164504590-Floculante-de-Tuna-Jose-Malaga.pdf

7/23/2019 164504590-Floculante-de-Tuna-Jose-Malaga.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/164504590-floculante-de-tuna-jose-malagapdf 1/26

TITULO: ESTUDIO DE LA PENCA DE TUNA (Opuntia Picus), COMO

FLOCULANTE NATURAL, PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS.

JOSE LUIS MALAGA TEJADA

I.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

El estudio de tratamiento de agua surge como una necesidad a raíz de su

potabilizacion atizándose muchas tecnologías en su tratamiento, ya sea por los

primeros métodos electromagnéticos luego hidráulicos, surgiendo en este

ultimo método la coagulación y floculación; tecnología que ayuda a la

captación, formación y sedimentación de floculos, a partir de polielectrolito

siendo los mas conocidos el sulfato de aluminio y ferroso. Eistiendo además

de estos los polímetros sintéticos y naturales. !os polímetros sintéticos o

floculantes sintéticos, en su mayoría fabricados con monómeros de alta

toicidad; como el silicato de sodio acti"ado. !os polímetros naturales o

floculantes naturales obtenidos de las síntesis de plantas, como sus proteínas,

carbohidratos y glucósidos; por no tener una toicidad casi nula y

biodegradable y en muchos casos comestibles. !a tuna requiere un estudio

para su posible tratamiento como tal además de ser una planta netamente

nati"a de la región, cuyo estudio en la región aun no esta desarrollado.

#loculantes como el sulfato de aluminio y ferroso son los mas utilizados

mundialmente y por ende en el país y al región utilizados por su alta efecti"idad

en el barrido de los floculos, surgiendo el problema de su alto costo en el

mercado local siendo estos productos importados de otras zonas del país ymuchas "eces del mercado internacional; teniéndose aquí una de las

principales causas del ele"ado costo que implica la potabilizacion del agua.

$ambién tenemos que epresar nuestra preocupación, ya que en la región

%uno cuenta con muchos distritos y comunidades ale&adas de la ciudad donde

no llega el ser"icio de agua potable; algunos de estos distritos no cuentan con

los recursos económicos para su construcción. $eniendo además el

desconocimiento de la población de estos sectores sobre el tratamiento directodel tratamiento de aguas.

1



!a agricultura es una de las principales acti"idades de la región, no teniéndose

muchos sembríos de tuna ni difundido entre los agricultores y campesinos de la

región %uno.

'asados en los planteamientos anteriores tenemos las siguientes

interrogantes:

• ()erá posible obtener de la penca de tuna un floculante natural para el

tratamiento de agua*

• (+uál es el rendimiento del floculante natural de penca de tuna comparado

con los floculantes tradicionales*

• (Es posible optimizar el tratamiento del floculante natural de penca de tuna

con algn otro floclate*

II.- ANTECEDENTES:

-obles, /0012.3etermino que la contaminación y la escasez de agua son

problemas de gran importancia en el ámbito mundial. !a ciudad de 4uerétaro,

5éico, no es la ecepción. En el tratamiento de aguas eiste el proceso

fisicoquímico que in"olucra coagulantes y floculantes para eliminar partículas

en suspensión -6ndía, /0002.El sulfato de aluminio es el coagulante mas

utilizado por dar me&ores resultados. Esta in"estigación tu"o como ob&eti"o,

reducir el sulfato de aluminio combinado con floculantes naturales como el

nopal -cladodio de opuncia2 para el tratamiento acorde con las normas

meicanas y reducción de su costo. 7sando agua de la presa de 'atan,

ubicada en la ciudad de 4uerétaro, 5éico. )e determino, temperatura,

turbiedad y p8. %osteriormente se realizaron pruebas de &arras "ariándose la

concentración de sulfato de aluminio y cladodio de nopal. )eguidamente, se

analizo nue"amente turbiedad y p8. 3e los resultados obtenidos se destaca

que la combinación de sulfato de aluminio y de nopal disminuye la turbiedad de

90.1 a 9.1 7$ -7nidades nefelometricas de turbiedad2, los que cumple con

2



las normas oficiales meicanas: <5=/0>?))6>?/00/ y <5?>/@?))6>?

>AA9.

-6lmendárez, /00B2.%lanteo que al inicio de la década de los @0 de este siglo,

en "arios países latinoamericanos se adoptó la tecnología de tratamiento de

agua potable para países en "ías de desarrollo. )e propuso la utilización de

coagulantes naturales de cada región que pudieran en parte o en su totalidad,

disminuir el consumo de los reacti"os químicos importados. )in embargo la

toicidad de los polielectrolitos sintéticos debe in"estigarse y someterse a un

eigente control de calidad, pues a "eces los monómeros utilizados en la

producción de polímeros son tóicos. En cambio la toicidad de los polímeros

naturales es por lo general mínima o nula; pues se les usa en muchos casos

como comestibles. 3e lo anterior se desprende la importancia del desarrollo de

esta línea de in"estigación, obteniéndose resultados satisfactorios en esta

primera etapa.

-+ardoso /00B2.3escribe una nue"a aplicación de los polímeros deri"ados del

quitosano parcialmente hidrolizado -C al @D2 como floculantes para

tratamiento de aguas residuales contaminadas con hidrocarburos y más

específicamente, con aguas residuales de los negocios de la"ado de autos. !a

floculación es til en el proceso de clarificación de aguas potables y de origen

industrial. !as "enta&as de estos polímeros naturales como floculantes son:

menor formación de lodos, no se requiere un a&uste drástico del p8, forman

agregados más grandes y compactos, se forman más rápidamente, la

concentración de sales permanece ba&a y, finalmente, por ser polímeros

naturales, son biodegradables y no afectan a los ecosistemas. !as aguas

generadas en los autola"ados son de difícil tratamiento, ya que contienengrasas -tanto emulsionadas como libres2, detergentes, ceras, tierra, metales

disueltos, entre otros.

