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EVALUACIÓN DE ALMIDÓN DE ACHÍN COMO COADYUVANTE DEL SULFATO
DE ALUMINIO PARA LA REMOCIÓN DE TURBIDEZ EN AGUAS DEL RÍO
MAGDALENA.
JOSE ISRAEL GARCÍA LLOREDA
LUIS ALFONSO RIVEIRA PINTO
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS
BOGOTA DC.
2021
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EVALUACIÓN DE ALMIDÓN DE ACHÍN COMO COADYUVANTE DEL SULFATO DE ALUMINIO
PARA LA REMOCIÓN DE TURBIDEZ EN AGUAS DEL RÍO MAGDALENA.
JOSÉ ISRAEL GARCÍA LLOREDA
LUIS ALFONSO RIVEIRA PINTO
TRABAJO DE GRADO PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OPTAR EL
TITULO DE ESPECIALISTA EN RECURSOS HÍDRICOS
ASESORA:
LAURA PULGARIN MORALES
Ingeniera Ambiental
Magister en Ingeniería Civil
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN RECURSOS HÍDRICOS
BOGOTA DC.
2021
3
4
A nuestro Padre
Creador, por darnos la
vida, y su gracia justicia
A nuestros padres por
ser ejemplo de fuerza,
valentía y amor
5
AGRADECIMIENTOS
Deseamos expresar nuestras más sinceras muestras de agradecimiento:
A nuestros padres, por su incondicional apoyo y sobre todo por ser ese único lugar
donde se puede sanar cuando las cosas no salen bien.
A nuestros hermanos y familiares por creer y confiar en nosotros, apoyando en
todas las decisiones tomadas.
A nuestra asesora, Ingeniera Ambiental y Magister en Ingeniería Civil, Laura
Pulgarin Morales, quien nos orientó y facilito todos los parámetros y herramientas
necesarias para la realización de esta investigación.
A la Universidad Católica de Colombia por facilitarnos sus instalaciones para el
desarrollo de esta investigación, a través de su laboratorio de hidráulica del
programa de Ingeniería Civil.
Al señor José Javier Mendoza técnico del laboratorio de Aguas de la Universidad
Católica de Colombia por facilitarnos sus instalaciones para el desarrollo de los
experimentos y por su apoyo y disposición en todo el desarrollo de los ensayos de
investigación.
Al docente investigador del programa de Biología de la Universidad Tecnológica del
Chocó Ph.D Jhon Alexander Córdoba Arias por el gran aporte de su tiempo y
conocimiento en la búsqueda de alcanzar algunos objetivos propuestos.
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CONTENIDO
Pág.
GLOSARIO ............................................................................................................ 14
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16
1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN Y TIPO DE INVESTIGACIÓN ........................... 17
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 17
3. VARIABLES DEL PROBLEMA ....................................................................... 18
4. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 19
5. HIPÓTESIS ..................................................................................................... 19
6. OBJETIVOS .................................................................................................... 20
6.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 20
6.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ..................................................................... 20
7. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 20
7.1 Características del agua ........................................................................... 21
7.1.1 Físicas.................................................................................................... 21
7.2 Tratamiento del agua ................................................................................ 26
Coagulación - Floculación .................................................................. 26
Coagulantes floculantes inorgánicos .................................................. 27
Coagulantes floculantes orgánicos sintéticos ..................................... 27
7.2.6 Neutralización de la carga .................................................................. 30
7
7.2.7 Puente de polímero ............................................................................ 31
7.2.8 Parche electroestático ........................................................................ 33
7.2.9 Mecanismo de coagulación por barrido .............................................. 34
7.3 Características del agua para consumo humano ...................................... 35
7.4 Coagulantes en Colombia ......................................................................... 37
7.5 Floculación................................................................................................ 38
7.5.1 Mecánica de floculación ..................................................................... 38
7.5 .2 Factores influyentes en la floculación ................................................... 40
7.5.2.1 Calidad del agua cruda ................................................................... 40
7.5.2.2 Tiempo de floculación ..................................................................... 40
7.5.2.3 Gradiente de velocidad ................................................................... 40
7.5.2.4 Sedimentación .................................................................................... 41
7.5.2.5 Sedimentación de partículas discretas ............................................ 42
7.5.2.6 Sedimentación de partículas floculentas ......................................... 42
7.5.2.7 Sedimentación de partículas por caída libre o interferida ................ 42
7.5.2.8 Factores influyentes en la sedimentación ....................................... 43
7.5.2.8.1 Calidad del agua cruda ................................................................ 43
7.5.2.8.2 Factores externos ......................................................................... 43
8
7.6 ALMIDÓN ................................................................................................. 43
7.6.1 Composición de los almidones ........................................................... 44
7.6.2 Diferencia estructural entre la Amilosa y la Amilopectina ................... 45
8. ESTADO DEL ARTE ....................................................................................... 46
9. METODOLOGÍA ............................................................................................. 51
9.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y MATERIALES ....................................... 51
9.2 Descripción del equipo de prueba de jarras.............................................. 51
9.3 Sistema de dosificación ............................................................................ 52
9.4 Sistema de agitación ................................................................................ 53
9.4.1 Descripción del sistema ..................................................................... 53
9.4.2 Descripción de las jarras .................................................................... 53
9.4.3 Sistema de toma de muestras ............................................................ 54
9.4.4 Equipos auxiliares en las pruebas de jarras ....................................... 55
9.5 Materiales utilizados ................................................................................. 57
Agua cruda del río Magdalena ........................................................... 57
Colocasia esculenta Linn “ACHÍN” ........................................................... 57
Obtención del almidón ........................................................................ 57
Pelado ................................................................................................ 58
Lavado ............................................................................................... 58
9
Rayado ............................................................................................... 59
Colado ................................................................................................ 59
Secado ............................................................................................... 60
Molida o triturado ............................................................................... 60
Tamizado ........................................................................................... 61
Muestra lista para ser aplicada como aditivo coagulante ................... 61
9.6 Preparación de la concentración de almidón de achín como coadyuvante
primario del sulfato de aluminio ............................................................................. 62
9.7 Determinación de la dosis óptima de almidón ........................................... 62
9.8 Procedimiento ........................................................................................... 63
9.9 Diagrama de flujo de procedimientos ........................................................ 63
9.10 Parámetros para estudiar en los ensayos ................................................. 65
10. CÁLCULOS Y RESULTADOS ........................................................................ 66
10.1 EXPERIMENTO Ꞙ (Concentración de Sulfato de Aluminio, Concentración
de almidón de achín y Dosificación de Sulfato de Aluminio) .................................. 67
Características del agua cruda ........................................................... 67
Resultado del experimento ................................................................. 67
Análisis de resultados ........................................................................ 69
Turbiedad .................................................................................................... 69
10
Color ........................................................................................................... 69
Análisis de resultados ........................................................................ 73
Turbiedad .................................................................................................... 73
Color ........................................................................................................... 73
Análisis de resultados ........................................................................ 77
Turbiedad .................................................................................................... 77
Color ........................................................................................................... 77
Análisis de resultados ........................................................................ 81
Turbiedad .................................................................................................... 81
Color ........................................................................................................... 81
11. DISEÑO ESTADISTICO ................................................................................. 83
11.1 ANALISIS DE RESULTADOS DISEÑO ESTADISTICOS ......................... 87
12. DISCUSIÓN .................................................................................................... 88
13. CONCLUSIONES ........................................................................................... 89
14. RECOMENDACIONES ................................................................................... 90
15. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 91
11
TABLAS
Tabla 1. Características físicas y microbiológicas permisibles para tratamiento convencional 36
Tabla 2. Características físicas permisibles para consumo humano 36
Tabla 3. Frecuencias mínimas de medición de coagulante natural 37
Tabla 4. Composición fisicoquímica de las propiedades de los almidones. 45
Tabla 5. Características de los agitadores 53
Tabla 6. Características de agua cruda río Magdalena 66
Tabla 7. Características del agua cruda 67
Tabla 8. Resultados Experimento 1, 2, 3. 68
Tabla 9. Resultados Experimento 4, 5, 6. 72
Tabla 10. Resultados Experimento 7, 8, 9. 76
Tabla 10. Resultados Experimento Variación concentración almidón de achín y relación sulfato de aluminio y
almidón de achín. 80
Tabla 11. Organización de datos para ejecución de modelo estadístico. 83
12
FIGURAS
Figura 1. Neutralización de la carga Iónica 31
Figura 2. Formación de flóculos en cadena 32
Figura 3. Formación de flóculos en cadena 33
Figura 4. Neutralización de carga por mecanismo de parche 34
Figura 5. Diferencia estructural entre Amilosa y Amilopectina 45
Figura 6. Equipo de prueba de jarras 52
Figura 7. Jarras de precipitación de 1000 ml 54
Figura 8. Muestreador de 100ml para caracterización de las muestras 54
Figura 9. Turbidímetro HACH-Modelo: 2100 N. 55
Figura 10. pHmetro Consort-Modelo: Ch2. 56
Figura 11. Colorímetro HANNA-Modelo: Hl96727 56
Figura 12. Planta de Colocasia Esculenta Linn 57
Figura 13. Colocasia Esculenta Linn con cascara // sin cascara 58
Figura 14. Colocasia Esculenta Linn después del lavado 58
Figura 15. Colocasia Esculenta Linn después de rayado 59
Figura 16. Tela especial de colado 59
Figura 17. Secado del Grumo 60
13
Figura 18. Mortero de porcelana 60
Figura 19. Tamizado 61
Figura 20. Almidón listo para ser utilizado como aditivo coagulante 61
Figura 21. Diagrama de flujo para la obtención del almidón 64
Figura 22. Análisis gráfico de remoción de turbidez 70
Figura 23. Análisis gráfico de remoción de Color 71
Figura 24. Análisis gráfico de remoción de turbidez 74
Figura 25. Análisis gráfico de remoción de color 75
Figura 26. Análisis gráfico de remoción de turbidez 78
Figura 27. Análisis gráfico de remoción de color 79
Figura 28. Análisis gráfico de remoción de turbiedad 82
Figura 29. Análisis de resultados para turbidez en modelo estadístico 85
Figura 30. Análisis de resultados para color en modelo estadístico 86
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GLOSARIO
ALMIDÓN: Sustancia blanca, inodora, insípida, granulada o en polvo, que abunda
en feculentas como la papa, plátano, yuca, achín y cereales; se emplea en la
industria alimentaria, textil, química y papelera.
COAGULACIÓN: Proceso mediante el cual las partículas disminuyen su fuerza de
separación permitiéndoles unirse en un solo grupo.
COAGULANTE: Los coagulantes, como sales de hierro, sales de aluminio o
polímeros, se agregan al agua fuente para volver fácil la adherencia entre las
partículas. Los coagulantes funcionan creando una reacción química y eliminando
las cargas negativas que causan que las partículas se repelan entre sí.
COLOCASIA ESCULENTA LINN: Planta herbácea, perennifolia, con un tubérculo
subgloboso, estolonífero, subterráneo, que alcanza un tamaño de 6 cm de diámetro.
Las hojas son peltadas, con la lámina de 32–36 cm de largo y 22–70 cm de ancho.
Las inflorescencias son axilares, fragantes con aroma a frutas, tiene un pedúnculo
de 9–80 cm de largo; y espata de hasta 43 cm de largo. Los frutos son bayas
subglobosas a oblongas, de 3.5–5 mm de largo y 2.5–3.9 mm de diámetro;
con semillas elipsoides, de color café claro.
COLOR: El color del agua dependerá tanto de las sustancias que se encuentren
disueltas, como de las partículas que se encuentren en suspensión. Se clasifica
como “color verdadero” al que depende solamente el agua y sustancias disueltas,
mientras el “aparente” es el que incluye las partículas en suspensión (que a su vez
generan turbidez). El color aparente es entonces el de la muestra tal como la
obtenemos en el sistema a estudiar.
15
FLOCULACIÓN: Proceso químico mediante el cual con la adicción de sustancias
denominadas floculantes, se aglutinan las partículas coloidales presentes en el
agua lo que facilita de decantación.
POTABILIZACIÓN: La potabilización es un proceso que se lleva a cabo sobre
cualquier agua para transformarla en agua potable y de esta manera hacerla
absolutamente apta para el consumo humano. La potabilización, mayormente, se
realiza sobre aguas originadas en manantiales naturales y en aguas subterráneas
PH: Se trata de una unidad de medida de alcalinidad o acidez de una solución,
más específicamente el pH mide la cantidad de iones de hidrógeno que
contiene una solución determinada, el significado de sus siglas es, potencial
de hidrogeno.
SEDIMENTACIÓN: La sedimentación o decantación consiste en la separación, por
la acción de la gravedad de las partículas suspendidas cuyo peso específico es
mayor que el del agua y no pueden retenerse en las unidades de pretratamiento,
por su finura o densidad, ni pueden separarse por flotación.
