PRACTICA Nº 03 TRATAMIENTOS FÌSICO.-QUÌMICOS DE LAS AGUAS I.INTRODUCCION : 1 La presencia en el agua de muchas sustancias sólidas constituye la parte más importante y aparente de la contaminación. El tamaño de las partículas contaminantes presentes en el agua es muy variado. Hay sólidos que por su tamaño pueden observarse a simple vista en el agua y dejando la suspensión en reposo, se pueden separar bien por decantación bajo la influencia de la gravedad o bien por flotación, dependiendo de las densidades relativas del sólido y del agua. También resulta fácil separarlas por filtración. Sin embargo, hay otras partículas muy finas de naturaleza coloidal denominadas coloides que presentan una gran estabilidad en agua. Tienen un tamaño comprendido entre 0,001 y 1 µm y constituyen una parte importante de la contaminación, causa principal de la turbiedad del agua. Debido a la gran estabilidad que presentan, resulta imposible separarlas por decantación o flotación. Tampoco es posible separarlas por filtración porque pasarían a través de cualquier filtro. La causa de esta estabilidad es que estas partículas presentan cargas superficiales electrostáticas del mismo signo, que hace que existan fuerzas de repulsión entre ellas y les impida aglomerarse para sedimentar. Estas cargas son, en general, negativas, aunque los hidróxidos de hierro y aluminio las suelen tener cargas positivas. El tratamiento físico químico del agua residual tiene como finalidad mediante la adición de ciertos productos químicos la alteración del estado físico de estas sustancias que permanecerían por tiempo indefinido de forma estable para convertirlas en partículas susceptibles de separación por sedimentación. Mediante este tratamiento puede llegar a eliminarse del 80 al 90% de la materia total suspendida, del 40 al 70% de la DBO5 y del 30 al 40% de la DQO. II. OBJETIVOS: - Determinar las características físicas - químicas de las aguas recogidas. 1 Introducción extraída de la siguiente pág.: http://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_residuales/Tratamiento_f%C3%ADsicoqu%C3%ADmico III. MATERIALES Reactivos: H2O destilada BaCl2 al 10% y al 1% H2SO4 0.1M Solución de nitrato de plata 0.05 M Solución de Cromato de potasio (K2CrO4) 5% Solución de EDTA Etanol CARBON ACTIVADO - Al2(SO4)3 Na2C2O4 NaCl Na2CO3 KMnO4 K2CR2O7 2N Equipos: _ 20 tubos de ensayo Goteros Gradillas Pipetas 1,5 y 10ml Fiola de 50 ml Probetas Balanza PÀPEL filtro Equipos de filtración Probetas de 100ml PROCEDIMIENTOS – RESULTADOS DATOS GENERALES MUESTRA Pozo de oxidación Agua de cachaza guardada Agua de cachasa Acequia Agua industrial PH 7.5 7.5 2.9 7.8 3.2 EXPERIENCIA 1: * FILTRACIÒN TRATAMIENTO FÌSICO DE LAS AGUAS. Tomar 20 ml de agua que contenga sólidos suspendidos o sedimentables y colocarlos en un matraz. - Instale el equipo de filtración y vierta el contenido de agua sobre el embudo que contiene previamente papel filtro. - Anote observaciones Filtración Turbia Turbia Muy turbia transparente Poco turbia muestra Pozo de oxidación Agua de cachaza A de cachasa Acequia Agua industrial * - ADSORCIÒN Tomar 20 ml de agua que contenga turbidez o coloración debido al contenido de sólidos disueltos o de diámetro pequeño que no permite ser filtrados y colocarlos en un matraz. - Adicione una cucharadita de carbón activado y agite para homogenizar y permitir la adsorción. - Instale el equipo de filtración y vierta el contenido de agua sobre el embudo que contiene previamente papel filtro. - Anote observaciones. Absorción Clara Muy Clara Clara clara clara muestra Pozo de oxidación Agua de cachaza A de cachasa Acequia Agua industrial * - FLOCULACIÒN Tomar 50 ml de agua que contenga sólidos suspendidos y colocarlos en una probeta de 100 ml - Adicione 0,1gramo de Al2 (SO4)3 y agite para homogenizar y permitir la floculación dejándolo reposar. - Registre el tiempo que demora en iniciar y terminar la operación. Repita la experiencia, pero adicionando 0,20; 0.40 y 0,60 gramos. De Al2 (SO4)3 GRÀFICOS: