REUTILIZACIÓN DE LODOS DE PLANTA DE POTABILIZACIÓN EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. JULIÁN ALBERTO GALLO RAMÍREZ. JUAN CARLOS URIBE HURTADO.

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1 REUTILIZACIÓN DE LODOS DE PLANTA DE POTABILIZACIÓN EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. JULIÁN ALBERTO GALLO RAMÍREZ. JUAN CARLOS URIBE HURTADO. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA 3

2 REUTILIZACIÓN DE LODOS DE PLANTA DE POTABILIZACIÓN EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. JULIÁN ALBERTO GALLO RAMÍREZ JUAN CARLOS URIBE HURTADO. Trabajo de grado para optar al título de INGENIERO QUIMICO Línea de profundización: AMBIENTAL Modalidad PARTICIPACIÓN EN PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Dentro del programa de investigación del grupo de Ingeniería Ambiental Para el tratamiento de lixiviado del relleno sanitario La Esmeralda de Manizales Director: Jorge Eliécer Marín A. Ingeniero Químico MSc. Especialista en Ingeniería Sanitaria. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA 3

3 Nota de aceptación Presidente del jurado Jurado Jurado Manizales, Agosto de 3

4 A Dios... por todo

5 CONTENIDO. Pág. RESUMEN 1. INTRODUCCIÓN 1 2. MARCO TEÓRICO COAGULACIÓN FLOCULACIÓN DE LAS IMPUREZAS DEL AGUA POTENCIALES DEL COLOIDE Potencial zeta DESESTABILIZACIÓN Compresión de la doble capa Neutralización de su carga Atrapamiento en un precipitado por incorporación por barrido Por puente químico REMOCIÓN DE COLOR ph ÓPTIMO PARA LA COAGULACIÓN COAGULACIÓN O DESESTABILIZACIÓN DE COLOIDES POR ADICIÓN 15 DE ELECTROLITOS METÁLICOS Química de la coagulación con Al (III) Química de la coagulación con sales de hierro AYUDAS PARA LA COAGULACIÓN REUTILIZACIÓN DE LODOS DE PLANTAS DE POTABILZACIÓN Recirculación de lodos de plantas convencionales de potabilización de 19 aguas, Bogotá Lodos desechados en el tratamiento de potabilización Impactos ambientales y toxicidad de los residuos de plantas de 21 tratamiento de potabilización Disposición final de lodos METODOLOGÍA RECOLECCIÓN DE LOS LODOS 26

6 3.2. TRATAMIENTO DE LOS LODOS DEL SEDIMENTADOR RECOLECCIÓN DE LOS LIXIVIADOS DEL RELLENO DISEÑO EXPERIMENTAL Variables independientes: Variables dependientes Diseño Cronológico De La Prueba De Jarras ANÁLISIS DE LABORATORIO PARA LAS MUESTRAS. 35 PRUEBA DE JARRAS Y PARÁMETROS A MEDIR 3.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO ANÁLISIS DE RESULTADOS RESULTADOS Calculo del % de remoción por propiedad Gráficas para % remoción Análisis estadístico para todos los datos por propiedad Minuto de sedimentación Análisis estadístico para uto de sedimentación Análisis estadístico por combinación para uto de sedimentación Información coagulantes solos Análisis estadístico coagulantes solos Información lodo solo Análisis estadístico para lodo solo Calculo del % de remanencia INCREMENTO DE LA DOSIS DE LODO PRUEBAS A LAS MEJORES COMBINACIONES ESTUDIO PRELIMINAR DE COSTOS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES 76 BIBLIOGRAFÍA 77 ANEXOS 8

7 TABLAS. Pág. Tabla 1. Diseño cronológico de la prueba de jarras 31 Tabla 2. Análisis para la mejor prueba. 65 Tabla 3. Análisis de costos de reactivos para remoción de turbiedad 71 Tabla 4. Análisis de costos de reactivos para remoción de color 72

8 GRÁFICOS. Pág. Gráfico 1. Potenciales del coloide 7 Gráfico 2 a 5. % Turbiedad removida vs. tiempo de sedimentación 41 Gráfico 6 a 9. % Turbiedad removida vs. tiempo de sedimentación 42 Gráfico. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. para todos los 44 datos (% Turbiedad y color Removidas Vs. Tiempo Sedimentación). Gráfico 11. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. para todos los 45 datos (% Turbiedad y color Removidos Vs. Tipo de lodo). Gráficas 12 a 15. % Turbiedad removida vs. Cantidad de coagulante. 47 (Minuto de sedimentación). Gráficas 16 a 19. % Turbiedad removida vs. Cantidad de coagulante. 48 (Replica uto de sedimentación). Gráficas a 23. % Color removido vs. Cantidad de coagulante. (Minuto 49 de sedimentación). Gráficas 24 a 27. % Color removido vs. Cantidad de coagulante. (Replica 5 uto de sedimentación). Gráficas 28 a 31. ph al cabo de utos de sedimentación. 51 Gráficas 32 a 35. ph al cabo de utos de sedimentación. (Replica) 52 Gráfico 36. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. (Minuto de 53 sedimentación (todos los datos)). Gráfico 37. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. (Minuto de 54 sedimentación (todos los datos)). Gráfico 38. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Combinación 55 sulfato de aluio + lodo decantado (Minuto de sedimentación). Gráfico 39. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Combinación 55

9 sulfato de aluio + lodo decantado (Minuto de sedimentación). Gráfico 4. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Combinación sulfato de aluio + lodo decantado (Minuto de sedimentación). Gráfico 41. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Combinación cloruro férrico + lodo decantado (Minuto de sedimentación). Gráfico 42. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Combinación cloruro férrico + lodo decantado (Minuto de sedimentación). Gráficas 43 a 46. % Turbiedad y % de Color removido para los tipos de coagulante. Ensayo de jarras. Promedio de los datos. Gráficas 47 a 5. % Turbiedad y % de Color removido para los tipos de lodos. Ensayo de jarras. Promedio de los datos. Gráfico 51. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Lodo decantado y seco solos, utilizados como coagulantes. Gráfico 52. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Lodo decantado y seco solos, utilizados como coagulantes. Gráfico 53. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Lodo decantado y seco solos, utilizados como coagulantes. Gráfico 54. Resumen análisis descriptivo por S.P.S.S. Lodo decantado y seco solos, utilizados como coagulantes. Gráficas 55 a 58. % de remoción de turbiedad y color vs. Dosis de lodo (hasta 16 ppm), 15 ppm de coagulante + lodo decantado. Gráficas 59. Minuto de sedimentación. Promedio de datos. % de turbiedad removida para cada dosis de lodo vs. Dosis de coagulante. Gráficas 6. Minuto de sedimentación. Promedio de datos. % de color removido para cada dosis de lodo vs. Dosis de coagulante