TURBIEDAD: La turbidez es una medida del grado en el cual el agua pierde su
transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión. Cuantos más
sólidos en suspensión haya en el agua, más sucia parecerá esta y más alta será
la turbidez. La turbidez es considerada una buena medida de la calidad del agua.
SULFATO DE ALUMINIO: El sulfato de aluminio es una sal de fórmula Al2(SO4)3,
sólido y blanco (el aluminio tipo A, tiene contenido de hierro inferior 0.5% y tipo B
inferior al 1,5%).
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad, la contaminación de las aguas es un factor determinante en el
desarrollo de la humanidad; por lo que en todos los casos se requiere de estudios
que busquen mejorar el tratamiento convencional que se le da al agua, con el fin de
reducir costos, aumentar eficiencia y disminuir los residuos de aluminio que quedan
después de cada tratamiento; permitiendo una mejorar en la calidad de vida de las
personas que acceden a este recurso a diario. Esta investigación pretende reducir al
máximo los efectos secundarios que permiten el desarrollo de enfermedades que se
puedan dar por el consumo de agua potable para consumo humano tratada con sales
minerales como el sulfato de aluminio en la planta de tratamiento de agua para
consumo humano del municipio de Salamina, departamento del Magdalena ubicada
en las coordenadas N 10°29´25´´ - O 74°47´38´´. Todo esto podría lograrse a partir
de procedimientos con coagulantes naturales de tipo vegetal como la moringa olifera,
el almidón de yuca, achín etc. los cuales son amigables con el ambiente y permiten
eliminar en un alto porcentaje los residuos dejados por el coagulante sintético
convencional como lo es el sulfato de aluminio; este tipo de coagulantes sintéticos
han demostrado que degradan el ambiente y la salud de quienes consumen este vital
líquido1. Por esta razón se determinó que el almidón de Colocasia Esculenta linn –
Achín tiene propiedades que le permiten actuar en conjunto con el sulfato de
aluminio, y disminuir en un 20 % la dosificación de sulfato utilizada. Siendo su dosis
optima la relación 80/20 en una concentración almidón y sulfato de 0,5gr/L y una
dosificación de 40 ml y 9 ml respectivamente alcanzan remociones de turbidez y
color de 99% y 97% respectivamente. Con esta investigación se pretende extraer el
1 FLATEN, T.P. 2001. Aluminium as a risk factor in Al zheimer's disease, with emphasis on drinking water. Brain Res. Bull. 55:187-196
17
almidón del Achín “C. esculenta” su almidón, para luego ser utilizado como un aditivo
coadyuvante del Sulfato de aluminio en el tratamiento de aguas y así determinar la
eficiencia y capacidad de actuar de ambos en la remoción de turbidez y color en el
agua del Río Magdalena.
1. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN Y TIPO DE INVESTIGACIÓN
La línea investigativa trata la “Gestión y tecnología para la sustentabilidad de las
comunidades” y el tipo de investigación es de carácter experimental.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En el tratamiento convencional de agua potable es necesario incluir un coagulante
que permita la aglomeración de coloides que posteriormente se puedan remover
con la sedimentación. Para esto se utiliza de forma más usual, tanto en Colombia
como en el mundo el sulfato de aluminio, el cuál es un coagulante fácil de usar y
manejar2, además de tener una alta eficiencia, es por esto que es empleado en la
Planta de Tratamiento de Salamina - Magdalena.
Sin embargo, el aluminio residual que queda disuelto en el agua después de un
tratamiento y que es luego consumido por los habitantes, se demostró que afecta el
sistema nervioso central, lo que conlleva al desarrollo de enfermedades
cancerígenas; sumando la falta de cobertura del acueducto municipal y la necesidad
2 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
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del ser humano de consumir este vital líquido como lo es el agua, con o sin
tratamiento genera un problema de salud pública3.
Por esta razón se desea evaluar la eficiencia del almidón de achín como
coadyuvante del sulfato de aluminio permitiendo reducir la dosificación de sales de
aluminio sin comprometer la eficiencia del tratamiento. Además, se pretende
estudiar si con este coadyuvante se pueden disminuir los costos del tratamiento, lo
que también es un inconveniente en ciudades que cuentan con pocos recursos para
la operación de las plantas.
PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN: ¿Cuál es la capacidad del almidón de Achín al
actuar como agente coadyuvante del sulfato de aluminio para remover turbidez y
color en el tratamiento de aguas superficiales del río Magdalena?
3. VARIABLES DEL PROBLEMA
En esta investigación tenemos las siguientes variables:
✓ Turbiedad
✓ Dosificación de almidón
✓ Dosificación sulfato de aluminio
✓ Relación porcentual sulfato de aluminio versus almidón de achín
✓ Concentraciones de sulfato de aluminio
✓ Concentraciones de almidón de achín
3 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como
coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para
consumo humano
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4. JUSTIFICACIÓN
Teniendo en cuenta los problemas de salud que genera el aluminio residual
después de potabilizar el agua con sales de aluminio y el consumo de este vital
líquido sin ningún tratamiento4, surge la necesidad de buscar alternativas que
reemplacen los coagulantes sintéticos utilizados históricamente en la potabilización,
como lo es el sulfato de aluminio, por uno de origen natural, de fácil acceso y
manipulación, que reduzca la carga de aluminio residual disuelto, de tal forma que
pueda ser aplicado por los operadores de plantas de tratamiento de manera rápida,
eficaz, económica y segura.
Que reduzca en gran medida los efectos secundarios generados por los residuos
de sulfato de aluminio, y darles así un mejor tratamiento a las aguas destinadas
para el consumo humano, siendo una gran alternativa determinar si el almidón de
Achín como coadyuvante del Sulfato de aluminio tiene propiedades que le permitan
actuar en conjunto y mejorar características fisicoquímicas presentes en el agua,
tales como, la turbiedad y el color.
5. HIPÓTESIS
El almidón de Achín puede considerarse como un efectivo agente coadyuvante del
sulfato de aluminio que permite remover la turbidez en aguas superficiales del Río
Magdalena, específicamente a la altura del municipio de Salamina generando con
esto una disminución de la carga de química residual de aluminio, resultante del
4 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como
coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para
consumo humano
20
tratamiento convencional con sulfato para potabilización de agua para consumo
humano.
6. OBJETIVOS
6.1 OBJETIVO GENERAL
Evaluar la eficiencia del almidón de Achín como agente coadyuvante del
sulfato de aluminio para la remoción de turbidez y color en el tratamiento de
aguas superficiales del Río Magdalena a la altura del municipio de Salamina
en las coordenadas N 10°29´25´´ - O 74°47´38´´.
6.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Realizar caracterización fisicoquímica de las muestras de agua tomadas del
río Magdalena.
• Determinar el pH, dosis óptima de almidón de Achín y dosis de sulfato de
aluminio para la remoción de turbidez el tratamiento de agua.
• Evaluar los porcentajes de remoción de turbiedad en las muestras de agua y
determinar la eficiencia del tratamiento.
7. MARCO TEÓRICO
El agua es uno de los líquidos más importante para el funcionamiento del organismo
humano y del mundo. Esta posee una gran influencia en los procedimientos de tipo
bioquímico que ocurre en la naturaleza, esta influencia no sólo se obedece a sus
propiedades fisicoquímicas, como la molécula bipolar, sino también a los
constituyentes microbiológicos que se encuentran en ella5. El agua es considerada
un solvente universal, debido a que es capaz de disolver o dispersar la mayoría de
5 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
21
sustancias con las que entra en contacto, sean estas sólidas, líquidas o gaseosas6.
El término calidad del agua solo tiene importancia universal si está relacionado con
el uso del recurso, lo que quiere decir que una fuente de agua suficientemente limpia
que permita la vida de los peces, puede no ser apta para la natación, y un agua útil
para el consumo humano puede resultar inadecuada para la industria. Para decir si
la calidad del agua califica para un propósito particular, se deben cumplir unos
requisitos específicos que ordena el estado mediante el decreto 1594/1984
mediante el cual se reglamenta los usos del agua y residuos líquidos.
7.1 Características del agua
7.1.1 Físicas: las características físicas del agua son llamadas así porque pueden
impresionar los sentidos (vista, olfato, tacto), tienen incidencia directa sobre las
condiciones estéticas y de aceptabilidad del agua6.
Se consideran importantes las siguientes:
• Turbiedad: la turbidez es la medida del grado en el cual el agua pierde
transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión, arena,
arcilla, etc. La turbidez se mide en unidades nefelométricas de turbidez (UNT)
y el instrumento utilizado para su medida es el nefelómetro o turbidímetro,
que mide la intensidad de la luz dispersada a 90 grados cuando un rayo de
luz pasa a través de una muestra de agua.
6 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como
coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para
consumo humano
22
▪ Factores influyentes en la turbiedad: existe variedad de parámetros
que influyen en la turbidez, entre los más importantes están:
✓ Fitoplancton
✓ Partículas de suelo
✓ Sedimentos
✓ Descargas directas a cuerpos de agua
✓ Crecimiento de algas
✓ Escorrentía urbana
La materia que queda suspendida y la que alcanza a sedimentar genera
los siguientes efectos en las aguas: i) se deposita en los lechos de los
ríos, ii) cubre el fondo de los ríos, de modo que afecta la reproducción de
los peces y la cadena alimentaria de los mismos, iii) si la materia
suspendida es materia orgánica, esta sufre descomposición y flota sobre
el agua, iv) los sólidos suspendidos pueden generar depósitos de lodos
y situación anaerobia. La turbiedad junto con el color y el olor afectan la
estética del agua, de modo que la hacen inaceptable para la mayoría de
los usos7.
• Color: esta característica del agua puede estar ligada a la turbidez o
presentarse independiente de ella, aunque no es posible establecer las
estructuras químicas fundamentales de las especies responsables del color,
si se atribuye comúnmente a la presencia de taninos, lignina, ácidos húmicos,
ácidos grasos y ácidos fúlvicos2. El color se mide en unidades de platino
cobalto (UPC) y el instrumento utilizado para su medida es el colorímetro,
7 ROMERO, J. 2000. Calidad del Agua. Escuela Colombiana de Ingeniería. p.452
23
que mide la intensidad de la luz dispersada por espectrofotometría cuando
un rayo de luz pasa a través de una muestra de agua.
Se considera que el color natural del agua puede originarse por las siguientes
causas:
• Descomposición de la materia
• Materia orgánica del suelo
• Presencia de hierro, manganeso y otros compuestos metálicos
En la formación del color en el agua intervienen, entre otros factores, el pH,
la temperatura, el tiempo de contacto, la materia disponible y la solubilidad
de los compuestos coloreados.
• pH: el potencial de hidrogeno es uno de los parámetros más importante en
el proceso de coagulación, y se mide a través de un pHmetro8; en general el
pH apropiado para los procesos de tratamiento está en el rango de 6,5 a 8,59,
en el caso de valores de pH por debajo del rango de pH óptimo, se puede
utilizar cal o hidróxido de sodio para aumentarlo. Si la coagulación se lleva a
cabo fuera del rango de pH óptimo, es necesario aumentar la cantidad de
coagulante. Se debe tener en cuenta que el pH de la muestra a tratar se
8 ROMERO, J. 2000. Calidad del Agua. Escuela Colombiana de Ingeniería. p.452-
9 ORTEGA JA, LAINES JR, APARICIO MA. Almidón modificado de plátano: posible uso en el tratamiento de lixiviados provenientes de rellenos sanitarios. Kuxulkab. 2010;17(31):87- 96
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afecta de acuerdo al tipo y cantidad de los coagulantes y ayudantes de
coagulación utilizados10.
• Olor y sabor: sabor y el olor están estrechamente relacionados y constituyen
el motivo principal de rechazo por parte del consumidor. La falta de olor
puede ser un indicio indirecto de la ausencia de contaminantes, tales como
los compuestos fenólicos, por otra parte, la presencia de olor a sulfuro de
hidrógeno puede indicar una acción séptica de compuestos orgánicos en el
agua. Las sustancias generadoras de olor y sabor en aguas crudas pueden
ser o compuestos orgánicos derivados de la actividad de microorganismos y
algas, o provenir de descargas de desechos industriales11.