-odríguez >AA92. Epresa que los residuos líquidos producto de la perforación

están constituidos por lodos, grasas, aceites y e"entualmente aguas llu"ias.

Estos residuos hasta la presente, han sido tratados con )ulfatos de 6luminio y

polímeros industriales como coagulantes?floculantes. +on el propósito dereemplazarlos por productos naturales se realizaron ensayos de !aboratorio

3



que permitieron compara el comportamiento y rendimiento de estos frente a los

productos tradicionales. El presente estudio tiene como ob&eti"o optimizar el

tratamiento de las aguas industriales pro"enientes del proceso de perforación

con el fin de disminuir el nmero y el dimensionamiento de las piscinas de

lodos con"encionales, utilizando productos naturales y algunos polímeros

suministrados por firmas encargadas de comercializarlos o aplicarlos

directamente en campo. %ara e"aluar la eficiencia del tratamiento se realizaron

ensayos de laboratorio, mediante pruebas de &arra. En este análisis se

apreciaron las características del Fumo de #ique como coagulante?floculante,

así como las propiedades clarificantes del cristal de sábila en tratamientos con

)ulfato de 6luminio. )e probaron otros productos tales como 8arinas de uez

y 8aba, Fumos de %apaya y 3urazno y 6lmidones de %apa y Guca son obtener

ningn resultado satisfactorio.

-ios /0012.3escribe la obtención del sulfato de quitosano -)42, mediante la

codificación química del quitosano -42. El )4 fue caracterizado por #$H,

5?>B+, análisis elemental y "aloración potenciométrica. +on este método

de síntesis se obtu"o una sustitución selecti"a de los grupos hidroilo del +1 el

quitosano, de&ando sin sustituir los grupos amino. El producto obtenido fue

utilizado para el tratamiento de coagulación? floculación de suspensiones

modelo de partículas coloidales aniónicas de caolinita. El sulfato de quitosano

presenta buenas propiedades de solubilidad y demostró ser un buen

coagulante?floculante en medios ácidos.

-!arez /0012. 5uestra de una manera clara y sencilla la facilidad de producir y

aplicar dos polímeros naturales muy antiguos en lo que se refiere a suaparición en la tierra pero muy actuales en cuanto a sus posibilidades de

aplicación: la quitina y el quitosano. !as aplicaciones que se describen son

solamente algunas de la amplia gama posible, mostrándose éstas debido a la

utilidad que pudieran tener en el desarrollo de áreas "itales en el país como:

agricultura -protección de semillas, liberación controlada de fertilizantes,

funguicidas, etc.2, tratamiento de aguas -floculantes, coagulantes, agentes de

desmetalización, pesticidas, etc.2 medicina -producción de glucosamina,cremas cicatrizantes, etc.2, cosméticos -adelgazantes, agente hidratante,

4



aditi"o, champes, etc.2 y biosensores -para agentes patógenos en alimentos,

para especies tóicas en aguas residuales, etc.2.

-5ontaIo >AA2. 3escribe la obtención de coagulantes a partir de productos

naturales que sustituyen a los polielectrolitos sintéticos en su aplicación para el

tratamiento del agua. 3esarrolla los pasos para su obtención desde productos

naturales, como la tuna, flamboyant y almidones, describiendo sus

características y propiedades. 3estaca la efecti"idad de los coagulantes

naturales durante el proceso de floculación. 3etermina la forma de aplicación

de los coagulantes para lograr un adecuado tratamiento del agua para

consumo humano.

III.- JUSTIFICACION:

El estudio de la penca de tuna, como un posible polímero natural surge a partir

de buscar nue"as sustancias químicas naturales que no sean toicas para el

tratamiento de agua en su etapa de coagulación?floculación. Hnno"ando en

este campo de sustitución o de combinación de este posible polímero natural

con&untamente con algunos floculantes tradicionales en la región %uno.

El uso de los floculantes comerciales mas conocidos mundialmente tales como

el sulfato de aluminio se encuentra en el mercado local a )J. >/0?>90 la bolsa

por 90Kg y el sulfato ferroso )J. 0?>00 la bolsa por 90Kg; teniendo que

utilizarse grandes cantidades de estos floculantes para el tratamiento de

coagulación?floculación. %or ello el floculante natural de penca de tuna aparece

como una alternati"a ya sea para sustituir o acompaIar a los floculantes

tradicionales utilizados en la región.

En las zonas ale&adas de la región %uno el abastecimiento de agua potable no

llega a todas las comunidades y distritos ale&ados, donde el desconocimiento

del tratamiento, es así que surge la posibilidad de que este floculante natural

sea utilizado como un pre?tratamiento en estas zonas para su consumo diario

de agua de la población.

!a región puno se caracteriza por ser netamente una zona agrícola y es porello que en la posible industrialización

5



IV.- FUNDAMENTO TEÓRICO:

4.1 LA TUNA:

4.1.1 Tax!"#a $% &a T'!a.

REINO:

Legetal

SUBREINO:

Embryophita

FAMILIA:

+actaceae

SUBFAMILIA:

Opuntia.

SUBCLASE:

3ialipetalas

ORDEN:

<puntiales

GENERO:

<puntioidea

e

DIVISION:

6ngiospermae

CLASE:

3ycotyledonea

TRIBU:

<puntiae

R%%%!*+a +/+*a: <riginaria 6mérica, fue lle"ada por los espaIoles a

Europa y desde allí distribuida hacia otros países del mundo.

!os principales productores mundiales son 5é&ico, Htalia, EspaIa, el norte de

Mfrica, +hile y 'rasil, país donde se la culti"a sólo para forra&e.