10 LISTA DE ANEXOS. Pág. Anexo A1. Prueba de jarras 8 Anexo A2. Fichas técnicas De coagulantes 9 Anexo A3. Pruebas mejor combinación 97 Anexo B. Datos y gráficos % de remoción de turbiedad. Total tiempo de 2 sedimentación. Anexo C. Análisis estadístico % de remoción de turbiedad. Total tiempo 135 de sedimentación. Anexo D. Datos y gráficos % de remoción de color. Total tiempo 146 sedimentación. Anexo E. Análisis estadístico % de remoción de color. Total tiempo de 179 sedimentación. Anexo F. Datos y gráficos ph. Total tiempo sedimentación. 191 Anexo G. Análisis estadístico ph. Total tiempo sedimentación. 216 Anexo H. Datos y gráficos para todas las variables dependientes. 227 Promedio uto de sedimentación. Anexo J. Análisis estadístico uto de sedimentación. Relación entre 244 todas las variables. Anexo K. Análisis estadístico uto de sedimentación. Sulfato de 269 aluio + lodo decantado. Anexo L. Análisis estadístico uto de sedimentación. Sulfato de 288 aluio + lodo seco. Anexo M. Análisis estadístico uto de sedimentación. Sulfato de 37 aluio + lodo decantado. Anexo N. Análisis estadístico uto de sedimentación. Sulfato de 326

11 aluio + lodo seco. Anexo P. Datos y gráficos para coagulante solo, sin combinar. Todo tiempo sedimentación. Anexo Q. Análisis estadístico para coagulante solo. Total tiempo sedimentación. Anexo R. Datos y gráficos para lodo como coagulante. Todo tiempo sedimentación Anexo S. Análisis estadístico para lodo como coagulante. Total tiempo sedimentación. Anexo T. Datos y gráficos para % de turbiedad remanente Vs velocidad sedimentación

12 ABSTRACT The leached one generated in the Esmeralda Sanitary Filler, from the city of Manizales at the moment receives like only treatment coagulation process flocculation sedimentation, with a high demand of primary coagulate (15 ppm of Aluum Sulfate or 14 ppm of Ferric Chloride). In this investigation it was studied the effect of the application of muds of purification plants like assistant in the flocculation of the leached one studied. The experimentation one carries out in a team for rehearsal of jars. The results demonstrated that to the application of originating muds of sedimentation of the coagulation process - flocculation of purification plants, it contributes to the removal of turbidity and color contained in residual waters (leached), and that this addition reduces the dose of necessary primary coagulant significantly, with the corresponding diution in the expenses of the treatment of the leached one.

13 RESUMEN El lixiviado generado en el relleno sanitario la Esmeralda, de la ciudad de Manizales recibe actualmente como único tratamiento un proceso de coagulación floculación sedimentación, con una elevada demanda de coagulante primario (15 ppm de Sulfato de Aluio o 14 ppm de Cloruro Férrico). En esta investigación se estudió el efecto de la aplicación de lodos de plantas de potabilización como ayudante en la floculación del lixiviado. La experimentación se realizo en un equipo para ensayo de jarras (Jar Test). Los resultados demostraron que la aplicación de lodos de sedimentación provenientes del proceso de coagulación - floculación de plantas de potabilización, contribuye a la remoción de turbiedad y de color contenido en las aguas residuales (lixiviados), y que esta adición reduce significativamente la dosis de coagulante primario necesario, con la correspondiente disución en los gastos del tratamiento del lixiviado.

14 1. INTRODUCCIÓN El lixiviado o jugo resultante de la putrefacción de los desechos depositados en los rellenos sanitarios, lleva materiales disueltos y suspendidos que pueden ser potencialmente dañinos, pudiéndose encontrar metales pesados y compuestos orgánicos e inorgánicos diversos. En los últimos años, los lixiviados del relleno sanitario la Esmeralda de la ciudad de Manizales han sido tratados mediante un proceso físico - químico de coagulación floculación. Inicialmente para el tratamiento se utilizó sulfato de aluio como coagulante primario; el costo de este producto químico es de $ 25. la tonelada. Actualmente se utiliza cloruro férrico como coagulante primario; su costo es de $ 2 8. tonelada en forma sólida. Se sabe además que la dosis óptima de sulfato de aluio es de unas 14 ppm y que la dosis optima de cloruro férrico es de ppm []. De igual forma, en el tratamiento de aguas blancas para consumo humano se generan desechos que pueden llegar a perjudicar la vida acuática, las plantas y al mismo hombre de no ser controlados. Estos desechos, la mayoría de las veces, son arrojados a los cursos de agua o redes de alcantarillado, que es el caso de Aguas de Manizales S.A. E.S.P.; o en el mejor de los casos, se encarga a una entidad para que dé una disposición final adecuada. Es así como surge la idea de utilizar este desecho (lodo) en el tratamiento del agua residual y mejor aún del lixiviado, formulando la hipótesis de que la adición de lodos de plantas de tratamiento de aguas blancas, en el proceso de coagulación- floculación de un agua residual (lixiviado), disuye las necesidades

15 de coagulante primario. Aunque en este trabajo esta hipótesis se demostró para el caso del lixiviado, es muy probable que los resultados se puedan extender a otros efluentes residuales. Se plantearon los siguientes objetivos a desarrollar: OBJETIVO GENERAL: Deterar la factibilidad técnica de reutilizar los lodos residuales de plantas de potabilización como ayudante del proceso de coagulación- floculación de lixiviados. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Estudiar, mediante un ensayo de jarras, la acción del lodo del sedimentador de una planta de potabilización, sobre los parámetros turbiedad, color y ph de un lixiviado. Analizar, a través de una prueba de jarras, la acción del lodo del sedimentador de una planta de potabilización en combinación con coagulantes primarios, sobre los parámetros turbiedad, color y ph de un lixiviado. Realizar un estudio preliar de costos. Los objetivos propuestos en la presente investigación y la metodología especificada, aportan un banco de datos, con un análisis de los mismos, que sirve como base para posteriores experiencias más precisas, con miras a la implementación de alternativas de aprovechamiento de lodos del sedimentador de las plantas de potabilización, y la implementación de procesos de tratamiento para lixiviados. 2

16 Para el desarrollo de la investigación se llevaron a cabo 16 ensayos en los que se analizaron diferentes dosis de coagulante y lodo; se encontró que el lodo decantado da buenos resultados, en combinación con el Cloruro Férrico como coagulante primario, pero es de destacar que la investigación no pretendió llegar a resultados óptimos (dosis, velocidad, tiempo, gradiente). No obstante, se pudo demostrar que la hipótesis es viable y sí reduce la cantidad de coagulante primario utilizado en la actualidad. 3

17 2. MARCO TEÓRICO 2.1. COAGULACIÓN FLOCULACIÓN DE LAS IMPUREZAS DEL AGUA: En general el agua contiene tres tipos de sólidos: suspendidos, coloidales y disueltos. Los sólidos suspendidos son transportados gracias a la acción de arrastre y soporte del movimiento del agua; los más pequeños (menos de.1 mm) no sedimentan fácilmente, y los más grandes (mayores de.1 mm) son generalmente sedimentables. Los sólidos coloidales consisten en limo fino, bacterias, partículas causantes de color, etc., que no sedimentan o lo hacen después de períodos prolongados y su efecto global se traduce en el color y la turbiedad de las aguas sedimentadas sin coagulación. Los sólidos disueltos, materia orgánica e inorgánica, son invisibles separadamente, no son sedimentables y globalmente causan diferentes problemas de olor, sabor, color y salud, a menos que sean precipitados y removidos mediante métodos físicos y químicos. La coagulación química puede definirse como un proceso unitario usado para causar la agregación de material suspendido no sedimentable y partículas coloidales de las aguas residuales; es un proceso por el cual se reducen las fuerzas repelentes existentes entre partículas coloidales para formar agregados de mejor sedimentabilidad. El proceso consiste en la adición de sustancias químicas al agua, su distribución uniforme y la formación de un floc fácilmente sedimentable.

