7.9. ANEXO 9. EVALUACIÓN DE LA FACTIBILIDAD PRODUCCIÓN DE AGUA A ESCALA DE LABORATORIO

TÉCNICA

DE

Esta actividad se realiza con el objetivo de evaluar la factibilidad técnica del tratamiento físico – químico del agua de las lagunas urbanas de Concepción mediante ensayos de coagulación-floculación a diferentes pHs y concentraciones de coagulante, en este caso, sulfato de aluminio, para eliminar turbidez y analitos como Fe, Mn además de Cl libre, Cl total considerando una etapa de pre-cloración, y luego una etapa de desinfección final. A partir de los resultados de calidad del agua de las lagunas obtenidos en los diferentes muestreos realizados durante el año 2011-2012, en los cuales se estableció que el agua de las lagunas clasificaba dentro del tipo IIA según la NCh 777/1 of. 2008, se determinó que el agua de estas lagunas podía ser tratada mediante procesos de coagulación, floculación, decantación, filtración y desinfección. Es en base a este tratamiento que se han desarrollado los ensayos de coagulación-floculación y desinfección sobre muestras de las lagunas urbanas de Concepción. El ensayo de coagulación –floculación, se produce a través de la adición de un agente químico, el coagulante, es un proceso para aumentar la tendencia de las partículas pequeñas en suspensión acuosa para unirse entre sí a través de la interacción entre estas y los agregados, de manera que posteriormente puedan ser eliminados eficazmente en los procesos de sedimentación. Para realizar estos ensayos se empleó Sulfato de Aluminio. Éste se caracteriza por ser un coagulante efectivo en intervalos de pH 6 a 8. Produce un floculo pequeño y esponjoso por lo que no se usa en precipitación previa de aguas residuales por la alta carga contaminante del agua. Sin embargo, su uso está generalizado en el tratamiento de agua potable y en la reducción de coloides orgánicos y fósforo. La empresa sanitaria Essbio nos proporcionó coagulante que emplean en sus instalaciones en Concepción. Posteriormente se desarrollaron los ensayos de demanda de cloro sobre muestras de las lagunas urbanas de concepción para determinar las necesidades de desinfección de este recurso.

7.9.1. Introducción Procesos de Coagulación/Floculación/Sedimentación Procesos de Coagulación: proceso de desestabilización química de las partículas suspendidas de modo que reduzcan las fuerzas de repulsión entre ellas. El objetivo es entregar un mezclado rápido y completo de los químicos/coagulantes en la parte inicial del tratamiento. Inyectar coagulante en el punto de mayor turbulencia, mayor es la turbulencia mejor se lleva a cabo el mezclado. Floculación: tiene relación con los fenómenos de transporte dentro del líquido para que las partículas hagan contacto. El objetivo es proveer condiciones de mezclado lento que PROYECTO INNOVA CHILE CORFO Código Nº10CREC-8453

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permite la “desestabilización” de las partículas y así el crecimiento en tamaño de las partículas. Se promueve la aglomeración de partículas en un floculo de tamaño mayor y el tamaño mayor (o más denso) ayuda a los tratamientos físicos posteriores tales como sedimentación y filtración. Cierto mezclado es requerido para mantener el las partículas en contacto con otras, pero el mezclado muy intenso podría causar la ruptura de los floculos. Las partículas que son estables no se encuentran dispuestas a formar agregados, y la estabilidad de la partícula puede ser debido a: (1) Estabilización electrostática –carga de superficie. La carga de superficie se desarrolla, normalmente a través de la adsorción preferente, ionización y situación isomorfa. La mayoría de las partículas (por ejemplo: arcillas) poseen carga superficial negativa. (2) Estabilización estérica: La estabilización estérica puede resultar de la adsorción de materia orgánica natural en la superficie de las partículas coloidales. Los terminales hidrofílicos de la materia orgánica natural prefiere el H2O que estar en contacto con otras moléculas de materia orgánica natural o la superficie de las partículas. Compresión de la zona ocupada por la materia orgánica natural requiere energía – (reduce el volumen disponible para las moléculas adsorbidas) Sedimentación: Proceso que consiste en la separación por acción de la gravedad de las partículas cuyo peso especifico es mayor que el del agua. Mientras mayor sea la densidad de la partícula, más rápido se depositará. Utilización (1) En la remoción de turbiedad, (2) en la remoción de color, (3) en la remoción de As5+, (4) en la remoción de Fe y Mn, (5) en la eliminación de bacterias, virus y organismos (asociados a partículas) y (5) en la eliminación de sustancias productoras de sabor y olor Desinfección/Oxidación Pre-Cloración (pre-oxidación). Pre-cloración es la adición de cloro en un punto temprano dentro de una planta de tratamiento, está diseñado para minimizar los problemas operacionales asociados a la formación de mantos biológico (e.g. algas) en filtros, cañerías y estanques, también minimizan el potencial de producción de problemas de sabor y olor por micro-algas. Además, antes de la cloración se puede utilizar para la oxidación de sulfuro de hidrógeno o hierro reducido y el manganeso. Probablemente el punto de adición para la pre-cloración más común es durante el proceso de mezclado rápido (donde se añade el coagulante). Sin embargo, con las preocupaciones actuales de minimizar la formación de subproductos del cloro, el uso de pre-cloración se está substituyendo por el uso de otros oxidantes químicos (por ejemplo, dióxido de cloro, permanganato) para el control de la contaminación biológica, olor o cantidad de hierro y manganeso al inicio del proceso de potabilización.

