II - METODOLOGÍA UTILIZADA. 2.1 Análisis histórico de datos

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1 DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS ÓPTIMOS DE COAGULACIÓN Y LA UTILIZACIÓN DE FILTRACIÓN RÁPIDA CON LECHO DE ARENA CULLSORB Y ARENA SÍLICE PARA EVALUAR LA REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO EN LA PLANTA POTABILIZADORA SANTA LUISA DE LA CIUDAD DE GUATEMALA Nombre del autor: Ivette María Morazán Rodríguez Fecha y lugar de nacimiento: 05 de abril de 1968, Estelí Nicaragua. Estudios: - Maestría en Ingeniería sanitaria en la Universidad de San Carlos de Guatemala (USAC) ( ). - Ingeniería Química en la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) de Nicaragua ( ). Experiencia laboral: Coordinadora ambiental regional MARENA Nicaragua (1999);. Responsable del área de control de calidad del agua (ENACAL Región I Nicaragua ( ). I - INTRODUCCIÓN El agua potable de la ciudad de Guatemala es suministrada por la empresa municipal de agua (EMPAGUA) que provee aproximadamente el 80 % del servicio, la empresa de agua Mariscal provee el 10 % y otros pozos privados, cisternas y llenacántaros el restante10 %. Actualmente el agua potable abastecida por EMPAGUA es producida en seis plantas de tratamiento y más de 80 pozos. La producción promedio de EMPAGUA actual es del orden de 321,969 m 3 /día. Las plantas potabilizadoras aportan aproximadamente el 68 % del total de la producción total de EMPAGUA. La planta potabilizadora Santa Luisa está ubicada en la zona 16 de la capital de Guatemala, fue diseñada y construida en 1938, actualmente se encuentra operando al 50% de su capacidad, abasteciéndose de tres fuentes (Teocinte, Acatán y Canalitos), para producir aproximadamente el 7 % del agua que suministra EMPAGUA y abastecer las zonas 1, 5, 9, 10,16 y 17 de la ciudad capital. En los registros históricos de la calidad del agua de la planta Santa Luisa, se han reportados valores altos de hierro y manganeso en el agua cruda y concentraciones fuera de las norma COGUANOR NGO , Agua potable para consumo humano para manganeso en el agua tratada. De acuerdo a las Guías de calidad de agua potable de la OPS/OMS, la presencia de hierro y manganeso no tiene mayor importancia sanitaria, sin embargo pueden causar otros problemas, como la precipitación de óxidos de hierro y manganeso, ocasionando un rápido deterioro en las unidades de tratamiento. Los precipitados de hierro y manganeso pueden llegar a obstruir 1

2 tuberías, propiciar el crecimiento de bacterias de hierro y manganeso, darle color y sabor desagradable al agua de bebida y manchar los artefactos sanitarios. En éste trabajo se realizaron varias pruebas para evaluar parámetros de coagulación (dosis y concentración óptima de coagulante, adición de cal e hipocloritos, tiempos y gradientes óptimos de floculación) para la remoción de hierro y manganeso. Además, se realizaron ensayos de filtración con dos lechos diferentes (arena Cullsorb arena verde de manganeso y arena sílice), ambos combinados con un soporte de grava y antracita con la finalidad de compararlos y proponer un lecho filtrante en función de la mejor eficiencia remocional de hierro y manganeso en la filtración rápida. II - METODOLOGÍA UTILIZADA 2.1 Análisis histórico de datos Se recopilaron los informes de muestreos en la planta Santa Luisa, para analizar los valores de concentración de hierro y manganeso total de los últimos 18 años. Las muestras son representativas de diferentes puntos de la planta (canal de mezclas, vertederos individuales de entrada, salida de las unidades de tratamiento y tanque de distribución. Se efectúo análisis de los valores máximos, mínimos y promedio por años, ocurrencia de concentraciones de hierro y manganeso con respecto a los valores máximos permisibles y admisibles de las normas COGUANOR Análisis experimental La fase experimental residió en realizar pruebas para evaluar la remoción de hierro y manganeso en la planta Santa Luisa, utilizando diferentes ensayos con el equipo de pruebas de Jarras y filtros pilotos con dos diferentes lechos, con la finalidad de comparar sus eficiencias remocionales de los filtros Pruebas de Jarras El procedimiento para las pruebas de Jarras es el propuesto por los manuales del CEPIS. Para todas las pruebas se dejaron fijos los parámetros de mezcla rápida (100 rpm por 1 minuto), floculación (40 rpm por 10 minutos) y sedimentación (15 minutos). Se utilizaron deflectores tipo C1, vasos de precipitado de 2 litros y las muestras se tomaron a 5 cm de profundidad. Además se realizó una corrida completa para determinar los parámetros óptimos de floculación (gradientes de velocidad y tiempos de floculación) Pruebas con filtros pilotos Para ésta prueba se construyeron 2 filtros pilotos, utilizando diferentes lechos filtrantes. En uno se utilizo un lecho múltiple de arena Cullsorb (arena verde de manganeso), antracita y grava como lecho soporta. En el segundo filtro se utilizó arena sílice e igual lecho soporte. La arena 2