• Temperatura: esta gana importancia en zonas de climas muy marcados,
principalmente cuando se alcanzan temperaturas de congelación. Analizaron
la influencia de este parámetro en un grupo de plantas de Chicago y
establecieron dos rangos de variaciones muy marcadas, una entre 0 y 10°C
y la segunda entre 10 y 40°C.En el primer rango (0 y 10°C) se encontró que
los parámetros dominantes eran la viscosidad y el pH del agua, y a medida
que la temperatura del agua se acerca a los 0°C se dificulta la remoción de
turbiedad y su rango de pH optimo varia con la temperatura, y decrece al
disminuir esta. Por su parte, en el rango de (10 - 40°C) se encontró que la
10 Trujillo D, Duque LF, Arcila JS, Rincón A, Pacheco S, Herrera OF. Remoción de turbiedad en agua de una fuente natural mediante coagulación/floculación usando almidón de plátano. rev.ion
11 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como
coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para
consumo humano
25
eficiencia era cada vez mejor al aumentar la temperatura porque se
incrementaba la tasa de colisiones entre las partículas12.
7.1.2 Químicas: el agua como solvente universal, puede contener cualquier
elemento de la tabla periódica. Sin embargo, pocos son los elementos significativos
para el tratamiento del agua cruda con fines de consumo o los que tienen efectos
en la salud del consumidor13.
7.1.3 Biológicas: los organismos propios de las aguas superficiales están en
permanente actividad y ninguno vive aislado. Su existencia depende del medio que
lo rodea. Se entiende por medio tanto al ambiente físico como los organismos con
los cuales se convive.
En un sistema acuático, la luz solar regula la fotosíntesis y los organismos que
tienen la clorofila, como las algas, acumulan energía que utilizan para su
sostenimiento, crecimiento y reproducción. Este grupo de organismos son los
productores primarios, su energía es transmitida a los animales herbívoros, como
los Cladóceros, los Copépodos y los Rotíferos, que se alimentan de las algas, estos
a su vez sirven de alimento para los consumidores de los órdenes sucesivos.
12 CAHILL Y FITZ PATRICK 2012. Environment and Welfare Towards a Green
Social Policy
13 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como
coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para
consumo humano
26
Los microorganismos causantes de las enfermedades hídricas más comunes en el
medio son los siguientes:
• El bacilo Salmonella typhy (bacteria). Causante de la enfermedad infecciosa
de la fiebre tifoidea.
• Shigella (bacteria), causante de la disentería bacilar.
• Escherichia Coli, causante de una diversidad de enfermedades
gastrointestinales.
7.2 Tratamiento del agua
Coagulación - Floculación
Son procesos fisicoquímicos utilizados para eliminar las partículas coloidales que
se encuentran suspendidas en las aguas. Este fenómeno ocurre al adicionar un
agente coagulante, el cual bloquea las cargas electrostáticas de las partículas al
tiempo que origina una compresión de la capa difusa que rodea los coloides, lo que
les permite la formación de flóculos a través de un mecanismo de puentes entre
partículas, produciendo una malla porosa en función de su radio efectivo, facilitando
así la formación de macroflóculos. La coagulación es el método más importante
para la remoción de partículas coloidales suspendidas (80 a 90% de remoción).
Además de disminuir la turbidez del agua, la coagulación parcialmente remueve el
color, bacterias (80 a 90%) del agua en su potabilización14.
14 METCALF, 1979 COMPOSICIÓN Y USO RESIDUAL DE AGUA DOMESTICA
27
Los coagulantes son comúnmente utilizados en los procesos de tratamiento de
agua, estos coagulantes pueden clasificarse en coagulantes inorgánicos, polímeros
orgánicos sintéticos y coagulantes de origen natural15.
Coagulantes floculantes inorgánicos
Son los más utilizados en el tratamiento de aguas residuales, debido a su
rendimiento, disponibilidad, costo y efectividad16. Poseen la capacidad de actuar
como coagulantes y floculantes, cuando son disueltos estos forman compuestos
complejos hidratados. Entre los más utilizados se hallan, sulfato de aluminio, sulfato
férrico, sulfato ferroso, cloruro férrico y el aluminato de sodio17. Aunque estas sales
químicas, presentan alta capacidad de coagulación- floculación, pueden llegar a ser
nocivos para la salud humana y el medio ambiente18.
Coagulantes floculantes orgánicos sintéticos
Los coagulantes orgánicos son polímeros solubles en agua que están basados en
unidades repetidas de varios monómeros tales como acrilamida y ácido acrílico. En
la mayoría de los casos, se derivan de materias primas basadas de petróleo y no
15 Bravo Gallardo, 2017. Coagulantes y floculantes naturales usados en la reducción de turbidez,
solidos suspendidos, colorantes y metales pesados en aguas residuales
16 SHAK, K.P.Y., WU, T.Y., (2014). Coagulation-flocculation treatment of high-strengthagroindustrial wastewater using natural Cassia obtusifolia seed gum: treatmentefficiencies and flocs characterization.
17 ROMERO, J. 2000. Calidad del Agua. Escuela Colombiana de Ingeniería. p.452
18 FLATEN, T.P. 2001. Aluminium as a risk factor in Al zheimer's disease, with emphasis on drinking water. Brain Res. Bull. 55:187-196
28
renovables19. Generalmente, los polímeros sintéticos se clasifican en catiónicos,
aniónicos, anfótero y no iónicos. La capacidad coagulante es principalmente
influenciada por parámetros como la naturaleza de las cargas, seguida por el peso
molecular y la densidad de carga20.
Los tipos de floculantes más efectivos son las poliacrilamidas ligeramente
aniónicas con masas moleculares muy elevadas que se aplican en muy bajas
concentraciones, lo que compensa su alto precio21. Actualmente se emplea
una gran variedad de polímeros orgánicos sintéticos, sin embargo, la
toxicidad de estos productos es un factor de importancia en tanto que en
ocasiones los monómeros que los componen pueden ser tóxicos, como lo
son los monómeros acrílicos.
7.2.4 Coagulantes floculantes naturales
Se consideran una fuente alternativa con un gran potencial, debido a que son
biodegradables y no generan daños al medio ambiente en comparación con
coagulantes inorgánicos y polímeros sintéticos22. En su mayoría son de
origen vegetal, con presencia de agentes coagulantes activos como
19 SHARMA, DHULDHOYA, MERCHANT, (2006). Flocculants—an ecofriendly approach. J. Polym. Environ
20 BOLTO, B.; GREGORY, J. 2007. Organic polyelectrolytes in water treatment. Water Res. 41:2301- 2324
21 ARBOLEDA, J. (2000). Teoría y práctica de la purificación del agua Bogotá: Mc GRAW HILL
22 YIN, C.Y. 2010. Emering usage of plant-based coagulants for water and wastewater treatment. Process Biochem. 45:1437-1444. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
29
carbohidratos, taninos y proteínas23, algunas especies vegetales que
presentan estudios realizados son las semillas de una enorme variedad
plantas como las semillas de maíz y Nirmali (Raghuwanshi et al., 2002),
Jatropha curcas24, el frijol común25, Cassia obtusifolia26, entre otros. El
material que ha recibido mayor grado de atención son las semillas de Moringa
oleífera27 gracias a sus componentes activos, los cuales son proteínas
catiónicas de diferentes pesos moleculares, además de poseer capacidad
antimicrobiana.
7.2.5 Mecanismos de coagulación
Para explicar la interacción de diferentes tipos de agentes coagulantes con
las partículas coloidales presentes en el agua, se han llevado a cabo
mediante los principales mecanismos de coagulación y floculación, entre
23 OKUDA, T.; BAES, A.U.; NISHIJIMA, W.; OKADA, M. 2001. Isolation and characterization of coagulant extracted from Moringa oleifera seed by salt solution. Wat. Res. 35:405-410
24 ABIDIN, Z.Z., N. ISMAIL, R. YUNUS, I.S. AHAMAD, A. IDRIS. (2011). A preliminary study on Jatropha curcas as coagulant in wastewater treatment
25 ANTOV, M.G.; SIBAN, M.B.; PETROVIS N.J. 2010. Protein from common bean (Phaseolus vulgaris) seed as a natural coagulant for potential application in water turbidity removal. Biores. Techn. 101:2167-2172. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
26 SANGHI, R.; BHATTACHARYA, B.; SINGH, V. 2002. Cassia angustifolia seed gum as an effective natural coagulant for decolourisation of dye solutions. Green Chem.
27 NDABIGENGESERE, A.; NARASIAH, K.S.; TALBOT, B.G. 1995. Active agent and mechanism of coagulation of turbid waters using Moringa oleifera
30
estos, la neutralización de carga, la formación de puentes, parche
electrostático y de barrido28.
A partir de dosis óptimas de coagulante en muestras de aguas superficiales,
el agente coagulante hace contacto con los coloides suspendidos por
adsorción a través de interacciones electrostáticas, enlaces de hidrógeno,
fuerzas de van der Waals29, etc, esto conduce a la desestabilización de
coloides y suspensiones y posteriormente a un reordenamiento de la
conformación del polímero adsorbido de tal manera que las partículas en
suspensión adsorbidas se agregan para formar grandes flóculos que a
continuación se establecen de manera efectiva.
7.2.6 Neutralización de la carga
Generalmente el mecanismo adsorción y neutralización de carga se lleva a
cabo cuando el coagulante y las partículas contaminantes son de carga
opuesta, para que las partículas coloidales puedan ser desestabilizadas
como se observa en la figura 1. Por ejemplo, en diferentes estudios
revisados, las partículas coloidales en las aguas residuales están cargadas
28 BOHUSLAV DOBIAS, H.S., (2005). Coagulation and Floculation, 2nd ed. CRC Press, Taylor & Francis Group, United States of America
29 BOLTO, B.; GREGORY, J. 2007. Organic polyelectrolytes in water treatment. Water Res. 41:2301- 2324
31
negativamente, por lo tanto, son preferibles los floculantes inorgánicos y los
polielectrolitos naturales catiónicos30.
Figura 1. Neutralización de la carga Iónica.
Fuente: Esquema del mecanismo de coagulación, neutralización de carga (Bohuslav Dobias, 2005).
7.2.7 Puente de polímero
Bolto9, este mecanismo se produce generalmente con agentes coagulantes
de cadena larga con alto peso molecular y baja densidad de carga. Los
grupos químicos de los polímeros naturales pueden interaccionar con los
sitios de la superficie de las partículas coloidales. Los polímeros se adsorben
sobre las partículas de los contaminantes, creando así un puente entre
30 BOHUSLAV DOBIAS, H.S., (2005). Coagulation and Floculation, 2nd ed. CRC Press, Taylor &
Francis Group, United States of America.
32
partículas como se muestra en la Figura 231. Para un eficaz mecanismo de
puente es necesario tener en cuenta la cantidad de coagulante, la cual debe
ser una cantidad limitada, ya que los altos valores de coagulante producen
coloides reestabilizados, como también no debe ser demasiado baja debido
a que no se podrían formar los suficientes contactos de puente. Por otro lado,
la actividad de coagulación y floculación mediante el mecanismo de puente
polimérico puede producir flóculos mucho más grandes y fuertes que,
formados mediante otros mecanismos.
Figura 2. Formación de flóculos en cadena
Fuente: Adsorción de polímero y formación de flóculos disponibles para la unión (Sharma et al,
2006).
31 SHARMA, DHULDHOYA, MERCHANT, (2006). Flocculants—an ecofriendly approach. J. Polym. Environ
33
Figura 3. Formación de flóculos en cadena
Fuente: Puente polimérico entre partículas (agregación) (Sharma et al, 2006).
7.2.8 Parche electroestático
En este mecanismo hay formación de parches catiónicos entre regiones de
superficies cargadas negativamente. Los coagulantes catiónicos con carga
positiva elevada Figura 4a se adsorben sobre partículas coloidales cargados
negativamente Figura 4b, para la formación de parches catiónicos entre las
regiones de superficies cargadas negativamente32. Para este mecanismo de
parche electrostático la adsorción es a la inversa y a medida que las
partículas se aproximan, hay una atracción electrostática entre los parches
positivos y las áreas negativas Figura 4c, lo que puede dar la fijación de las
partículas y, por lo tanto, la floculación33. Los flóculos producidos de este
modo no son tan fuertes como los formados por puente, pero más fuertes
que los floculados formados en presencia de sales metálicas o por
32 SHARMA, DHULDHOYA, MERCHANT, (2006). Flocculants—an ecofriendly approach. J. Polym. Environ
33 BOLTO, B.; GREGORY, J. 2007. Organic polyelectrolytes in water treatment. Water Res. 41:2301-
2324.
34
neutralización de carga. La densidad de carga de los agentes floculantes
necesita ser bastante alta para una floculación de parche electrostática
eficiente. A medida que se reduce la densidad de carga, la floculación por
puente entre partículas se hace más probable.
Figura 4. Neutralización de carga por mecanismo de parche
Fuente: (4a) Partículas con carga negativa (4b) Coagulantes catiónicos (4c) Coagulación por neutralización de carga mediante mecanismo de parche (Sharma et al., 2006).
