Evaluación de los parámetros que influyen en el proceso de sedimentación en función del agua del Río San Miguel, Cartago.

Evaluación de los parámetros que influyen en el proceso de sedimentación en función del  agua del Río San Miguel, Cartago.

PAOLA CERDAS, RAQUEL MEJÍAS, MIGUEL RUIZ, ARIANA SOLÍS

Laboratorio de agua potable y aguas residuales, Escuela de Química, Carrera Licenciatura en ingeniería ambiental,

Instituto Tecnológico de Costa Rica, agosto de 2015

RESUMEN: La sedimentación representa un proceso determinante para la remoción de la turbiedad ya que esta es la fase que en conjunto con la filtración representa la finalización del proceso de coagulación y floculación con el objetivo de la remoción de partículas coloidales. Es así como se deben de establecer las condiciones óptimas para este proceso de manera que se logre llevar a cabo la sedimentación de los flocs formados previamente resultando en porcentajes de remoción de turbiedad altos para llevar a cabo una totalidad de procesos eficientes. En este informe se analizan los factores que influyen de manera significativa en el proceso para determinar las condiciones ideales de operación donde se establece que la altura óptima para la sedimentación es de 3 cm con un porcentaje de eficacia de 96,5% y una carga hidráulica de 2.88 m3/m2 día mediante la realización de pruebas de jarras con la variación del parámetro de altura. Además se determinó  la relación entre la carga hidráulica y eficiencia de remoción donde a menor carga hidráulica se genera una mayor eficiencia del proceso.

Palabra Claves: Carga hidráulica, coagulación, filtración, floculación, sedimentación.

INTRODUCCIÓN

La turbiedad es un parámetro indicador de la calidad del agua debido a que indica la presencia de partículas suspendidas y disueltas como arcilla, materia orgánica e inorgánica. Es así como este parámetro resulta determinante para la verificación de la eficacia de los procesos de potabilización de una fuente de agua de manera que ésta no constituya un riesgo de proliferación de agentes patógenos que atenten  contra la salud de los seres humanos. De esta manera el proceso de sedimentación es determinante para la remoción de partículas suspendidas en el agua, como lo son los flocs generados a partir de los procesos de coagulación y floculación para la obtención de altos porcentajes de remoción de turbiedad que implican una calidad significativa del agua tratada.

El presente informe presenta como objetivo determinar los factores de relevancia que afectan el proceso de sedimentación evaluados mediante los parámetros de altura y tiempo de sedimentación, los cuales permiten determinar la velocidad de sedimentación de las partículas presentes. La importancia de esta práctica radica en que gracias al análisis de la influencia dichos parámetros se pueden establecer condiciones óptimas de tiempo de retención y carga hidráulica superficial que permitan obtener la mayor eficacia de clarificación de agua en el proceso.  Se debe recalcar que el parámetro de altura resulta determinante para la optimización del proceso debido a que a nivel de diseño se pueden generar tiempos menores de retención gracias a la utilización de placas que conllevan a la disminución de la distancia necesaria para llevar a cabo la sedimentación de los flocs presentes. Un proceso de sedimentación eficaz implica un mejoramiento general en las etapas de tratamiento posteriores de filtración y desinfección al disminuir la carga de partículas suspendidas de manera que se logra un tratamiento de alta calidad.  

Para la determinación de parámetros de sedimentación optimizados anteriormente mencionados se realizaron 3 sets de pruebas de jarras recolectando muestras en tiempos de sedimentación seleccionados con alturas diferentes para cada set de jarras. Es así como se pueden establecer zonas de máxima eficacia al comparar los parámetros de carga hidráulica superficial y velocidad de sedimentación con la eficacia de remoción de turbiedad y la turbiedad residual respectivamente.

MARCO TEÓRICO

El agua proveniente de fuentes de agua superficial presenta una gran cantidad de partículas o sedimentos sólidos, los cuales en su mayoría se derivan de la erosión que ocurre en la superficie. Estos pueden estar formados tanto de minerales provenientes de las rocas como por materia orgánica consecuente de la formación del suelo. Para realizar un análisis de calidad en dichas fuentes de agua los sólidos se clasifican en depositados o suspendidos. Los depositados son los que se encuentran en el fondo del agua y los suspendidos son aquellos arrastrados por la corriente. Como parte del tratamiento de agua destinada a consumo humano, uno de los procesos de mayor relevancia es el de sedimentación, pues es el principal encargado de remover partículas que ocasionan la turbiedad y el color (Gonzáles, 2014).

La sedimentación es el proceso mediante el cual los sólidos suspendidos más densos del agua, sedimentan debido a la acción de la fuerza de la gravedad. Para ello es preciso promover condiciones de reposo del agua en tratamiento. Dicho proceso se puede llevar a cabo en desarenadores, presedimentadores, sedimentadores y decantadores (estos últimos con la ayuda de la coagulación) (Vargas, 2004). Este fenómeno es a su vez llevado a cabo por fuerzas de gravedad, flotación y fricción viscosa. Además, es de gran importancia conocer el tipo de partículas que contiene el agua pues estás a su vez determinarán factores tales como velocidad, tiempo y distancia de sedimentación de las partículas (Gómez, 2003).

A su vez, las partículas por sedimentar pueden ser discretas, esto es que tanto su forma, tamaño y gravedad específica no cambian conforme varía el tiempo; o también pueden ser partículas floculantes las cuales han sufrido variación de tamaño y forma debido a que sus propiedades cambian fomentando su aglutinación (Gómez, 2003). Por ende existe una clasificación en la  sedimentación que se deriva del tipo de partícula como la sedimentación de partículas discretas, de partículas floculentas y también sedimentación por caída libre e interferida. La de caída libre se da cuando la concentración de partículas es muy baja y estas se depositan sin interferir. Por el contrario cuando la concentración es alta, las partículas tienden a colisionar y a depositarse de forma masiva, recibiendo el nombre de sedimentación interferida o por depósito (Gonzáles, 2014).

Por otra parte, la sedimentación puede verse afectada por una serie de factores que a su vez ejercen una influencia importante en la eficiencia del proceso, dentro de los cuales cabe destacar la carga superficial. Esta se expresa como la velocidad del flujo por unidad de área superficial en la parte del tanque en donde ocurre la sedimentación y es un parámetro que afecta todos los procesos de sedimentación. Además el proceso puede verse afectado por la calidad del agua (alcalinidad, temperatura, turbiedad coagulada) y por la floculación (en caso de haberse aplicado anterior a la sedimentación), entre otros (AWWA, 2011).

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