En nuestro país, los frutos se destinan al consumo humano, tanto en forma

fresca como para la elaboración de productos regionales. !as pencas sonutilizadas como forra&e y para el culti"o de cochinilla. -5illar, >AAA2

U+&+0a*+/!:

? 6limentos: en escabeche, sopas, panes, postres y mermeladas.

? +osméticos: shampoo, en&uagues, acondicionadores y cremas limpiadoras y

humectantes.

? %roductos medicinales: los tallos o pencas, si se consumen >,D00 grs. en >0

días, son ecelentes para combatir la diabetes al reducir en promedio:

+olesterol B>.0 mgJdll $riglicéridos AB.D mgJdll Nlicemia 9.0 mgJdll. -5iller.2

C'a$ 1. Eportaciones 3e $una G )us 3eri"ados >AAA ? 5ayo /009

A Va& F2 US3 V&'"%!

5 B'

Va& '!+a+

P"%$+ 67US3 7 G

Va+a*+/! 8

Va& FOB>AAA D,91 >,@9 /.A/000 >9,B99 1,B@/ /.B >1>.D/00> 9A,1>/ >9,@D B.9 /9D.A/00/ 9,A9 >9,A@9 B.B ?>.B

/00B B,@A /,B@9 >.1 ?A/.>Ene?5ay /00B >,DAB >,>1B >.9

6



Ene?5ay /009 AB,@11 /A,>B@ B./

F+5'a 1: Lalor unitario promedio: %recio estadístico referencial.

F'%!%: )7%EH$E3E+H6 6+H<6! 3E 635HH)$6+H< $H'7$6H6

E&a2a*+/!: 'H<+<5E+H< %E7 J %<5%EO

4.6 P*% D% Taa"+%! D%& A5'a.

En la antigPedad el agua usada era simplemente arro&ada al suelo y el mane&o

de las ecretas se efectuaba, en forma separada, &unto con la basura. !a

in"ención de los ecusados, en el siglo OHO, cambió drásticamente esta

situación y originó que la gran cantidad de agua residual generada se

transportara en forma con&unta con el agua plu"ial. !a depuración se considerónecesaria cuando se rebasó el límite de auto depuración y hubo problemas

notorios en los cuerpos receptores. )e inició a finales del )iglo OHO con bases

puramente empíricas y es hasta >AB0 cuando se inicia un desarrollo metódico.

-Qiménez, >AAA2

)i obser"amos como fue el desarrollo del tratamiento de aguas en el mundo

"eremos que en >BB en Hnglaterra se construyo el sistema de canalización, y

un poco mas tarde en 8amburgo, 6lemania, >9B, y en Kie" >AB. G fue en

7



Hnglaterra en >1> cuando se empezaron hacer normas para el control del

tratamiento de aguas residuales -Karrelin, >A@D2.

4.6.1 T+9 D% P*% D% Taa"+%! D% A5'a: %ara el tratamiento de el

agua, generalmente es preciso combinar "arios tratamientos

elementales, cuyas bases pueden ser físicas, mecánicas, químicas o

biológicas, y cuyo efecto es el de eliminar en primer lugar las materias

en suspensión, a continuación las sustancias coloidales, y después las

sustancias disueltas -minerales u orgánicas2. -$chnobanoglous, /0002

F+5'a 6.Esquema general de tratamiento de aguas.

F'%!%: ($chnobanoglous. /0002

• %rocesos #ísico?5ecánicos.

• %rocesos 'iológicos.

• %roceso #ísico?4uímicos.

• %rocesos 3e 3esinfección.

4.6.1.1 Taa"+%! F++*'#"+*: F&*'&a*+/! ; Ca5'&a*+/!:

!a turbiedad y el color del agua son principalmente causados por

partículas muy pequeIas, llamadas partículas coloidales. Estas

partículas permanecen en suspensión en el agua por tiempo prolongado

y pueden atra"esar un medio filtrante muy fino. %or otro lado aunque su

concentración es muy estable, no presentan la tendencia de

8

P*% F<SICO?MEC=NICO

Sedimentador

primario

P*%F<SICO->U<MICO

Influente

Rejillas

P*%BIOLÓGICO Desarenador

Sedimentador secundario

Efluente

P*%

DESINFECCIÓN



aproimarse unas a otras. %ara eliminar estas partículas se recurre a los

procesos de coagulación y floculación, la coagulación tiene por ob&eto

desestabilizar las partículas en suspensión es decir facilitar su

aglomeración. En la práctica este procedimiento es caracterizado por la

inyección y dispersión rápida de productos químicos. !a floculación tiene

por ob&eti"o fa"orecer con la ayuda de la mezcla lenta el contacto entre

las partículas desestabilizadas. Estas partículas se aglutinan para formar

un floc que pueda ser fácilmente eliminado por los procedimientos de

decantación y filtración. -6ndía, /0002.

6 continuación se eplicara las propiedades de las partículas coloidales

y posteriormente el proceso de coagulación y floculación.

Pa#*'&a E! S'9%!+/!: El agua consta de tres tipos principales de

impurezas: físicas, químicas y biológicas. 3esde el punto de "ista físico

se puede hablar que los sólidos totales, que son impurezas del agua, se

clasifican de acuerdo a su tamaIo. El cuadro / indica los tiempos de

decantación de las diferentes partículas en función de: sus dimensiones

y densidad. -6ndía, /0002

C'a$ 6. Características de las partículas sólidas

T+9 $% 9a#*'&a D+?"% ("")T+%"9 $% *a#$a

D%!+$a$ 6.@ D%!+$a$ 1.1

Nra"a >0 0.0>B s. 0./ s.

6rena gruesa >.0 >./11 s. /0.A s.

