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“UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA” FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

TRATAMIENTO FISICOQUÍMICO DE AGUAS RESIDUALES DE LA UNC ELIANA CASTREJON CARUANAMBO

Análisis Químico DOCENTE : Ing. Hugo Mosqueira Estraver

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA “Norte de la Universidad Peruana” Fundada por Ley 14015 del 13 de Febrero de 1962 FACULTAD DE INGENIERIA Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

Introducción: El tratamiento

de

aguas

residuales consiste

procesos físicos, químicos y biológicos que

tienen

en como

una fin

serie

de

eliminar

los

contaminantes presentes en el agua efluente del uso humano. Algunos autores hacen diferencia entre aguas hervidas y aguas residuales en el sentido que las primeras solo provendrían del uso doméstico mientras que las segundas corresponderían a la mezcla de aguas domésticas e industriales. El término agua residual hace referencia a aquellas aguas generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales; y su importancia es tal que requiere sistemas de canalización, tratamiento y desalojo ya que su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas de contaminación. En la medida en que se vaya presentando acumulación y estancamiento del agua residual pueden generarse gases de mal olor debido a la descomposición orgánica que ésta posee; además es importante anotar que en el agua residual hay existencia

de

numerosos

microorganismos

patógenos

y

causantes

de

enfermedades que habitan en el aparato intestinal humano o que pueden estar en ciertos residuos industriales. Es por esto que la presente práctica de laboratorio se realizará un estudio de las aguas residuales de nuestra Universidad Nacional de Cajamarca, determinando para ello ciertos parámetros como pH, temperatura, solidos presentes, etc. detallados en el transcurso del informe.

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Objetivos:  Objetivo Principal:  Determinan las propiedades fisicoquímicas de las aguas residuales en la Universidad Nacional de Cajamarca.  Objetivos Específicos:  Determinar

pH,

temperatura,

cantidad

de

solidos

(totales,

suspendidos y orgánicos) presentes en nuestra muestra de agua.  Identificar los contaminantes orgánicos e inorgánicos del agua  Brindar información para el tratamiento delas aguas residuales y así buscar disminuir en cierto grado la contaminación.  Aplicar los temas ya estudiados en la determinación de las propiedades fisicoquímicas de la muestra.

Marco teórico: El término agua residual define un tipo de agua que está contaminada con sustancias fecales y orina, procedentes de desechos orgánicos humanos o animales. Su importancia es tal que requiere sistemas de canalización, ANÁLISIS QUÍMICO - ING. HUGO MOSQUEIRA ESTRAVER 3

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tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas de contaminación.  Definición de la FAO

“Agua que no tiene valor inmediato para el fin para el que se utilizó ni para el propósito para el que se produjo debido a su calidad, cantidad o al momento en que se dispone de ella. No obstante, las aguas residuales de un usuario pueden servir de suministro para otro usuario en otro lugar. Las aguas de refrigeración no se consideran aguas residuales”  Tratamiento: La aguas residuales pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías - y eventualmente bombas - a una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para recolectar y tratar las aguas residuales domésticas de la descarga están típicamente sujetas a regulaciones y estándares locales, estatales y federales (regulaciones y controles). A menudo ciertos contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren procesos de tratamiento especializado.  Depuración de aguas residuales La tesis fundamental para el control de la polución por aguas residuales ha sido tratar las aguas residuales en plantas de tratamiento que hagan parte del proceso de remoción de los contaminantes y dejar que la naturaleza lo complete en el cuerpo receptor. Para ello, el nivel de tratamiento requerido es función de la capacidad de auto purificación natural del cuerpo receptor. A la vez, la capacidad de auto purificación ANÁLISIS QUÍMICO - ING. HUGO MOSQUEIRA ESTRAVER 4

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natural es función, principalmente, del caudal del cuerpo receptor, de su contenido en oxígeno, y de su "habilidad" para reoxigenarse. Por lo tanto el objetivo del tratamiento de las aguas residuales es producir efluente reutilizable en el ambiente y un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) convenientes para su disposición o reutilización.

Es

muy

común

llamarlo depuración

de

aguas

residuales para distinguirlo del tratamiento de aguas potables.  Presencia de sustancias sólidas 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.

