Eliminador de olores

1. TRATAMIENTO PRIMARIO AVANZADO (TPA) DE AGUAS RESIDUALES –
DIAGRAMAS DE COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN Y VARIABLES
OPERATIVAS
Juan Carlos Escobar R.*
Coordinador de Procesos de la PTAR-Cañaveralejo - Empresas Municipales de
Cali. Ingeniero Sanitario. MSc. y Ph.D. en Hidráulica e Saneamiento de la
Universidad de São Paulo (EESC -USP). Investigador principal convenio
COLCIENCIAS - U. Del VALLE- EMCALI
Dirección: Calle 73A No. 2E-97 – B/Petecuy - Cali- Colombia
Tel. (57) (2) 4326655/4326652/4326653 Fax: (57) (2) 4324099 e-mail:
jescobar@emcali.net.co /jescobar@univalle.edu.co
Ing. Lineth Barrios Calderón
Universidad del Valle
Patricia Torres Lozada
Profesora Asociada Universidad del Valle.
Ing. Andrea Pérez Vidal
Universidad del Valle
Ing. Carlos Acosta Pedraza
Universidad del Valle
Ing. Gilberto Sepúlveda
Consultor
Ing. Natalia Duque Naranjo
Universidad Católica de Manizales
Ing. Diana Campuzano
Universidad Católica de Manizales

2. RESUMEN
Mediante ensayos a escala de laboratorio, fue evaluada la tratabilidad del agua
residual afluente a la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Cañaveralejo
(PTAR – C) de EMCALI EICE ESP mediante la utilización de diagramas de
coagulación – floculación; adicionalmente, se realizó un estudio para seleccionar
las dosis óptimas de coagulante (FeCl3) y ayudante de floculación para los
diferentes rangos de calidad de aguas residuales que se presentan en el día y
estacionalmente (tiempo seco), buscando a su vez la optimización del proceso.
Además se llevaron a cabo ensayos a escala real, adicionando el coagulante
diluido en la voluta de una de las bombas de la estación de bombeo de
Cañaveralejo, para observar la influencia de la dilución del coagulante y polímero y
del gradiente de mezcla. Estas pruebas se realizaron durante tres días
comenzando a las 9:00 a.m y abarcando un total de 7 horas por día.
Los diagramas de coagulación – floculación obtenidos, con dosis de FeCl3 entre 2
y 165 mg/L, reflejan la ocurrencia de dos mecanismos de coagulación (adsorción –
neutralización y barrido), tanto con la utilización de polímero como sin éste. Se
consideró la zona de barrido como la más apropiada para el tratamiento químico
del agua residual, por encontrarse próxima al rango de pH del agua cruda por lo
que no necesitaría la adición de reactivos para modificar éste. Logrando, con
24,5 mg/L de FeCl3 y 0,10 mg/L de polímero, la menor producción de lodo, siendo
68% menor a la obtenida empleando la misma cantidad de FeCl3 únicamente.
Esta opción resultó ser la más benéfica en cuanto al consumo de reactivos
químicos y permitió eficiencias de remoción del 65 y 66% para DQO y SST
respectivamente.
Cuando se analizaron las dosis requeridas para un mismo periodo del día y en
época de verano, no se pudieron establecer rangos de dosificación con un buen
nivel de confianza para remoción de DQO y SST, sin embargo, cuando se estudió
la relación SST/DQO pareció lograrse una correlación entre ésta con las dosis
requeridas para obtener las remociones esperadas con una buena consistencia en
los resultados, esto es, a similares relaciones de SST/DQO aparentemente se
requieren dosis similares.
En los ensayos a escala real (G>1000 s-1 y dilución del 5%) con dosis promedio
de 16 mg/L se obtuvieron remociones entre 37 y 49% de turbiedad, 38 y 48% de
DQO y 60 y 71% de SST, alcanzándose un buen desempeño del proceso en la
remoción de estos parámetros.
Palabras Claves: Tratamiento de Aguas Residuales, Tratamiento Primario
Avanzado, Diagramas de Coagulación-Floculación, Cloruro Férrico, Gradiente de
Mezcla.

