CAPÍTULO 6 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 6.1 Caracterización del Agua del Pozo No.1Bis en OOMAPAS-N En la Tabla 6.1 se muestran los resultados de los análisis fisicoquímicos del agua del pozo No.1Bis proporcionados por el OOMAPAS-N donde se puede observar valores de 574 mg/L para cloruros y de 725 mg/L para dureza total. Estos valores se encuentran por arriba del LMP que especifica la NOM-127. 6.2 Caracterización del Agua del pozo No.1Bis en el Laboratorio En la Figura 6.1 se muestran los resultados de los análisis de cloruros y dureza total que se obtuvo en el laboratorio previo tratamiento por intercambio iónico. Se observa que los valores promedio de cloruros y dureza total no cumplen con los LMP de la NOM-127. 6.3 Alternativas de Métodos para Tratamiento de Agua La Figura 6.2 muestra los resultados de los análisis de cloruros a diferentes tiempos de tratamiento de agua con carbón activado de cáscara de coco acondicionado con nitrato de plata. Se puede apreciar que la concentración más alta utilizada en este método de tratamiento fue de 1.6% y se puede observar como resultado una concentración de cloruros por arriba de 400 mg/L. Esta alternativa, quedó descartada por el consumo de nitrato de plata que se requirió para acondicionar el carbón activado además del alto costo que éste tiene en el mercado. Tabla 6.1 Resultados de análisis fisicoquímicos de agua del pozo No.1Bis proporcionados por OOMAPAS-N. Parámetro Unidad Resultado LMP* Método de prueba Color UPC < 5.0 20 NMX-AA-045-SCFI-2001 Turbiedad UNT < 2.0 5 NMX-AA-093-SCFI-2000 Alcalinidad como CaCO3 mg/L 170 NA NMX-AA-036-SCFI-2001 Dureza total como CaCO3 mg/L 725 500 NMX-AA-072-SCFI-2001 Cloruros mg/L 574 250 NMX-AA-073-SCFI-2001 Conductividad eléctrica μS/cm 2,130 NA NMX-AA-093-SCFI-2000 Sulfatos mg/L 18 400 NMX-AA-074- SCFI 1981 Sólidos disueltos totales mg/L 1,630 1000 NMX-AA-034-SCFI-2001 Hierro mg/L 0.036 0.30 NMX-AA-051-SCFI-2001 Manganeso mg/L <0.017 0.15 NMX-AA-051-SCFI-2001 NA: no aplica *Límite máximo permisible según la NOM-127-SSA1-1994 800 Concentración (mg/L) 700 600 500 400 300 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Número de muestra Dureza LMP de dureza total Cloruros LMP de cloruros Figura 6.1 Concentración de cloruros y dureza total antes del tratamiento por intercambio iónico. 560 Cloruros (mg/L) 540 0.5 % 520 0.8 % 500 1.0 % 480 1.2 % 460 440 1.6 % 420 400 0 10 20 30 Tiempo (min) 40 50 Figura 6.2 Concentración de cloruros en agua tratada por el método de adsorción con carbón activado acondicionado con nitrato de plata. El método de electrocoagulación mostró la formación de flóculos y coágulos en exceso debido a la alta concentración de cloruros presentes en el agua, por lo que también quedo descartado como una alternativa de tratamiento de agua en esta investigación. La Figura 6.3 muestra los resultados obtenidos por el método de intercambio iónico por medio de agitación utilizando resina mixta Purolite NRW-37 al 1%. Cabe mencionar que se realizaron varias pruebas donde se utilizaron concentraciones de resina mixta desde 0.1 al 2 % y según los resultados obtenidos se observó que a mayor concentración de resina utilizada para el tratamiento de agua era mayor la eficiencia de la reducción de cloruros, dureza total, de calcio y magnesio. El método de tratamiento de agua por intercambio iónico en columna mostró, según los resultados obtenidos, que a mayor cantidad de resina mixta utilizada en el lecho era mayor el tiempo de saturación de la misma considerando constante el flujo del agua en todos los tratamientos. Por lo cual la concentración de resina mixta que se seleccionó para el lecho de la columna fue de 10 gr (15 mL) con un flujo promedio aproximado de 16-18 mL/min. El método de intercambio iónico en columna fue el elegido para tratar el agua del pozo No.1Bis en esta investigación. Los resultados obtenidos mediante este método se describen con más detalle en el siguiente punto. 6.4 Tratamiento del Agua del Pozo No.1Bis por Intercambio Iónico en Columna El tratamiento del agua por intercambio iónico en la columna se realizó a un flujo promedio de 16.75 mL/min y se trataron aproximadamente 2 L de agua con 15 mL de resina Purolite NRW-37. 