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Post-cloración o desinfección terminal, es la principal aplicación para la reducción microbiana. Reacciones importante del cloro: 1. Cl2 (g) → Cl2(aq) 2. Cuando el cloro se añade en agua, se producen dos reacciones: Hidrolisis: Cl2 + H2O → HOCl + H+ + ClIonización (La constante de estabilidad para esta reacción): HOCl → H+ + OClLa constante de la reacción de ionización indica que: • • •

pH de 6.5 - 8.5 la ionización es incompleta y ambas (HOCl y OCl-) especies están presentes, Bajo pH de 6.5, no hay disociación de HOCl, pero cuando el pH es sobre 8.5, ocurre disociación completa a OClEl efecto germicida de HOCl es mucho mayor que la especie OCl- (∼ 80 veces) 1.0

Fraction of total (α)

0.9

α0=HOCl/CT

0.8 0.7

α1=OCl-/CT

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 4

5

6

7

8

9

10

11

pH

Figura 7.9.1. Gráfica de la fracción de especie ionizada vs pH

El cloro libre es un desinfectante fuerte, en presencia de amoníaco se forman cloraminas. La demanda de cloro se debe cumplir para lograr una concentración residual de cloro libre. La demanda de cloro depende de la presencia y concentración de amoniaco y compuestos orgánicos (Carbono orgánico disuelto), temperatura del agua y otros factores. La desinfección con cloro es generalmente efectiva para la desinfección de bacterias, virus y Giardia. Ineficaz para inactivar Cryptospiridium a dosis comunes. CT (producto de la concentración de cloro residual por el tiempo de contacto) necesario para alcanzar los objetivos de nivel o inactivación desinfección depende de la temperatura del agua, el pH y concentración del desinfectante residual. El cloro libre residual debe ser monitoreado. PROYECTO INNOVA CHILE CORFO Código Nº10CREC-8453

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Existe una clara seguridad de utilizar cloro como desinfectante ya que es un proceso bien establecido y comprobado, además que cloro es el exigido por la legislación Chilena. Cloro además puede oxidar fierro, manganeso y puede ayudar en control de componentes que tengan problemas del gusto y olores. La desventaja del cloro libre, que especialmente en el rango alto de las concentraciones, puede ser desagradable para algunos usuarios. Hipoclorito. Cloro es también disponible como hipoclorito (acuoso y solido). La solución más común de hipoclorito acuoso es el hipoclorito de sodio o hipoclorito de calcio. Hipoclorito de sodio se produce cuando el Cl2(gas) es disuelto en una solución de hidróxido de sodio. La reacción de hipoclorito de sodio y agua: NaOCl + H2O → HOCl + Na+ + OH-

Subproductos de desinfección. Subproductos de desinfección son compuestos químicos producidos como consecuencia no deseada de la desinfección o proceso de oxidación en el tratamiento de agua potable. Algunos de estos compuestos se ha encontrado que son cancerígenos. Los subproductos de la cloración incluyen una amplia gama de compuestos orgánicos halogenados y no halogenados. Los organismos reguladores se han centrado en los compuestos halogenados, especialmente en los trihalometanos y ácidos haloacéticos. Estos son productos altamente sustituidos de la reacción de cloro con materia orgánica. Está bien establecido que la formación de halogenados de subproductos de desinfección está fuertemente correlacionada con la concentración de orgánicos disueltos en el agua que está siendo tratada con cloro. Si se practica la cloración, los THMs, de los cuales el cloroformo es el componente principal, es probable que sean los principales subproductos de desinfección, junto con el ácido acético clorado en algunos casos. En algunos casos, el control de los niveles de cloroformo y, en algunos casos, los niveles de ácido tricloroacético, también proporcionarán una medida adecuada de control sobre otros subproductos de la cloración. Las concentraciones de trihalometanos tienden a aumentar con el aumento de temperatura, pH y dosificación de cloro. La formación de trihalometanos puede minimizarse evitando la pre-cloración y por coagulación, sedimentación y filtración eficiente para eliminar los precursores orgánicos antes de la desinfección final. La eliminación de trihalometanos después de su formación es difícil e implica procesos más avanzados (i.e. adsorción de carbón activado), por lo tanto, es importante eliminar los precursores. Sin embargo, Según la “Guidelines for Drinking-water Quality”, la OMS indica que los riesgos para la salud de estos subproductos son muy pequeños en comparación con los riesgos asociados con la desinfección inadecuada, y es importante que la desinfección no se vea comprometida en el intento de controlar dichos subproductos. Esta última aseveración es importante considerar en casos de emergencia que son eventos temporalmente puntuales. Recordar que el impacto en la salud humana de los subproductos de desinfección es crónico, a diferencia de las enfermedades derivadas de una mala calidad microbiológica del agua donde los efectos son inmediatos.

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Fe (II) y Mn (II). Fe (II) y Mn (II) disuelto se elimina habitualmente a partir de agua mediante la oxidación de estos iones bajo condiciones de ingeniería a sus formas insolubles, a través de la adición de un oxidante y luego es posible retirar el precipitado de hidróxido férrico y dióxido de manganeso por sedimentación o filtración. Los oxidantes utilizados comúnmente para este propósito son: el oxígeno, el cloro, permanganato, dióxido de cloro y ozono. Las siguientes reacciones resumen las reacciones balanceadas para la oxidación de hierro y manganeso con cloro, y la demanda de cloro correspondiente: 2 Fe2+ + HOCl + 5 H2O → 2 Fe(OH)3(s) + Cl- + 5 H+ Demanda estequiométrica: 0,64 mg de cloro / mg de Fe(II) Mn2+ + HOCl + H2O → MnO2(s) + Cl- + 3 H+ Demanda estequiométrica: 1,29 mg de cloro / mg de Mn(II) Cabe señalar, que a pesar de que el dióxido de manganeso es la forma principal de manganeso oxidado, existen diversas formas de productos sólidos de oxidación del manganeso, por ejemplo, MnOOH(s), Mn2O3(s), Mn3O4(s) and MnO2(s), de tal manera que la forma insoluble oxidada de manganeso se expresa a menudo como MnOX(s) con los valores de x que van desde 1,3 a 1,9. Además es importante indicar que en presencia de materia orgánica natural, se requieren valores mayores de oxidante que la demanda estequiométrica debido a la demanda de oxidantes requerida por los compuestos orgánicos.