18 La coagulación prepara el agua residual para la sedimentación, incrementa considerablemente la eficiencia de los sedimentadores y tiene como función principal desestabilizar, agregar y unir las sustancias coloidales presente en el agua. La coagulación es el proceso más ampliamente usado para remover las sustancias que producen turbiedad en las aguas. Las sustancias que producen turbiedad son a menudo inorgánicas, mientras que las que causan olor, sabor o color son generalmente orgánicas. En resumen, se llama coagulación floculación, al proceso por el cual las partículas se aglutinan en pequeñas masas con peso específico superior al del agua, llamadas flóculos. Dicho proceso se usa para: Remoción de turbiedad orgánica o inorgánica que no puede sedimentar rápidamente. Remoción de color verdadero o aparente. Eliación de bacterias, virus, y organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación. Eliación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de precipitados químicos suspendidos o compuestos orgánicos, entre otros. Hay que distinguir dos aspectos fundamentales en la coagulación floculación: La desestabilización de las partículas suspendidas, o sea la remoción de las fuerzas que las mantienen separadas. Suele denoarse coagulación (aglutinación), la cual comienza en el mismo instante en que se agregan los coagulantes al agua; dura solamente fracciones de segundo, y básicamente consiste en una serie de reacciones físicas y químicas entre los coagulantes, la superficie de las partículas, la alcalinidad del agua y el agua misma. Se deben tener en cuenta tres mecanismos: el de adsorción desestabilización basado en las fuerzas electrostáticas de atracción y 5

19 repulsión, el del puente químico que establece una relación de dependencia entre las fuerzas químicas y la superficie de los coloides, y el de sobresaturación de la concentración de coagulantes del agua. El transporte de las partículas dentro del líquido para que hagan contacto, generalmente estableciendo puentes entre sí y formando una malla tridimensional de coágulos. También llamada floculación (formación de grumos o coágulos), es el fenómeno por el cual las partículas ya desestabilizadas chocan unas con otras para formar coágulos mayores. Se debe distinguir entre: floculación ortocinética y pericinética, o con escala de turbulencia por encima o por debajo de la microescala de kolmogroroff n [2]. La primera es la inducida por la energía comunicada al líquido por fuerzas externas (paletas giratorias), la segunda es la promovida, internamente dentro del líquido, por el movimiento de agitación que las partículas tienen dentro de aquél (movimiento browniano), y que se realiza en un tiempo muy corto después de desestabilizada la partícula hasta que la partícula tiene un tamaño que se acerca a la microescala de kolmogroroff n [2] POTENCIALES DEL COLOIDE [2] : En un coloide deben tenerse en cuenta los siguientes potenciales: Potencial q que existe en la superficie del coloide, o potencial Nerst. Potencial φ que existe en la superficie interior de la doble capa, donde empieza la capa difusa. Potencial z que existe en el plano de cizalla, es el que debe verse con más detalle, por su importancia en la coagulación. 6

20 Grafico 1, Potenciales del Coloide FUENTE: ARBOLEDA VALENCIA, Jorge. Teoría y Práctica de la Purificación del Agua. Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. El plano de cizalla es el que separa del resto de la dispersión, la sección de la capa que se mueve con la partícula formando parte integral de ella; está situado en algún punto, entre la superficie interior de la doble capa. Como no se puede separar el coloide de los contraiones que lo rodean, el único potencial que se puede deterar con más o menos precisión es el potencial zeta, o sea el potencial en la superficie del plano de cizalla Potencial Zeta De acuerdo con la electrostática, el potencial Z varía con la constante dieléctrica DC y viene expresado por la fórmula: 7

21 δ z = 4π q DC De donde: q δ = z DC 4π Para las dos ecuaciones anteriores: Z : Potencial Z. DC: Constante dieléctrica. q : Carga de la partícula. δ : Distancia. El producto q* δ, o sea, la carga de la partícula por la distancia hasta la cual se le considera efectiva, es llamado el momento eléctrico del coloide, y ha sido deterado experimentalmente a partir del valor de la constante dieléctrica. La estabilidad de una dispersión coloidal está relacionada con la teoría de la interacción energética entre las partículas como una función de su distancia. Además de las fuerzas electrostáticas de repulsión entre los coloides, pueden actuar las fuerzas de Van der Waals, originadas por acción de dipolos permanentes o inducidos en las partículas. Estas fuerzas de atracción son débiles y disuyen rápidamente al aumentar la distancia entre los coloides. Las fuerzas de Van der Waals son independientes de la carga neta de los coloides y no varían con el ph o con otras características de la fase acuosa, pero sólo actúan a distancias muy pequeñas. Por tanto, cuando dos partículas coloidales se acercan una a otra, actúan dos fuerzas, la electrostática de repulsión que tiende a que las partículas se separen y la fuerza de Van der Waals que tiende a que las 8

22 partículas se acerquen. Según sea la resultante de tales fuerzas las dispersiones coloidales pueden ser estables o no. Al acercarse dos partículas la fuerza de repulsión aumenta para mantenerlas separadas. Si se acercan lo suficiente y sobrepasan la barrera de energía, entonces la fuerza de atracción de Van der Waals predoará y las partículas podrán unirse. Cuando se obtiene esta condición se dice que el coloide se ha desestabilizado. Para que se pueda sobrepasar la barrera de energía se deberá entregar gran cantidad de energía cinética o disuir la barrera de energía por algún mecanismo de ebullición, congelación o adición de productos químicos. La forma más usual consiste en agregar electrólitos al agua DESESTABILIZACIÓN [2], [22] Para lograr la sedimentación de los coloides es necesario destruir su estructura y formar coágulos o agregados de muchas partículas, los cuales si son sedimentables. Para que un coloide se aglutine con otros (coagule) es necesario que las partículas se aproximen a una distancia menor que la existente entre el centro del coloide y la cresta de la resultante o barrera de energía (la cual varía con el ph). Los coloides se aproximan a una distancia menor que la de la barrera de energía cuando el potencial z baja hasta un punto llamado punto isoeléctrico (z =o) lo que sucede si se neutraliza la carga q o se acumula incrementando el número de iones en la solución. Hay cuatro mecanismos para la coagulación de los coloides: Compresión de la doble capa. 9