OBSERVACIONES: El agua de acequia tenía bajo contenido de sólidos, razón por la cual no se le aplicó el sulfato de aluminio para realizar el proceso de floculación. El agua de pozo de oxidación fue la muestra que presento reacción instantánea al sulfato de amonio. El agua industrial fue una de las muestras con más tiempo en flocular sus partículas, debido al tamaño de estas mismas. El tiempo que tomó en realizar la floculación y la sedimentación fue para dos de las probetas (el tiempo fue el mismo en dos casos). El agua de cachaza fue otras de las muestras que demoró tanto en flocular como sedimentar. El agua de cachaza guardada aparentemente floculó muy bien con 0.60 gr de sulfato de aluminio a los 2 minutos, sin embargo a los 3 minutos la probeta con los 0.20 gr fue quien dio un mejor resultado. AGUA DE CACHAZA GUARDADA CÀLCULOS MUESTRA Pozo de oxidación Agua de cachaza A de cachasa Acequia Agua industrial COAGULACIÓN 30 segundos de 0.20gr 1 minutos de 0.60gr 20 minutos de 0.10gr ------10 minutos de 0.20gr FLOCULACIÓN 2 minutos de 0.20 gr 2minutos de 0.20 gr 30-35 minutos de 0.10gr ------30 minutos de o.10gr SEDIMENTACIÓN 2minutos - 0.20gr 3mim de 0.20gr 35mim de 0.10gr ------40minutos de 0.10 y 0.20gr IV. EXPERIENCIA # 02 REACCIONES QUÌMICAS UTILIZADAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS Adicionar en un tubo de ensayo 1ml de la solución A y luego adicionar gota a gota el reactante B. ETANOL: Se dio reac ción Si Solución Solución A B K2Cr2O7 + H2SO4 Evidencia de la Rx Ecuación de la Rx 2 K 2 Cr 2 O 7 + 3 CH 3 CH 2 OH + 6 H 2 SO 4 --> 3 CH 3 COOH + 2 Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2 K 2 SO 4 + 11 H 2 O Ion identificado Etanol 2 Cr 2 (SO 4 ) REACCIÒN DE RECONOCIMIENTO: OBSERVACIONES: El color de la reacción fue verdoso. GRÀFICOS: 1. Solución A F2Cl3 . REACCIÒN DE RECONOCIMIENTO: OBSERVACIONES: El color de la reacción fue anaranjado ladrillo. CLORURO DE SODIO: Solución A NaCl Solución B AgNO3 Se dio reacción Si Evidencia de la Rx CLORURO DE PLATA Ecuación de la Rx AgNO3 (ac) + NaCl (ac) ---> AgCl (s) + NaNO3 (ac) Solución B KMnO4 + H2SO4 Se dio reacción Si Evidencia de la Rx Ecuación de la Rx Ion identificado Ion identificad o AgCl (s) Forma de identificación REACCIÒN DE RECONOCIMIENTO: OBSERVACIONES: El color de la reacción fue blanquecino. GRÀFICOS: CLORURO DE BARIO: Solución A Solución B Se dio reacción Evidencia de la Rx Ion identificado Ecuación de la Rx BaCl2 Na2CO3 Si Na2CO3 + BaCl2 ---> 2NaCl + BaCO3 BaCO3 REACCIÒN DE RECONOCIMIENTO: OBSERVACIONES: El color de la reacción fue blanco lechoso SULFATO DE COBRE: Solución A CuSO4 Solución B NaOH Se dio reacción Evidencia de la Rx Ion identificado Na2 SO4 Ecuación de la Rx CuSO4 + 2NaOH-------> Na2 SO4 + Cu (OH)2 Si REACCIÒN DE RECONOCIMIENTO: OBSERVACIONES: Se precipitaron partículas pequeñísimas de color rojizo, en mínima cantidad. CLORURO DE HIERRO: Solución A FeCl3 Solución B NaOH Se dio reacción Si Evidencia de la Rx Ion identificado Fe(OH)3 Ecuación de la Rx FeCl3 + 3NaOH ----> Fe(OH)3 + 3NaCl REACCIÒN DE RECONOCIMIENTO: OBSERVACIONES: Turbidez y formación de sólidos CLORURO DE CALCIO: Solución A Ca(OH)2 Solución B H2SO4 Se dio reacción NO Evidencia de la Rx Ecuación de la Rx Ca(OH)2 + H2SO4 -> CaSO4 + 2 H2O Ion identificado La reacción se observó, pero teóricamente este se puede dar. V. DISCUCIONES La influencia del PH (LENNTECH) el coagulante inorgánico debido a su hidrólisis cambia las características físico-químicas del agua que es tratad (pH, conductividad, etc.) M 3+ + 3 H 2 O < = > M(OH) 3 + 3 H + El pH necesario para la coagulación se puede ajustar por la adición de un ácido o de una base. Catión Grado óptimo de pH para la CoagulaciónFloculación 3+ Al 6,0-7,4 Fe 3+ >5 (LENNTECH) El floculante: Polímeros inorgánicos (silicia activado) y polímeros naturales (almidones, alginate) eran los primeros que se utilizaban. Pero el uso de floculantes sintéticos a menudo da como resultado una cantidad mínima de lodo. Combinado con técnicas modernas de separación puede permitir producir un lodo muy denso que se puede tratar directamente en una unidad de desecación. Se ha observado que el efecto aumenta marcadamente con el número de cargas del ión coagulante. Así pues, para materias coloidales con cargas negativas, los iones Ba(bario) y Mg(magnesio), bivalentes, son en primera aproximación 30 veces más efectivos que el Na(sodio), monovalente; y, a su vez, el Fe(hierro) y Al(aluminio), trivalentes, unas 30 veces superiores a los divalentes. CUESTIONARIO VI. 1.