RESUMENLas aguas residuales, contienen material suspendido o slidos dispersados que no sedimentan con facilidad, una parte considerable pueden ser coloides. Estas partculas pueden ser fcilmente separadas mediante la sedimentacin, que consiste en dejar en reposo el fluido para que las partculas ms pesadas se asienten en el fondo del recipiente. En esta prctica se proceder a leer las velocidades de las partculas del material dado en una probeta de 50 ml, una vez distribuidas las probetas se les agregara cierta masa del material para ver como variara la velocidad de sedimentacin con respecto a las diferentes concentraciones. Para medir la velocidad se coloc un papel milimetrado al lado de la probeta y se midi el tiempo que demora en recorrer cierta distancia vertical.Con los resultados se demostr que a medida que aumenta la concentracin de partculas slidas en agua, estas tienen un tiempo de sedimentacin mayor a medida que tengan mayor concentracin.

I. OBJETIVOS

Determinar la velocidad de sedimentacin para diferentes concentraciones del material Realizar una grfica de velocidad vs concentracin

II. MARCO TEORICO

SEDIMENTACION

Definimos como "sedimentacin" al proceso natural por el cual las partculas ms pesadas que el agua, que se encuentran en su seno en suspensin, son removidas por la accin de la gravedad. Las impurezas naturales pueden encontrarse en las aguas segn tres estados de suspensin en funcin del dimetro. stos son: a) Suspensiones hasta dimetros de 10-4 cm. b) Coloides entre 10-4 y 10-6 cm. c) Soluciones para dimetros an menores de 10-6 cm. Estos tres estados de dispersin dan igual lugar a tres procedimientos distintos para eliminar las impurezas. El primero destinado a eliminar las de dimetros mayores de 10-4 cm. constituye la "sedimentacin simple". El segundo implica la aglutinacin de los coloides para su remocin a fin de formar un "floc" que pueda sedimentar. Finalmente, el tercer proceso, que esencialmente consiste en transformar en insolubles los compuestos solubles, aglutinarlos para formar el "floc" y permitir as la sedimentacin. Es decir que en muchos casos, las impurezas pueden ser, al menos en teora removidas mediante el proceso de sedimentacin.En este proceso las partculas slidas ceden parte de su cantidad de movimiento a las molculas del lquido de su alrededor. Cuanto mayor sea la viscosidad del lquido, tanto ms se frena el movimiento de las partculas. Las molculas del lquido, aceleradas por contacto con el slido transmiten su movimiento a capas de lquido ms alejadas debido a las interacciones intermoleculares, de las que la viscosidad es una medida. La operacin de sedimentacin est, pues, controlada por el transporte de cantidad de movimiento

.Velocidad de la sedimentacin en funcin de la concentracin

Diseo de un sedimentador

Cintica de la floculacin

La velocidad de floculacin de una dispersin coloidal o sol, depende de la frecuencia del choque de las partculas entre s y de la probabilidad de que su energa trmica sea lo suficientemente grande como para superar a la energa potencial de repulsin para la floculacin cuando los encuentros entre las partculas tienen lugar.

La floculacin ocurre mediante dos mecanismos: la floculacin ortocintica y pericintica a los cuales se ven sometidas las partculas sometidas a la desestabilizacin, influyendo en gran medida el tamao de las partculas, as en las partculas pequeas (menores de 1 m) juega un papel ms importante la floculacin pericintica influida por efecto trmico que da lugar al movimiento browniano que distribuye uniformemente las partculas en la solucin, y en el caso de partculas de mayor tamao tiene una gran importancia el gradiente de velocidad del liquido(G), predominando la floculacin ortocintica. En definitiva en el fenmeno de la floculacin el nmero de choques entre partculas es proporcional a la concentracin de estas, a su tamao y al gradiente de velocidad. Considerando que no haya barrera de energa potencial y que cada choque entre las partculas d lugar a un contacto permanente, Smoluchowski desarroll una teora de floculacin rpida. Supone que la floculacin slo est controlada por la difusin, en el caso de un sol mono-disperso en que las partculas sean esfricas se tendr:

Donde n es el nmero de partculas por mililitro al cabo de un tiempo de floculacin t, n0 el nmero inicial de partculas por mililitro, a, el radio efectivo de las partculas y D, el coeficiente de difusin.Conociendo el valor del coeficiente D, resulta posible, por medio de la anterior ecuacin, calcular, por ejemplo, el tiempo necesario para que el nmero de partculas llegue a ser la mitad, un tercio, etc., del nmero inicial de partculas.La cintica de la floculacin se puede estudiar al estabilizar la dispersin coloidal por medio de gelatina en un momento dado y a ciertos intervalos de tiempo y contar entonces las partculas con la ayuda de un ultramicroscopio.