800 Concentración (mg/L) 700 600 500 400 300 200 100 0 0 Dureza total 10 20 30 40 Tiempo (min) Dureza de calcio Dureza de magnesio 50 Cloruros Figura 6.3 Concentración de cloruros, dureza total, de calcio y magnesio en agua tratada por el método de intercambio iónico por medio de agitación del agua con resina mixta al 1%. En el influente de la columna de intercambio iónico (Figura 6.4) se muestra el promedio de las concentraciones iniciales de cloruros, dureza total, de calcio, y magnesio y en el efluente (después del tratamiento) se muestra el promedio de los resultados de las concentraciones de estos minerales. Las concentraciones de estos minerales en el efluente muestran una reducción de aproximadamente el 50% y dentro de los LMP de la NOM-127. La Figura 6.5 muestra la curva de ruptura del promedio de los resultados de cloruros obtenida mediante el análisis de éste mineral en muestras de agua tomadas cada 10 minutos de tratamiento por intercambio iónico a un flujo promedio de 16.75mL/min. Se observa que el tiempo de ruptura (tR) se alcanzó a los 40 minutos; tiempo en el cual se trató un promedio de 670mL de agua y se obtuvo un valor promedio de cloruros en el efluente de 235mg/L. En esta figura se muestra también la desviación estándar de la curva de ruptura de cloruros, donde se observa un comportamiento normal y no excesivo respecto a la variación de los datos. La Figura 6.6, 6.7 y 6.8 muestra las curvas de ruptura del promedio de los resultados de dureza total, de calcio y magnesio obtenidos mediante el análisis de estos minerales en muestras de agua tomadas cada 10 minutos de tratamiento por intercambio iónico a un flujo promedio de 16.75mL/min. En éstas se observa que el tiempo de ruptura se alcanzó a los 60 minutos, tiempo en el cual se trató un promedio de 1.005 L de agua y se obtuvo en el efluente valores promedio de dureza total de 363, de calcio de 186 y de magnesio de 177 mg/L. En estas figuras se muestra también la desviación estándar de las curvas de ruptura de dureza total, de calcio y magnesio, donde al igual que el caso anterior se observa un comportamiento normal y no excesivo respecto a la variación de los datos. Dureza de calcio*= 362 mg/L Dureza de magnesio*= 356 mg/L Dureza total*= 718 mg/L Cloruros* = 520 mg/L Flujo* = 16.75 mL/min Dureza de calcio*= 186 mg/L Dureza de magnesio*= 177 mg/L Dureza total*= 363 mg/L WR Cloruros* = 235 mg/L Flujo* = 16.75 mL/min *Promedio de resultados de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio. Figura 6.4 Columna de intercambio iónico con resina mixta Purolite NWR-37. Concentración (mg/L)* 600 500 400 300 200 100 0 10 20 30 40 tR Más desvest 50 60 70 80 90 100 110 120 Tiempo (min) Promedio Menos desvest *Concentración promedio de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio. Desvest: desviación estándar. Figura 6.5 Curva de ruptura de cloruros. 800 Concentración (mg/L)* 700 600 500 400 300 200 100 0 10 20 30 40 Más desvest 50 60 tR Promedio 70 80 90 100 110 120 Tiempo (min) Menos desvest * Concentración promedio de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio. Desvest: desviación estándar. Figura 6.6 Curva de ruptura de dureza total. Concentración (mg/L)* 400 350 300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 Más desvest 50 60 tR 70 Promedio 80 90 100 110 120 Tiempo (min) Menos desvest * Concentración promedio de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio. Desvest: desviación estándar. Figura 6.7 Curva de ruptura de dureza de calcio. 400 Concentración (mg/L)* 350 300 250 200 150 100 50 0 10 20 30 40 50 60 tR Más desvest Promedio 70 80 90 100 110 120 Tiempo (min) Menos desvest * Concentración promedio de 10 muestras de agua analizadas en el laboratorio. Desvest: desviación estándar. Figura 6.8 Curva de ruptura de dureza de magnesio. 6.5 Cálculo de la Capacidad de Intercambio Iónico en el Laboratorio Con los datos utilizados en el tratamiento del agua por intercambio iónico en la columna de diseño con resina Purolite NRW-37, los resultados obtenidos después del tratamiento de agua para la reducción de cloruros, dureza total, de calcio y magnesio en el laboratorio y las fórmulas descritas en el capítulo anterior se determinó la capacidad de intercambio aniónico y catiónico de la resina. Los datos y resultados obtenidos en el laboratorio se muestran en la Tabla 6.2. 