7.2.9 Mecanismo de coagulación por barrido
El mecanismo de coagulación por barrido se establece con la adición de
agentes coagulantes a muestras de agua con baja turbidez; en este caso las
partículas coloidales pueden ser atrapadas por el agente coagulante y
posteriormente forman flóculos grandes con una estructura en forma de red
tridimensional, debido a su gran área superficial y una fuerte capacidad de
adsorción, los contaminantes residuales en agua son capaces de ser
capturados y arrastrados hacia fuera34.
34 YANG, Y.C.; ABDUL-TALIB, S.; PEI, L.Y.; NIZAN ISMAIL, M.S.; AISAH ABD-RAZAK, SN.;
MAHYUDDIN MOHD-MOHTAR, A. 2008. A study on cactus Opuntia as natural coagulant in turbid
35
7.2.10 Factores influyentes en la coagulación
Existe mucha especulación respecto a la influencia de la concentración de
solución de coagulante en la eficiencia del proceso de tratamiento; incluso se
ha sugerido limitar la concentración mínima a valores del orden de 0,5% en
las plantas de tratamiento. Pero tal sugerencia contradice el procedimiento
usual en la realización de ensayos de laboratorio que generalmente usan una
solución de coagulante con una concentración de 0,1 y 0,2%, dependiendo
del volumen de las jarras de los equipos de floculación (1 o 2 litros) y de las
dosis previstas para los ensayos35.
7.3 Características del agua para consumo humano
Las características del agua para consumo humano que más influyen en la
eficiencia del proceso son la concentración de coloides que se mide normalmente
mediante la cantidad de turbiedad o color presente, el pH y la temperatura36.
A continuación, se relacionan las características físicas admisibles para la
destinación del recurso para consumo humano e indican que para su potabilización
water treatment. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA,
Rafael. Reducción de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
35 TRATAMIENTO DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO Plantas de Filtración Rápida, Manual 1, Tomo 1 Cap.4 - Coagulación
36 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y
ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
36
se requiere únicamente tratamiento convencional y no podrá sobrepasar los valores
máximos aceptables para cada característica física.
Tabla 1. Características físicas y microbiológicas permisibles para tratamiento
convencional
Características físicas Rango
pH 5,0 - 9,0
Color <75 UPC
Coliformes totales (NMP) 20.000m/100ml
Coliformes fecales (NMP) 2.000m/100ml
Fuente: Decreto1594/84 Art.38
Los criterios de calidad admisibles para la destinación del recurso para consumo
humano después de aplicar tratamiento convencional son los que se relacionan en
la tabla 2.
Tabla 2. Características físicas permisibles para consumo humano
Características físicas Expresadas como Valor máximo aceptable
Color aparente Unidades de Platico
Cobalto (UPC) 15
Olor y Sabor Aceptable o no
aceptable Aceptable
Turbiedad
Unidades nefelometrícas de turbiedad (UNT)
2
Fuente: Resolución No. 2115/2007 Art.2 Características Físicas del agua para consumo
humano.
Para las entidades prestadoras que utilizan otro coagulante diferente a sales
metálicas de hierro y aluminio, las frecuencias mínimas para la medición del
coagulante según la cantidad de habitantes en este caso del municipio de Quibdó
con un estimado de 140.000 habitantes serán:
37
Tabla 3. Frecuencias mínimas de medición de coagulante natural
Población atendida por persona prestadora por municipio (habitantes)
Frecuencia mínima
Número mínimo de muestras a analizar por cada frecuencia
Menores o igual a 2.500 Trimestral
1
2.500 - 10.000 2
10.001 - 20.000 3
20.001 - 100.000 Bimestral
1
100.001 - 500.000 2
500.001 - 800.000
Mensual
3
800.001 - 1.000.000 4
1.000.001 - 1.250.000 5
1.250.001 - 2.000.000 6
Mayor a 4.000.000
7 muestras de acuerdo a la
frecuencia más 5 muestras por cada millón o fracción adicional.
Fuente: Decreto 1575/2007 Resolución 2115/2007 Características Físicas del agua para
consumo humano.
7.4 Coagulantes en Colombia
Han sugerido el uso de agentes coagulantes naturales extraídos del mucilago y el
polvo de los cladodios de Opuntia Ficus Indica (cactus) pertenece a la familia
Cactaceae en el tratamiento de aguas superficiales. Esta especie es una de las más
investigadas porque presenta óptimo rendimiento en el proceso de la coagulación.
Para evaluar la eficacia del extracto de Opuntia ficus indica, se han trabajado con
dosis de 40 mg/L del coagulante y se trataron muestras de agua provenientes de
ríos con una turbidez inicial de 276 UNT. De acuerdo a los reportes, los
componentes coagulantes presentan actividad de coagulación con porcentajes de
remoción de turbidez hasta 93,25%. La efectividad de este coagulante da lugar a
diversos beneficios. Desde el punto de vista medioambiental, la producción de lodos
38
residuales con Aluminio y sales de hierro se eliminarían, mayor biodegradabilidad,
por lo tanto, genera menor riesgo de toxicidad37.
7.5 Floculación
La floculación es un proceso químico por medio del cual, con la adición de
sustancias denominadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales
presentes en el agua, facilitando de esta forma la formación de flóculos más
grandes, su decantación y posterior filtrado38.
7.5.1 Mecánica de floculación
Se analiza la floculación como un proceso causado por la colisión entre partículas
que se encuentran disueltas en el agua. En el mecanismo de floculación intervienen
de forma secuencial, tres mecanismos de transporte39:
• La floculación pericinética o browniana, que se debe a la energía térmica del
fluido.
• La floculación ortocinética o gradiente de velocidad, que se produce en la masa
del fluido en movimiento.
37 RAMIREZ H, JARAMILLO J, 2015 Agentes naturales como alternativa para el tratamiento del agua
38 Hernández, et al 2017. Diseño y construcción de una planta modelo de tratamiento para la
potabilización de agua, se dispondrá en el laboratorio de aguas de la universidad católica de
Colombia
39 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y
ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
39
• La sedimentación diferencial, que se debe a las partículas grandes, que al
precipitarse colisionan con las más pequeñas que van descendiendo lentamente
y finalmente ambas se aglomeran.
En la floculación se realizan mecanismos secuenciales de transporte de tal manera
que al agregarse el aditivo coagulante en el cuerpo de agua y desestabilizar a las
partículas, se precisa de la floculación pericinética para que las partículas coloidales
de tamaño menor de un micrómetro empiecen a aglutinarse. El movimiento
browniano actúa dentro de este rango de tamaño de partículas y forma el micro
fóculo inicial. Recién cuando este alcanza el tamaño de un micrómetro empieza a
actuar la floculación ortocinética, promoviendo un desarrollo mayor del microfóculo.
Este mecanismo ha sido estudiado en lugares donde la temperatura baja alrededor
de cero grados, rango dentro del cual el movimiento browniano se anula y, por
consiguiente, también lo hace la floculación pericinética. En este caso, se comprobó
que la floculación ortocinética es totalmente ineficiente y no tiene importancia alguna
sobre partículas tan pequeñas. Por lo tanto, la aglomeración de las partículas es el
resultado de la actuación de los tres mecanismos de transporte antes
mencionados40.
40 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y
ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
40
7.5.2 Factores influyentes en la floculación
7.5.2.1 Calidad del agua cruda
La coagulación y, por consiguiente, las floculaciones son extremadamente sensibles
a las características fisicoquímicas del agua cruda tales como la alcalinidad, el pH
y la turbiedad. Algunos iones presentes en el agua pueden influir en el equilibrio
fisicoquímico del sistema, en la generación de cadenas poliméricas de los
hidróxidos que se forman o en la interacción de estos polímeros con las partículas
coloidales, lo que afectara el tiempo de floculación.
7.5.2.2 Tiempo de floculación
En todos los modelos propuestos para la floculación, la velocidad de aglomeración
de las partículas es proporcional al tiempo. Bajo determinadas condiciones existe
un tiempo óptimo para la floculación normalmente entre 20 y 40 minutos.
La permanencia del agua en el floculador durante un tiempo inferior o superior al
optimo produce resultados inferiores, tanto más acentuados cuando más se aleje
este del tiempo óptimo de floculación.
7.5.2.3 Gradiente de velocidad
El parámetro del gradiente de velocidad es un factor de proporcionalidad que
caracteriza a la velocidad de aglomeración de las partículas en la floculación
ortocinética. Cuanto mayor es el gradiente de velocidad, más rápida es la velocidad
de aglomeración de las partículas. Mientras tanto, a medida que los flóculos
aumentan de tamaño, crecen también las fuerzas de cizallamiento hidrodinámico,
inducidas por el gradiente de velocidad. Los flóculos crecerán hasta un tamaño
41
máximo, por encima del cual las fuerzas de cizallamiento alcanzan una intensidad
que los rompe en partículas menores41.
7.5.2.4 Sedimentación
“Se entiende por sedimentación la remoción por efecto gravitacional de las
partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas deberán tener un
peso específico mayor que el fluido. La remoción de partículas en suspensión en el
agua puede conseguirse por sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos
se consideren como complementarios.
La sedimentación es, en esencia, un fenómeno netamente físico y constituye uno
de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir su clarificación.
Está relacionada exclusivamente con las propiedades de caída de las partículas en
el agua. Cuando se produce sedimentación de una suspensión de partículas el
resultado final será siempre un fluido clarificado y una suspensión más concentrada.
Es importante resaltar que las partículas en suspensión sedimentan en diferente
forma, dependiendo de las características de las partículas, así como de su
concentración; es así que se puede referir a la sedimentación de partículas
discretas, sedimentación de partículas floculentas y sedimentación de partículas por
caída libre.
41 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y
ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
42
7.5.2.5 Sedimentación de partículas discretas
Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de
características (forma, tamaño, densidad) durante la caída. Se denomina
sedimentación o sedimentación simple al proceso de depósito de partículas
discretas.
7.5.2.6 Sedimentación de partículas floculentas
Partículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de partículas
coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A
diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de partículas
(forma, tamaño, densidad) si cambian durante la caída. Se denomina sedimentación
floculenta o decantación al proceso de depósito de partículas floculentas. Este tipo
de sedimentación se presenta en la clarificación de aguas como proceso intermedio
entre la coagulación-floculación y la filtración42.
7.5.2.7 Sedimentación de partículas por caída libre o interferida
Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua, estas se depositan
sin interferir y a este fenómeno se le denomina caída libre. En cambio, cuando hay
altas concentraciones de partículas, se producen colisiones que las mantienen en
una posición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de individual; a este proceso
de sedimentación se le denomina caída interferida.
42 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y
ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
43
7.5.2.8 Factores influyentes en la sedimentación
7.5.2.8.1 Calidad del agua cruda
Las variaciones de concentración de materiales en suspensión modifican en primer
lugar, la forma de sedimentación de las partículas (con caída libre o interferida), así
como las propiedades de las partículas modifican la forma del depósito
(sedimentación para partículas discretas y decantación para partículas floculentas).
Adicionalmente, variaciones de concentración de partículas o de temperatura
producen variaciones de densidad del agua y originan corrientes cinéticas o
térmicas que, a su vez, generan cortocircuitos hidráulicos en las unidades43.
7.5.2.8.2 Factores externos
• Los factores externos al proceso de sedimentación, acondicionamiento
previo (procesos previos a la sedimentación), practicas operacionales y
factores ambientales son los que tienen más influencia en la eficiencia de la
sedimentación.
• Buena o inadecuada coagulación y floculación ocasionan respectivamente,
bajas eficiencias en los decantadores, idéntico comentario cabe realizar
acerca de la operación y el estado de la unidad, así como sobre los
programas de mantenimiento.
7.6 ALMIDÓN
El término almidón alude a un carbohidrato que funciona como reserva
de energía en la mayoría de los vegetales. Se trata de un polisacárido, un hidrato
de carbono que se compone de una cadena extensa de monosacáridos. Los
43 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
44
monosacáridos, por su parte, son polialcoholes que tiene un grupo extracetónico o
aldehídico44.
Los almidones pueden obtenerse de una gran variedad de productos vegetales
como la papa, el maíz, la yuca, el achín, el trigo, etc.; y es considerado como
una macromolécula ordenada en capas y lo conforman principalmente dos tipos de
homopolísacáridos de diferente estructura, la amilosa de estructura lineal y soluble
en agua, y la amilopectina, de estructura ramificada e insoluble en agua; las cuales
representan cerca del 98-99% del peso en seco, su proporción en la gran mayoría
de variedades son mezclas compuestas por un 25% de amilosa y un 75% de
amilopectina la cual varía según la fuente45.