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7.9.2. Metodología 7.9.2.1. Ensayos de Coagulación-Floculación Para estudiar el efecto del pH y la dosis de coagulante en el tratamiento de una muestra a través de ensayos de coagulación-floculación, el procedimiento se describe a continuación. - Materiales Sulfato de aluminio(10 mg/L) Disponemos de una disolución de sulfato de aluminio con una concentración de 659681.5 mg/L En un matraz de 1L coloco 0.0152 mL de la disolución de sulfato de aluminio y enraso. Soluciones para ajustar el pH 0.1 N de H2SO4 0.1 N de NaOH Sistema floculador (Figura 7.9.2.1.1.) pHmetro (Figura 7.9.2.1.2.)

Figura 7.9.2.1.1. Floculador FC4S VELP.

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Figura 7.9.2.1.2. pHmetro ORION 2, Thermo Scientific.

- Procedimiento Con estos ensayos Jar Test, se pretende coagular el agua de las lagunas a diferentes dosis de coagulante y diferentes pHs (Tabla 7.9.2.1.1). El pH se ajusta en las muestras previo a añadir el sulfato de aluminio, de manera que una vez se añada el sulfato de aluminio la muestra cambié de pH y quede al pH deseado. Tabla 7.9.2.1.1. pH y concentración de coagulante para el desarrollo de los ensayos Jar Test pH 5 6 6.5 7 Coagulante (mg/L) 50 25 5 2.5 La secuencia de mezcla empleada en el ensayo una vez introducido el coagulante: 1. Mezcla rápida: 200 rpm durante 4 min y 30 seg. 2. Coagulación: 45 rpm durante 8 min y 53 seg. 3. Floculación: 15 rpm durante 13 min y 18 seg. 4. Sedimentación: 0 rpm durante 20 min. Antes y después de los ensayos se midieron los parámetros de concentración de hierro y manganeso, mediante un equipo colorimétrico (Colorímetro HACH DR/820), y la turbidez mediante un turbidímetro (HACH 2100Q) en el agua de la muestra para determinar los

resultados de los ensayos.

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7.9.2.2. Ensayos de desinfección - Materiales Disolución de hipoclorito de concentración conocida - Procedimiento Sobre una cantidad de muestra conocida, se añade una cantidad de hipoclorito líquido hasta alcanzar una concentración de hipoclorito conocida dentro de la muestra. A lo largo del tiempo se va midiendo la concentración de cloro residual en la muestra. El ensayo finaliza cuando tras dos mediciones tomadas en un intervalo de 15 minutos, la medida permanece constante. 7.9.3. Resultados 7.9.3.1. Ensayos de Coagulación-Floculación - Laguna Lo Méndez Tabla 7.9.3.1.1. Resultados del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Lo Méndez Cl Cl Cl Fe Fe Mn Mn Cl total Turbidez Turbidez Sulfato total libre libre final inicial final pH inicial final inicial final (mg/L) inicial inicial final (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (NTU) (NTU) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 50 5 0,08 0,03 0,20 0,20 0,38 0,11 0,06 0,03 9,53 0,60 50 6 0,08 0,02 0,20 0,20 0,38 0,04 0,06 0,01 9,53 0,98 50 6,5 0,08 0,02 0,20 0,20 0,38 0,01 0,06 0,01 9,53 0,76 50 7 0,08 0,00 0,20 0,20 0,38 0,07 0,06 0,01 9,53 1,00 25 5 0,08 0,01 0,20 0,20 0,38 0,08 0,06 0,00 9,53 1,95 25 6 0,08 0,00 0,20 0,20 0,38 0,00 0,06 0,00 9,53 1,17 25 6,5 0,08 0,02 0,20 0,20 0,38 0,02 0,06 0,01 9,53 1,19 25 7 0,08 0,00 0,20 0,20 0,38 0,03 0,06 0,01 9,53 0,99 5 5 0,08 0,04 0,20 0,10 0,38 0,02 0,06 0,02 9,53 2,66 5 6 0,08 0,00 0,20 0,10 0,38 0,03 0,06 0,02 9,53 1,11 5 6,5 0,08 0,01 0,20 0,00 0,38 0,02 0,06 0,01 9,53 1,60 5 7 0,08 0,01 0,20 0,10 0,38 0,03 0,06 0,02 9,53 1,38 2,5 5 0,14 0,05 0,30 0,09 0,19 0,04 0,11 0,03 16,87 10,50 2,5 6 0,14 0,05 0,30 0,06 0,19 0,05 0,11 0,03 16,87 7,06 2,5 6,5 0,14 0,04 0,30 0,00 0,19 0,06 0,11 0,03 16,87 7,20 2,5 7 0,14 0,04 0,30 0,00 0,19 0,03 0,11 0,02 16,87 6,51

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Tabla 7.9.3.1.2. Eficiencias del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Lo Méndez Sulfato (mg/L)

pH

% elim Fe

% elim Mn

% elim Cl total

% elim Cl libre

% elim turbidez

50 50 50 50 25 25 25 25 5 5 5 5 2,5 2,5 2,5 2,5

5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7

62,50 75,00 75,00 100,00 87,50 100,00 75,00 100,00 50,00 100,00 87,50 87,50 64,29 64,29 71,43 71,43

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 50,00 50,00 100,00 50,00 70,00 80,00 100,00 100,00

71,05 89,47 97,37 81,58 78,95 100,00 94,74 92,11 94,74 92,11 94,74 92,11 78,95 73,68 68,42 84,21

50,00 83,33 83,33 83,33 100,00 100,00 83,33 83,33 66,67 66,67 83,33 66,67 72,73 72,73 72,73 81,82

93,67 89,68 91,99 89,54 79,57 87,69 87,48 89,58 72,09 88,32 83,18 85,52 37,75 58,16 57,33 61,40