23 Neutralización de su carga. Atrapamiento en un precipitado. Formación de puentes interpartículas Compresión de la doble capa: Al aumentar la concentración del electrolito se incorporan contraiones en la capa difusa con lo cual se represa y se disuye la magnitud de las fuerzas repulsivas, permitiendo la eliación de la barrera de energía. La adsorción de contraiones puede ser fenómeno electrostático o químico. En el primero los iones más pequeños podrán acercarse más a la superficie y no se fijan en los puntos de adsorción deterados sino que flotarán a su alrededor. La coagulación se produce cuando el potencial z se hace cero, el exceso de coagulante agregado no puede producir estabilización de la suspensión pues los coloides no pueden adsorber más contraiones de los que su carga primaria le permite y a mayor carga del contraiones más disuirá la carga del coloide de acuerdo con la ley de Schulze Hardy [2] : la precipitación de un coloide es efectuada por aquel ion del electrolito añadido, que tenga una carga opuesta en signo y de las partículas coloidales y el efecto de dicho ion se incrementa tanto más cuanto mayor sea el número de cargas que posea. Se encuentra que un ion bivalente es de 3 a 6 veces más efectivo que un ion monovalente, y un ion trivalente de 7 a veces más efectivo que uno monovalente. Como los productos de la hidrólisis del Al (III) y el Fe (III) tienen cargas que van desde +5 hasta -1, la cantidad de coagulante que debe ser agregado a una suspensión dependerá mas de la carga de los productos de hidrólisis que del número de partículas en suspensión.

24 Neutralización de su carga: Los coloides liofóbicos pueden neutralizarse por cambio de la concentración de los iones que deteran el potencial del coloide; y por la adsorción de iones que posean una carga opuesta a la de los iones deterantes del potencial y que sean capaces de reemplazar a estos en la capa de Stern (Ver grafico 1). Los iones pueden adsorber: iones o productos de hidrólisis simples como al Al(OH) ++ o el Fe(OH) ++ con pesos moleculares entre 44 y 135, y tamaños menores de 1 mµ que se forman al inicio de la coagulación; y de adsorber polímeros formados posteriormente, al continuar las reacciones hidrolíticas del coagulante con la alcalinidad y con el agua misma Atrapamiento en un precipitado por incorporación o por barrido: Se producen cuando se agrega una concentración de coagulante tan alta que excede el límite de la solubilidad de ese compuesto en el agua. En ese momento se precipitan los hidróxidos que se forman por reacción con la alcalinidad y el agua con sus coagulantes, induciendo la formación de una masa esponjosa (floc de barrido) que atrapa en su caída a los coloides y partículas suspendidas, las cuales se ven forzadas a decantar incorporadas dentro del precipitado que desciende. Esto no es una verdadera coagulación, pero es la que más frecuentemente se produce debido a que en la práctica las dosis que se usan están por encima del límite de solubilidad de los hidróxidos de Al (aluio) o Fe (hierro) en el agua al ph y temperatura de trabajo normal. 11

25 Por puente químico: Cuando la adsorción de contraiones es debida a fuerzas químicas se establecerán enlaces: de hidrógeno, covalentes, iónicos, otros; entre las moléculas adsorbidas y las superficies de los coloides. En este caso estarán adheridos a puntos fijos de adsorción y su número podrá aumentar hasta cambiar la carga del coloide (de a +) con lo que se producirá una estabilización nueva. Entre más puntos de adsorción disponibles haya, más moléculas para ser adsorbidas hay que agregar y serán más fácilmente adsorbidos los polímeros grandes que los pequeños. En la adsorción química no siempre se realiza coagulación a z =. Las moléculas de alto peso molecular pueden ser adsorbidas químicamente en las partículas coloidales y cada rama de polímero podrá ser adsorbida por otro coloide formando puentes moleculares aglutinando las partículas y formando un floc. Se debe tener en cuenta que: Cuando el coloide no es adsorbido, el floc se desintegra espontáneamente. Cuando la superficie esta totalmente cubierta no se pueden formar puentes. El floc tiene la máxima estabilidad cuando la mitad de la superficie del coloide esta cubierta. La coagulación es pobre o no se produce si hay un exceso de polímeros y en deteradas condiciones una suspensión desestabilizada, puede estabilizarse de nuevo si es sometida a una agitación violenta, ya que las partículas son cubiertas totalmente por el polímero. El modelo del puente químico explica la relación estequiométrica que existe entre la cantidad de superficie disponible o cantidad de coloides y la cantidad de coagulante agregado. 12

26 Factores que afectan el proceso de coagulación: 1. Dosis de coagulante. 2. ph. 3. Concentración de coloides o turbiedad. 4. Color o sustancias o concentración de sustancias orgánicas en el agua. 5. Aniones o cationes presentes en el agua. 6. Intensidad de la mezcla rápida y gradiente de la mezcla lenta. 7. Movilidad electroforética de las partículas. 8. Temperatura del agua REMOCIÓN DEL COLOR: En general, el téro color se refiere al color verdadero del agua y se acostumbra medirlo conjuntamente con el ph, pues la intensidad del color depende del ph, normalmente el color aumenta con el incremento del ph. Las razones por las cuales se suele hacer remoción de color en el agua son de orden estético, químico sanitario e industrial: Estético, porque la mayoría de la gente prefiere un agua cristalina. Químico sanitario, porque interfiere con el proceso de cloración, al formar clorohalometanos que se sospecha son cancerígenos, dificulta los análisis colorimétricos del agua, complica el proceso de coagulación y estabiliza el hierro y el manganeso en solución. Industriales, porque interfieren ciertos procesos y obstaculiza el funcionamiento de resinas aniónicas de intercambio iónico. 13

27 El color natural en el agua existe principalmente por efecto de las partículas coloidales cargadas negativamente; debido a esto, su remoción puede lograrse con ayuda de un coagulante de una sal de ión metálico trivalente como el Al +3 y el Fe +3. Frecuentemente este último es más eficiente que el primero, pero tiene la desventaja de que si excede la dosis óptima, queda un alto contenido de hierro en el agua. El ph para remover color es más bajo que el que se necesita para remover turbiedad. Para sales de aluio el color se remueve mejor a ph entre 5. y 6., y la turbiedad entre 6. y 7.; para sales de hierro el ph óptimo para remoción de color está entre 3.2 y 4.5, y para turbiedad entre 2 y 7. [2] [5]. Debido a la falta de conocimiento sobre la estructura química de las sustancias productoras de color, hay bastante desacuerdo sobre cuales pueden ser los mecanismos que inducen su coagulación. Se ha llegado a asegurar que aparentemente el mecanismo físico de desestabilización de coloides no juega un papel importante; así el color puede ser removido por: Adsorción química en los precipitados poliméricos de los productos de la hidrólisis de los coagulantes, produciéndose una interacción entre estos y los grupos carboxílicos de las moléculas orgánicas pesadas de las sustancias productoras de color. A ph bajos, en cambio, las sustancias húmicas interaccionan con los compuestos de aluio positivamente cargados para formar un precipitado de fulvato de aluio. Cuando simultáneamente con el color está presente la turbiedad, la superficie de los coloides se hace mayor y esto estimula la adsorción de las moléculas de color, lo que se traduce en una menor dosis de coagulante. 14