7.6.1 Composición de los almidones
El almidón (CsH1o0s)x se forma en los cloroplastos de las plantas verdes por
influencia de la luz solar a expensas de CO2 y H2O, y está formado por una variedad
molecular de polímeros de glucosa anhídrida unidos al anillo en 1,4 y 1,6. Este
consta básicamente de dos fracciones, la Amilopectina, que es menos soluble en
agua y contiene ésteres de ácido fosforito y la Amilasa que es más soluble, no
contiene fósforo y no produce engrudo. En la tabla 4, se presenta la composición
fisicoquímica de las propiedades de los almidones:
44 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
45 MAYA, 2017 Estudio y aplicación del almidón de maíz
45
Tabla 4. Composición fisicoquímica de las propiedades de los almidones46.
PROPIEDAD Amilosa Amilopectina
Estructura molecular Lineal Ramificada
Longitud promedio de cadena 103 𝐷𝑎 20 - 25 Da
Grado de polimerización 103 𝐷𝑎 104 − 105 𝐷𝑎
Complejo de yodo Azul (650 nm) Púrpura (550 nm)
Afinidad de yodo 19 - 20% 1%
Valor azul 1.4 0.05
Estabilidad en solución acuosa
Retrograda fácilmente Estable
Hidrolisis con β-amilasa 70% 55 - 60%
Hidrolisis con β-amilasa y dextrinaza
100% 100%
Propiedades de película Fuerte Quebradiza
Fuente: (Biliaderis 1991)
7.6.2 Diferencia estructural entre la Amilosa y la Amilopectina
La diferencia estructural entre amilosa y amilopectina se muestra esquemáticamente en la figura 5.
Figura 5. Diferencia estructural entre Amilosa y Amilopectina
.
Fuente: (Aldana, 2012)
46 BILIADERIS 1991 The structure and interactions of starch with of food constituents
46
8. ESTADO DEL ARTE
A principio de los años setenta, en Latinoamérica se empezó a investigar los
coagulantes extraídos de especies vegetales, con propiedades coagulantes; en
vista de que este tema está tan poco explorado se pretende buscar fuentes
vegetales propias de la región con propiedades coagulantes, que puedan ser
eficientes en el tratamiento de aguas. La mayoría de los extractos naturales se
derivan de semillas, hojas, cortezas, raíces y frutas, los cuales han sido usados
desde hace años en continentes como Europa, África, América y Asia como
coagulantes eficientes, en aguas con alto contenido de turbidez.
Estudiaron las propiedades coagulantes de Opuntia spp., que se evalúa por primera
vez, en la eliminación de la turbidez de muestras de agua sintéticas y dieron los
pasos necesarios para aclarar el mecanismo de la coagulación subyacente47.
Las Opuntia spp. redujeron la turbidez en un 98%, con respecto a un rango de
turbidez inicial. Se sugiere que opera predominantemente, a través de un
mecanismo de coagulación de puente48. trabajaron con Opuntia, evaluando la
eficacia de dicho coagulante para la eliminación de turbidez en aguas superficiales
(estuarios y ríos), los valores de la turbidez inicial fueron de 499 NTU y 547 NTU y
47 MILLER, S.M.; FUGATE, E.J.; CRAVER, V.O.; SMITH, J.A.; ZIMMERMAN, J.B. 2008. Toward understanding the efficacy and mechanism of Opuntia spp. as a natural coagulant for potential application in water treatment. Environ. Sci. Technol. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
48 YANG, Y.C.; ABDUL-TALIB, S.; PEI, L.Y.; NIZAN ISMAIL, M.S.; AISAH ABD-RAZAK, SN.;
MAHYUDDIN MOHD-MOHTAR, A. 2008. A study on cactus Opuntia as natural coagulant in turbid
water treatment. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA,
Rafael. Reducción de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
47
luego del tratamiento obtuvieron remociones del 98% (estuario) y 70% (río),
posteriormente se compararon los resultados con aquellos obtenidos por Zhang et
al. (2006), quienes obtuvieron 99% como la más alta eficiencia de remoción,
comparativamente similar a la obtenida, para aguas de estuario49.
Investigaron la actividad aglutinante de la lectina extraída de diferentes tejidos de la
M. oleífera, las preparaciones de lectina (cMoL) mostraron actividad coagulante,
similar al sulfato de aluminio50. El ensayo de la actividad coagulante se basó en el
método descrito por Ghebremichael et al. (2005). Para ello, prepararon soluciones
con alta (250-300 NTU) y media (125-150 NTU) turbidez. Afirmando, que las
preparaciones de lectina tienen actividad coagulante en aguas con alta y con media
turbidez.
Evaluaron el extracto etanólico de semilla de uvas (GSE) y polifenoles derivados de
las semillas, como ácido tánico y la catequina, en un esfuerzo por encontrar nuevos
coagulantes orgánicos naturales (NOCs)51.
Utilizaron extractos del frijol común (Ph. vulgaris) y reportan que las semillas son
una fuente potencial de coagulante. El objetivo del estudio fue la purificación parcial
49 ZHANG, J.; ZHANG, F.; LUO. Y.; YANG. H. 2006. A preliminary study on cactus as coagulant in
water treatment. Process Biochem. 41:730-733.
50 SANTOS, A.F.S.; LUZ, L.A.; ARGOLO, A.C.C.; TEIXRIRA, J.A.; PAIVA, P.M.G.; COELHO,
L.C.B.B. 2009. Isolation of a seed coagulant Moringa oleifera lectin. Process Biochem. 44:504-508.
Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción
de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
51 JEON, J.R.; KIM, E.J.; KIM, Y.M.; MURUJESAN, K.; KIM, J.H.; CHANG, Y.S. 2009. Use of grape seed and its natural polyphenol extracts as a natural organic coagulant for removal of cationic dyes. Chemosph. 77:1090-1098. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria,
48
de los componentes activos de coagulación extraídos de la semilla del frijol común
(CBS) y concluyen que el extracto purificado del CBS tiene una capacidad
coagulante 22 veces mayor que la del extracto crudo52.
Adelantaron un proyecto de investigación, con el fin de observar la actuación de la
M. oleifera comparada con el sulfato de aluminio y el sulfato férrico. Para ello, usaron
un agua modelo sembrada con E. coli y una turbidez de 146 NTU, creada
artificialmente con caolín; aguas crudas de diferentes fuentes, agua de río, con una
turbidez <5 NTU; otra con turbidez de 45 NTU y agua híbrida, una mezcla de los
dos tipos de agua. Los resultados mostraron que la M. oleifera removió el 84% de
turbiedad y el 88% de E. coli, en el agua modelo; en el agua de río de baja turbidez
(<5 NTU), los resultados mostraron una reducción de E. coli, del 82%, para la M.
oleifera. En agua turbia de río de 45 NTU la remoción de turbidez fue de 76% y una
reducción de E. coli del 93%, con M. oleifera53.
Estudiaron la aplicación del tanino como coagulante autónomo o como ayuda de
coagulación, para el tratamiento de agua. El tanino usado en su estudio se extrajo
52 ANTOV, M.G.; SIBAN, M.B.; PETROVIS N.J. 2010. Protein from common bean (Phaseolus vulgaris) seed as a natural coagulant for potential application in water turbidity removal. Biores. Techn. 101:2167-2172. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
53 PRITCHARD, M.; CRAVEN, T.; MKANDAWIRE, T.; EDMONDSON, A.S.; O'NEILL, J.G. 2010. A
comparison between Moringa oleifera and chemical coagulants in the purification of drinking water -
An alternative sustainable solution for developing countries. Phys. Chem. Earth. 35:798-805. Citado
por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción de la
turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
49
de la Valonia. Ellos concluyen que ese tanino combinado con el sulfato de aluminio
es un excelente sustituto de los coagulantes químicos54.
Estudiaron el uso de la M. oleifera, Cicer arietinum (garbanzo o chícharo) y Dolichos
lablab (poroto o judía) como coagulantes naturales, para reducir la turbidez de agua
sintética. En el caso específico de la M. oleífera, las dosis usadas fueron 50, 60, 70,
80, 90 y 100mg/L; la turbidez del agua utilizada, se tomó como agua de alta turbidez
(100 NTU), media turbidez (48 NTU) y baja turbidez (25 NTU). La turbidez fue
medida antes y después del tratamiento. Ellos concluyeron que la M. oleifera tiene
un mejor desempeño en aguas de alta turbidez que en aguas con turbidez media o
baja55.
Reportaron un nuevo agente coagulante, a partir del extracto del tanino crudo de la
A. mearnsii, NH4Cl y formaldehido. Como resultados, apreciaron diferencias
evidentes en la eficiencia de la remoción. Respecto de la remoción de turbidez,
encontraron que a bajas dosis de coagulante (12,5-25mg/L) es posible remover la
casi totalidad de la turbidez inicial de las muestras56.
54 YIN, C.Y. 2010. Emering usage of plant-based coagulants for water and wastewater treatment. Process Biochem. 45:1437-1444. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
55 ASRAFUZZAMAN, M.D.; FAKHURUDDIN, A.N.M.; ALAMGIR HOSSAIN, M.D. 2011. Reduction of turbidity of water using locally available natural coagulants. Int. Scholarly Res. Network. ISRN Microbiology. Article ID 632189. 6p. Citado por GUZMAN, Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción de la turbidez del agua usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013
56 BELTRÁN-HEREDIA, J.; SÁNCHEZ-MARTÍN, J.; DÁVILA-ACEDO, M.A. 2011. Optimization of the
synthesis of a new coagulant from a tannin extract. J. Haz. Mat. 186:1704-1712. Citado por GUZMAN,
Luis, VILLABONA, Angel, TEJADA, Candelaria, GARCIA, Rafael. Reducción de la turbidez del agua
usando coagulantes naturales. En revista: SciELO. 2013.
50
Estudio el uso de la M. oleífera como coagulante natural primario o ayudante de
coagulación en los procesos de tratamiento de agua cruda de ríos con turbiedad de
(30 NTU), (110 UNT) y (500 UNT). Los resultados obtenidos demuestran el alto
poder coagulante que posee el extracto de M. oleífera, tanto como coagulante
principal, como coadyuvante57.
Evaluaron diversos agentes naturales como una alternativa para el tratamiento de
agua cruda; entre los vegetales estudiados se encuentran semilla de bellota
europea, varias especies de roble, cactus, almidones, taninos, etc. Llegando a la
conclusión que todos los extractos de origen natural ensayados presentan eficiencia
en la remoción de turbidez58.
57 ALDANA, 2012. Uso del extracto de la semilla de moringa oleífera como coagulante natural y
ayudante de coagulación en el tratamiento de agua para consumo humano
58 RAMIREZ H, JARAMILLO J, 2015 Agentes naturales como alternativa para el tratamiento del
agua.
51
9. METODOLOGÍA
Esta investigación es de carácter experimental, donde se tendrán variables como la
dosificación de almidón agregado, parámetros de caracterización de calidad del
agua (turbiedad, color, pH), estos para demostrar la capacidad efectiva del almidón
como coadyuvante del sulfato de aluminio en la remoción de turbidez en agua
superficial proveniente del río Magdalena.
La metodología a utilizar incluye: Revisión bibliográfica, la caracterización
fisicoquímica de las muestras de agua tomadas del rio Magdalena- Salamina, antes
y después del estudio de evaluación (turbidez, color, pH), la adquisición del Achín y
obtención del almidón (pelado, lavado, rayado, colado, secado, molienda y tamizado),
determinación de las variables de pH y dosificación de almidón, evaluación de los
porcentajes de remoción de turbidez después de aplicado el almidón de Achín y
determinar la eficiencia de remoción de turbidez del almidón de Achín como aditivo
coadyuvante en el proceso de tratamiento en aguas del Río Magdalena.
9.1 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y MATERIALES
En el laboratorio uno de los equipos más usados para el tratamiento de las aguas
como elemento de control de la coagulación, es el equipo de PRUEBA DE JARRAS.
Estas pruebas en la mayoría de los casos son realizadas en equipos comerciales y
uno de los más conocidos es el equipo de velocidad variable fabricado por
WHETSTONE.
9.2 Descripción del equipo de prueba de jarras
En esta investigación se usó un agitador electromecánico digital programable,
provisto con cuatro paletas capaces de operar velocidades variables (O a 300 RPM).
El equipo es de la marca WHETSTONE que cuenta además con cronometro, un
52
iluminador de flóculos localizado en la base inferior de agitación del equipo, una
alarma, etc. (Figura 6).
Figura 6. Equipo de prueba de jarras
Fuente: Autor
9.3 Sistema de dosificación
En general, se recomienda aplicar la dosis de coagulante un instante antes de
comenzar la simulación en la prueba de jarras o en su efecto un instante después
del inicio y se recomienda aplicar muy cerca del agitador. Los equipos de prueba de
jarras automáticos, que permiten velocidades de hasta 300 RPM, son ideales para
efectuar simulación de procesos y en ellos la bondad de los resultados depende
mucho de la exactitud con la que se ejecuta la prueba; para este estudio la
dosificación de almidón se aplicó un instante antes de comenzar las simulaciones
en el test de jarras.