A partir de los resultados obtenidos en los ensayos de coagulación-floculación desarrollados para esta laguna, se observa que, para el caso del parámetro de hierro, cuando se emplean concentraciones de sulfato de aluminio entre 5 y 50 mg/L, no se observa una diferencia importante en la eliminación de este elemento, obteniéndose valores comprendidos entre 0 y 0,04 mg/L. No ocurre lo mismo, cuando la concentración de sulfato de aluminio empleada en el ensayo es de 2,5 mg/L, en la que se establece que la concentración final de hierro es mayor que para el resto de los ensayos (0,04 – 0,05 mg/L). Sin embargo, cabe destacar, que para este último ensayo, la concentración inicial de hierro determinada inicialmente es mayor que para el resto, y la cantidad de hierro eliminado es también mayor (0,09 – 0,1 mg/L). Pero es necesario asegurar una buena eliminación de este elemento, por lo que la dosis inmediatamente superior a la de ese ensayo podría ser adecuada para eliminar el hierro en esta laguna. Para el caso del manganeso, es el ensayo en el que se emplea una cantidad de sulfato de aluminio menor (2,5 mg/L) el que muestra mejores resultados en la eliminación de este elemento (0,21 – 0,3 mg/L), particularmente para pH de 5 y 6, al igual que para el caso del hierro. En los resultados finales obtenidos para el cloro total, se observa como la concentración de este elemento para los ensayos en que se emplean dosis de sulfato de aluminio de 5, 25 y 50 PROYECTO INNOVA CHILE CORFO Código Nº10CREC-8453

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mg/L, es aproximadamente el doble (0,38 mg/L) que para el ensayo en que se emplea la menor dosis de coagulante (0,19 mg/L), sin embargo el resultado final de concentración de cloro total obtenido en todos los ensayos es aproximadamente el mismo (0,1-0,3 mg/L), excepto para este último ensayo, en que la concentración final de cloro total obtenida es ligeramente superior al resto (0,4-0,6 mg/L). Lo mismo ocurre con el cloro libre, por lo que se deduce que la dosificación de sulfato de aluminio debería ser superior a 5 mg/L. Atendiendo a los porcentajes de eliminación de turbidez, como cabe esperar, se observa como a una mayor dosificación de coagulante, la cantidad de turbidez eliminada es mayor, llegando a un 93% de eliminación cuando el pH es igual a 5 a una dosis de sulfato de aluminio de 50 mg/L. En cuanto al pH, se observa para los resultados obtenidos para el hierro y manganeso, que cuando el pH empleado es de 5 los resultados obtenidos son en general menos satisfactorios que para el resto de pH empleados, en los que no se observan variaciones significativas. Como conclusión de este análisis, se identifica como valor óptimo para realizar el ensayo de coagulación-floculación en el agua de esta laguna, para eliminar hierro, manganeso y cloro (total y libre) una dosificación de 5 mg/L de sulfato de aluminio a un pH entre 6 y 7. Sin embargo, para el caso de la turbidez, la dosis óptima sería de 40 mg/L de sulfato de aluminio, a un pH entre 5 y 7.

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Figura 7.9.3.1.1. Diagrama de contorno de ensayos de coagulación-floculación en la laguna Lo Méndez. Se repitió el ensayo de coagulación-floculación al pH del agua y a diferentes concentraciones de sulfato de aluminio, y los resultados que se obtuvieron se muestran a continuación. Tabla 7.9.3.1.3. Ensayo de coagulación-floculación al pH de la muestra para la laguna Lo Méndez.

Parámetros Fe Mn Turbidez pH*

Unidad mg/L mg/L NTU 8,00

Valor inicial 0,19 0,110 5,45

Dosis de Sulfato de Aluminio (mg/L) 6 9 12 15 18 21 Valor final 0,05 0,03 0,02 0,02 0,02 0,01 0,065 0,056 0,060 0,058 0,057 0,060 1,12 0,86 0,48 0,46 0,37 0,57

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De los cuales se observa que a medida que la concentración de sulfato de aluminio aumenta, los valores finales de hierro y turbidez, disminuyen. No lo hace así el valor del manganeso que oscila entre 0,056 – 0,065 mg/L. - Laguna Lo Galindo Tabla 7.9.3.1.4. Resultados del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Lo Galindo

Sulfato (mg/L)

pH

50 50 50 50 25 25 25 25 5 5 5 5 2,5 2,5 2,5 2,5

5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7

Fe Fe Mn Mn Cl libre inicial final inicial final inicial (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 0,15 0,15 0,15 0,15 0,85 0,85 0,85 0,85 0,75 0,75 0,75 0,75 0,39 0,39 0,39 0,39

0,00 0,00 0,00 0,04 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 0,02 0,05 0,06 0,13 0,08 0,06 0,07

0,20 0,20 0,20 0,20 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,10 0,10 0,10 0,10

0,10 0,10 0,00 0,20 0,00 0,00 0,10 0,00 0,20 0,40 0,00 0,00 0,10 0,10 0,10 0,00

0,09 0,09 0,09 0,09 0,15 0,15 0,15 0,15 0,13 0,13 0,13 0,13 0,10 0,10 0,10 0,10

Cl Cl Cl Turbidez Turbidez libre total total inicial final final inicial final (NTU) (NTU) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 0,03 0,42 0,04 11,43 0,70 0,02 0,42 0,02 11,43 0,54 0,01 0,42 0,01 11,43 0,73 0,00 0,42 0,02 11,43 1,07 0,01 0,16 0,01 62,80 0,68 0,01 0,16 0,02 62,80 1,30 0,00 0,16 0,02 62,80 1,40 0,02 0,16 0,03 62,80 1,47 0,01 0,17 0,04 64,90 4,50 0,02 0,17 0,07 64,90 2,50 0,05 0,17 0,07 64,90 3,15 0,01 0,17 0,03 64,90 3,16 0,03 0,11 0,03 31,17 10,40 0,03 0,11 0,06 31,17 5,89 0,02 0,11 0,03 31,17 5,02 0,02 0,11 0,05 31,17 4,77