28 2.5. ph ÓPTIMO PARA LA COAGULACIÓN: El valor del ph es uno de los factores de mayor importancia y efecto sobre el proceso de coagulación. De acuerdo con Haney [22] el ph afecta la solubilidad de los precipitados formados por el hierro y el aluio, así como el tiempo requerido para formación de floc y la carga sobre las partículas coloidales. El ph óptimo para la remoción de coloides negativos varía según la naturaleza del agua, pero usualmente cae entre 5. y 6.5. El rango de ph de los coagulantes utilizados, en general, es: Sulfato de aluio (alumbre) 4-7 Cloruro férrico y > 8.5 La adición de coagulantes (cloruro férrico y sulfato de aluio), trae consigo la disución de ph debido al consumo de alcalinidad del agua y al mismo tiempo de los demás compuestos formados como se observa en la química de la coagulación COAGULACIÓN O DESESTABILIZACIÓN DE COLOIDES POR ADICIÓN DE ELECTROLITOS METÁLICOS: Los más usados en la purificación del agua son el sulfato de aluio y el cloruro férrico: Química de la coagulación con Al (III): El sulfato de aluio es el coagulante estándar usado en tratamiento de aguas. El producto comercial tiene usualmente la fórmula Al 2 (SO 4 ) 3 14H 2 O con masa molecular de 6. el material es empacado en diversas formas: en polvo, molido, en terrones, en granos parecidos al arroz y en forma líquida. 15

29 El Al 2 (SO 4 ) 3 H 2 O es un polvo de color marfil, hidratado, que cuando está en solución se hidroliza Al (SO ) H O + 6 H O [Al (H O) ] + 3 SO Ácido = donador de protones Reacciona con las bases que encuentra en el agua, así: Con la alcalinidad: grupos: a OH, CO 3 carbonatos, HCO 3 bicarbonatos. [Al(H O) ] + OH [Al(H O) (OH)] + H O [Al(H O) ] + CO [Al(H O) (OH)] + [HCO ] [Al(H O) ] + HCO [Al(H O) (OH)] + H CO b. El [Al(H 2 O) 5 (OH)] ++ es un compuesto inestable y transitorio que se hidroliza rápidamente: [Al(H O) (OH)] [Al(H O) (OH) ] Al(H O) (OH) c. El ++ [Al(H2O) 5(OH)] se polimeriza reaccionando entre sí: [Al(H O) ] + [Al(H O) ] [Al(H O) (OH) ] + 2 H O Estas reacciones de polimerización continúan con el tiempo, formando compuestos tales como - Al(OH) 3(H2O) 3 ó [Al(OH) 4], según el ph Al 6(OH) 15, Al 8(OH) y finalmente Con el agua: si se consume toda la alcalinidad, reacciona con el agua: [Al(OH) ] + H O [Al(H O) (OH)] + [H O] Los compuestos hidratados y los polimerizados pueden ser adsorbidos por las partículas coloidales del agua produciendo su desestabilización. Los hidróxidos de Al son menos efectivos como coagulante. 16

30 Química de la coagulación con sales de hierro [2] : La sal más utilizada es el cloruro férrico: El cloruro férrico comercial se consigue en forma líquida o cristalina. Aunque es barato, su manejo es difícil debido a su alta agresividad y debe utilizarse con equipo resistente a la corrosión. Es más usado en el tratamiento de aguas residuales que en aguas para consumo. Fe + H O [Fe (H O) ] Con la alcalinidad: a. [Fe (H O) ] + OH [Fe(H O) (OH)] + H O [Fe (H O) ] + CO [Fe(H O) (OH)] + [HCO ] [Fe (H O) ] + HCO [Fe(H O) (OH)] + H CO b. El ++ [Fe(H2O) 5 (OH)] se hidroliza formando: [Fe(H O) (OH)] [Fe(H O) (OH) ] [Fe(OH) (H O) ] c. Se polimeriza así: 2 [Fe(H O) (OH)] [Fe (H O) (OH) ] + 2 H O Fe (OH) y Fe (OH) 3-4 Con el agua: [Fe(HO)] + HO [Fe(HO)(OH)] + (HO) La dispersión de los coagulantes se realiza en tres fases completamente diferentes: 17

31 1. Hidrólisis de los iones de Al (lll) o Fe (lll), esta fase se realiza en un tiempo muy corto ( - y -3 segundos). 2. Difusión de los compuestos formados y adsorción de ellos en las partículas coloidales, el tiempo puede variar entre 8.5 * - 5 y 2.4 * - 4 segundos. 3. Polimerización o reacción de los iones hidratados para formar especies diméricas o poliméricas, con un tiempo menor de 5 segundos. Una vez desestabilizados los coloides empiezan a aglutinarse formando primero microflóculos (6 segundos) y luego formando partículas mayores (hasta 55 segundos) y por último se hidratan aumentando su volumen AYUDAS PARA LA COAGULACIÓN: Las ayudas de coagulación son generalmente sustancias químicas agregadas para optimizar la coagulación, formar un floculo más fuerte y más sedimentable, superar caídas de temperatura que retardan la coagulación, reducir la cantidad de coagulante requerido y disuir la cantidad de lodo producido REUTILIZACIÓN DE LODOS DE PLANTAS DE POTABILIZACIÓN: En cuanto a lo que pretende la investigación, que es observar la viabilidad de la utilización del lodo de sedimentadores de plantas de potabilización como ayudante en el proceso de coagulación- floculación de lixiviados, no se ha encontrado información al respecto, aunque no es descartable que se hayan llevado a cabo estudios relacionados con el tema; a continuación se hará un pequeño resumen a cerca de temas de interés en este proyecto, que corresponde a estudios efectuados sobre manejo de lodos en el tratamiento de aguas potables realizados 18