6rena fina 0.> >/1.11 s. B9.B min.!odo fino 0.0> B.D/ h. D h.'acterias 0.00> >9.1D d. /9A.> d.+oloides 0.000> 9.>/ a. 11.DA d.

F'%!%: 6ndía +árdenas Golanda. -/0002. Tratamiento de agua, coagulación y floculación. !ima, %er. )E36%6!.

+omo se obser"a en el cuadro / los coloides son partículas tan

pequeIas -su diámetro "aría entre > y >00 nm2 que no sedimentan por

la simple acción de la gra"edad, pero estas pueden remo"erse del agua

mediante el proceso de coagulación y floculación.

La 9a#*'&a *&+$a&%, son las causantes de la turbiedad y del color

por lo que el tratamiento del agua está orientado a la remoción de estas

partículas; estas poseen normalmente una carga eléctrica negati"a

9



situado sobre su superficie. Estas cargas llamadas cargas primarias,

atraen los iones positi"os del agua, los cuales se adhieren fuertemente a

las partículas y atraen a su alrededor iones negati"os acompaIados de

una débil cantidad de iones positi"os. -#igura B2. -omero, >AAA2

F+5'a . Doble capa de una partícula coloidal.

F'%!%: omero o&as Qairo 6lberto. ->AAA2. +alidad del agua. 5éico

4.6.1.6 P*% D% Ca5'&a*+/!: !a coagulación por definición, es el

fenómeno de desestabilización de las partículas coloidales, que puede

conseguirse especialmente por medio de la neutralización de sus cargas

eléctricas. )e llama coagulante al producto utilizado para esta

neutralización. -6ndía, /0002

En la siguiente figura 9 se muestra como las sustancias químicas anulanlas cargas eléctricas de la superficie del coloide permitiendo que las

partículas coloidales se aglomeren formando flóculos.

F+5'a 4. Coagulación.

F'%!%: omero o&as Qairo 6lberto. ->AAA2. +alidad del agua. 5éico.

10



4.6.1.6.1 M%*a!+" $% &a *a5'&a*+/!: !a

desestabilización de las partículas coloidales se puede obtener

por los mecanismos fisicoquímicos siguientes:

• +omprensión de la doble capa.

• 6dsorción y neutralización de cargas.

• 6trapamiento de partículas en un precipitado.

• 6dsorción y puente químico.

4.6.1.6.6 Tipos de coagulacin! )e presentan dos tipos

básicos de coagulación: por adsorción y por barrido.

a) Ca5'&a*+/! 9 a$*+/!: )e presenta

cuando el agua tiene una alta concentración de partículasal estado coloidal; cuando el coagulante es adicionado al

agua turbia los productos solubles de los coagulantes

son absorbidas por los coloides y forman los flóculos en

forma casi instantánea.

2) Ca5'&a*+/! 9 2a+$: Este tipo de

coagulación se presenta cuando el agua es clara

-presenta ba&a turbiedad2 y la cantidad de partículascoloides es pequeIa; en este caso las partículas son

entrampadas al producirse una sobresaturación de

precipitado de floculante.

C'a$ : +lasificación del 6gua )egn su +omportamiento en la +oagulación

11

F'%!%: 6ndía +árdenas Golanda. -/0002. Tratamiento de agua, coagulación y floculación.



4.6.1.6. "actores que in#lu$en la coagulacin! 6

continuación se eplicarán los factores que afectan el proceso de

coagulación son: -6mirthra&ah >A@2

• Hnfluencia del p8

• Hnfluencia de sales disueltas

• Hnfluencia de la temperatura del agua

• Hnfluencia de la dosis de coagulante:

• Hnfluencia del mezclado:

• Hnfluencia de la turbiedad:

4.6.1.6.4 Tipos de coagulantes! !os coagulantes sonproductos químicos que al adicionar al agua son capaces de

producir una reacción química con los componentes químicos del

agua, especialmente con la alcalinidad del agua para formar un

precipitado "oluminoso, muy absorbente, constituido

generalmente por el hidróido metálico del coagulante que se

está utilizando.

!os principales coagulantes utilizados para desestabilizar laspartículas y producir el floc son: sulfato de aluminio, sulfato

ferroso y cal, cloruro férrico, sulfato férrico, aluminato de sodio y

cal. -3egremon, >AA12.

E& '&a $% a&'"+!+ es el coagulante estándar mas usado en

tratamiento de aguas. El producto comercial tiene usualmente la

fórmula 6l/-)092BR>98/0 con masa molecular de 100. El material

es empacado en di"ersas formas: en pol"o, molido, en terrones,

en granos parecidos al arroz y en forma líquida.

+uando se aIaden soluciones de sulfato de aluminio al agua, las

moléculas se disocian en 6lSSS y )<9. El 6lSSS puede

combinarse con coloides cargados negati"amente para

neutralizar parte de la carga de la partícula coloidal, reduciendo

así el potencial zeta a un "alor en que la unión de las partículas

puede ocurrir. El 6lSSS puede también combinarse con los <8?

del agua para formar hidróido de aluminio.

12



C'a$ 4. Sustancias químicas usadas para coagulación.

F'%!%: omero o&as Qairo 6lberto. ->AAA2. +alidad del agua. 5éico

4.6.1.6. Dosi#icacin de %oagulante &ersus tur'iedad $

p(! !os coagulantes metálicos -alumbre: 6l/-)<92B.>98/< y sales

de hierro2, han sido los más empleados en la clarificación del

agua. Estos productos actan como coagulantes y floculantes a la

"ez. 6Iadidos al agua forman especies cargadas positi"amente

en el inter"alo de p8 típico para la clarificación que "a entre 1 y @.

