenamiento

de las plantas. Para la preparación se tendrá en cuenta la densidad del Cloruro Férrico que es =1.43

gr./cc. Se toma 70ml. de la muestra de Cloruro Férrico y se coloca en una fiola de 1,000. Y se procede a

enrasar con agua Filtrada. Esta Solución tendrá una duración de 15 días a los cuales se desecha y se

prepara otra con el mismo procedimiento.

f) Cloruro Férrico 1%

La solución se obtendrá tomando una alicuota de 10 ml. de la Solución Madre de Cloruro Férrico al

10%; se coloca en una fiola de 100ml., luego se enrasa con agua filtrada, se agita y se deja reposar unos

5 minutos antes de utilizarla. Esta solución se prepara diariamente, que luego de ser utilizada se

desecha.

g) Solución de Polímero Catiónico al 0.1%

La muestra se obtiene a partir de la muestra de Polímero Catiónico que se extrae de los cilindros

almacenados en las Plantas. Se pesa en la Balanza Analítica 0.5 gr. De la muestra de Polímero y se

coloca en un vaso con agua y se va agitando hasta obtener una solución uniforme; luego vaciar en la

fiola de 500ml. y enrasar con agua Filtrada. De esta solución se toman los volúmenes a utilizar en las

pruebas de jarras; el tiempo de conservación es no más de una semana.

h) Solución de Polímero Aniónico al 0.1 %

Se pesa en la Balanza Analítica 1gr. De la muestra de Polímero (extraída del punto de almacenamiento)

y se coloca en un vaso con agua, se procede a disolver con agua filtrada utilizando un equipo de

agitación magnética ( en caso de no contar con este equipo se puede realizar manualmente ) hasta que

la solución se encuentre homogénea y luego se coloca en la fiola de 1000 ml., luego enrasa con agua

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filtrada. Esta Solución es la que se utiliza en los ensayos y tiene un tiempo de duración no mayor de 1

semana.

6.-

a) ¿Que importancia tienen las mendiciones de turbiedad y conductividad en aguas no tratadas

y tratadas?

b) ¿Que significado tienen los valores altos de turbiedad que este presenta en la desodorizacion

y decoloración de aguas?

7.-

a) ¿Cómo se obtiene el carbón activado?

Para la elaboración de carbón activado se parte de materiales tales como las cortezas de almendros,

nogales o palmeras, otras maderas y carbón mineral.

El carbón amorfo susceptible de activación puede ser vegetal o mineral:

− Carbones minerales:

− Antracitas

− Hulla bituminosa

− Lignito

− Turba

− Carbones vegetales:

− Madera (Pino, Acacia)

− Residuos de madera

− Cáscara de coco

− Bagazo

− Huesos de frutas

Aunque el carbón activo puede fabricarse a partir de un sin número de materiales carbonosos,

solamente se utilizan unos cuantos a nivel comercial, debido a su disponibilidad, bajo coste, y a que los

productos obtenidos a partir de ellos tienen las propiedades que cubren toda la gama de aplicaciones

que el carbón activo puede tener.

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En la siguiente tabla se muestran las principales materias primas y tecnologías de activación utilizados

en la producción, así como la dureza y el tamaño de poro de los productos obtenidos.

Este carbón se obtiene calentando el material de que se trate al rojo vivo para expulsar los

hidrocarburos, pero sin aire suficiente para mantener la combustión. A continuación y con el objeto de

activar el carbón formado se expone este a un gas oxidante a altas temperaturas. Este gas desarrolla

una estructura porosa en el carbón natural favoreciendo la aparición de superficies internas. Las

propiedades superficiales que se obtienen como resultado dependen del material inicialmente

empleado y del proceso exacto de elaboración, de modo que las variaciones posibles son muchas. El

tipo de material base con el que se produce el carbón activado también puede afectar al tamaño de los

poros y a las características de regeneración del carbón activado. Tras el proceso de activación, el

carbón se puede separar o dividir en diferentes tamaños con diferentes capacidades de adsorción. Los

dos tipos de clasificación son: carbón activado en polvo y granular.

b) ¿Que es el carbón activado y cuales son las ventajas que este presenta en la desodorizacion y

decoloración de aguas?

8.- Explilcar la determinación del color por el método del platino-cobalto.

Se realiza por comparación visual de la muestra con soluciones coloreadas de concentraciones

conocidas o discos de cristal de color calibrados previamente con soluciones preparadas. La unidad

para medición del color que se usa como estándar, es el color que produce 1 mg/L de platino en la

forma de cloroplatinato. La relación de cobalto a platino, se puede variar para igualar el matiz. La

proporción Pt-Co que se utiliza en este método es normalmente la adecuada para la mayoría de las

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muestras. El color puede cambiar con el pH de la muestra, por lo que es necesario, que al medir el

color, se reporte también el pH de la muestra. En caso necesario la muestra se centrifuga para eliminar

la turbidez. La comparación se realiza con las soluciones que tengan colores de 5, 10, y hasta 70

unidades contenidas en tubos nessler.