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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.  Procesos para el tratamiento de aguas residuales Los procesos para el Tratamiento de aguas residuales se basan en la eliminación de los contaminantes hasta alcanzar los valores máximos permisibles de acuerdo a las normas y estándares nacionales o internacionales. En virtud de la diversidad de contaminantes que se pueden presentar en las aguas residuales, el número de procesos existentes es también muy amplio, no obstante estos procesos se pueden agrupar de acuerdo al tipo de fenómeno o principio en el cual basan su operación. Una clasificación amplia en la que se puede agrupar los procesos de tratamientos, es aquella que está de acuerdo al tipo de fenómeno asociado:  Físico  Químico  Bioquímico  Físico-químico  Enzimático  Características de las aguas residuales Las aguas residuales están formadas generalmente por un 99 % de agua y un 1 % de sólidos en suspensión y solución. Estos sólidos pueden clasificarse en orgánicos e inorgánicos. Los sólidos inorgánicos están formados

principalmente

por nitrógeno, fósforo, cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y algunas sustancias tóxicas como arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre y mercurio. ANÁLISIS QUÍMICO - ING. HUGO MOSQUEIRA ESTRAVER 6

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Los sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los nitrogenados, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula,

son proteínas, ureas,

aminas y aminoácidos.

Los

no

nitrogenados son principalmente celulosa, grasas y jabones. 

Materia en suspensión y materia disuelta A efectos del tratamiento, la gran división es entre materia en suspensión y materia disuelta.  La materia en suspensión se separa por tratamientos fisicoquímicos, variantes de la sedimentación y filtración.  La materia disuelta puede ser orgánica, en cuyo caso el método

más

extendido

es

su insolubilización como

material celular (y se convierte en un caso de separación S-L) o inorgánica, en cuyo caso se deben emplear caros tratamientos fisicoquímicos como la ósmosis inversa. Los diferentes métodos de tratamiento atienden al tipo de contaminación: para la materia en suspensión, tanto orgánica como inorgánica, se emplea la sedimentación y la filtración en todas sus variantes. Para la materia disuelta se emplean los tratamientos biológicos (a veces la oxidación química) si es orgánica, o los métodos de membranas, como la ósmosis, si es inorgánica.

 Principales parámetros Los parámetros característicos son:  temperatura  pH: medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O]+ presentes en determinadas disoluciones.  sólidos en suspensión totales (SST) o  materia orgánica valorada como DQO y DBO:

la demanda

biológica de oxígeno (DBO), es un parámetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por ANÁLISIS QUÍMICO - ING. HUGO MOSQUEIRA ESTRAVER 7

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medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión.  También hay

otros

parámetros

a

tener

en

como fósforo total, nitritos, sulfuros, sólidos disueltos.

MATERIALES Y REACTIVOS

3 frascos esterilizados pH- metro

Gradilla y tubos de ensayo

Termómetro

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cuenta

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Balanza analítica Estufa

Anaranjado de metilo



Papel filtro

CONSIDERACIONES

Pueden interferir en el proceso trozos de materiales que vengan con la muestra, para ello el agua problema se pasa por un tamiz de luz adecuada. También puede haber grasa en suspensión. Para eliminarlo se somete el agua a un desengrase mediante decantación, quedando la grasa en la superficie.

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PROCEDIMIENTO: 

Desarrollo de la practica

Determinación del pH  Materiales:  pH-metro  Procedimiento: Tomamos 50 ml de la muestra y se mide el pH con el pHmetro

pH1 = 7,21

Determinación de la temperatura  Materiales:  Termómetro  Procedimiento: Se toma 50 ml de la muestra y se mide la temperatura con el Termómetro

Temperatura para la muestra 18°C

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Determinación de los sólidos totales  Materiales:  Vaso de Precipitación de 100 ml  Desecador  Estufa  Balanza Analítica  ¿Qúe hacemos?  Medimos 50 ml de la muestra y la transferimos al vaso de precipitación completamente seco y tarado  Colocamos el vaso en la estufa de 105°C y dejar hasta sequedad  Colocar el vaso en el desecado para su enfriamiento contralado  ¿Cómo lo calculamos?

Solidos totales (ppm) =

( peso del vaso +residuo− peso del vaso ) ∗1000 Volumen de la muestra

a) Muestra

Solidos totales (ppm) =

54,6−52 ∗1000 50

Determinación de Sólidos Disueltos ANÁLISIS QUÍMICO - ING. HUGO MOSQUEIRA ESTRAVER 11

=

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 Materiales:  Matraz Erlenmeyer de 250 ml  Vaso de Precipitación de 100 ml  Embudo  Desecador  Papel Filtro, pipeta, estufa  ¿Cómo lo determinamos?    