+omo ya se "io esta reacción produce aluminio gelatinoso

insoluble o hidróido férrico. !os coagulantes metálicos son muy

sensibles al p8 y a la alcalinidad.

N"2% /"'&a D%!+$a$ 57" S&'2+&+$a$

57"

C!*%!a*+/!

C"%*+a& 8 Caa*%#+*a

)ulfato de aluminio6l/-)<92B.>98/<

10A?@/>A1>?>00AAAB?>0@B>./ TgJ!

B0B ->1U+2 >D?// -6l/<B2p8 V B.9 en solución al>

+loruro #érrico#e+lB

>00A $otal B@?9@ -#e+lB2

#e+lB.18/<

? ?

DA?1> -#e+lB2/0?/> -#e2

8igroscópico, sealmacena en recipientesherméticos, no sedosifica en seco, p8

óptimo 9.>>#e+lB ? ?

A -#e+lB2B9 -#e2

)ulfato #érrico#e/-)<92B.A8/<

>>/>)oluble en/?9 partesde agua fría

A0?A9 #e/-)<92B

/D?/1 -#e2

)emihigroscópicocoagulante a p8 V B.D?>>.0

)ulfato ferroso#e)<9.@8/<

>00A?>0D@ ?DD -#e)<92/0 -#e2

8igroscópico, p8 óptimo.D?>>.0

)ulfato de aluminioamoniacal6l/-)<92B.-892/

)<9./98/<

>0/D?>0/AAAB>09>A1>

B1 -0U+2AAD ->00U+2

>> -6l/<B2p8 V B.D en solución alB.D

)ulfato de aluminiopotásico

AAB?>0@BA1>?>09>A1>

10 -0U+2>/0 -/0U+2>1 -B0U+2

>0?>> -6l/<B2p8 V B.D en solución alB.D

13



4.6.1. P*% D% F&*'&a*+/!: !a floculación es el proceso que

sigue a la coagulación, que consiste en la agitación de la masa

coagulada que sir"e para permitir el crecimiento y aglomeración de los

flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaIo y peso

necesarios para sedimentar con facilidad. Estos flóculos inicialmente

pequeIos, crean al &untarse aglomerados mayores que son capaces de

sedimentar -alco >AA2.

4.6.1..1 Tipos de #loculacin: !a floculación puede

presentarse mediante dos mecanismos: floculación ortocinética y

pericinética, segn sea el tamaIo de las partículas

desestabilizadas -en general todas las partículas se "en

afectadas por ambos mecanismos2. !as partículas pequeIas

-W>Xm2 están sometidas a floculación pericinética, moti"ada por el

mo"imiento broYniano, mientras que las que presentan un

tamaIo mayor, están afectadas principalmente por el gradiente de

"elocidad del líquido, predominando en ella la floculación

ortocinética.

F&*'&a*+/! *+!+*a: Esta producido por el mo"imiento

natural de las moléculas del agua y esta inducida por la energía

térmica, este mo"imiento es conocido como el mo"imiento

broYniano.

+apm y )tein propusieron un esquema para comprender me&or la

epresión de gradiente de "elocidad ZN[.

F&*'&a*+/! 9%+*+!+*a: )e basa en las colisiones de las

partículas debido al mo"imiento del agua, el que es inducido por

una energía eterior a la masa de agua y que puede ser de origen

mecánico o hidráulico. 3espués que el agua es coagulada es

necesario que se produzca la aglomeración de los microflóculos;

para que esto suceda se produce primero la floculación

pericinética luego se produce la floculación ortocinética.

14



4.6.1..6 Par)metros de la #loculacin:

• #loculación <rtocinética

• Nradiente de Lelocidad

• mero de colisiones:.• $iempo de retención:

• 3ensidad y tamaIo de floc.

• Lolumen de lodos

-6ndía, /0002.

4.6.1.. T+9 $% &*'&a!%: !os floculantes son polímeros

o polielectrolitos con pesos moleculares muy ele"ados moléculas

orgánicas solubles en agua formadas por bloques denominados

monómeros, repetidos en cadenas largas segn su origen los

floculantes se clasifican es dos grandes grupos: %olímeros

naturales y polímeros sintéticos.

P&#"% !a'a&%: )on los que se producen en las reacciones

bioquímicas naturales de animales y plantas, tales como

proteínas, carbohidratos y polisacáridos -almidón, glucósidos2.

5uchos de estos componentes tiene propiedades coagulantes ofloculantes y son usados por los nati"os en forma empírica para

clarificar el agua, como pasa con la penca de la tuna o nopal -que

se emplea en las sierras del %er y en 5é&ico2 o con las semillas

del nirmalí -utilizado en la Hndia2. En el cuadro D se da los

nombres de algunas de estas substancias.

C'a$ . Polímeros naturales que tienen propiedades coagulantes o floculantes

N"2% C"! S% %xa% $% Pa% $% $!$% % 2+%!%

6lginato de sodio6lgas pardas marinas{Paeopiceae!

$oda la planta

$una Opuntia ficus indica !as ho&as6lmidones 5aíz %apa Guca $rigo El grano o el tubérculo

)emillas de nirmali Strycnos potatorun !as semillas

6lgarrobo4uebracho, acacia o algarroboScinopsis "orent#ii

+orteza del árbol

Nelatina comn 6nimales esiduos animales 8uesos+arboimetil celulosa 6rboles +orteza del árbol

15



$oma de guar Cyanopsis psoralioides )emillas

P&#"% +!+*: )on compuestos orgánicos producidos por

medio de la transformación química de deri"ados del carbón y del

petróleo. Hncluye la mayoría de los polímeros manufacturados por

la industria y de mayor "enta comercialmente. 5uchos, aunque

no todos, se encuentran en forma de pol"o seco. <tros son

líquidos con concentraciones del >0 al 10 de polímeros

acti"os. %acTman considera que el A0 de ellos tienen como

monómero básico la acrilamida. !a poliacrilamida es típicamente

un polímero no iónico que puede mane&arse en forma muy

"ariada. Esto tiene la "enta&a de que permite sintetizar una gran

"ariedad de compuestos, con distintas propiedades y aplicaciones

-6rboleda /0002.