- ¿Cuáles son los parámetros que le permite decidir el tipo de tratamiento físico que se le debe aplicar a un agua? (Payeras) Sabor y Olor Estos parámetros son determinaciones organolépticas y de determinación subjetiva, para dichas observaciones no existen instrumentos de observación, ni registro, ni unidades de medida. Tienen un interés muy evidente en las aguas potables dedicadas al consumo humano y podemos establecer ciertas "reglas": Las aguas adquieren un sabor salado a partir de 300 ppm de Cl-, y un gusto salado y amargo con más de 450 ppm de SO4=. El CO2 libre en el agua le da un gusto "picante". Trazas de fenoles u otros compuestos orgánicos le confieren un olor y sabor desagradables. Color El color es la capacidad de absorber ciertas radiaciones del espectro visible. Existen muchas causas y por ello no podemos atribuirlo a un constituyente en exclusiva, aunque algunos colores específicos dan una idea de la causa que los provoca, sobre todo en las aguas naturales. El agua pura es bastante incolora sólo aparece como azulada en grandes espesores. En general presenta colores inducidos por materiales orgánicos de los suelos vegetales: Color amarillento debido a los ácidos húmicos. Color rojizo, suele significar la presencia de hierro. Color negro indica la presencia de manganeso. El color, por sí mismo, no descalifica a un agua como potable pero la puede hacer rechazable por estética, en aguas de proceso puede colorear el producto y en circuito cerrado algunas de las sustancias colorantes hacen que se produzcan espumas. Las medidas de color se hacen en laboratorio por comparación, y se suelen medir en ppm de Pt, las aguas subterráneas no suelen sobrepasar las 5 ppm de Pt pero las superficiales pueden alcanzar varios cientos de ppm de Pt. La eliminación suele hacerse por coagulación-floculación con posterior filtración o la absorción en carbón activo. Turbidez Es la dificultad del agua para transmitir la luz debido a materiales insolubles en suspensión, coloidales o muy finos y que se presentan principalmente en aguas superficiales, en general son muy difíciles de filtrar y pueden dar lugar a depósitos en las conducciones. La medición se hace por comparación con la turbidez inducida por diversas sustancias, la medición en ppm de SiO2 ha sido muy utilizada pero se aprecian variaciones según la sílice y la técnica empleadas. Otra forma es mediante célula fotoeléctrica, existen numerosos tipos de turbidímetros. Se elimina por procesos de coagulación, decantación y filtración. Conductividad y Resistividad La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad del agua para conducir la electricidad y la resistividad es la medida recíproca. Son indicativas de la materia ionizable presente en el agua. El agua pura prácticamente no conduce la electricidad; por lo tanto la conductividad que podamos medir será consecuencia de las impurezas presentes en el agua. Es por lo tanto un parámetro físico bastante bueno para medir la calidad de un agua, pero deben de darse tres condiciones fundamentales para que sea representativa: No se trate de contaminación orgánica por sustancias no ionizables. Las mediciones se realicen a la misma temperatura. La composición del agua se mantenga relativamente constante. El aparato para las mediciones se llama conductivímetro, y básicamente lo que hace es medir la resistencia al paso de la corriente entre dos electrodos que se introducen en el agua, y se compara para su calibrado con una solución tampón de ClK a la misma temperatura y 20 ºC. La unidad para la resistividad es el Ohm, pero se emplea el Mega Ohm por cm, la de la conductividad es el Siemens, pero como es muy grande se suele emplear el micro siemens por cm. 2.