Tabla 7.9.3.1.5. Eficiencias del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Lo Galindo Sulfato (mg/L)

pH

% elim Fe

% elim Mn

50 50 50 50 25 25

5 6 6,5 7 5 6

100,00 100,00 100,00 73,33 98,82 98,82

50,00 50,00 100,00 0,00 100,00 100,00

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% elim Cl % elim Cl libre total 66,67 77,78 88,89 100,00 93,33 93,33

90,48 95,24 97,62 95,24 93,75 87,50

% elim turbidez 93,91 95,31 93,64 90,64 98,92 97,94 7-225

25 25 5 5 5 5 2,5 2,5 2,5 2,5

6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7

100,00 100,00 100,00 97,33 93,33 92,00 66,67 79,49 84,62 82,05

75,00 100,00 50,00 0,00 100,00 100,00 0,00 0,00 0,00 100,00

100,00 86,67 92,31 84,62 61,54 92,31 70,00 70,00 80,00 80,00

87,50 81,25 76,47 58,82 58,82 82,35 72,73 45,45 72,73 54,55

97,78 97,65 93,07 96,15 95,15 95,13 66,64 81,09 83,88 84,68

Atendiendo a los resultados obtenidos para la laguna lo Galindo, se observa como la mayor cantidad de hierro eliminado se produce a dosis de sulfato de aluminio de 25 mg/L (0,84 – 0,85 mg/L), la menor cantidad de hierro se elimina cuando la dosis de coagulante empleada es de 2,5 mg/L, en que se observan las mayores concentraciones de hierro finales (0,6 – 0,13 mg/L). El pH para la eliminación de este parámetro no se observa como un factor influyente. Para el caso del manganeso, sigue la misma tendencia que el hierro, de manera que la eliminación más efectiva de este elemento se produce a dosis de sulfato de aluminio de 25 mg/L (0,3 – 0,4 mg/L) obteniéndose valores de concentración final de 0 – 0.1 mg/L. Los valores obtenidos para el cloro, indican que el cloro libre sigue esta tendencia, no así el cloro total que muestra las mayores eliminaciones de este elemento para concentraciones de coagulante de 50 mg/L (0,38 – 0,4 mg/L). Sin embargo, cabe destacar que para ese ensayo, la concentración inicial de cloro total era muy superior que para el resto de ensayos (0.42 mg/L), por lo que es de esperar que se elimine más cantidad del componente. Analizando los resultados finales de cloro total obtenidos para cada uno de los ensayos, se observa cómo a partir de una dosis de coagulante superior a 25 mg/L, la cantidad final obtenida de cloro es la misma (0,01 – 0,04 mg/L), valor que aumenta para concentraciones inferiores de coagulante (0,03 – 0,07 mg/L). En cuanto a los valores de eficiencia de eliminación obtenidos para la turbidez, se observa cómo a partir de dosis de sulfato de aluminio superiores a 5 mg/L, esta alcanza valores superiores a 90%, siendo los más elevados para el ensayo en que la dosificación de sulfato de aluminio fue de 25 mg/L (97 – 98 %). Para los valores obtenidos en este análisis, no se observa una variación significativa en los resultados al utilizar diferentes valores de pH entre 5 y 7, por lo que dentro de ese rango, el pH no se considera un parámetro influyente. Como conclusión, se puede establecer que para realizar los ensayos de coagulación – floculación sobre el agua de la laguna Lo Galindo, la dosis óptima de sulfato de aluminio será aproximadamente de 25 mg/L, para pH comprendidos entre 5 y 7. PROYECTO INNOVA CHILE CORFO Código Nº10CREC-8453

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Figura 7.9.3.1.2. Diagrama de contorno de ensayos de coagulación-floculación en la laguna Lo Galindo. Se repitió el ensayo de coagulación-floculación al pH del agua y a diferentes concentraciones de sulfato de aluminio, y los resultados que se obtuvieron se muestran a continuación. Tabla 7.9.3.1.6. Ensayo de coagulación-floculación al pH de la muestra para la laguna Lo Galindo.

Parámetros Fe Mn Turbidez pH*

Unidad mg/L mg/L NTU 9,03

Valor inicial 0,90 0,200 53,20

Dosis de Sulfato de Aluminio (mg/L) 6 9 12 15 18 21 Valor final 0,62 0,31 0,15 0,07 0,07 0,06 0,179 0,149 0,047 0,031 0,026 0,024 51,00 50,00 13,50 3,46 3,37 1,70

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De los cuales se observa que a medida que la concentración de sulfato de aluminio aumenta, los valores finales de hierro, manganeso y turbidez, disminuyen.

- Laguna Lo Custodio Tabla 7.9.3.1.7. Resultados del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Lo Custodio Fe Fe Mn Mn Cl libre Sulfato pH inicial final inicial final inicial (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 50 50 50 50 25 25 25 25 5 5 5 5 2,5 2,5 2,5 2,5

5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7

0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,16 0,16 0,16 0,16 0,18 0,18 0,18 0,18

0,00 0,01 0,00 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,00 0,01 0,01 0,08 0,02 0,04 0,05

0,30 0,30 0,30 0,30 0,20 0,20 0,20 0,20 0,40 0,40 0,40 0,40 0,20 0,20 0,20 0,20

0,20 0,10 0,20 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,00 0,00 0,10 0,00

0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05

Cl Cl Cl Turbidez Turbidez libre total total inicial final final inicial final (NTU) (NTU) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 0,02 0,06 0,02 17,80 4,47 0,01 0,06 0,01 17,80 1,58 0,00 0,06 0,00 17,80 0,88 0,01 0,06 0,02 17,80 0,72 0,00 0,05 0,01 16,43 1,60 0,00 0,05 0,00 16,43 0,86 0,00 0,05 0,01 16,43 0,53 0,00 0,05 0,01 16,43 0,60 0,00 0,05 0,01 14,10 1,28 0,00 0,05 0,01 14,10 0,51 0,00 0,05 0,01 14,10 0,55 0,00 0,05 0,01 14,10 0,70 0,00 0,05 0,01 14,80 6,89 0,01 0,05 0,02 14,80 1,02 0,00 0,05 0,01 14,80 2,99 0,00 0,05 0,01 14,80 3,87