4.6.1.4 T*!+*a $% *!& $% &a &*'&a*+/! *a5'&a*+/!: !a

coagulación?floculación del agua constituye el proceso básico que

determina en gran parte las condiciones de operación de la planta de

tratamiento. 3e ella depende la eficiencia que se pueda obtener. %or lo

que se requiera que eista un cuidadoso control en todo este proceso.

Prue'a de *arras: !a prueba de &arras se realiza de la siguiente

manera:

3eterminar la temperatura del agua cruda, el color, la turbiedad,

el p8 y la alcalinidad. $ambién el hierro yJo el manganeso si son

significati"os. 6Iadir los coagulantes al agua en dosis progresi"as

en cada "aso de precipitado en cualquiera de las tres formassiguientes: )e coloca el agua de la muestra en las 1 &arras, las

cuales se introducen deba&o de los agitadores, los cuales se

ponen a funcionar a >00 rpm. !uego, se inyecta el coagulante con

una pipeta de / a >0 ml, profundamente dentro del líquido &unto a

la paleta. El tiempo de mezclado suele ser entre B0 y 10

segundos. %or medio de una pipeta o bureta se colocan las

cantidades de coagulantes que se "an a agregar, en seis "asospequeIos de precipitado. El contenido de cada "aso se succiona

16



con una &eringa médica pro"ista de su agu&a hipodérmica. )e

retira dicha agu&a de la &eringa y esta ltima, con su dosis

completa, se pone &unto a la &arra correspondiente. )e hacen girar

las paletas del aparato a >00 rpm y se inyecta el contenido de

cada &eringa en la &arra que le corresponde, cuidando que la

solución penetre profundamente para que la dispersión sea más

rápida.

)e pone pre"iamente en las &arras la dosis de coagulantes

requeridas y se "ierte rápidamente el agua de la muestra en los

mismos, mientras se hacen girar las paletas a >00 rpm. Esto

produce una mezcla completísima, muy seme&ante a la que se

obtiene en un salto hidráulico. 7na "ez hecha la mezcla rápida se

disminuye la "elocidad de rotación de las paletas a B0?10 rpm

-promedio de 90 rpm2 y se de&a flocular el agua durante >D?B0

min. !uego se suspende la agitación, se etraen las paletas y se

de&a sedimentar el agua. 7na "ez mezclados los coagulantes con

el agua se pueden hacer las determinaciones de tipo cuantitati"as

como: turbiedad, color alcalinidad, p8 entre otras. -6rboleda

/0002.

V.- OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL:

• <btener a partir de la penca de tuna un floculante natural para el

tratamiento de agua.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

• 3eterminar el rendimiento del floculante natural de penca de tuna en el

tratamiento de agua comparado con los floculantes naturales..

• <ptimizar el floculante natural de penca de tuna con los floculantes

tradicionales, para el tratamiento de aguas.

VI.- IPOTESIS.

17



6 partir de la penca de tuna se obtu"o floculante natural, tomándose solo la

sa"ia de esta de la penca de tuna, licuándola en una manera bre"e y

utilizándola para el tratamiento de agua.

)e determino q con la utilización del floculante natural de penca de tuna, se

ba&o el ni"el de turbiedad y p8; hasta los limites permisibles y establecidos por

la legislación peruana y el <rganismo 5undial de la )alud -<5)2.

)e determino también con la combinación del floculante natural de penca de

tuna con los floculantes tradicionales ya conocidos como son el sulfato de

aluminio y sulfato ferroso, alcanzo los límites permisibles de p8 y turbiedad

establecidos por la legislación peruana y el <rganismo 5undial de la )alud

-<5)2.

VARIABLES DE OPERACIÓN.

Va+a2&% I!$+*a$% <!$+*% Va&a*+/!Va+a2&%

I!$%9%!$+%!%.-Li2 %enca de tuna. ecursos 6grícolas.

%ropiedades #ísicas.

%enca, )a"ia de

la %enca.

3ensidad.

ml

gJmlVa+a2&%

D%9%!$+%!%.

-Ld2 #loculante

atural.

%ropiedades #ísicas del

floculante natural.

3ensidad.

8umedad.

gJml

18



Va+a2&%

I!%H+!%!%.

-Lit2 p8

-Lit2 $urbiedad.

-Lit2 6lcalinidad

6cidez inicial y final de la

muestra de agua.

$urbiedad inicial y final de

la muestra de agua.

6lcalinidad inicial de la

muestra de agua.

p8

7$

mgJ!

p8

7$

5gJ!

VII.- METODOLOGIA.

.1 L'5a $% E%*'*+/! $% & Ex9%+"%!:

• !aboratorios de la #acultad de Hngeniería 4uímica de la

7ni"ersidad acional del 6ltiplano %uno.

• !aboratorio de análisis de muestras de la Empresa de

)aneamiento 'ásico E5)6?%uno

.6Ma%+a&% E'+9:

.6.1 E'+9 $% La2a+.

• Ma%+a&%:

• Equipo para prueba de

Qarras.

• $urbimetro.

• p8?metro.

• $ermómetro.

• 'uretas

• #iolas.

•

%ipetas

• Lasos de

%recipitados

• 'alanza 6nalítica.

• Qeringa medica.

• 5atraces.

• !icuadora.

• %robetas.

•

Estufa o 5ufla.