3. INTRODUCCIÓN
El inadecuado manejo y la ausencia de tratamiento de las aguas residuales
originan problemas ambientales y de salud pública en la comunidad. La Planta de
Tratamiento de Aguas Residuales de Cañaveralejo (PTAR – C) de la ciudad de
Cali es una alternativa para la depuración de los efluentes y minimización del
problema de contaminación, dado que remueve en gran medida la carga
contaminante que genera una ciudad de 2.100.000 habitantes.
La Tecnología de Tratamiento Primario Avanzado – TPA ha sido implementada en
países de Europa (Noruega, Suecia, Francia, España), Asia (Corea, Hong Kong),
Norteamérica (Canadá y Estados Unidos) y Latinoamérica (México, Brasil y
Colombia). En Colombia, dos de las plantas de tratamiento de aguas residuales
municipales aplican la tecnología del TPA: la PTAR Salitre en la ciudad de Bogotá
y la PTAR Cañaveralejo en la ciudad de Cali. Las experiencias que se han tenido
en varios de los países anteriormente mencionados muestran que esta tecnología
ha ofrecido beneficios económicos y ambientales con respecto a otras alternativas
de tratamiento para descontaminación de aguas residuales. Sin embargo, es
necesario realizar estudios de laboratorio y a escala real que aporten información
para la implementación de esta tecnología y/o la optimización del proceso en
condiciones específicas desde el punto de vista de las condiciones operacionales
y la dosificación de productos químicos.
En la actualidad, el desarrollo de nuevos polímeros ha permitido reducir las dosis
de las sales metálicas usadas como coagulantes, mediante la dosificación de
pequeñas dosis de polímero como ayudante de floculación, disminuyendo costos y
convirtiendo así este tratamiento como una tecnología viable para el manejo de las
aguas residuales.
En este artículo se condensan los resultados obtenidos en la línea de
investigación que sobre TPA se adelanta en la PTAR Cañaveralejo de las
Empresas Municipales de Cali- EMCALI EICE ESP, específicamente en etapas
desarrolladas sobre la aplicación de los diagramas de coagulación –floculación
con cloruro férrico en el tratamiento de aguas residuales, selección de las dosis
óptima de productos químicos y optimización del proceso.
Estas investigaciones buscaban verificar las ventajas, limitaciones y viabilidad de
aplicación de la tecnología de TPA mediante la construcción de los diagramas de
coagulación floculación para el agua residual a tratar en la PTAR Cañaveralejo;
determinar la variación horaria de las dosis de químicos requeridas para el TPA de
acuerdo con la calidad de las aguas residuales para definir los rangos de
dosificación y las dosis más adecuadas alcanzando así las remociones óptimas;
comprobar en ensayos a escala real la influencia del gradiente de mezcla y de la
dilución del coagulante antes de su aplicación.

4. METODOLOGÍA
Primera etapa: se efectuaron ensayos de jarras para la construcción de los
diagramas de coagulación-floculación, determinando los rangos óptimos de pH y
dosis de FeCl3, utilizado como coagulante primario, en que predominaban los
mecanismos de adsorción-neutralización y barrido.
Se construyeron curvas de isoremoción de turbiedad a partir de los resultados
obtenidos en los ensayos de jarras para los diferentes rangos de pH obtenidos
mediante la adición de NaOH o HCl.
Los diagramas se construyeron en función del pH de mezcla o coagulación y la
dosis de coagulante, delimitando las regiones en que predominaron los diferentes
mecanismos de coagulación. En la construcción de los diagramas se utilizó un
programa de computador.
Las variables fisicoquímicas (turbiedad inicial y final, pH inicial y de coagulación,
temperatura, sólidos sedimentables - SS, sólidos suspendidos totales - SST y
demanda química de oxígeno -DQO) y los parámetros de control del ensayo
(gradientes, tiempos de mezcla y sedimentación) se analizaron para evaluar la
aplicabilidad de los diagramas de coagulación- floculación para el agua
residual a tratar.
Segunda etapa: se realizaron ensayos para la selección de las dosis optimas de
coagulante y ayudante de floculación para los diferentes rangos de calidad del
agua residual que se presentan durante el día y estacionalmente en la PTAR-C,
por medio de ensayos a escala de laboratorio que consistieron en ensayos de
jarras emulando el gradiente de mezcla rápida existente en la PTAR, de
esta forma: mezcla rápida a 110 rpm durante 3 minutos, mezcla lenta a 40 rpm por
10 minutos y 5 minutos de sedimentación.
Como no se obtuvieron resultados satisfactorios, en los cuales se pretendía
encontrar los rangos de dosificación para diferentes periodos del día establecidos
con base en la calidad del agua, se analizó la posibilidad de encontrar esos rangos
de dosificación mediante la relación SST/DQO, ya que a similares relaciones de
estos dos parámetros en el agua cruda aparentemente se requieren dosis
similares. Se establecieron las siguientes condiciones: en ningún caso se
seleccionó una dosis que resultara con una remoción menor del 60% de SST y del
40% para DQO, se estableció el valor de la relación de SST/DQO del agua cruda
para cada hora, se tabularon las correspondientes relaciones de SST/DQO con las
dosis aplicadas y la remoción obtenida y se construyeron las gráficas de relación
SST/DQO vs. dosis requerida.
Además, se llevaron a cabo ensayos a escala real para determinar la influencia de
la dilución del coagulante y el gradiente de mezcla, aplicando el coagulante en una
de las bombas de la estación de bombeo de aguas residuales de Cañaveralejo
afluente a la PTAR.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Primera etapa: los diagramas de coagulación – floculación se obtuvieron para dos
condiciones, con FeCl3 únicamente con dosificaciones entre 2 y 160 mg/L,