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Tabla 7.9.3.1.8. Eficiencias del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Lo Custodio Sulfato (mg/L)

pH

% elim Fe

% elim Mn

50 50 50 50 25 25 25 25 5 5 5 5 2,5 2,5 2,5 2,5

5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7

100,00 94,12 100,00 100,00 94,12 94,12 94,12 94,12 93,75 100,00 93,75 93,75 55,56 88,89 77,78 72,22

33,33 66,67 33,33 66,67 50,00 50,00 50,00 50,00 75,00 75,00 75,00 75,00 100,00 100,00 50,00 100,00

% elim Cl % elim Cl libre total 50,00 75,00 100,00 75,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 80,00 100,00 100,00

66,67 83,33 100,00 66,67 80,00 100,00 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 80,00 60,00 80,00 80,00

% elim turbidez 74,87 91,14 95,03 95,98 90,28 94,77 96,77 96,35 90,96 96,38 96,10 95,06 53,48 93,09 79,82 73,83

Los resultados para los ensayos de coagulación - floculación obtenidos empleando agua de la laguna Lo Custodio indican que, para el caso del hierro, no se encuentran diferencias significativas de la eliminación de este compuesto empleando diferentes cantidades de coagulante a diferentes pH, para dosis de coagulante superiores a 5 mg/L (0 – 0,01 mg/L). No ocurre así cuando la dosis de sulfato de aluminio es la menor, (2,5 mg/L), donde la concentración final de hierro obtenida en el ensayo aumenta considerablemente (0,02 – 0,08 mg/L). En ese último caso, se observan diferencias con los pH empleados, de manera que la eliminación más efectiva de hierro tiene lugar a pH de 6 y 6,5 (0.16 y 0,14 mg/L respectivamente), y las menores son a pH 5 y 7 (0,1 y 0,13 mg/L respectivamente). Atendiendo a los valores de concentración final obtenidos para el manganeso, no se observa una variación significativa en el resultado, pero comparando las cantidades de este elemento eliminadas en cada uno de los ensayos, se observa como para concentraciones de sulfato de aluminio entre 2,5 y 5 mg/L, la cantidad de manganeso eliminada es mayor (0,1 – 0,3 mg/L) que para el resto de ensayos (0,1 – 0,2 mg/L). En cuanto a los resultados obtenidos para los parámetros de cloro total y cloro libre, no se observan diferencias significativas en estos empleando diferentes dosis de coagulante a diferentes pH.

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Para el caso de la turbidez, las mayores eficiencias de eliminación se obtienen cuando se emplean dosis de sulfato de aluminio entre 5 y 25 mg/L (90 – 96%), de entre las cuales se observa como el pH comprendido entre 6 y 7 ofrece los mejores resultados. Es por ello que las condiciones óptimas de dosificación de coagulante y pH para realizar los ensayos de coagulación – floculación en la laguna Lo Custodio se establecen para dosis superiores de sulfato de aluminio de 5 mg/L, a pH entre 6 y 7.

Figura 7.9.3.1.3. Diagrama de contorno de ensayos de coagulación-floculación en la laguna Lo Custodio.

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- Laguna Tres Pascualas Tabla 7.9.3.1.9. Resultados del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Tres Pascualas Cl Cl Cl Fe Fe Mn Mn Cl libre Turbidez Turbidez Sulfato libre total total pH inicial final inicial final final inicial final (mg/L) inicial inicial final (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (NTU) (NTU) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 50 5 0,37 0,00 0,10 0,10 0,03 0,01 0,09 0,06 3,96 1,07 50 6 0,37 0,01 0,10 0,00 0,03 0,01 0,09 0,01 3,96 0,46 50 6,5 0,37 0,01 0,10 0,00 0,03 0,00 0,09 0,01 3,96 0,36 50 7 0,37 0,01 0,10 0,10 0,03 0,01 0,09 0,01 3,96 0,37 25 5 0,41 0,01 0,10 0,00 0,06 0,02 0,03 0,03 4,34 1,08 25 6 0,41 0,01 0,10 0,10 0,06 0,00 0,03 0,00 4,34 0,86 25 6,5 0,41 0,01 0,10 0,10 0,06 0,00 0,03 0,01 4,34 0,79 25 7 0,41 0,01 0,10 0,10 0,06 0,01 0,03 0,01 4,34 0,58 5 5 0,39 0,32 0,10 0,00 0,04 0,01 0,09 0,03 4,40 3,61 5 6 0,39 0,12 0,10 0,10 0,04 0,01 0,09 0,01 3,61 1,51 5 6,5 0,39 0,16 0,10 0,10 0,04 0,00 0,09 0,00 3,61 1,68 5 7 0,39 0,12 0,10 0,10 0,04 0,01 0,09 0,01 3,61 1,41 2,5 5 0,44 0,37 0,10 0,10 0,07 0,01 0,10 0,02 4,35 3,31 2,5 6 0,44 0,35 0,10 0,10 0,07 0,02 0,10 0,03 4,35 3,50 2,5 6,5 0,44 0,31 0,10 0,10 0,07 0,01 0,10 0,01 4,35 3,08 2,5 7 0,44 0,31 0,10 0,10 0,07 0,01 0,10 0,03 4,35 3,03

Tabla 7.9.3.1.10. Eficiencias del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Tres Pascualas Sulfato (mg/L)

pH

% elim Fe

% elim Mn

50 50 50 50 25 25 25 25 5 5 5 5

5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7

100,00 97,30 97,30 97,30 97,56 97,56 97,56 97,56 17,95 69,23 58,97 69,23

0,00 100,00 100,00 0,00 100,00 0,00 0,00 0,00 100,00 0,00 0,00 0,00

% elim Cl % elim Cl libre total 66,67 66,67 100,00 66,67 66,67 100,00 100,00 83,33 75,00 75,00 100,00 75,00