En el caso de existir una barrera de energa potencial de repulsin, slo algunos de los choques entre las partculas darn lugar a contactos permanentes, no pudindose, por tanto, aplicar las frmulas anteriores, es decir, la energa potencial retrasa la velocidad de floculacin.

Debido a la complejidad de las reacciones entre las sustancias del agua y los reactivos aadidos, la influencia del pH, temperatura, grado de agitacin, etc., es difcil hallar la dosis de reactivos exacta, necesaria para obtener una buena coagulacin, aun cuando se conozcan las sustancias presentes en el agua.

En la prctica, para conocer la dosis ptima de sulfato de almina, hidrxido clcico u otro reactivo, as como el pH ptimo, se recurre a los ensayos de floculacin en laboratorio, con los cuales, y mediante tanteos, llegamos a conocer las dosis ptimas de reactivo, segn el perodo y grado de agitacin escogido.

Para realizar estos ensayos de floculacin, se utiliza un floculador, que en esencia es un agitador formado por una serie de vasos, en cada uno de los cuales se introduce una paleta agitadora, accionada por un motor elctrico, que comunica las mismas revoluciones a todas las paletas. En los vasos, generalmente de un litro de capacidad, se introduce el agua con los reactivos correspondientes. Para que los resultados de los vasos sean comparables, la velocidad de rotacin de cada paleta, como ya hemos dicho, deber ser igual. Las paletas debern poder girar entre 20 y 200 rpm.

El modo de proceder es el siguiente:

Se toma un litro de agua a ensayar en cada uno de los vasos del agitador, habindose determinado previamente algunas de las caractersticas ms importantes del agua, tales como turbiedad, color, pH y alguna otra que tambin interese, segn el tratamiento al que posteriormente se va a someter. Puesta en marcha la agitacin, se van aadiendo a cada vaso las dosis de los reactivos a emplear que, como primera aproximacin, se hayan escogido. A mayor escala, dentro ya de la Estacin de Tratamiento, generalmente el coagulante se suele introducir antes que el lcali, de igual modo que el cloro usado en precloracin puede ser ms eficaz adicionndolo antes que el coagulante, de todas formas, los ensayos de laboratorio son los que permiten ver el orden en la dosificacin. La agitacin se mantendr durante 20 minutos, siendo conveniente los dos primeros minutos agitar a la mxima velocidad y los restantes, a la velocidad que se haya escogido, generalmente 50 r /m. Se anota el momento en que en cada vaso aparece el primer flculo visible, de igual modo, al final de la agitacin se anota el aspecto, cantidad y tamao de los copos y cualquier observacin que, posteriormente, nos pueda servir para diferenciar un vaso de otro. Finalizada la agitacin se dejan en reposo todos los vasos un determinado tiempo, generalmente 10 minutos, para que sedimenten los flculos formados. A continuacin se decanta una porcin de agua de las partes superiores de cada vaso, midiendo en estas muestras de agua decantada el color, turbiedad y pH principalmente. Tambin puede hacerse ms completo el ensayo pasando una parte del agua decantada de cada vaso por un filtro de papel y medir despus el color y turbiedad del agua filtrada. Por ltimo, se interpretan los resultados obtenidos, de forma tal que las dosis de reactivos aadidos a la muestra en la cual la reduccin del color y turbiedad del agua decantada sea mayor, las consideremos como las dosis ptimas.

Generalmente, estos ensayos deben realizarse manteniendo constante, ya sea el p H, y variando las dosis de coagulante y coadyuvante o a la inversa. Tambin deben ensayarse diversos perodos y velocidades de agitacin.

En el cuadro siguiente resumimos los resultados de un ensayo de coagulacin-floculacin en vaso, en el que el pH ptimo de coagulacin y la dosis de coadyuvante polielectrolito se ha comprobado por ensayos anteriores de tanteo, que eran 6, 9 y 0,1 respectivamente. Tratamos ahora de conocer la dosis ptima mnima de coagulante y la del lcali.

A la vista del resultado visual y el anlisis del agua decantada, vemos que una dosis de 20 ppm es, en este caso, la ms ptima para 0,1 ppm de polielectrolito y un pH de coagulacin de 6,9.

Las dosis de reactivos vienen dadas en ppm (partes de milln), equivalente a mg de reactivo por litro de agua. La unidad de medida usada para el color es la unidad AlIen.Hazen (cloroplatinato potsico-cloruro de cobalto) y la unidad de medida para la turbiedad la NTU (Unidad Nefelomtrica de Turbided).

Obtenida la dosis ptima aproximada del coagulante, se tratar por medio de otro ensayo ajustar ms esta dosis, realizando otra serie con dosis, por ejemplo, de 18, 19, 20, 21 y 22 ppm de sulfato de almina.