5. alcanzando valores de pHCoag entre 3, 6 y 9 unidades y eficiencias de remoción
de turbiedad entre 13 y 98%. Para la segunda condición, fue adicionado FeCl3
como coagulante primario y un polímero aniónico como ayudante de floculación,
las dosis de FeCl3 variaron entre 2 y 165 mg/L, alcanzando pHCoag entre 3,8 y
9,7 unidades y eficiencias entre 22 y 98%. Las figuras 4 y 5 muestran los
resultados obtenidos.
Se registraron eficiencias de remoción de SST superiores al 70% con dosis de 15
mg/L en el rango de pH de coagulación estudiado. En las regiones de adsorción –
neutralización de carga y barrido, del diagrama con FeCl3 y polímero con dosis de
13 mg/L y 0,2 mg/L respectivamente, se obtuvieron eficiencias de remoción
cercanas al 80%. La remoción de materia orgánica medida como DQO
presentó eficiencias superiores a 40% con dosis de 15 mg/L de FeCl3, en el rango
de pH evaluado y con la aplicación de coagulanteúnicamente, mientras que con la
misma dosis y 0.2 mg/L de polímero las remociones fueron superiores al 67% en
la región de coagulación por barrido.
La opción que se consideró viable desde el punto de vista de consumo de
químicos fue la aplicación de 24,5 mg/L de FeCl3 y 0,1 mg/L de polímero, con la
cual se alcanzaron remociones de 65 y 66% de DQO y SST respectivamente.
Segunda etapa: se observó que existe una gran variación en cuanto a la dosis
óptima requerida de un día a otro incluso para un mismo periodo del día. Con esta
imprecisión, se corre el riesgo de que en determinados momentos se presente
sobredosificación de coagulante y en otros periodos no se adicione la cantidad
requerida.
Debido a lo anterior, cuando se estudió la relación SST/DQO, parece lograrse una
correlación entre esta con las dosis requeridas, así, parece obtenerse una buena
consistencia en los resultados, esto es, similares relaciones de SST/DQO
requieren aparentemente dosis similares.
Para relaciones de SST/DQO entre 0.306 y 0.358, los requerimientos de
dosificación de productos químicos para alcanzar remociones preestablecidas de
40% en DQO y 60% en SST correspondieron a dosis de 20 mg/l de FeCl3.y 0,2
mg/L de polímero; con relaciones comprendidas entre 0.368 a 0.386, los
requerimientos de dosificación se incrementaron a 30 mg/l. de FeCl3 y 0,2
mg/L de polímero; relaciones entre 0.386 y 0.404 fluctuaron entre 20 y 30 mg/l. de
FeCl3 y 0,2 mg/L de polímero y para relaciones entre 0.404 y 0,477, la dosificación
fue de 20 mg/L de FeCl3 y0,2 mg/L de polímero.
Lo anterior nos permite afirmar que entre mayor es la relación SST/DQO se
requieren menores dosis de productos químicos para alcanzar el porcentaje de
remoción esperado, es decir, a mayores relaciones de SST respecto al contenido
de materia orgánica, el agua cruda es mas fácil de tratar mediante la tecnología de
TPA. No es posible establecer una generalidad de estos resultados, sin embargo,
esta apreciación es válida para este caso en particular.