53
9.4 Sistema de agitación
9.4.1 Descripción del sistema
Una de las variables más importante en la prueba de jarras es la intensidad de
agitación; para este sistema se utilizaron paletas o rotores rectangulares,
accionados en forma mecánica, los cuales pueden utilizarse en conjunto o
independientes según como se necesite. A continuación, en la tabla 5 se presentan
las características de los agitadores utilizados:
Tabla 5. Características de los agitadores
CARACTERÍSTICAS DE LOS AGITADORES
TIPO DE PALETA No. DE PALETAS LONGITUD (Cm) ÁREA (Cm2)
PLANA – 1 1 7,5*2,5 18,75
PLANA – 2 1 7,5*2,5 18,75
PLANA – 3 1 7,5*2,5 18,75
PLANA – 4 1 7,5*2,5 18,75
PLANA – 5 1 7,5*2,5 18,75
PLANA – 6 1 7,5*2,5 18,75
Fuente: Autor
9.4.2 Descripción de las jarras
Se utilizaron jarras de vidrio con capacidad de 1000 ml. (ver Figura 8). En el lavado
de las jarras después de cada ensayo debe evitarse el uso de detergentes, ya que
muchos de estos contienen compuestos aniónicos que son fuertemente absorbidos
por las paredes de las jarras, los cuales si no son removidos en su totalidad pueden
afectar los resultados de los ensayos significativamente.
54
Figura 7. Jarras de precipitación de 1000 ml
Fuente: Autor
9.4.3 Sistema de toma de muestras
Después de ejecutar la mezcla rápida y la mezcla lenta, se dejan las seis jarras un
tiempo determinado de 10 minutos para la sedimentación en condiciones
adecuadas, por lo cual es importante evitar la manipulación innecesaria de las jarras
una vez terminada la simulación; esto para luego cuando se cumpla el tiempo de
sedimentado, tomar adecuadamente la muestra a caracterizar (ver Figura 8).
Figura 8. Muestreador de 100ml para caracterización de las muestras
Fuente: Autor
55
9.4.4 Equipos auxiliares en las pruebas de jarras
• Turbidímetro
En esta investigación la medición de la turbiedad del agua se hace con un
turbidímetro de la marca HACH, Modelo 2100 N. Figura 9.
Figura 9. Turbidímetro HACH-Modelo: 2100 N.
Fuente: Autor
• Medidor de pH
Se utilizó un multitest de marca Consort, Modelo: Ch2 con medidor de temperatura
y una precisión de 0,01 unidades (ver Figura 11). Como se conoce que la efectividad
de la coagulación depende directamente del pH, la medición de este parámetro se
realizó antes y después de la floculación, por lo cual debe disponerse de un medidor
de pH de preferencia potenciómetro para lo cual será calibrado con una solución
amortiguadora fresca cuyo pH se encuentre en el rango de operación deseado.
Figura 10. pHmetro Consort-Modelo: Ch2.
Fuente: Autor
• Colorímetro
En este estudio el color se determinó por espectrofotometría a través de un
colorímetro, marca HANNA Modelo: HI 96727 con un rango de lectura de (0 a
500UPC). El método estandarizado utiliza patrones de platino cobalto y la unidad
de color (UPC) la cual es la producida por 1 mg/L de platino en la forma de ion
cloroplatinato (ver Figura 11).
Figura 11. Colorímetro HANNA-Modelo: Hl96727
Fuente: Autor
56
57
9.5 Materiales utilizados
Agua cruda del río Magdalena
Se tomarán muestras de agua superficial del río Magdalena, específicamente en la
bocatoma de la planta de captación ubicada en las coordenadas geográficas N 10°
29´ 12,6” – O 74° 48´ 00,10”.
Colocasia esculenta Linn “ACHÍN”
La papa china de nombre científico Colocasia esculenta linn también es conocida
como Malanga, Taro, Ocumo chino, Achín, dependiendio del lugar donde se
encuentre. Pertenece a la familia Aráceae, sus tubérculos, hojas y peciolos son una
fuente alta de energía y se extrae una cantidad de almidón entre el 17 y 28% del
total del tubérculo (ver Figura 12).
Figura 12. Planta de Colocasia Esculenta Linn
Fuente: Autor
Obtención del almidón
La obtención del almidón se realizó de forma tradicional como lo hacían los
ancestros en la región y no se ejecuta en ningún momento procesos mecánicos.
58
Pelado
En este procedimiento se le retira al vegetal toda la capa exterior (cascara). Este se hace con un cuchillo de una sola línea de filo (ver Figura 13).
Figura 13. Colocasia Esculenta Linn con cascara // sin cascara
Fuente: Autor
Lavado
El lavado se hace después de que el vegetal se encuentra pelado y se le aplica agua potable para su lavado (ver Figura 14).
Figura 14. Colocasia Esculenta Linn después del lavado
Fuente: Autor
59
Rayado
Para el rayado se utiliza un rayador de tipo convencional, y se utilizó el lado por el
cual se obtienen partículas más finas como se puede observar en la Figura 15.
Figura 15. Colocasia Esculenta Linn después de rayado
Fuente: Autor
Colado
Para colar y obtener el grumo se utilizó una tela especial para colado convencional, este procedimiento se hace dentro de un recipiente para que cuando se centrifugue el afrecho queden depositadas las partículas de almidón en el recipiente. Este es dejado por 24 horas sedimentando para así permitir el asentamiento de todas las partículas sobrenadantes. Después de culminado las 24 horas de sedimentación se separa el agua de la capa asentada y se dispone el grumo para su secado (ver Figura 16).
Figura 16. Tela especial de colado
60
Fuente: Autor
Secado
El secado se hace en un horno, donde el grumo es expuesto a altas temperaturas producidas por las resistencias del horno entre (50°C – 60°C), por un tiempo de 24 horas. Este procedimiento se hace hasta que el porcentaje de humedad del grumo deje de variar (ver Figura 17).
Figura 17. Secado del Grumo
Fuente: Autor
Molida o triturado
Este se hace a través de un mortero de porcelana aplicándole fuerzas puntuales de impacto levemente hasta triturar la muestra sin contaminarla. (Figura 18).
Figura 18. Mortero de porcelana
Fuente: Autor
61
Tamizado
Este se hizo con el tamiz #200 el cual tiene una abertura de (0.074mm) dejando la
muestra lista para ser aplicada como aditivo coadyuvante. (Figura 19).
Figura 19. Tamizado
Fuente: Autor
Muestra lista para ser aplicada como aditivo coagulante
Despues de realizar todos los procedimiento antes mencionados se obtiene el
almidón de Colocasia esculenta linn, el cual es almacenado en bolsas resellables
en un lugar fresco y seco. Figura 20.
Figura 20. Almidón listo para ser utilizado como aditivo coagulante
Fuente: Autor
62
9.6 Preparación de la concentración de almidón de achín como coadyuvante
primario del sulfato de aluminio
La solución del coagulante primario se realiza teniendo en cuenta los siguientes
pasos:
✓ La solución para las distintas concentraciones se prepara agregando el almidón
de Achín a un volumen de agua y se agita hasta obtener una solución
homogénea.
La concentración se halló con la siguiente ecuación, la cual está en función de Wa:
%𝐶 = 𝑊𝑎 + 𝑉𝑠
𝑉
∗ 100%
Dónde:
C: concentración de la solución de coagulante natural (%)
Wa: peso del almidón de Achín (gr)
Vs: Volumen del sulfato de Aluminio (ml)
V: volumen de agua (ml)
9.7 Determinación de la dosis óptima de almidón
El objetivo de estos ensayos es determinar la dosificación de coagulante que
produce la desestabilización de las partículas coloidales y que permita la formación
de un floculo más grande, compactado y pesado. Es importante decir que el flóculo
que se busca es el que dé mayor rendimiento en todo el conjunto de procesos.
63
9.8 Procedimiento
✓ Inicialmente se hizo un banco de datos de todos los experimentos realizados
siguiendo algunas recomendaciones de la literatura consultada, en el cual
en cada experimento se determina la turbiedad, el pH y el color de las
muestras de agua tomadas del río Magdalena utilizando los equipos antes
mencionados para cada uno de los parámetros.
✓ Se prepara cada jarra con diferentes cantidades del almidón, agitando hasta
mezclar el aditivo coagulante con el agua.
✓ Se inicia el funcionamiento del equipo un instante después de hacer la
mezcla del adictivo en estudio.
✓ Una vez el equipo concluye con los tiempos de mezclado, este se detiene
simultáneamente y se procede a retirar las jarras. Estas se ubican en un sitio
donde no tengan ninguna interferencia o movimiento y se deja sedimentar
por el tiempo determinado.
✓ Cumplido el tiempo de sedimentación seleccionado en cada experimento, se
toman todas las muestras y se miden nuevamente los parámetros de
turbiedad, pH y color.
✓ Los resultados obtenidos, son analizados y graficados para así poder
determinar la dosis optima, la cual será aquella que produzca la mayor
remoción de turbiedad.
9.9 Diagrama de flujo de procedimientos
En la figura 23 se muestra el diagrama de flujo de procedimientos a seguir.
64
Caracterización
físico química de
muestras de agua
Toma de
muestras de agua
rio Magdalena
1
Pelado- lavado
2
Rayado-Colado
3
Secado Molienda
Tamizado
Adquisición de
Achín
Sustentación
Figura 21. Diagrama de flujo para la obtención del almidón
EVALUACIÓN DE ALMIDÓN DE ACHÍN COMO COADYUVANTE DEL SULFATO DE ALUMINIO PARA LA REMOCIÓN
DE TURBIDEZ EN AGUAS DEL RÍO MAGDALENA.
Fuente: Autor
Informe Final
Porcentaje de
remoción de
turbiedad y color
Análisis de
resultados
Determinación
dosis óptima de
coagulante
Fase
Experimental
Muestra lista para
ser utilizada como
coadyuvante
65
9.10 Parámetros para estudiar en los ensayos
✓ Dosis óptima
✓ Tiempo óptimo de mezclado (MRapida-MLenta)
✓ Comportamiento del color
✓ Tiempos óptimos de sedimentación
✓ Remoción de turbiedad (%)
✓ Concentraciones de almidón de achín
✓ Concentraciones de sulfato de aluminio
66
10. CÁLCULOS Y RESULTADOS
• Generalidades
Los resultados que se presentan a continuación son los correspondientes a las
pruebas de dosificación, coagulación-floculación y sedimentación con cada una de
las muestras provenientes del Río Magdalena a la altura del municipio de Salamina,
en donde se empleó una dosificación de almidón de Achín como coadyuvante
natural del sulfato de aluminio; es importante recalcar que todos los resultados
presentados son procesados por sus autores.
CARACTERÍSTICAS DEL AGUA CRUDA DE RÍO MAGDALENA Y
COMPROBACIÓN DE CUMPLIMIENTO QUE EXIGE DECRETO 1594-84
En la tabla 6 y en el anexo 1, se presentan los resultados de la caracterización
fisicoquímica realizada a las muestras de agua tomadas del río Magdalena.
Tabla 6. Características de agua cruda río Magdalena
PARÁMETRO
PUNTO DE MUESTREO VALORES MÍNIMOS EXIGIDOS POR
DECRETO 1594 - 84 PARA TTO.
CONVENCIONAL
CHEQUEO SALAMINA
Color (UPC) 833 <75 No Cumple
pH (unidades de pH) 5.92 5.0 - 9.0 Cumple
Turbidez (UNT) 155 - -
Alcalinidad total (mg/l CaCO3)
65 - -
Conductividad (µs/cm) 159.8 - -
Dureza total (mg/l CaCO3) 58 - -
Solidos suspendidos (mg/l) 84.8 - -
Fuente: Autor – Decreto 1594, 1984
67
10.1 EXPERIMENTO Ꞙ (Concentración de Sulfato de Aluminio,
Concentración de almidón de achín y Dosificación de Sulfato de Aluminio)
Se realizó un conjunto de experimentos con iguales condiciones de agitación,
tiempo de mezclado y tiempos de sedimentación, con concentraciones estables de
almidón y sulfato, una dosificación estándar de almidón en un rango que varía de
(15ml a 70ml) y una dosificación de sulfato de aluminio que varía en un rango entre
(50ml a 100ml); esto conforme a literatura consultada59 60.
Características del agua cruda
Tabla 7. Características del agua cruda
Procedencia Fecha de toma
de muestra pH inicial
Turbiedad inicial (UNT)
Color inicial (UPC)
Río Magdalena Salamina
27-09-2021 5,92 155 833
Fuente: Autor
Resultado del experimento
En la tabla 8 se presentan los resultados del porcentaje de remoción en cada uno
de los experimentos realizados después de agregarle almidón de Achín.