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33,33 88,89 88,89 88,89 0,00 100,00 66,67 66,67 66,67 88,89 100,00 88,89

% elim turbidez 73,04 88,37 90,82 90,73 75,17 80,09 81,78 86,70 17,97 58,13 53,42 60,91 7-231

2,5 2,5 2,5 2,5

5 6 6,5 7

15,91 20,45 29,55 29,55

0,00 0,00 0,00 0,00

85,71 71,43 85,71 85,71

80,00 70,00 90,00 70,00

23,97 19,53 29,25 30,40

Atendiendo a los datos de hierro se observa como independientemente del valor del pH, las mayores eliminaciones de este parámetro se producen a concentraciones de sulfato de aluminio de 25 mg/L (0,4 mg/L). En cuanto a los valores de pH se observa como para el valor de 5, las eliminaciones de hierro disminuyen considerablemente en los ensayos en los que la cantidad de sulfato de aluminio añadido son menores. En cuanto a los resultados obtenidos para la eliminación de manganeso, se observa como la concentración inicial de manganeso es muy baja (0,1 mg/L). El equipo que hace la medición de este parámetro entrega un solo decimal en el resultado medido (error ± 0,1 mg/L), es por ello que no es posible determinar una diferencia significativa en el resultado de la eliminación de este parámetro en los ensayos. Para el parámetro de cloro libre, observando los resultados finales no se identifica ninguna diferencia significativa (0 – 0,01 mg/L), sin embargo, atendiendo a la cantidad eliminada de este parámetro, se observa como los valores más altos (0,05 – 0,06 mg/L) se obtienen a las menores concentraciones de sulfato de aluminio (2.5 mg/L). En cuanto a los valores de pH, se puede identificar que los mejores resultados para todos los ensayos se obtienen a pH de 6,5. En el caso del cloro total, los mejores resultados de eliminación de este parámetro (0,07 – 0,09 mg/L) se obtienen a concentraciones de sulfato de aluminio entre 2,5 – 5 mg/L y pH entre 6 y 7, sin embargo, teniendo en cuenta los valores finales de concentración de cloro total, se observa cómo a partir de concentraciones de sulfato de aluminio superiores a 5 mg/L, y pH entre 6 y 7, el valor final de este parámetro se conserva en un rango entre 0 – 0,01 mg/L. En cuanto a los valores de eficiencia de eliminación de turbidez, se observa como para concentraciones de sulfato de aluminio superiores a 25 mg/L y pH entre 6 y 7, los valores de este parámetro se mantienen lo más alto, en un rango entre 80 y 90%. Para pH de 5, los valores disminuyen considerablemente hasta 73 – 75%. Como conclusión de estos resultados se establece por tanto que las condiciones óptimas para llevar a cabo los ensayos de coagulación – floculación con el agua de esta laguna, son a pH entre 6 y 7, particularmente 6,5 para el caso del coro libre, y una concentración de sulfato de aluminio de 25 mg/L para el caso del hierro y la turbidez, y podrían ser inferiores (5 mg/L) si lo que se pretende es eliminar cloro.

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Figura 7.9.3.1.4. Diagrama de contorno de ensayos de coagulación-floculación en la laguna Tres Pascualas. Se repitió el ensayo de coagulación-floculación al pH del agua y a diferentes concentraciones de sulfato de aluminio, y los resultados que se obtuvieron se muestran a continuación. Tabla 7.9.3.1.11. Ensayo de coagulación-floculación al pH de la muestra para la laguna Tres Pascualas.

Parámetros Fe Mn Turbidez pH*

Unidad mg/L mg/L NTU 8,89

Valor inicial 0,11 0,200 5,88

Dosis de Sulfato de Aluminio (mg/L) 3 6 9 12 15 18 Valor final 0,15 0,15 0,15 0,11 0,09 0,04 0,199 0,200 0,200 0,185 0,182 0,149 5,00 4,59 3,70 2,90 2,20 1,46

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De los cuales se observa que a medida que la concentración de sulfato de aluminio aumenta, los valores finales de hierro, manganeso y turbidez, disminuyen.

- Laguna Redonda Tabla 7.9.3.1.12. Resultados del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Redonda Cl Cl Cl Fe Fe Mn Mn Cl libre Turbidez Turbidez Sulfato libre total total pH inicial final inicial final final inicial final (mg/L) inicial inicial final (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (NTU) (NTU) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 50 5 0,02 0,01 0,70 0,10 0,01 0,01 0,01 0,01 1,36 1,27 50 6 0,02 0,00 0,70 0,20 0,01 0,01 0,01 0,01 1,36 0,60 50 6,5 0,02 0,01 0,70 0,10 0,01 0,01 0,01 0,01 1,36 0,30 50 7 0,02 0,01 0,70 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 1,36 0,58 25 5 0,03 0,00 0,10 0,10 0,01 0,01 0,01 0,01 1,29 1,17 25 6 0,03 0,00 0,10 0,10 0,01 0,01 0,01 0,01 1,29 0,73 25 6,5 0,03 0,00 0,10 0,10 0,01 0,01 0,01 0,01 1,29 0,55 25 7 0,03 0,00 0,10 0,10 0,01 0,01 0,01 0,01 1,29 0,64 5 5 0,06 0,02 0,20 0,10 0,02 0,01 0,02 0,01 4,01 1,51 5 6 0,06 0,01 0,20 0,10 0,02 0,01 0,02 0,01 4,01 0,70 5 6,5 0,06 0,02 0,20 0,00 0,02 0,01 0,02 0,01 4,01 0,79 5 7 0,06 0,02 0,20 0,10 0,02 0,01 0,02 0,02 4,01 0,65 2,5 5 0,03 0,02 0,30 0,00 0,01 0,01 0,02 0,01 1,60 1,56 2,5 6 0,03 0,00 0,30 0,30 0,01 0,01 0,02 0,01 1,60 0,34 2,5 6,5 0,03 0,02 0,30 0,30 0,01 0,01 0,02 0,01 1,60 0,37 2,5 7 0,03 0,00 0,30 0,00 0,01 0,01 0,02 0,01 1,60 0,36