- Enliste los floculantes y coagulantes, con su respectivos pH de trabajo, utilizados en un tratamiento de aguas Minerales: por ejemplo la sílice activada. Se le ha considerado como el mejor floculante capaz de asociarse a las sales de aluminio. Se utiliza sobre todo en el tratamiento de agua potable. Orgánicos: son macromoléculas de cadena larga y alto peso molecular, de origen natural o sintético. Los floculantes orgánicos de origen natural se obtienen a partir de productos naturales como alginatos (extractos de algas), almidones (extractos de granos vegetales) y derivados de la celulosa. Su eficacia es relativamente pequeña. Los de origen sintético, son macromoléculas de cadena larga, solubles en agua, conseguidas por asociación de monómeros simples sintéticos, alguno de los cuales poseen cargas eléctricas o grupos ionizables por lo que se le denominan polielectrolitos. Según el carácter iónico de estos grupos activos, se distinguen: Polielectrolitos no iónicos: son poliacrilamidas de masa molecular comprendida entre 1 y 30 millones. Polielectrolitos aniónicos: Caracterizados negativamente (grupos carboxílicos). por tener grupos ionizados Polielectrolitos catiónicos: caracterizados por tener en sus cadenas una carga eléctrica positiva, debida a la presencia de grupos amino. 3.- ¿Qué parámetros le permite decidir, si el tratamiento químico será por generación de precipitados o por métodos de óxido reducción? Langelier calculó el pH de equilibrio o de saturación (pHs) en función de cuatro parámetros medibles en cualquier agua, y que ya hemos reflejado arriba, y llamó Índice de Langelier, como ya hemos indicado, a: Is = pH – pHs Siendo pH el medido en el agua. Si Is es negativo estamos ante un agua agresiva (no precipita) Si Is es positivo el agua es incrustante. Interesará que el índice de Langelier sea negativo para evitar la precipitación. Sodio: El ión sodio, Na+, el primero de los componentes catiónicos que vamos tratar corresponde a sales de solubilidad muy elevada y muy difíciles de precipitar; suele estar asociado con el ión cloruro Cl-. El contenido en aguas dulces está entre 1 y 150 ppm, pero se pueden encontrar casos de hasta varios miles de ppm. Las aguas de mar contienen alrededor de 11.000 ppm. Potasio El ión potasio, K+, también corresponde a sales de muy alta solubilidad y difíciles de precipitar. Calcio: El ión calcio, Ca++, forma sales generalmente poco solubles, en algunos casos de solubilidad muy moderada pero la mayoría son muy insolubles. Ya hemos visto que precipita fácilmente 4.- cuáles son las características del KMnO4 (permanganato de potasio)Y K2Cr2O7 (dicromato de potasio) (MINAM) Permanganato de potasio: El Permanganato de Potasio es uno de los compuestos de Manganeso más importantes y es irremplazable en numerosos procesos. Es sólido a temperatura ambiente, sus cristales son de color púrpura oscuro, con frecuencia su apariencia es violeta azulada debido a una pequeña reducción superficial. Tiene un sabor dulce astringente aunque no posee olor. El calor genera su descomposición a 240ºC, liberando Oxígeno e incrementando la temperatura, debido a que es una reacción exotérmica. Es soluble en agua formando soluciones desde rosadas hasta púrpura oscuro dependiendo de la concentración; también es soluble en Alcohol Metílico, Ácido Acético, Acetona y Piridina. _ ROPIEDADES QUÍMICAS El Permanganato de Potasio es una sustancia estable en condiciones ordinarias de uso y almacenamiento. Es un oxidante fuerte y en contacto con otros materiales puede causar fuego, con formación de vapores metálicos tóxicos. (GORGAS)Dicromato de Potasio: _ PROPIEDADES FISICAS: Punto de Ebullición: Se descompone a 500 oC Punto de fusión: 398 oC Densidad (a 25 oC respecto al agua a 4 oC): 2.676 Calor de