32 en los países de México [6] y Brasil [] ; y un artículo sobre recirculación de lodos en plantas de potabilización en Bogotá [11], Colombia RECIRCULACIÓN DE LODOS DE PLANTAS CONVENCIONALES DE POTABILIZACIÓN DE AGUAS, BOGOTA: Realizado en la empresa de acueducto y alcantarillado de Bogotá en su planta de TIBITÓ, pretendió estudiar la eficiencia de los lodos provenientes del tratamiento de agua cruda como ayudante en la coagulación floculación y su correspondiente incidencia en la disución de las dosificaciones de coagulante, y por ende en los costos finales del producto. Se efectuaron ensayos con lodos de distintas edades; lodos frescos provenientes de tratamientos inmediatamente anteriores, y lodos viejos con varios días de producidos. Los lodos envejecidos no tuvieron efectividad alguna, mientras lodos frescos si fueron activos. Se observó la eficiencia relativa en función del punto del proceso donde sean aplicados, obteniendo los mejores resultados después de la mezcla rápida. Las dosis óptimas promedias se presentaron del orden de 1.8 cm 3 de lodos por litro de agua cruda LODOS DESECHADOS EN EL TRATAMIENTO POTABILIZACIÓN: En los sistemas de tratamiento de agua completos y tradicionales se realiza una remoción de partículas finas en suspensión o en solución que se encuentran presentes en el agua cruda, para esto es necesaria la aplicación de productos químicos, en este proceso son utilizadas sales de hierro o aluio, que a través de su carga son capaz de provocar la desestabilización de partículas coloidales, formando flocs de tamaño suficiente para su posterior remoción. Una vez 19

33 formados estos flocs, es necesaria su remoción para la clarificación del agua, operación llevada a cabo en los sedimentadores, tanque donde después de cierto tiempo hay un material que decanta para después ser retirado. Hay un agua decantada con parte de floc que no sedimenta y es encaada a los filtros para una clarificación final. Es así como una estación de tratamiento de agua para abastecimiento genera residuos: lodos acumulados en los sedimentadores y agua de lavado de filtros, además de otros resultantes de la manipulación química y propia de cualquier proceso industrial. Esos residuos generados se caracterizan por tener gran porcentaje de humedad, generalmente mayor del 95%, estando por ende de forma fluida, es así como uno de los objetivos buscados es la reducción de volumen para su posterior disposición final. Los lodos varían de una planta a otra al igual que sus propiedades físicas y químicas, esos residuos tienen características diferentes como también descargas distintas, variando éstas dependiendo de las condiciones presentadas por el agua cruda, clase y dosis de productos químicos utilizados, limpieza y forma de los sedimentadores, entre otros factores. Entre los principales problemas presentados esta el desconocimiento de las características de los sólidos presentes en el lodo (tamaño y distribución de las partículas, resistencia específica y compresibilidad). La toxicidad potencial de los lodos de estaciones de tratamiento de agua para plantas, seres humanos y organismos acuáticos, depende de factores tales como: características del agua cruda, productos químicos utilizados en el tratamiento, posibles contaantes contenidos en esos productos: reacciones químicas ocurridas durante el proceso, forma de remoción y tiempo de retención de residuos en sedimentadores, características hidráulicas, físicas, químicas y biológicas del cuerpo receptor, etc. Las aguas superficiales utilizadas como manantiales están sujetas a contaación por formas naturales: escorrentías de acción del agua sobre las rocas y también por escorrentías de acción del agua sobre el medio, tales como aplicación de fertilizantes, pesticidas y disposición de

34 residuos industriales y domésticos. Este aspecto tiene gran importancia, pues esas sustancias pueden estar presentes en los residuos generados IMPACTOS AMBIENTALES Y TOXICIDAD DE LOS RESIDUOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE POTABILIZACIÓN La toxicidad del aluio ha sido poco estudiada en medios científicos, a pesar de que existen datos preocupantes sobre este elemento. [] Estudios hechos sobre peces llegaron a observaciones como: síntoma de inhabilidad para mantener el equilibrio, coloración oscura, tornándolos propensos a adquirir enfermedades e infecciones, pudiéndolos llevar hasta la muerte. Se pretendió explicar el hecho con el cambio en el ph. Otros estudios hechos al respecto concluyeron que formas inorgánicas de aluio parecen ser las especies de mayor significado en toxicidad. Se adicionó aluio en pequeños ríos y se hizo un monitoreo biológico, se observa que las comunidades macrobentóicas sufren variaciones en su estructura, distribución, abundancia y diversidad; además hubo reducción de la tensión superficial provocando alteraciones de la vida acuática. Pensando de esta forma, el aluio puede influir de manera negativa en el medio ambiente. En lo relacionado al hombre, los estudios mostraron que la concentración de aluio es crítica a nivel de células renales, cuando no se permite una rápida eliación de este elemento a través de las excreciones; si por casualidad estas células no funcionan bien, existe la posibilidad de que otras células se afecten como las cerebrales y las cardíacas. Se encuentran además trabajos que han revelado que trazas 21

35 de ese material están íntimamente relacionados con estudios clínicos de encefalopatías crónicas y deficiencias renales; se detectó que pacientes sometidos a diálisis sufrían demencia cuando el agua utilizada poseía concentraciones de aluio por encima de.8 mg/ L. Se demostró que las concentraciones de aluio en aguas de abastecimiento pueden aumentar con la utilización de sulfato de aluio como coagulante; este trabajo se realizo en 186 plantas de tratamiento de agua en los Estados Unidos, revelando que existe entre 4 a 5% de posibilidad de encontrar concentraciones más elevadas de este metal en relación con la entrada de esta agua al proceso. Además de la salud, se puede afectar un proceso con concentraciones elevadas de aluio: reduciendo la efectividad de desinfección del agua, aumentando la turbidez de agua tratada y provocando depósitos de aluio en las paredes de los tubos. Según el MINISTERIO DE SALUD DE COLOMBIA, Decreto 475, de 1998 [17], capitulo III, Articulo 8, se establece como parámetro máximo permisible para el contenido de aluio en el agua de consumo humano en.2 mg Al / L. Según la ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (EPA), la concentración máxima de aluio en aguas de consumo humano es.5 mg Al / L DISPOSICIÓN FINAL DE LODOS Aun se realizan estudios en busca de nuevas alternativas para la disposición de los residuos de plantas de potabilización tales como: Deshidratación o remoción parcial del agua del lodo. Disposición en rellenos sanitarios. 22

36 Codisposición con biosólidos de estaciones de tratamiento de agua residual, que puede ser bastante ventajosa pues la mezcla puede ser dispuesta directamente en suelos o utilizada en la preparación de compuestos fertilizantes. Disposición controlada en ciertos tipos de suelos, solo cuando se comprueba que este desecho no causa efectos negativos en el medio, utilizado por lo general en eras de cultivo para graáceas. Debe tenerse cuidado con el aluio que posee gran afinidad con el fósforo presente en el suelo, que es esencial para las plantas. Aplicaciones industriales diversas, como en materiales de construcción o algunos otros materiales de no mucha exigencia en su materia prima, en la actualidad se utiliza como base de construcción de ciertos pavimentos. Incineración de residuos, generalmente de alto costo, y además, resulta en la generación de cenizas, que también requieren de disposición final adecuada. Otras alternativas usadas para la disución de residuos líquidos de plantas de tratamiento de aguas son: Dependiendo de la cantidad de residuo generado, estos podrían ser lanzados directamente a redes encargadas de su recolección, y su posterior manejo en las plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas. Los residuos líquidos del lavado de filtros y limpieza de sedimentadores son llevados a un tanque de clarificación en donde ocurre la separación de las fases, líquida y sólida, por lo general con ayuda de químicos. La fase líquida es recirculada, y el lodo resultante es transportado en carro tanques a plantas de tratamiento de agua residual doméstica para su depuración. La otra opción es lanzar los desperdicios tal cual son generados, a plantas de tratamiento de aguas residuales ya existentes, lo cual implica costos muy elevados por transporte y proceso. 23