3 sílice es la arena con la que se están reemplazando los lechos filtrantes de los filtros rápidos en la planta potabilizadora Santa Luisa. En los filtros pilotos se trato de reproducir las condiciones de diseño de los filtros rápidos de tasa constante y altura variable, construidos en Santa Luisa. con la finalidad de cambiar solamente el lecho filtrante en caso que los resultados fuesen satisfactorio en la remoción de hierro y manganeso. Para comparar las eficiencias remocionales de cada una de las unidades se tomaron muestras de 50 litros de agua sedimentada, se le determinaron los parámetros iniciales de hierro, manganeso, color, turbiedad, ph, alcalinidad y cloro residual libre (ya que es necesaria mantener un residual de cloro para regenerar en línea la arena verde de manganeso (Cullsorb) y/o porque se efectúa una cloración antes de la mezcla rápida). El agua se hizo filtrar de forma paralela por los dos filtros. Se tomaron muestras independientes a la salida de cada filtro piloto y se determinaron los mismos parámetros finales (hierro, manganeso, color, turbiedad, ph, alcalinidad y cloro residual libre). Con las mediciones finales e iniciales se determinó la remoción y/o aporte de cada unidad para conocer la eficiencia remocional de cada uno de los filtros y compararlas. III - RESULTADOS OBTENIDOS E INTERPRETACIÓN 3.1 Recopilación y análisis de registros de calidad del agua Para el análisis histórico de calidad del agua, únicamente se consideró hierro y manganeso, porque el objetivo fue verificar la presencia de éstos dos metales en el agua de la planta potabilizadora y en qué rangos de concentraciones se han reportado Hierro Se recopilaron y analizaron los registros de mediciones de hierro total de los últimos 18 años ( ). Los informes corresponden a muestreos puntuales. Las muestras fueron tomadas en diferentes puntos de la planta potabilizadora (vertederos individuales de entrada, canal de mezcla, salida de los sedimentadores, filtros y tanque de distribución). En la figura 1 se presentan las concentraciones máximas, mínimas y promedios de hierro total para cada año, mediadas en el canal de mezcla (unificación de los 4 vertederos de entrada). 3

4 HIERRO TOTAL (mg/l) Figura 1. Valores máximos de hierro medidos en el canal de mezcla En la figura 1 se observa que en el canal de mezcla de la planta, las concentraciones máximas medidas, se reporta en 1994 (24.55 mg/l) y 1998 (18.53 mg/l). De acuerdo a las normas de calidad para las fuentes de agua de la OMS, las concentraciones de agua cruda para todos los años son menores que la concentración máxima aceptable para hierro (50 mg/l). Todas las concentraciones de hierro medidas en el tanque de distribución, se reportan por debajo del LMP Manganeso AÑOS Máximo Mínimo Promedio Para manganeso se analizaron 5 años consecutivos de muestreos a partir de 1996, ya que anteriormente no se determinaba éste parámetro al agua en la planta. En la figura 2 se observa la variación de manganeso para el agua cruda en los muestreos realizados en diferentes fechas, comparadas con los límites máximos admisibles (0.05 mg/l) y permisible (0.5 mg/l) para agua potable (norma COGUANOR NGO ), donde se aprecian concentraciones sobre el LMP, sin embargo, si comparamos con la concentración máxima aceptada de las normas de calidad para fuentes de agua de la OMS (5 mg/l), todos las mediciones se reportan muy por debajo de ésta concentración, observándose que el valor máximo reportado es de 1.4 mg/l de manganeso en el agua cruda en

5 mg/l MANGANESO (mg/l) LMP = 0.5 mg/l LMA = 0.05 mg/l 20/08/ /10/ /12/ /02/ /04/ /06/ /08/ /10/ /12/ /02/ /04/ /06/ /08/ /10/ /12/ /02/ /04/ /06/ /08/ /10/ /12/ /02/ /04/ /06/ /08/2000 AGUA CRUDA LMA LMP Figura 2. Concentración de manganeso en el agua cruda Es importante acentuar que aunque las concentraciones de manganeso medidas en la entrada de la planta son relativamente bajas, éste metal no se remueve satisfactoriamente en el proceso de potabilización, lo anterior puede ser apreciado en la figura 3 donde se muestra la frecuencia con se presentan las diferentes rangos de concentraciones de manganeso (eje x), observando que el 21.6 % de las mediciones están en el rango de 0.5 a 1.4 mg/l de manganeso (fuera del LMP de la norma NGO COGUANOR ), tanto para el agua cruda como para el trata tratada (tanque de distribución). FRECUENCIA DE OCURRENCIA (%) < RANGOS CONCENTRACIÓN DE MANGANESO 21.6 FRECUENCIA DEL AGUA CRUDA FRECUENCIA DEL AGUA TRATADA 3.2- Pruebas de Jarras Figura 3. Frecuencia de ocurrencia de concentraciones de manganeso en el agua cruda y tratada en la planta Se trabajo con nueve diferentes calidades de agua, en la tabla I se presentan los parámetros medidos como condiciones iniciales para cada prueba. A cada muestra de agua (aproximadamente 90 galones de agua), se le realizaron diferentes pruebas de Jarras para determinar la dosis óptima y concentración óptima de sulfato de aluminio, dosis óptimas de cal e hipoclorito de sodio y/o calcio, realizando un total de 33 pruebas de Jarras. El periodo de realización de las pruebas fueron los meses de enero, febrero, marzo y primeros días de abril del 2001, considerándose época de verano, con lluvias esporádicas. 5

6 Tabla I. Calidad del agua cruda condiciones iniciales de trabajo Condiciones Iniciales P. Jarras No. Fecha Turbiedad (U.N.T)) Color (U.C.) Hierro (mg/l) Manganeso (mg/l) ph Alcalinidad (mg/l) Temperatura ( C) 02/02/ /02/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /04/