6.5.1 Capacidad de Intercambio Aniónico Experimental (CIAe) = = = . ( ) = 40 ( 9.83 15 ( )= .× 16.75 ) × . [5.6] × × 14.67 [5.5] × 1000 )= . ( ( ) La capacidad de intercambio aniónico que se obtuvo en el laboratorio fue de 0.66 comparación con la reportada en la ficha técnica de 1.3 . en Tabla 6.2 Datos utilizados en tratamiento de intercambio iónico en columna y resultados obtenidos en la reducción de cloruros, dureza total, de calcio y magnesio; y tiempo de ruptura. Flujo del pozo 1Bis 19 Concentración inicial (Co) de iones en el agua del pozo: Ca+2 (como CaCO3) 362 (7.24 Mg+2 (como MgCO3) 356 ) (8.46 Cl- (como Cl-) en el agua 520 ) (14.67 ) Flujo del agua en la columna en el laboratorio: 16.75 Volumen de resina mixta Purolite NRW-37 utilizada: 15 Relación por volumen de resina: 1.5 partes de anión Purolite NRW- 400, partes de catión Purolite NRW-100 (60% de anión y 40% de catión) Concentración de iones a reducir (Cr) en el agua del pozo: Ca+2 (como CaCO3) 176 (3.5 Mg+2 (como MgCO3) 180 ) (4.27 Cl- (como Cl-) en el agua 285 ) (8.03 Tiempo de ruptura (tR) cationica (Ca+2 y Mg+2), 60 Tiempo de ruptura (tR) aniónica (Cl-), 40 ) 6.5.2 Capacidad de Intercambio Catiónico Experimental (CICe) = ( ( )= + = × ( × .× 16.75 [5.8] + × 15.70 )[5.7] × 1000 . 15 ) ) = 60 + 15.78 + ( + = = . ( + ) La capacidad de intercambio catiónico que se obtuvo en el laboratorio fue de 1.05 en comparación con la reportada en la ficha técnica de 1.8 . 6.6 Densidad de la Resina (ρ) Se determinó la densidad de la resina en el laboratorio diariamente, obteniéndose un total de 10 determinaciones. Se utilizó la siguiente fórmula:. ρ= [5.9] El promedio de estas determinaciones fue de0.68 en la hoja técnica de0.74 . en comparación con la reportada 6.7 Diseño de la Columna de Intercambio Iónico para Tratamiento del Agua del Pozo No.1Bis para Ciclos de 6 Horas Con las capacidades aniónica y catiónica obtenidas experimentalmente y los datos de la Tabla 6.2 se diseñó la columna para intercambio iónico con resina mixta Purolite NRW37 en el pozo, para una capacidad de tratamiento de agua de 410,400 , volumen que abastece el pozo en 6 horas considerando un gasto de 19 . 6.7.1 meq Aniónicos a Reducir ó ó = ó × = 19 × 8.03 = , × ó [5.10] 3600 6ℎ × ℎ , 6.7.2 Volumen de Resina Aniónica (VRA) Se calculó el volumen de resina aniónica considerando que la resina mixta Purolite NRW-37 se compone de un 60% de resina aniónica Purolite NRW-400 = = 3,295,512 0.66 = . ó × 0.60 × 1000 × 0.60[5.11] × 1000 6.7.3 meq Catiónicos a Reducir ó ó = ó × = 19 × 7.77 = , × ó [5.12] 3600 6ℎ × ℎ , 6.7.4 Volumen de Resina Catiónica (VRC) Se calculó el volumen de resina catiónica considerando que la resina mixta Purolite NRW-37 se compone de un 40% de resina catiónica Purolite NRW-100 = = 3,188,808 1.05 ó × 0.40 × × 0.40[5.11] × 1000 1000 = . 6.7.5 Volumen de Resina Mixta (VRM) Purolite NRW-37 El volumen de resina mixta Purolite NRW-37 a utilizar es la suma de la resina aniónica Purolite NRW-400 y la catiónica Purolite NRW-100. = = 3.0 = . + 1.21 + [5.12] 6.7.6 Volumen de la Columna Se calculó el volumen de la columna, dejando un 25% de espacio para expansión. = = 4.21 × × 1 [5.13] 0.75 1 0.75 = . 6.7.7 Área de la Columna Se calculó el área de la columna considerando un diámetro de 1.5 m. Á Á = Á = . 4 = 4 [5.14] 1.5 6.7.8 Altura de la Columna = = 5.61 1.77 = . Á [5.15] La Tabla 6.3 muestra los resultados obtenidos en el laboratorio de las capacidades de intercambio experimental, la densidad y el diseño de la columna para tratamiento de agua en el pozo No.1Bis. Tabla 6.3 Datos obtenidos en el laboratorio y diseño de la columna para tratamiento por intercambio iónico con resina mixta Purolite NRW-37 del pozo No.1Bis. Datos obtenidos en el laboratorio = 0.66 = 1.05 Datos según hoja técnica de la resina mixta = 1.3 = 1.8 = 0.68 = 0.74 Datos para el diseño de la columna para el pozo No.1Bis = 3.0 á = 1.22 Á = 1.77 = 3.17 = 4.21 = 1.5 = 5.61