37 Dentro de las prácticas racionales para descartar el lodo de las estaciones de potabilización está la recuperación de coagulantes a partir de los lodos producidos en el sedimentador y disposición del lodo remanente en un relleno. Una solubilización de coagulantes y su reciclaje permiten imizar los costos y los problemas asociados con la disposición final de los lodos generados; un 35 a 5 % de los sólidos presentes en el lodo son hidróxidos [], una recuperación del coagulante, lleva a disuir el volumen del lodo desechado. Estudios realizados en Finlandia [] muestran una reducción del 4% en los costos de disposición final de lodos previamente sometidos a recuperación de coagulante por vía ácida. El volumen de lodo después de la recuperación por vía ácida puede ser reducido en cerca de 45 %. Entre las principales ventajas y desventajas de la recuperación están: Ventajas 1. Disución de volumen de lodo. 2. Recuperación de coagulantes. 3. Disución de concentración de metales pesados en el lodo. 4. Mejor facilidad de deshidratación de lodos. Desventajas 1. Consumo de productos químicos. 2. Necesidades de unidades extras en la planta de potabilización. 3. Aumento de servicios de operación. Cuatro opciones tecnológicas se encuentran disponibles para que se realice una recuperación de coagulantes de lodo de Plantas de potabilización: recuperación por vía ácida (adicionando ácido sulfúrico al lodo previamente deshidratado), recuperación por vía alcalina (con hidróxido de sodio o hidróxido de calcio), extracción con solventes orgánicos (extracción líquido- líquido con ácidos alquil - fosfóricos y solventes) y la formación de quelatos (a través de membranas orgánicas y politetrafluoretileno). Dentro de ellas, la que alcanza un mayor 24

38 desenvolvimiento industrial para la recuperación es por vía ácida, contando con varias realizaciones en grande escala en países del hemisferio norte. El coagulante recuperado por vía ácida presenta un buen desempeño cuando es usado como coagulante en aguas residuales, se aclara que los demás procesos de recuperación no fueron estudiados. En lo que concierne al tipo de coagulante utilizado, en general las plantas de potabilización que utilizan sulfato de aluio como coagulante producen lodo de coloración marrón, con viscosidad e inconsistencia que recuerda al chocolate líquido. Ese lodo es tixotrópico, esto es, se presenta en estado de gel cuando está en reposo, pero se torna relativamente fluido cuando se somete a esfuerzos cizallantes y, generalmente, es de difícil sedimentación o flocula en estado natural. Las dosis correctas de productos químicos, así como la producción de sólidos, pueden ser mejor estimados con la realización de ensayos de laboratorio (prueba de jarras) utilizando muestras de agua a ser tratada y los productos químicos escogidos. 25

39 3. METODOLOGÍA. En la investigación se realizaron ensayos de laboratorio (pruebas de jarras) con los lixiviados generados en el relleno sanitario La Esmeralda de la ciudad de Manizales y perteneciente a la empresa metropolitana de aseo, EMAS SA. E.S.P., utilizando los lodos de sedimentación como ayudante de coagulación del sulfato de aluio o del cloruro férrico RECOLECCIÓN DE LOS LODOS: Los lodos se tomaron del tratamiento de agua potable producida en la planta de tratamiento Niza ubicada en el sector del Cerro de Oro en la ciudad de Manizales y adistrada por Aguas de Manizales SA. E.S.P. y corresponden a la sección de sedimentación. Esta planta fue escogida por cercanía, disponibilidad y cobertura. El lodo es el resultado de la coagulación floculación con sulfato de aluio en la producción de agua potable para satisfacer las necesidades de gran parte de la población Manizaleña; debido a la forma de operación de dicha planta de tratamiento solo es posible obtener este lodo mensualmente, durante los períodos de lavado de la planta. Actualmente la empresa realiza el lavado de los sedimentadores, con agua a presión, para finalmente verter los residuos a la red de alcantarillado de la ciudad. El lodo de sedimentación de la planta de Niza presenta una consistencia fluida más no líquida (con una ρ = 1.31 g/ml), además no presenta olores ni apariencia desagradable. Una vez recolectado, este lodo es llevado al relleno la Esmeralda, donde se almacenó en canecas de litros, conservándose tapado. El lodo se consumió dentro de los 6 días siguientes a su recolección, sin detectarse reacción anaeróbica.

40 3.2. TRATAMIENTO DE LOS LODOS DEL SEDIMENTADOR: La mezcla extraída de los sedimentadores de agua potable se dejó en reposo por un periodo no menor a 2 horas, después del cual presentan dos capas, una de agua cristalina y otra de lodo decantado (cuya densidad promedio medida en laboratorio fue de 1.31 g/ ml). Para obtener el lodo seco esta mezcla fue llevada al horno y evaporada a 1 ºC durante una hora y media, y después de su enfriamiento fue utilizada; su densidad no presentó gran variación (ρ = 1.3 g/ml). Los coagulantes cloruro férrico anhidro (sólido) y sulfato de aluio tipo B (Liquido), (Anexo A2), fueron los normalmente utilizados en la planta de tratamiento de EMAS. S.A. E.S.P. y cumplen con las recomendaciones del fabricante para su uso RECOLECCIÓN DE LOS LIXIVIADOS DEL RELLENO: Actualmente en la ciudad de Manizales la disposición de las basuras se realiza en el relleno sanitario la Esmeralda, ubicado en el kilómetro 2 vía Manizales Neira, lugar este donde se genera lixiviado de diferentes edades como resultado de 12 años de operación, que actualmente recibe como único tratamiento coagulación - floculación sedimentación con una alta demanda de coagulante, la presente experimentación se realizó con el lixiviado recolectado en el vertedero de entrada a la planta de tratamiento por coagulación - floculación existente; las muestras de lixiviado correspondieron a un período de verano. La investigación se lleva a cabo en las instalaciones del Relleno Sanitario, por lo cual el lixiviado se utilizó en forma inmediata en la experimentación DISEÑO EXPERIMENTAL: Se utilizo un diseño factorial; en este tipo de diseño se prueban todas las combinaciones de factores en todos los niveles. El efecto de un factor se define 27