El porcentaje de remoción de halló con la ecuación 2
%𝑹𝒆𝒎𝒐𝒄𝒊ó𝒏 = (𝑻𝒖𝒓𝒃. 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 − 𝑻𝒖𝒓𝒃. 𝑭𝒊𝒏𝒂𝒍)
(𝑻𝒖𝒓𝒃. 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍)
∗ 𝟏𝟎𝟎
59 VELANDIA J, 2021 Evaluación del almidón de Maíz y trigo como coagulante – floculante para la remoción de turbiedad y color aparente en acueductos rurales
60 LOPEZ-VIDAL Y COL 2014 Evaluación de almidones de Malanga (Colocasia esculenta) como agentes coadyuvantes en la remoción de turbiedad en procesos de potabilización de agua
Tabla 8. Resultados Experimento 1, 2, 3.
Un
idad
exp
erim
enta
l
1
Concentración de aluminio: 0,1g/L Concentración almidón:0,5g/L
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
50
800
200
30
2
20
10
70,1 54,77 479 42,50
25 67,6 56,39 501 39,86
35 58,3 62,39 420 49,58
45 50,6 67,35 420 49,58
52 51,3 66,90 377 54,74
60 54,4 64,90 389 53,30
65 45,9 70,39 340 59,18
70 50,6 67,35 366 56,06
2
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
70
800
200
30
2
20
10
66,2 57,29 467 43,94
25 62,4 59,74 492 40,94
35 54,1 65,10 414 50,30
45 47,6 69,29 410 50,78
52 45,5 70,65 360 56,78
60 46,3 70,13 362 56,54
65 43,5 71,94 321 61,46
70 47,2 69,55 333 60,02
3
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
100
800
200
30
2
20
10
59,1 61,87 459 44,90
25 57,6 62,84 461 44,66
35 54,2 65,03 392 52,94
45 46,3 70,13 381 54,26
52 48,1 68,97 360 56,78
60 48,9 68,45 366 56,06
65 42,8 72,39 323 61,22
70 45,6 70,58 328 60,62
68
69
Análisis de resultados
Turbiedad
Después de agregar las dosificaciones de almidón a este conjunto de experimentos
se puede evidenciar en los resultados y gráficamente en la figura 22, que a medida
que se aumenta la dosificación de almidón y la de sulfato de aluminio aumenta
proporcionalmente la remoción de turbidez siendo la dosificación 65 ml de almidón
y 100ml de sulfato de aluminio la que mejor comportamiento presenta, con una
remoción de 72,39%.
Se empezarán a hacer experimentos con dosificaciones de sulfato de aluminio más
concentrado en búsqueda de encontrar mayores remociones.
Color
El color presento una remoción de más del 60% como puede observarse en la figura
23, siendo la dosificación de 65ml de almidón y 70ml de sulfato de aluminio la que
alcanzo una mayor remoción, con un 61,46% seguido por la dosificación que mejor
comportamiento presento en la remoción de turbidez con una remoción de 61,22%.
Variabilidad en remoción de turbidez según dosificación de aluminio VS dosificación de almidón
75,00
70,00
65,00
60,00
55,00
50,00
10 20 30 40 50 60 70
Dosificación de almidón (ml)
Remoción turbidez Conc. 0.1gr/L - Dosis 50 ml
Remoción turbidez Conc. 0.1gr/L - Dosis 70 ml
Remoción turbidez Conc. 0.1gr/L - Dosis 100 ml
Figura 22. Análisis gráfico de remoción de turbidez
72,39
71,94
70,13
70,65 70,1
3 70,39 70,5 8
69,29 69,5 5
68,97
5 68,4
67,35 66,90
67,3 5
65,003
64,9
0
61,87
62,84
59,74
62,39
57,29
54,77
56,39
Fuente: Autor
70
Re
mo
ció
n d
e t
urb
ide
z (%
)
71
Variabilidad en remoción de color segun dosificación de aluminio VS dosificación de almidón
65,00
60,00
55,00
50,00
45,00 43,94
40,00
35,00
30,00
10 20 30 40 50 60 70 80
Dosificación de almidón (ml)
Remoción color Conc. 0,1gr/L - Dosis 50ml
Remoción color Conc. 0,1gr/L - Dosis 70ml
Remoción color Conc. 0.1gr/L - Dosis 100ml
Figura 23. Análisis gráfico de remoción de Color
61,262 60
,62
60,0 2 59,18
56,78 56,5
56,0
4 6 56,0
6
54,26 54,74
52,94 53,3 0
50,30 50,78
49,58 49,58
44,90
44,66
42,50
40,94
39,86
Fuente: Autor
Re
mo
ció
n d
e c
olo
r (%
)
72
Tabla 9. Resultados Experimento 4, 5, 6.
Un
idad
exp
erim
enta
l
4
Concentración aluminio: 0,5gr/L Concentración almidón: 0,5gr/L
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
50
800
200
30
2
20
10
52,3 66,26 433 48,02
25 17,5 88,71 164 80,31
35 3,24 97,91 11 98,68
45 1,01 99,35 9 98,92
52 1,68 98,92 4 99,52
60 1,75 98,87 8 99,04
65 2,75 98,23 8 99,04
70 3,02 98,05 8 99,04
5
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
70
800
200
30
2
20
10
66,2 57,29 476 42,86
25 43,5 71,94 399 52,10
35 39,8 74,32 404 51,50
45 38,1 75,42 401 51,86
52 76,3 50,77 498 40,22
60 78,5 49,35 529 36,49
65 80,1 48,32 587 29,53
70 94 39,35 607 27,13
6
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
100
800
200
30
2
20
10
75,0 51,61 433 48,02
25 64,3 58,52 164 80,31
35 55,9 63,94 11 98,68
45 56,6 63,48 9 98,92
52 68,8 55,61 4 99,52
60 70,1 54,77 8 99,04
65 77,3 50,13 8 99,04
70 86,5 44,19 8 99,04
73
Análisis de resultados
Turbiedad
Después de agregar las dosificaciones de almidón a este conjunto de experimentos
se puede evidenciar en los resultados y gráficamente en la figura 24, que en el
cuarto experimento se encuentra la mayor eficiencia en remoción de turbidez siendo
la dosificación de almidón 45 ml y la de sulfato de aluminio 50 ml presentando una
remoción de 99.35% y se establece como dosis parcial optima, mientras que en los
experimentos cinco y seis se puede evidenciar que aunque se presentan
remociones hay una limitante que impide al almidón y el sulfato hacer una reacción
que permita remover los coloides disueltos en las aguas.
Se empezarán a hacer experimentos con dosificaciones de sulfato de aluminio y
almidón de achín muy cercanos a la dosificación que presento mayor eficiencia en
el anterior experimento. Además, evaluaremos aumentando la concentración de
sulfato de aluminio para observar su comportamiento.
Color
El color presento una remoción de 99.52% como puede observarse en la figura 23,
siendo la dosificación de 52ml de almidón y 50ml de sulfato de aluminio la que
alcanzo una mayor remoción.
Variabilidad en remoción de turbidez según dosificación de aluminio VS dosificación de almidón
120,00
100,00
80,00
60,00 56,6
40,00
20,00
0,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Dosificación almidón (ml)
Remoción turbidez Conc. 0.5gr/L - Dosis 50 ml
Remoción turbidez Conc. 0.5gr/L - Dosis 70 ml
Remoción turbidez Conc. 0.5gr/L - Dosis 100 ml
Figura 24. Análisis gráfico de remoción de turbidez
97,91
99,35
98,92 98,8
7 98,23 98
,05
88,71
86,
77,3
5
75,0
66,26
71,94
64,3
74,32 75,42
68,8 70,
1
57,29
55,9 50,77 49,3
5 48,32
39,3
5
Fuente: Autor
74
Re
mo
ció
n t
urb
ide
z (%
)
75
Variabilidad en remoción de Color según dosificación de aluminio VS dosificación de
almidón
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Dosificación de almidón (ml)
Remoción color Conc. 0.5gr/L - Dosis 50 ml
Remoción color Conc. 0.5gr/L - Dosis 70 ml
Remoción color Conc. 0.5gr/L - Dosis 100 ml
Figura 25. Análisis gráfico de remoción de color
98,68
98,92 99
,52 99,0
499,0499,0
4
80,31
63,21
69,19
75,01
52,10 51,50 51,86 53
,43
48,02
46,04
42,86 40 ,22 41,5 9 36,4 937,28
29,53
30,9
27,1
8
3
Fuente: Autor
Rem
oci
ón
de
colo
r (%
)
76
Tabla 10. Resultados Experimento 7, 8, 9.
Un
idad
exp
erim
enta
l
7
Concentración aluminio: 1gr/L Concentración almidón 0,5gr/L
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
50
800
200
30
2
20
10
11,4 92,65 108 87,03
25 1,42 99,08 23 97,24
35 1,14 99,26 32 96,16
45 4,67 96,99 8 99,04
52 3,51 97,74 10 98,80
60 3,71 97,61 30 96,40
65 9,95 93,58 17 97,96
70 4,16 97,32 16 98,08
8
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
70
800
200
30
2
20
10
9,81 93,67 64 92,32
25 1,93 98,75 33 96,04
35 1,62 98,95 29 96,52
45 3,79 97,55 12 98,56
52 3,11 97,99 15 98,20
60 3,33 97,85 22 97,36
65 6,12 96,05 22 97,36
70 2,65 98,29 18 97,84
9
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Cant. Solución
(ml)
Coagulación MR (rpm)
Floculación ML (rpm)
Tiempo MR (min)
Tiempo ML (min)
Tiempo de sedimentación
(min)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
15
100
800
200
30
2
20
10
7,12 95,41 55 93,40
25 1,91 98,77 28 96,64
35 1,52 99,02 19 97,72
45 2,66 98,28 9 98,92
52 2,17 98,60 7 99,16
60 2,99 98,07 5 99,40
65 3,85 97,52 13 98,44
70 3,73 97,59 17 97,96
77
Análisis de resultados
Turbiedad
Después de agregar las dosificaciones de almidón a este conjunto de experimentos
se puede evidenciar en los resultados y gráficamente en la figura 26, que en todas
las unidades experimentales se evidencia una buena remoción de turbiedad en
todas las jarras sin embargo ninguno presenta mayor remoción que la dosis parcial
optima, a pesar de que tienen mayores concentraciones de coagulante, por lo tanto,
se sigue manteniendo como dosis parcial optima la establecida anteriormente.
Se empezarán a hacer experimentos con dosificaciones de sulfato de aluminio y
almidón de achín muy cercanos a la dosificación que presento mayor eficiencia y se
iniciara a realiza variación en la concentración de almidón de achín y la relación de
dosificación sulfato de aluminio vs almidón de achín.
Color
El color presento una remoción de 99.40% como puede observarse en la figura 27,
siendo la dosificación de 60ml de almidón y 100ml de sulfato de aluminio la que
alcanzo una mayor remoción.
78
Variabilidad en remoción de turbidez según dosificación de aluminio VS dosificación de almidón
100,00
99,00
98,00
97,00
96,00
95,00
94,00
93,00
92,00
91,00
90,00
10 20 30 40 50 60 70
Remoción turbidez Conc. 1gr/L - Dosis - 50 ml
Remoción turbidez Conc. 1gr/L - Dosis 70 ml
Remoción turbidez Conc. 1gr/L - Dosis 100 ml
Figura 26. Análisis gráfico de remoción de turbidez
99,08 98,775
99,26 998,0925
98,60
98,28 97,99 98,0 97,74
97,8
98,2 7 5
9
97,55 97 ,61 97,52 97,5 9 97,3 2
96,99
96,05
95,41
93,67 93,58
92,65
Dosificación
almidón (ml
)
Fuente: Autor
Re
mo
ció
n T
urb
ide
z (%
)
79
Variabilidad en remoción de turbidez según dosificación de aluminio VS dosificación de almidón
102,00
100,00
, 98,00
96,00
94,00
92,00
90,00
88,00
86,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Remoción color Conc. 1gr/L - Dosis 50 ml Remoción color Conc. 1gr/L - Dosis 70 ml
Remoción color Conc. 1gr/L - Dosis 100 ml
Figura 27. Análisis gráfico de remoción de color
97,72
98,942 99
98,56 98
98
,16 99,4
,80
,20
0
98,44
97,9697
9864
97,24 97,3 697,36
96,64
96,04
96,52 96,16
96,4 0
93,40
92,32
Dosific
ación almi
dón (ml)
87,03
Fuente: Autor
Re
mo
ció
n C
olo
r (%
)
80
Tabla 10. Resultados Experimento Variación concentración almidón de achín y
relación sulfato de aluminio y almidón de achín.