Tomar 50 ml de la muestra y filtrar Tomar 50 ml del filtrado y pasarlo al vaso Colocar el vaso, previamente secado y tarado en la estufa a 103°C Enfriar y pesar

 Cálculos

Solidos disueltos (STD) (ppm) =

( peso del vaso +residuo− peso del vaso ) ∗1000 Volumen de la muestra

a) Muestra

Solidos disueltos (STD) (ppm) =

36.16−34.8 ∗1000=¿ 50

27.2

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Determinación de

sólidos en

Suspensión  Materiales:  Matraz Erlenmeyer de 250 ml  Embudo  Balanza Analítica  Papel filtro  Estufa  ¿Cómo lo hacemos?  Agitar la muestra en su envase y tomar 100 ml. De Volumen  Verter en el papel filtro previamente tarado  Una vez terminado el filtro, retirar el papel filtro del embudo con cuidado de no perder los sólidos que han quedado en él y llévalo a la estufa.  Secar el papel filtro a 103°C por una hora  Dejar enfriar en el desecador y luego pesar  Cálculos

( A+B)

Solidos Suspendidos (ppm) = Volumen de la muestra ∗1000 Donde: A= peso del papel filtro + residuo

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B= peso del papel filtro

a) Muestra

Solidos Suspendidos (ppm) =

(0.467+ 0.324) ∗1000 100

= 7.91

Determinación de Materia Orgánica: Para la determinación de la materia orgánica es necesario realizar los pasos mostrados a continuación, pero no fue desarrollado por nuestro grupo de práctica dado que el docente no nos solicitó este análisis.  Materiales:  Probeta  Erlenmeyer de 250 cm3  Bureta  Ácido sulfúrico  Disolución de permanganato de potasio ≅ 0,002 M  Disolución de ácido oxálico ≅ 0,007 M  Pipetas  Mechero Bunsen  ¿Cómo lo determinamos?

 Mide 100 ml del agua tu muestra, deposítalo sobre el Erlenmeyer.

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 Añade 5 ml de la disolución de ácido sulfúrico, haciéndolo resbala suavemente por las paredes del Erlenmeyer. Limpia bien la pipeta utilizada porque la utilizaremos en un paso posterior  Calienta durante diez minutos, reponiendo con agua destilada si fuese necesario para reponer la posible evaporación.  Añadir 10 ml de la disolución de permanganato de potasio y hervir durante 10 minutos más. Este tiempo debe de medirse exactamente  Añadir otros 10 ml de la disolución de ácido oxálico, continuando con la ebullición hasta decoloración completa  Introducir en la bureta la disolución de permanganato de potasio y enrasarla a cero.

 Añadir gota a gota la disolución de permanganato hasta que el color de la disolución sea rosa permanente (no desaparece con la agitación).

 Cálculos

Materia Orgánica (ppm) =

( V KMnO 4 )∗(0.1) Volumen de la muestra

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ANEXOS

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CONCLUSIONES  Logramos determinan las propiedades fisicoquímicas de las aguas residuales en la Universidad Nacional de Cajamarca.  Determinamos pH, temperatura, cantidad de solidos (totales, suspendidos y orgánicos) presentes en nuestra muestra de agua.  Se desarrolló la manera de encontrar los contaminantes orgánicos e inorgánicos del agua  Brindamos información para el tratamiento de las aguas residuales y así buscar disminuir en cierto grado la contaminación.

SUGERENCIAS  Se debe seguir una secuencia lógica de

acuerdo

a

lo

explicado por el docente haciendo exactamente lo que se nos dijo para así obtener resultados satisfactorios.  Al trabajar con reactivos debemos cuidar de usarlos sumo cuidado ya que nos puedes causar daño a la salud.  No comportase de manera incorrecta dentro del laboratorio para así evitar algún tipo de accidente

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BIBLIOGRAFÍA  Curso de Química Analítica, Análisis Cualitativo, A. Kreshlov.A. Editorial Mir  Química general Raymond Chang 4° Edición  http://es.wikipedia.org/wiki/Marcha_anal%C3%ADtica  http://www.bdigital.unal.edu.co/35141/1/35385-139094-1-PB.pdf  http://dspace.unav.es/dspace/bitstream/10171/27819/3/1999Quimica %20Analitica%20Cualitativa%5BManual%5D.pdf  Química Analítica Cualitativa- F. Burriel Martí, J Hernández Méndez – reseña analítica

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