19



• R%a*+H.

o )ulfato de 6luminio.

o )ábila de la penca de $una.

o 5uestra a tratar -agua2.o 6gua 3estilada.4.%.

o 6cido )ulfrico.

o +arbonato de )odio.

o 8idróido de )odio.

o 6naran&ado de 5etilo.

. M$ $% Ex9%+"%!a*+/!:

1.- )e determinara el p8, alcalinidad y turbiedad inicial a la muestra de

agua en estudio.

6.? )e estudiara el efecto del floculante natural de penca de $una. 6dquirir

la sábila de la tuna, quitar la cáscara y posteriormente licuarla y medir sudensidad y humedad.

%ara ello se realizaran "arias pruebas de &arras que consintieran en:

%oner a cada uno de los D "asos de la prueba de &arras >00 ml de la

muestra de agua residual y se adicionara sábila de tuna en

concentraciones de 9, ,>/ y /0 mlJ!. )e agitara cada muestra a >00 rpm

durante > minuto y después se disminuirá la "elocidad de agitación a 90

rpm durante >0 minutos y por ltimo se de&ara sedimentar >D minutos.#inalmente se determinara la turbiedad para "er el efecto que sobre ella

tenia el uso de la sábila de tuna.

.- %asado el tiempo de sedimentación se determinara la turbiedad y p8 a

cada una de las D muestras. )e requiere encontrar una disminución de

turbiedad de aproimadamente D 7$, porque este es el rango de la

concentración mínima requerida por las ormas <ficiales %eruanas 3.).

\ /1>?1A?6% !ey Neneral del 6gua. Especificaciones sanitarias por el

5inisterio de )alud -5H)62 3.). \ 00@?B?).6.

20



4.- )e prepararan las siguientes soluciones:

)olución de sulfato de aluminio al >: pesar >0 gramos de sulfato de

aluminio, disol"er en agua destilada y aforar a > litro.

)olución de sulfato de aluminio al 0.> : $omar >00 ml de la solución al

> de aluminio y diluir a un litro de agua destilada.

.? )e realizaran "arias pruebas de &arras de la siguiente manera: )e

enumeraran los D "asos de la prueba de &arras, y a cada uno de ellos se

les pondrá >00 ml de la muestra de agua en estudio, posteriormente se

adicionara >, /, 9, 1, ml de la solución de sulfato de aluminio al 0.> que

equi"ale a concentraciones de >0, /0,90, 10 y 0 mgJ! de -6l /-)<92B2. )e

agitara cada muestra a >00 rpm durante > minuto y después se disminuirá

la "elocidad de agitación a 90 rpm durante >0 minutos y por ltimo se

de&ara sedimentar >D minutos.

@.- !a prueba de &arras se repetirá "arias "eces para encontrar la

concentración óptima de -6l/-)<92B2 para disminuir la turbiedad hasta D

7$.

.- 6l tener la concentración óptima de -6l/-)<92B2, se determinara una

concentración menor a la optima -+/2 buscando disminuir el uso del sulfato

de aluminio por su combinación con sábila de tuna.

K.? 6l tener la concentración de +/, se realizara una prueba de &arras en

donde la concentración de sulfato de aluminio se mantendrá constante. )e

pondrá en cada uno de los D "asos de la prueba de &arras >00 ml de la

muestra de agua residual en estudio, se adicionara la concentración de

sulfato de aluminio +/ determinada anteriormente, se agitara a >00 rpm y

posteriormente se adicionara sábila de tuna en concentraciones de /, 9,

D, >0,>D mlJ! se disminuirá la agitación a 90 rpm por >0 minutos yfinalmente se de&ara sedimentar en un tiempo de >D minutos.

K.- )e determinara la turbiedad y p8 para cada una de las D muestras

realizadas.

.? $odo el proceso descrito se remitirá "arias "eces para lograr

concentraciones optimas de coagulante?floculante, para disminuir la

concentración de turbiedad, que eigen las ormas <ficiales %eruanas

antes descritas.

21



VIII.- AMBITO DE ESTUDIO.

El traba&o de in"estigación se realizara en la ciudad de %uno? %er ubicada a

B/0 m.s.n.m., en los laboratorios de la 7ni"ersidad nacional del 6ltiplano 76

y de la Empresa 5unicipal de )aneamiento 'ásico E5)6.

!a in"estigación se realizara a una temperatura estándar de /D\+ y a una

presión atmosférica propia de la pro"incia de %uno.

I.- RECURSOS.

.1 R%*' Ma%+a&%:

E'+9 U!+$a$ F+!a!*+a"+%! C (7.)%rueba de Qarras > E5)6 ????????$urbimetro > E5)6 ????????p8metro > 76 ????????%ipeta -Dml2 9 76 ????????

5atras -/D0ml2 1 76 ????????'ureta. -D0ml2 / 76 ????????5ufla > 76 ????????$ermómetro > 76 ????????#iola -/D0ml2 / 76 ????????'alanza 6nalítica > 76 ????????Laso de %recipitado -/D0ml2 >0 76 ????????!icuadora > %<%H< ????????Qeringa 5edica -Dml2 > %<%H< 0.D0%robeta -D0ml2 > 76 ????????

TOTAL: .

.6 I!'" $% &a2a+.

R%a*+H Ma%+a& Ca!+$a

$

F+!a!*+a"+%! C (7.)

)ulfato de 6lumino >0g 76 ????????6cido )ulfurico /D0ml 76 ????????#enolftaleina >ml 76 ????????6naran&ado de 5etilo /ml 76 ????????

8idroido de )odio /D0ml 76 ????????6gua 3estilada 4.%. /! %<%H< >9.00

22



%enca de $una /Kg %<%H< B.005uestra de agua a tratar. 9! %<%H< ????????

TOTAL: 1.