41 como el cambio en la respuesta producida por un cambio en el nivel del factor. En algunos experimentos puede encontrarse que la diferencia en la respuesta producida entre los niveles de un factor no es la misma en todos los niveles de los otros factores; es decir, que el efecto de una variable o factor está influenciado por el nivel de otro factor; cuando esto ocurre existe una interacción entre los factores, que si es muy grande, los correspondientes efectos principales tienen poco significado práctico. El diseño experimental supone que hay interacción entre las variables y todas son consideradas igualmente importantes. Es así como el diseño factorial es necesario cuando alguna interacción puede estar presente, con el fin de evitar conclusiones engañosas, además permite estimar los efectos de un factor en diversos niveles de los otros factores, produciendo conclusiones que son válidas sobre toda la extensión de las condiciones experimentales. La gran desventaja de los experimentos factoriales es que cuando existen muchos factores o muchos niveles, se requiere un gran número de experimentos, en los Anexo B, D y F se relacionan las pruebas efectuadas; a continuación se describe el diseño experimental empleado: Variables independientes: Consideradas como aquellas que pueden ser manipuladas en el laboratorio y tienen que ver básicamente con el tipo y cantidad de coagulante primario, tipo y cantidad de lodo a dosificar en el ensayo de jarras: Tipo de coagulante primario: Sulfato de aluio. Cloruro férrico. Tipo de lodo: Lodo decantado. Lodo seco. 28

42 Dosis de coagulante primario: Dosis De Coagulante Primario Unidades ppm. 5 ppm. ppm. 15 ppm. ppm. Dosis de lodo: Dosis De lodo Unidades ppm. ppm. 5 ppm. 8 ppm Variables dependientes: Son las que cambian cuando se varían las demás condiciones, se toman como variables de control, es decir que permiten hacer un seguimiento antes y después del proceso simulado con el equipo de prueba de jarras (hasta una hora de sedimentación), en este caso las propiedades medidas fueron: Turbiedad. Color. ph. Debido a la variabilidad de las condiciones del lixiviado, no es factible realizar un diseño aleatorio, pues dificultaría el posterior análisis y comparación de los datos obtenidos. Es así como fue necesario programar por jornada y día de trabajo las pruebas a seguir, obteniéndose un esquema de trabajo el cual, en general, 29

43 describe el comportamiento del lodo de sedimentación como coagulante y ayudante de coagulantes primarios. La experimentación realizada se resume así: Sulfato de aluio como coagulante primario (sin lodo). Cloruro férrico como coagulante primario (sin lodo). Lodo decantado solo, como coagulante (sin coagulante primario). Lodo seco solo, como coagulante (sin coagulante primario). Lodo decantado como ayudante del sulfato de aluio. Lodo decantado como ayudante del cloruro férrico. Lodo seco como ayudante del sulfato de aluio. Lodo seco como ayudante del cloruro férrico DISEÑO CRONOLÓGICO DE LA PRUEBA DE JARRAS: El diseño experimental se efectuó mediante el paquete STATGRAPHICS Versión 4., mediante la utilización de un análisis multivariable (factor multinivel), el cual presentó en forma de tabla la secuencia de ensayos a realizar, Tabla 1. Cada prueba fue realizada por duplicado. Debido a la variabilidad de las condiciones del lixiviado y a la dificultad en el análisis y comparación de los datos obtenidos en la investigación, no se realizó un diseño aleatorio, por lo cual se ordenó por jornada y día de trabajo las pruebas de jarras, mediante la siguiente distribución: Clase de Diseño: Factorial Multinivel Comentario: Aguas Residuales Lixiviados + Lodo de Sedimentación Base de Diseño Número de factores experimentales: 4 Número de corridas: 16 Número de pruebas: 2 Aleatoriedad: No Número de respuesta: 3 3

44 TABLA 1: DISEÑO CRONOLÓGICO DE LA PRUEBA DE JARRAS JARRA (ppm) Dosis coagulante (ppm) Dosis Lodo Tipo coagulante Tipo lodo % remoción TURBIED % remoción COLOR ph Réplica Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Réplica Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Réplica Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Réplica Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado 31

45 JARRA (ppm) Dosis coagulante (ppm) Dosis Lodo Tipo coagulante Tipo lodo % remoción TURBIED % remoción COLOR ph Réplica Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Réplica Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Réplica Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Réplica Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado Lodo Decantado 32

46 JARRA (ppm) Dosis coagulante (ppm) Dosis Lodo Tipo coagulante Tipo lodo % remoción TURBIED % remoción COLOR ph Réplica Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Réplica Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Réplica Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Réplica Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Sulfato de Aluio Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco 33

47 JARRA (ppm) Dosis coagulante (ppm) Dosis Lodo Tipo coagulante Tipo lodo % remoción TURBIED % remoción COLOR ph Réplica Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Réplica Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Réplica Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Réplica Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Cloruro férrico Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco Lodo Seco 34

48 3.5. ANÁLISIS DE LABORATORIO PARA LAS MUESTRAS. PRUEBA DE JARRAS Y PARÁMETROS A MEDIR: Para los análisis de laboratorio se trabajó con sulfato de aluio, cloruro férrico, lodo decantado y lodo seco; los ensayos se realizaron según las normas ASTM D 35 [26] y los procesos recomendados por Casas [5]. El procedimiento para el ensayo de jarras se describe en el Anexo A. Los experimentación para la prueba de jarras, se realizó en un equipo Velp scientifica C6F, sobre ml de lixiviado a temperatura ambiente, a una velocidad de 9 rpm (mezcla rápida del coagulante primario). Después de transcurrido un periodo no mayor a 5 segundos, previa reducción de velocidad a 45 rpm (mezcla lenta), se le adicionó la respectiva dosis de lodo. Transcurridos utos de mezcla lenta se da por terada esta agitación y se toma una muestra de ml para medir ph, color y turbiedad, que se realizó en el espectrofotómetro (Spectroquant NOVA 6). Las muestras a medir fueron sacadas a 5 cm del borde superior del lixiviado, teniendo la precaución de no agitar demasiado el resto del experimento y respetando las debidas normas de seguridad. Una vez culado este proceso se dejó en reposo el lixiviado; tomando mediciones de turbiedad, color y ph a los 5,,, 3 y 6 utos, que corresponden al tiempo de sedimentación. El lixiviado fue sometido a experimentación sin ningún tratamiento. El ph de las muestras sin tratar varió entre 8.6 a 7.8. La temperatura para la totalidad de las pruebas oscilo entre 21 y 24 ºC. Ya terada la totalidad de los análisis, a las pruebas con mejores resultados, es decir, que tuvieron una mejor remoción de color y de turbiedad, se les efectuó un análisis de sólidos (sólidos totales totales STT y sólidos totales volátiles STV) y materia orgánica (demanda biológica de oxígeno DBO). 35

49 3.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO: El procedimiento empleado para deterar la variación experimental debida a los diferentes tratamientos fue el Modelo Lineal General MLG Univariante utilizando el paquete estadístico S.P.S.S. versión 11. (Statistical Package for Social Science), que proporciona un análisis de regresión y un análisis de varianza para una variable dependiente mediante uno o más factores o variables. Las variables de factor dividen la población en grupos. Con el MLG se pueden contrastar hipótesis nulas sobre los efectos de otras variables en las medias de 36