Concentración sulfato de aluminio:0,5gr/L
Relación: Sulfato Alum/Alm. Achin
Concentración almidón de achín 0,5g/L
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
50-50 25,00 22,50 35,4 77,1612903 306 63,2653061
70-30 35,00 13,50 1,63 98,9483871 27 96,7587035
80-20 40,00 9,00 1,48 99,0451613 24 97,1188475
Control aluminio 100% 1,91 98,7677419 17 97,9591837
Control aluminio 50% 4,2 97,2903226 113 86,4345738
Control almidón 100% 74,6 51,8709677 563 32,4129652
Relación: Sulfato Alum/Alm. Achin
Concentración almidón de achín 1,5g/L
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
50-50 25,00 22,50 14,3 90,7741935 137 83,5534214
70-30 35,00 13,50 3,23 97,916129 37 95,5582233
80-20 40,00 9,00 1,78 98,8516129 30 96,3985594
Control aluminio 100% 1,94 98,7483871 41 95,0780312
Control aluminio 50% 3,22 97,9225806 99 88,1152461
Control almidón 100% 72,3 53,3548387 492 40,9363745
Relación: Sulfato Alum/Alm. Achin
Concentración almidón de achín 2,5g/L
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
50-50 25,00 22,50 23,5 84,8387097 225 72,9891957
70-30 35,00 13,50 5,24 96,6193548 57 93,1572629
80-20 40,00 9,00 2,12 98,6322581 55 93,3973589
Control aluminio 100% 1,87 98,7935484 41 95,0780312
Control aluminio 50% 3,1 98 89 89,3157263
Control almidón 100% 69,3 55,2903226 481 42,2569028
Relación: Sulfato Alum/Alm. Achin
Concentración almidón de achín 5g/L
Dosificación Almidón (ml)
Dosificación Sulfato alum
(ml)
Turbiedad final (unt)
Remoción turb. (%)
Color final (upc)
Remoción color (%)
50-50 25,00 22,50 26,6 82,8387097 267 67,9471789
70-30 35,00 13,50 2,58 98,3354839 48 94,2376951
80-20 40,00 9,00 1,06 99,316129 36 95,6782713
Control aluminio 100% 1,91 98,7677419 17 97,9591837
Control aluminio 50% 3,31 97,8645161 82 90,1560624
Control almidón 100% 74,6 51,8709677 474 43,0972389
81
Análisis de resultados
Turbiedad
Después de agregar las dosificaciones de almidón a este conjunto de experimentos
se puede evidenciar en los resultados y gráficamente en la figura 28, que en todas
las unidades experimentales se evidencia una buena remoción de turbiedad sin
embargo la relación 80/20 con una concentración de 0,5gr/L de almidón y 0,5gr/L
de sulfato es la que mejor eficiencia presenta teniendo e cuenta la relación
cantidad/concentración/eficiencia. Ya que la antes mencionada presenta
remociones de 99.04% en turbidez.
Color
El color presento una remoción de 96.39% como puede observarse en la figura 29,
según las mismas condiciones presentadas en remoción de turbidez para dosis
optima.
Figura 28. Análisis gráfico de remoción de turbiedad
Fuente: Autor
82
Remoción de turbidez Ꞙ (Concentración de almidón de achín)
105,00
100,00 98,95 99,30 98,34 98,63 97,92
96,62
95,00
90,77
90,00
84,84 85,00
82,84
80,00
77,16
75,00
70,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00
Dosificación de almidón (ml)
Remoción turbidez Conc. Aluminio 0.5gr/L VS Conc. Almidón 0,5gr/L
Remoción turbidez Conc. Aluminio 0,5gr/L VS Conc. almidón 1,5gr/L
Remoción turbidez Conc. Aluminio 0,5gr/L VS Conc. almidón 2.5gr/L"
Remoción turbidez Conc. Aluminio 0,5gr/L VS Conc. almidón 5gr/L
Re
mo
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urb
ide
z (%
)
83
11. DISEÑO ESTADISTICO
La ejecución y análisis estadístico se hizo a través del software estadístico llamado
“The R Project for Statistical Computing”; donde se usó un modelo de covarianza
(Ancova) dado que tenemos tres variables independientes, una continua (Dosis de
almidón) y dos variables categóricas (Concentración de aluminio y Dosis de
aluminio), obteniendo los resultados plasmados en las figuras 29 – 30.
Tabla 11. Organización de datos para ejecución de modelo estadístico.
Dosis Almidon
Concentración Aluminio
Dosis Aluminio
R. Turbidez
R. Color
15 ALU0.1 SU50 54,77 42,50
25 ALU0.1 SU50 56,39 39,86
35 ALU0.1 SU50 62,39 49,58
45 ALU0.1 SU50 67,35 49,58
52 ALU0.1 SU50 66,90 54,74
60 ALU0.1 SU50 64,90 53,30
65 ALU0.1 SU50 70,39 59,18
70 ALU0.1 SU50 67,35 56,06
15 ALU0.1 SU70 57,29 43,94
25 ALU0.1 SU70 59,74 40,94
35 ALU0.1 SU70 65,10 50,30
45 ALU0.1 SU70 69,29 50,78
52 ALU0.1 SU70 70,65 56,78
60 ALU0.1 SU70 70,13 56,54
65 ALU0.1 SU70 71,94 61,46
70 ALU0.1 SU70 69,55 60,02
15 ALU0.1 SU100 61,87 44,90
25 ALU0.1 SU100 62,84 44,66
35 ALU0.1 SU100 65,03 52,94
45 ALU0.1 SU100 70,13 54,26
52 ALU0.1 SU100 68,97 56,78
60 ALU0.1 SU100 68,45 56,06
65 ALU0.1 SU100 72,39 61,22
70 ALU0.1 SU100 70,58 60,62
15 ALU0.5 SU50 66,26 48,02
25 ALU0.5 SU50 88,71 80,31
35 ALU0.5 SU50 97,91 98,68
45 ALU0.5 SU50 99,35 98,92
52 ALU0.5 SU50 98,92 99,52
Fuente: Autor
84
60 ALU0.5 SU50 98,87 99,04
65 ALU0.5 SU50 98,23 99,04
70 ALU0.5 SU50 98,05 99,04
15 ALU0.5 SU70 57,29 42,86
25 ALU0.5 SU70 71,94 52,10
35 ALU0.5 SU70 74,32 51,50
45 ALU0.5 SU70 75,42 51,86
52 ALU0.5 SU70 50,77 40,22
60 ALU0.5 SU70 49,35 36,49
65 ALU0.5 SU70 48,32 29,53
70 ALU0.5 SU70 39,35 27,13
15 ALU0.5 SU100 51,61 46,04
25 ALU0.5 SU100 58,52 63,21
35 ALU0.5 SU100 63,94 69,19
45 ALU0.5 SU100 63,48 75,01
52 ALU0.5 SU100 55,61 53,43
60 ALU0.5 SU100 54,77 41,59
65 ALU0.5 SU100 50,13 37,28
70 ALU0.5 SU100 44,19 30,98
15 ALU1 SU50 92,65 87,03
25 ALU1 SU50 99,08 97,24
35 ALU1 SU50 99,26 96,16
45 ALU1 SU50 96,99 99,04
52 ALU1 SU50 97,74 98,80
60 ALU1 SU50 97,61 96,40
65 ALU1 SU50 93,58 97,96
70 ALU1 SU50 97,32 98,08
15 ALU1 SU70 93,67 92,32
25 ALU1 SU70 98,75 96,04
35 ALU1 SU70 98,95 96,52
45 ALU1 SU70 97,55 98,56
52 ALU1 SU70 97,99 98,20
60 ALU1 SU70 97,85 97,36
65 ALU1 SU70 96,05 97,36
70 ALU1 SU70 98,29 97,84
15 ALU1 SU100 95,41 93,40
25 ALU1 SU100 98,77 96,64
35 ALU1 SU100 99,02 97,72
45 ALU1 SU100 98,28 98,92
52 ALU1 SU100 98,60 99,16
60 ALU1 SU100 98,07 99,40
65 ALU1 SU100 97,52 98,44
70 ALU1 SU100 97,59 97,96
85
Figura 29. Análisis de resultados para turbidez en modelo estadístico
Fuente: Autor
Fuente: Autor
86
Figura 30. Análisis de resultados para color en modelo estadístico
87
11.1 ANALISIS DE RESULTADOS DISEÑO ESTADISTICOS
En cuanto a la turbidez se encontró que hay un efecto estadísticamente significativo
del aluminio y marginalmente significativo del almidón. Sin embargo, la interacción
entre los niveles de los factores dosis almidón, c. aluminio y dosis aluminio
mostraron un efecto significativo; es decir, el comportamiento de la turbidez vario
significativamente dependiendo de la dosis de almidón, concentración de aluminio
y dosis de aluminio que se asignó a las unidades experimentales como se puede
apreciar en la figura 29. Los valores con asteriscos indican un efecto
estadísticamente significativo de la variable factor.
En cuanto al color se observó que hay un efecto estadísticamente significativo de
todos los factores estudiados (dosis almidón, concentración aluminio y dosis de
aluminio de manera independiente). También se pudo apreciar un efecto
significativo de la interacción entre los niveles de estos factores; es decir, el
comportamiento del color dependió significativamente del nivel de almidón,
concentración de sulfato y dosis aluminio que se asignó a las unidades
experimentales como se puede apreciar en la figura 30. Los valores con asteriscos
indican un efecto estadísticamente significativo de la variable factor.
88
12. DISCUSIÓN
Los resultados obtenidos en este estudio son comparables con el estudio realizado
por López-Vidal y Col61 aunque estos trabajaron con almidones modificados
obtuvieron remociones de turbiedad del 95% utilizando una dosificación de 50mg/L,
el cual para su elaboración utilizaron una mezcla de trimetafosfato de sodio que
para su preparación necesitaron 300g de almidón nativo (base seca), ácido
clorhídrico y agua destilada hasta ajustar pH de 6, cabe resaltar que para la
obtención del almidón utilizaron la técnica industrial de Lim y Seib62; lo que lleva a
decir que aunque en esta investigación se utilizó el almidón natural y su obtención
se realizó en forma tradicional este si puede ser utilizado como un coadyuvante del
sulfato de aluminio permitiendo reducir en gran medida la utilización de este
reemplazado en un 20% por un coagulante de origen vegetal más amigable con la
salud humana.
61 LOPEZ-VIDAL Y COL 2014 Evaluacion de almidones de Malanga (Colocasia esculenta) como agente coadyuvantes en la remocion de turbiedad en procesos de potabilizacion de agua
62 LIM Y SEIB Preparation and Pasting Properties of Wheat and Corn Starch Phosphates 2013. Citado por Lopez-Vidal y col 2014
89
13. CONCLUSIONES
Los resultados de esta investigación muestran que el almidón de Achín como
coadyuvante del sulfato de aluminio, tiene la capacidad de actuar en conjunto y
disminuir casi en un 20% la dosificación del sulfato utilizada en el tratamiento
convencional de agua para consumo humano. Siendo su dosis optima la relación
80/20 en una concentración de almidón y sulfato de aluminio de 0,5gr/L con una
dosificación de 40 ml de almidón de achín y 9 ml de sulfato de aluminio con una
eficiencia en remoción de turbidez de 99,04% y una remoción en color 97,11%, si
bien en algunos experimentos se presentan ensayos con mejores eficiencias para
color estos representan mayores concentraciones y dosificaciones de los
coagulantes principalmente de sulfato de aluminio. Es importante decir que aunque
en los ensayos experimentales realizados existen remociones de turbiedad muy
cercanas a la determinada como dosis optima, en ninguno de los casos la relación
de proporcionalidad dosis de almidón/dosis de sulfato de aluminio, intentaba reducir
la utilización de sulfato de aluminio.
Según el modelo estadístico aplicado podemos concluir y corroborar la hipótesis
planteada evidenciando que si existen correlaciones estadísticamente significativas
entre las variables evaluadas, demostrando así que si es posible que el almidón de
achín puede actuar como un coadyuvante del sulfato de aluminio para la remoción
de turbidez.
90
14. RECOMENDACIONES
Se recomienda lo siguiente:
- Para futuras investigaciones estudiar el efecto de la alcalinidad en el proceso
de coagulación-floculación.
-
- Analizar este almidón como coadyuvante en aguas artificiales con
turbiedades superior a 500UNT y así evaluar su comportamiento y eficiencia
de remoción.
- Realizar estudios con residuos de vegetales como la concha del achín,
plátano, maíz, etc.; con el objetivo de no comprometer los recursos y se
ponga en riesgo la seguridad alimentaria y a su vez se contribuye a la
solución de problemas ambientales sobre el manejo de residuos
biodegradables.
91
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