. O:

E9%*++*a*+/! C (S7.)

e"isión en Hnternet 1.00

)er"icios de computo >D.00

5aterial de escritorio >.00

$ransporte y "ia&es 9.D0

TOTAL: 6@.

.- CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.

C/$+5 D%*+9*+/! D'a*+/!6> e"isión 'ibliografica 09 semanas

6/ #ormulación de 5arco $eórico 0/ semana6B 6dquisición e Hmplementación de !aboratorio 0> semana69 e"isión de Estrategia Eperimental 0/ semanas6D E&ecución de la Eperimentación 0/ semanas61 <rdenamiento de esultados 0> semana6@ 6nálisis de esultados 0/ semanas6 edacción de Hnforme #inal 0/ semanas

TOTAL: 1@ %"a!a

C$+5 S%"a!a

A*+H+$a$ 1 6 4 @ K 1 11 16 1 14 1 1@

A1 x x x x

A6 x x

A x

A4 x x

A x x

A@ x

A x x

23



AK x xI.- BIBLIOGRAFIA.

1. 6rboleda Lalencia Qorge. -/0002. Teoría y practica de la purificación del

agua. +olombia. Editorial 5c NraY 8ill. $omo >.

2. 6lmendárez abyarina ./00B. +omprobación de la efecti"idad del polimero

natural. icaragua.

3. 6ndía +árdenas Golanda. -/0002. Tratamiento de agua, coagulación y

floculación. !ima, %er. )E36%6!. E"aluación de plantas y desarrollo

tecnológico.

4. Keith 6. +hristman. Calidad del agua% Desinfección efecti&a. 6rlington, L6.

E76. +onse&o de química del cloro.

5. 5anual de 3egremon. ->AA12. Tratamiento de aguas. EspaIa.

6. 5etcalf ] Eddy. ->AA12. 'ngeniería de aguas residuales. 5éico. Editorial

5cNraY?8ill. $omo H.

7. alco +hemical +ompany. ->AA2. (anual del agua, Su naturale#a,

Tratamiento y aplicaciones. 5éico. Editorial 5c NraY 8ill.

8. obles !ucero /001. Reducción del uso de floculante sulfato de

aluminio mediante el uso de una combinación de floculantes

naturales y sintéticos. 5éico

9. omero o&as Qairo 6lberto. ->AAA2. +alidad del agua. 5éico. Editorial

6lfaomega.

10. )al"at 'ásico. ->A12. Diccionario )nciclop*dico. +olombia. Editorial )al"at.

$omo 1.

11. $chnobanoglous Neorge. -/0002. Sistema de mane+o de aguas residuales.

+olombia. Editorial 5c NraY 8ill. $omo H y HH.

12. 7.). En"ironmental protection agency. ->A@A2. Process design manual for

posporus remo&al . ^ashington. <ffice of technology transfer.

13. Leyzer G.H., 5inz 3.5. ->A92. loculantes de alto peso molecular en

procesos de tratamiento de aguas residuales y potables. 5osc. Editorial

5osc.

24



• Pa5+!a %2.

JYYY.cepis.ops?oms.orgJ YYY.cepis.org.pe

YYY.b"sde.ops?oms.orgJsdeJops?sdeJb"sde.shtml

YYY.cna.gob.m

YYY.inegi.gob.mJ

YYY.salud.gob.m

YYY.nerea?in"estiga.org

YYY.sagarpa.gob.m

YYY.aguasegura.org

YYY.inifap.gob.m

YYY.cepis.ops?oms.org

YYY.ceaqueretaro.gob.m

YYY.portal?agua.com

YYY.aguaycombustion.com

YYY.unesco.orgJYater

YYY.agua.org.m

YYY.lentech.comJespanol

YYY.une.es

YYY.cyted.org

YYY.uaq.m

YYY.prodi"ersitas.bioetica.orgJtunaJhtm

YYY.agronomia.uchile.cl

YYY.ine.gob.m

YYY.nerea?in"estiga.org

YYY.usco.edu.co

YYY.ehu.es

YYY.saber.ula."e

YYY.microsof.cmoJispiJmedir

YYY.fao.orgJdocrep

25

http://www.cepis.ops-oms.org/

http://www.cepis.org.pe/

http://www.bvsde.ops-oms.org/sde/ops-sde/bvsde.shtml

http://www.cna.gob.mx/

http://www.inegi.gob.mx/

http://www.salud.gob.mx/

http://www.lentech.com/espanol

http://www.unex.es/

http://www.cyted.org/

http://www.uaq.mx/

http://www.prodiversitas.bioetica.org/tuna/htm

http://www.agronomia.uchile.cl/

http://www.ine.gob.mx/

http://www.nerea-investiga.org/

http://www.usco.edu.co/

http://www.ehu.es/

http://www.saber.ula.ve/

http://www.microsof.cmo/ispi/medir

http://www.fao.org/docrep

http://www.cepis.ops-oms.org/

http://www.cepis.org.pe/

http://www.bvsde.ops-oms.org/sde/ops-sde/bvsde.shtml

http://www.cna.gob.mx/

http://www.inegi.gob.mx/

http://www.salud.gob.mx/

http://www.lentech.com/espanol

http://www.unex.es/

http://www.cyted.org/

http://www.uaq.mx/

http://www.prodiversitas.bioetica.org/tuna/htm

http://www.agronomia.uchile.cl/

http://www.ine.gob.mx/

http://www.nerea-investiga.org/

http://www.usco.edu.co/

http://www.ehu.es/

http://www.saber.ula.ve/

http://www.microsof.cmo/ispi/medir

http://www.fao.org/docrep



26

164504590-Floculante-de-Tuna-Jose-Malaga.pdf

Documents

Transcript of 164504590-Floculante-de-Tuna-Jose-Malaga.pdf