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Tabla 7.9.3.1.13. Eficiencias del ensayo de coagulación – floculación en la laguna Redonda Sulfato (mg/L)

pH

% elim Fe

% elim Mn

50 50 50 50 25 25 25 25 5 5 5 5 2,5 2,5 2,5 2,5

5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7 5 6 6,5 7

50,00 100,00 50,00 50,00 100,00 100,00 100,00 100,00 66,67 83,33 66,67 66,67 33,33 100,00 33,33 100,00

85,71 71,43 85,71 100,00 0,00 0,00 0,00 0,00 50,00 50,00 100,00 50,00 100,00 0,00 0,00 100,00

% elim Cl % elim Cl libre total 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 50,00 50,00 50,00 50,00 0,00 0,00 0,00 0,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 50,00 50,00 50,00 0,00 50,00 50,00 50,00 50,00

% elim turbidez 6,14 55,77 78,13 57,49 8,81 43,01 57,51 50,52 83,86 82,53 80,20 83,86 2,71 78,54 77,08 77,29

A partir de los resultados obtenidos para la eliminación de hierro, se observa como los valores finales de hierro son más altos (0,05 – 0,06 mg/L) cuando la concentración de sulfato de aluminio empleada es de 2.5 y 5 mg/L, sin embargo también se observa que las cantidades de hierro iniciales para esos ensayos son las más grandes (0,03 – 0,06 mg/L) y la cantidad de hierro eliminada es la mayor llegando hasta valores de 0.05 mg/L. Se puede identificar como a partir de una concentración de sulfato de aluminio superior a 25 mg/L, la eliminación de hierro es prácticamente total en todos los ensayos, independientemente de valor de pH. Para los valores obtenidos de manganeso, se observa como las concentraciones finales obtenidas de este elemento son similares (0 – 0,1 mg/L) en aquellos ensayos en los que la concentración de sulfato de aluminio es superior a 5 mg/L. Para la concentración menor, estos valores aumentan obteniéndose un rango de manganeso final entre 0 – 0,3 mg/L. En cuanto a los valores de pH, no se muestran diferencias significativas respecto al valor de este parámetro en la eliminación de manganeso. Atendiendo a los valores obtenidos para el cloro libre y cloro total, los valores iníciales de este parámetro son tan bajos que no se muestra una diferencia significativa en la eliminación del mismo a diferentes concentraciones de sulfato de aluminio y al emplear distintos valores de pH.

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Para el caso de la turbidez, los valores iníciales de este parámetro en la laguna Redonda son los más bajos obtenidos entre todas las lagunas (1,28 – 4,00 NTU). Debido al valor del parámetro tan bajo, no se observa una tendencia clara a la eliminación del mismo como ocurría en el resto de lagunas, de manera que los valores más altos de eficiencia de eliminación e turbidez se obtienen cuando el valor inicial de la misma es el más alto (4 NTU) cuando se emplea una concentración de sulfato de aluminio de 5 mg/L. Para el resto de ensayos se identifica como la eficiencia de eliminación de turbidez es mucho menor cuando el pH empleado es de 5 – 6. Es por ello que se aconseja trabajar a pH superior a 6 y hasta 7, y a una concentración de sulfato de aluminio de 2,5 mg/L, en la que los resultados finales obtenidos para el valor de la turbidez son los más bajos alcanzados (0,34 – 0,36 NTU).

Figura 7.9.3.1.5. Diagrama de contorno de ensayos de coagulación-floculación en la laguna Redonda.

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Se repitió el ensayo de coagulación-floculación al pH del agua y a diferentes concentraciones de sulfato de aluminio, y los resultados que se obtuvieron se muestran a continuación. Tabla 7.9.3.1.14. Ensayo de coagulación-floculación al pH de la muestra para la laguna Redonda.

Parámetros Fe Mn Turbidez pH*

Unidad mg/L mg/L NTU 8,05

Valor inicial 0,09 0,047 2,18

Dosis de Sulfato de Aluminio (mg/L) 6 9 12 15 18 21 Valor final 0,01 0,00 0,01 0,00 0,01 0,00 0,01 0,006 0,006 0,008 0,006 0,006 0,55 0,53 0,44 0,39 0,31 0,25

De los cuales se observa que a medida que la concentración de sulfato de aluminio aumenta, los valores finales de hierro, manganeso y turbidez, disminuyen.

7.9.3.2. Ensayos de desinfección Se realizaron estos ensayos sobre muestras de todas las lagunas excepto de la laguna Lo Custodio, ya que por el pequeño volumen de agua que presenta esta lagua, se considera que no es posible la extracción de agua de la misma para la producción de agua potable. - Laguna Lo Méndez La curva de demanda de cloro para la muestra de la laguna Lo Méndez se muestra a continuación (Tabla 7.9.3.2.1, Figura 7.9.3.2.1). Tabla 7.9.3.2.1. Ensayo de demanda de cloro para la laguna Lo Méndez Tiempo (minutos) 0 15 30 45

Cloro (mg/L) 11,00 2,60 1,50 1,40

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12,00

Cloro (mg/L)

10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Tiempo (min)

Figura 7.9.3.2.1. Ensayo de demanda de cloro para la laguna Lo Méndez. Se analizaron coliformes antes y después del ensayo de la demanda de cloro para determinar el grado de desinfección de la muestra y también el carbono orgánico e inorgánico de esta (Tabla 7.9.3.2.2). Tabla 7.9.3.2.2. Análisis de coliformes y carbono orgánico e inorgánico de la muestra de la laguna Lo Méndez antes y después de los ensayos de demanda de cloro.

Coliformes fecales Coliformes totales TIC TC TOC

NMP/100 mL NMP/100 mL mg/L mg/L mg/L

Valor inicial Valor final 49