Material

1 gradilla para tubos nessler (tubos de colorimetría)

14 tubos nessler forma alta, de 50 mL

1 matraz aforado de 1 litro

Reactivos

Preparación de solución patrón de 500 unidades de color

Se disuelven 1.246 g de cloroplatinato de potasio K2PtCl6 (equivalente a 500 mg de platino metálico) y

1 g de cloruro de cobalto(II) hexahidratado CoCl2.6H20 (equivalente a aproximadamente 250 mg de

cobalto matálico) en 100 mL de HCl concentrado, aforar a 1000 mL con agua destilada. La solución

tiene un color estándar de 500 unidades Pt-Co.

Estandarización

En tubos Nessler se preparan soluciones patrón de color de 5 a 70 unidades de color con ayuda de la

siguiente tabla. Hay que proteger las soluciones evitando la evaporación y los vapores de amoníaco,

pues su absorción aumenta el color.

Almacenaje de la muestra

La muestra debe ser recolectada en envases de plástico y debe almacenarse en el refrigerador. El

análisis debe de llevarse a cabo en un lapso no mayor de 24 horas.

Campo de aplicación

Este método es aplicable a la totalidad de las muestras de agua potable. Aguas contaminadas con

ciertos desechos industriales, pueden producir colores poco usuales, que no pueden ser igualados por

las soluciones de comparación utilizadas en este método.

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Esta determinación es muy importante en agua de abastecimiento doméstico por razones de higiene y

salud.

Para aguas industriales, la importancia es por razones económicas. Ya que existen gran cantidad de

industrias en cuyos procesos requieren agua perfectamente limpia y clara, por lo que, las aguas con

color necesitan un tratamiento especial para su eliminación.

Se recomienda que para las aguas de uso doméstico no excedan de 20 unidades de color en

la escala platino cobalto.

Interferencias

La causa principal de interferencias en el color del agua es la turbiedad, la cual produce un color

aparente más alto que el color verdadero. Para eliminar la turbidez, se recomienda la centrifugación, la

filtración no se debe usar, ya que puede eliminar algo del color verdadero además de la turbidez.

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES PATRÓN DE COLOR

mL de solución de 500

unidades diluida a

50 mL con agua

destilada

Color en unidades de

platino-cobalto

0,5 5

1 10

1,5 15

2 20

2,5 25

3 30

3,5 35

4 40

4,5 45

5 50

5,5 55

6 60

6,5 65

7 70

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Procedimiento

Se centrifuga el agua si es necesario y posteriormente se observa el color de la muestra, llenando un

tubo nessler hasta la marca de 50.0 mL y se procede a comparar con la serie de estándares contenidos

en tubos nessler del mismo tamaño.

Se deberán ver los tubos, verticalmente hacia abajo. Se ilumina la parte inferior de los tubos, reflejando

la luz por medio de una superficie blanca o especular.

Si el color de la muestra excede de 70 unidades, hay que diluir la muestra con agua destilada en

proporciones conocidas, hasta que su valor se encuentre en el ámbito de las soluciones patrón.

Al final multiplicar por el factor de dilución correspondiente.

Cálculos

Calcular las unidades de color utilizando la siguiente fórmula:

Unidades de color = A x 50/V

Donde;

A es igual a las unidades de color de la muestra diluída.

V es el volumen en mL de muestra tomados para la dilución.

Hay que anotar también el valor del pH del agua.

Anotar los resultados de color en números enteros de acuerdo a la siguiente tabla:

Unidades de

color

Redondear al valor

más cercano a

1 a 50 1

51 a 100 5

101 a 250 10

251 a 500 50

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9.- ¿Que efectos técnicos y económicos causan en las operaciones de filtración rápida y lenta de

aguas de elevada turbiedad?

10.- Plantee en un esquema los procesos del tratamiento de agua potable AP.

Bibliografia

Pregunta 1:

Pregunta 8:

Se extrajo de un e-paper, al final de dicho documento se da la siguiente bibliografía:

APHA-AWWA- AWWA CF (1992). Métodos normalizados para el análisis de aguas

potables y residuales. Díaz de Santos, Madrid.

Catalán Lafuente, J. (1990). Química del Agua. Ed. Bellisco, Madrid.

Johnson, W. W. (1980). Handbook of acute toxicity of chemicals to fish and aquatic

invertebrales. Fish and Wildlife, Service. Resource Publication 137. United States

Departernent of the Interior, Washington D.C.

Rodier, J. (1989) Análisis de las aguas : aguas naturales, aguas residuales, agua de mar.

Omega, Barcelona.

Spehar, R.L., Christensen, G.M., Curtis, C., Lernke, A.E., Norberg, T.J. and Pickering,

Q.H. (1992). Effects of Pollution on Freshwater Fish. Water Pollution Journal WPCF 54

(6):877-922.

Pregunta 7:

Standard methods for the examinatión of water and waste water publicado por APHA. 1995

Método para Determinación del color del agua 2120-B.

Standard methods for the examinatión of water and waste water publicado por la APHA.

Método 206/9-85. Método espectrofotométrico para determinar color en el agua. 1985.

Pregunta 5:

Se extrajo de un e-paper, al final de dicho documento se da la siguiente bibliografía:

• Lyonnaise des Eaux – Dumez, “Tratamiento de Agua” , 1985.

• F. Edeline. “Tratamiento Fisicoquímico del Agua”, 1990.

• Raymond Desjardins “Tratamiento del Agua”, 1992.

• Copias y Experiencias del Expositor en la

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