6. Para los ensayos a escala real, con el objeto de evaluar la dilución del coagulante
y su aplicación a altos gradientes realizando la mezcla en la voluta de una de las
bombas de la estación de bombeo de Cañaveralejo, agua residual afluente a la
PTAR, los resultados obtenidos indican una significativa mejora en la remoción de
los SST y la DQO, ratificando los resultados obtenidos en la etapa de construcción
de los diagramas de coagulación floculación.
Una de las ventajas de la dilución del FeCl3 es que torna el producto comercial
más fácil de mezclar con el agua residual, potencializando la velocidad de
reacción y optimizando la acción de mezcla y la hidrólisis del producto, en
especial, cuando el gradiente no es el adecuado. Además, el alto gradiente de
mezcla proporciona un contacto adecuado del coagulante y la masa de agua a
coagular.
Los resultados obtenidos, que pueden visualizarse en la Tabla 1, indican una
fuerte mejora en las remociones de los parámetros evaluados cuando se manejan
gradientes de mezcla adecuados para la desestabilizaciónde las partículas y se
aplica el coagulante diluido en lugar de concentrado.
Condiciones Gradiente
(s-1)Dosis(mg/L)Turbiedad(UT)DQO(mg/L)SST(mg/L)FeCl3 sin diluir (al 42%)
17 25 25 -31 9 – 36 39 – 55FeCl3 diluido (al 5%) >1000 16 37 - 49 38 - 48 60 –71
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Los diagramas de coagulación – floculación mostraron la ocurrencia de dos
mecanismos de coagulación, adsorción-neutralización y barrido. Como el
mecanismo de barrido se presenta en el rango de pH en el que habitualmente se
encuentra el afluente a la planta, se evita el uso y consumo adicional de productos
químicos para modificar el pH del agua, con el consecuente incremento de los
costos de operación de la planta de tratamiento.
Es importante aclarar que en los ensayos de jarras se tuvieron condicionesde
mezcla rápida y mezcla lenta apropiadas; sin embargo, el gradiente de mezcla
rápida en la PTAR – C en el punto de dosificación del FeCl3 es de apenas 117.5
s-1, el cual puede ser considerado inapropiado.
Se recomienda realizar una evaluación complementaria a este estudio que
involucre la construcción de diagramas de coagulación – floculación cubriendo los
rangos de calidad del afluente que se presentan en la PTAR Cañaveralejo, de
forma que se cuente con información adicional que permita tomar decisiones con
respecto a la optimización de las dosis de coagulante y ayudante de floculación
frente a la variación de la calidad del agua cruda.

7. Los resultados obtenidos durante el estudio muestran a los diagramas de
coagulación –floculación como una herramienta útil para la optimización del
tratamiento químico de aguas residuales.
Con base en los resultados obtenidos no fue posible establecer la dosis óptima
requerida para obtener los porcentajes de remoción esperados en DQO y SST,
dada la variabilidad de los resultados de un día a otro incluso para un mismo
periodo del día. De establecer una dosis optima bajo este nivel de desconfianza e
imprecisión, es posible que en ocasiones se presente una sobredosificación del
coagulante aumentando los costos del tratamiento o, en el caso contrario, no se
dosifique lo suficiente para alcanzar la remoción deseada.
Existe una correlación entre las dosis requeridas y la relación SST/DQO, ya que
se pudo observar que a similares valores de la relación se requieren dosis de
coagulante similares.
Otro aspecto interesante que se pudo observar es que a mayores valores de SST
respecto al contenido de materia orgánica, posiblemente el agua cruda es más
fácil de tratar por TPA.
La dilución del FeCl3 torna el producto comercial más fácil de mezclar con el
agua residual, facilitando su hidrólisis y potencializando la velocidad de reacción.
Es una forma de optimizar la acción del coagulante y la reacción del producto, en
especial cuando se usan gradientes de mezcla apropiados para la aplicación de
coagulantes.
Los gradientes de mezcla utilizados, tanto a escala de laboratorio como a escala
real, muestran la importancia de un grado de agitación alto que favorezca la
dosificación de los químicos utilizados en el tratamiento de las agua residuales,
con lo cual se obtendrían buenos porcentajes de remoción de materia orgánica y
SST y un consumo de químicos que haga viable la implementación de la
tecnología desde el punto de vista económico. Lo anterior se acentuó cuando se
consideraron parámetros para la coagulación de las aguas residuales como el
punto de aplicación y la dilución adecuada del coagulante primario, aspectos
técnicos que deben tenerse en cuenta en la implementación de esta tecnología.
La dosis de polímero requerida en los diferentes ensayos no debe ser constante
para cada una de las dosis de cloruro férrico a emplear, se recomienda variar
dosis de floculante en el laboratorio para determinar sus dosis óptimas.
Se recomienda la realización de más estudios que ayuden a determinar
parámetros de optimización para el tratamiento de las aguas residuales en la
PTAR – C.

8. Agradecimientos:
Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología “Francisco José de
Caldas”- COLCIENCIAS, BID, Observatorio Colombiano de Ciencia y Tecnología – OCyT,
Universidad del Valle, Empresas Municipales de Cali – EMCALI y Fundación BIOCIUDAD.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Acosta C. y Barrios L. (2003). Aplicación de los diagramas de coagulación – floculación con cloruro
férrico en el tratamiento de las aguas residuales. Caso: PTAR-Cañaveralejo. Tesis de
Pregrado – Universidad del Valle. Cali, Colombia.
Campuzano D. y Duque N. (2003). Selección de dosis óptima de productos químicos para el
tratamiento primario avanzado de las aguas residuales a tratar en la PTAR-Cañaveralejo y
optimización del proceso. Tesis de Pregrado – Universidad Católica de Manizales. Manizales,
Colombia.