fusión: 29.8 cal/g Calor de disolución: -62.5 cal/g Solubilidad: soluble en agua: una disolución saturada a 0 oC, contiene 4.3 %; a 20 oC, 11.7 %; a 40 oC, 20.9 %; a 60 oC, 31.3 %; a 80 oC, 42 % y a 100 oC, 50.2 %. Una disolución acuosa al 1% tiene un pH de 4.04 y una al 10 % de 3.57. _PROPIEDADES QUIMICAS: El dicromato de potasio reacciona violentamente con ácido sulfúrico y acetona o hidracida. Con hidroxilamina, reacciona explosivamente y con etilenglicol a 100 oC, la reacción es exotérmica. Las mezclas de este compuesto con hierro metálico, tungsteno metálico y boro son pirotécnicas. En general, es incompatible con agentes reductores, materiales orgánicos y con materiales combustibles que se encuentren como partículas pequeñas, pues puede haber ignición. 5.- de las reacciones trabajadas en clase, clasifique cuáles son de precipitación y cuáles son redox. CLASIFICACIÓN PRECIPITACIÓN Sulfato de cobre Cloruro de hierro Cloruro de calcio Cloruro de sodio Etanol Cloruro de bario Cloruro férrico REDOX 6.- ¿Cuándo es necesario aplicar floculantes en el agua a tratar? La floculación es uno de los métodos más efectivos para la eliminación de sustancias coloidales presentes en el agua. Un método que puede servir como complemento a la floculación se conoce como coagulación. La forma en la que ambos métodos trabajan es la siguiente: _ Se produce la desestabilización de las partículas coloidales utilizando una sustancia química que recibe el nombre de coagulante. La función del coagulante es neutralizar las cargas electrostáticas de los coloides para provocar la unión de partículas. - Luego de la coagulación, se utiliza otra sustancia química llamada floculante. Lo que hacen los floculantes es aglomerar las partículas desestabilizadas en unidades llamadas flóculos. Los flóculos irán creciendo a medida que más partículas se aglomeren. Cuando las partículas aglomeradas tengan un tamaño considerable se precipitarán al fondo del recipiente que contenga agua. De esta manera las sustancias coloidales son separadas del agua. 7.- ¿cuándo es necesario aplicar tratamiento químico a las aguas? Cuando las aguas han pasado por todas los procesos físicos, es cuando se aplica el tratamiento químico para precipitar u oxidar los compuestos químicos o elementos que se identifican en estas. 8.- ¿Cómo determinas la dosificación de floculantes para el tratamiento de las aguas? Mediante la prueba de jarras. De esta forma se identificará el tiempo y la dosificación necesaria para flocular. 9.- ¿Cómo determina la dosificación de reactivos químicos para la precipitación de metales pesados en el agua? Mediante las reacciones de precipitación u oxidación. 10.- ¿Qué función cumple el H2SO4, utilizado en las reacciones con KMnO4 (permanganato de potasio) Y K2Cr2O7 (dicromato de potasio)? Ayuda en la rapidez de oxidación. VII. CONCLUSIONES: Los coloides son las partículas de muy bajo diámetro que son responsables de la turbidez o del color del agua superficial. Debido a su muy baja sedimentación la mejor manera de eliminarlos es por los procesos de coagulación-floculación. El objetivo de la coagulación es desestabilizar la carga electrostática para promover que los coloides se agrupen. VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS GORGAS. (s.f.). HOJA DE SEGURIDAD XIV - DICROMATO DE POTASIO. Recuperado el 29 de Noviembre de 2013, de http://www.gorgas.gob.pa/: http://www.gorgas.gob.pa/bioseguridad/MSDS-O-DICROMATO%20DE%20POTASIO-777850-9.pdf LENNTECH. (s.f.). WATER TREATMENT SOLUTIONS LENNTECH. Recuperado el 29 de Noviembre de 2013, de http://www.lenntech.es: http://www.lenntech.es/coagulantes-y-floculantes.htm MINAM. (s.f.). MINAM . Recuperado el 29 de Noviembre de 2013, de http://www.minambiente.gov.co: http://www.minambiente.gov.co/documentos/Guia21.pdf Payeras, A. (s.f.). Bonsai Menorca. Recuperado el 29 de noviembre de 2013, de http://www.bonsaimenorca.com: http://www.bonsaimenorca.com/articulos/articulostecnicos/parametros-de-calidad-de-las-aguas-de-riego/