VASODOSIS DE SULFATO DE ALBUMINADOSIS DE CALDOSIS DE POLIELECTROLITORESULTADO DE LA FLOCULACION AGUA DECANTADA

COLORTURBIDADPh

1800.1Mal40126.9

21220.1Regular3086.8

31640.1Bien2066.8

42060.1Muy bien 536.9

52480.1Regular 1576.9

Observaciones.- Los primeros flculos aparecen a los tres minutos de agitacin en el vaso N 3. En el N 1 apenas hay floculacin, yen el N 2, los flculos son tan pequeos, que pueden considerarse microflculos.

En la figura siguiente de representa el esquema de un agitador-floculador de laboratorio con los vasos correspondientes, en los cuales hemos representado lo que de una forma visual se ha obtenido en el ensayo que anteriormente hemos expuesto.

En el vaso n 1, (de izquierda a derecha) para el que indicbamos que el resultado de la floculacin era "mal ", observamos cmo los flculos son muy pequeos y sedimentan muy difcilmente; en el n 2, que indicbamos floculacin "regular", ya se ven flculos algo mayores, aun cuando en la parte superior los hay tambin pequeos; En el n 3, floculacin " bien ", los flculos son ya mayores y ms densos, quedando en la parte superior, el agua ms clarificada; En n 4, indicado como floculacin " muy bien ", la mayor cohesin y densidad de los flculos, les hace aglomerarse en el fondo del vaso, quedando ms zona clarificada en la parte superior del vaso; en el vaso n 5, floculacin " regular ", es bastante similar al n 2. Otro medio de conocer y controlar el proceso de coagulacin, muy prctico, es el del filtro piloto, consistente en tomar una muestra de agua, y siguiendo el mismo proceso de adicin de reactivos que el de la propia planta, filtrar a continuacin por un filtro piloto en las mismas condiciones, controlando diversas caractersticas del efluente, principalmente el color, la turbiedad y el contenido de aluminio.Para que las partculas que se encuentran en el agua y las del coagulante puedan reaccionar, ser preciso que estn en contacto unas con otras, por lo tanto ser necesaria una agitacin del lquido para mantener este contacto. Esta agitacin deber ser rpida durante un breve perodo inicial para dispersar bien la coagulacin y favorecer las reacciones de coagulacin, y ms lenta durante el perodo de floculacin.

El contacto entre las partculas se ver aumentado a medida que aumenta su concentracin en el agua, con este objeto es conveniente que en el lquido se conserve una determinada cantidadde flculos que anteriormente se han formado.

Durante la floculacin la agitacin deber ser lo suficientemente lenta para no deshacer los flculos formados, dando entonces nuevamente lugar a una suspensin coloidal. Las instalaciones de floculacin son actualmente muy variadas, abarcando desde sencillos depsitos de floculacin, con placas deflectoras, hasta las instalaciones provistas de agitadores mecnicos de paletas, mantenindose en parte de estas instalaciones, el contacto entre las partculas formadas en tratamientos anteriores y las que se estn formando en cualquier momento. Existen instalaciones en las que en una misma instalacin se realiza la mezcla, coagulacin, floculacin, sedimentacin y eliminacin de los precipitados, son estos en general los floculadores-decantadores.

III. Procedimiento experimental

1. Se pes 2, 4, 6, 8, 10 y 12 gramos de arena en la balanza electrnica.

2. Se verti cada una, en una probeta de 100ml, y se aforo con agua.

3. Se agreg unas gotas de un polmero floculante.

4. Se midi el tiempo de cada de las partculas, a diferentes alturas.

5. Se determin la velocidad de sedimentacin a distintas concentraciones.

IV. Clculos y resultados

Con los valores reportados en el laboratorio:

20,009320000

40,005540000

60,003260000

80,001980000

100,0017100000

120,0015120000

Con estos datos calcularemos los flujo msicos por rea

0,0093200000,186

0,0055400000,22

0,0032600000,192

0,0019800000,152

0,00171000000,17

0,00151200000,18

Graficando la concentracin versus el flujo msico por rea , se obtendr:

V. CONCLUSIONES

Aunque resulto dificultoso, se pudo determinar las diferentes velocidades de sedimentacin a las diferentes concentraciones. Al realizar la grfica nos damos cuenta que a medida que aumenta la concentracin del material, la velocidades de sedimentacin disminuyen.

VI. BIBLIOGRAFIA

Romero Rojas , Jairo , Calidad del agua ,Editorial Alfa y Omega , 2 Edicin 2000 RODIER, J. Anlisis de las aguas. Ed. Omega. Barcelona. 1981. NALCO. Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones. Tomo III. Mc Graw-Hill. 1989 "Sedimentacin Acelerada", KUAN M. YAO; Congreso de Ingeniera Sanitaria, ASUNCIN, PARAGUAY, 1973.