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Por: Pedro Saúl Rivera Carvajal^1 , José Enrique Asela Moros 2 , Silvia Yohana Suárez Acevedo 3 y Carlos Alberto Zúñiga Rojas 4.
RESUMEN
Las aguas subterráneas se han convertido en la actua- lidad en un recurso hídrico alternativo en el munici- pio de Villa del Rosario, departamento Norte de San- tander. No obstante, estas aguas presentan un alto contenido de sustancias minerales, ricas en calcio y magnesio, lo que hace que ésta sea excesivamente dura. El recurso hídrico utilizado en su mayoría por las urbanizaciones de este municipio, presenta valores de dureza que oscilan de 250 a 800 ppm de CaCO y alcalinidades que van de 180 a 400 ppm como CaCO3; siendo calificadas como no aptas para con- sumo humano, según parámetros establecidos por el Decreto 475 de 1998 que define las Normas Téc- nicas de Calidad del Agua Potable. Esta investiga- ción a nivel de laboratorio busca la obtención de una cal procesada a partir de la roca caliza que se da en el departamento, que combinada con una serie de aditivos controle el nivel de dureza en las aguas subterráneas utilizadas para consumo humano en el municipio de Villa del Rosario; aprovechando así los recursos minerales de la región y dando una alterna- tiva para el ablandamiento de aguas.
Palabras Claves: Dureza, agua subterránea, cal y ablandamiento.
ABSTRACT
Underground waters have become at the present time in an alternative hydric resource in the municipality of Villa del Rosario (Norte de Santander). However these waters are high in dissolved minerals, specifically cal- cium and magnesium, which make water very hard. This hydric resource is used mostly by the urbaniza- tions of this municipality and its degree of hardness oscillates between 250 and 800 ppm of CaCO3 and alkalinities from 180 to 400 ppm as CaCO3, being described as no apt for human consumption, accor-
EVALUACIÓN DE CALIZAS PARA LA OBTENCIÓN DE UNA CAL PARA EL
SUAVIZAMIENTO DE AGUAS SUBTERRÁNEAS A NIVEL DE LABORATORIO,
UTILIZADAS PARA CONSUMO HUMANO EN EL MUNICIPIO DE VILLA DEL
ROSARIO, DEPARTAMENTO NORTE DE SANTANDER
(^1) Licenciado en Biología y Química U. del Valle, Esp en Química, Tratamiento y Control de Aguas UIS. Docente UFPS Director Grupo de Investigación GIDCA – UFPS. [email protected] (^2) Docente UFPS, Cooinvestigador Grupo de Investigación GIDCA – UFPS. [email protected] (^3) Ingeniero de Producción Industrial. UFPS – [email protected] (^4) Ingeniero de Producción Industrial. UFPS – [email protected]
ding to boundaries established in the Decree 475 of 1998, which defines the Quality Technical Norm of Potable Water. The objective of this investigation at laboratory level is to create a product base on lime obtain from limestone rock of Norte de Santander, which in combination with several additives, controls the degree of hardness in underground waters used for human consumption in Villa del Rosario, making good use of the department mineral resources and so that introducing an alternative for water softening.
Keywords: Hardness, Underground water, Lime, Sof- tening.
INTRODUCCIÓN
La calidad de las aguas subterráneas depende de las grandes cargas de materia arrastrada del suelo en épocas de lluvia y la infiltración a través de las capas permeables del subsuelo, reteniendo de manera na- tural parte de la materia en suspensión, materia orgá- nica y bacterias. Por las anteriores razones, las aguas subterráneas son más claras y presentan un alto con- tenido de calcio y magnesio, haciéndolas no aptas para consumo humano.
Ante la disminución de la oferta hídrica superficial, el acelerado crecimiento urbanístico y la ausencia de cobertura de acueductos, el uso de las aguas subte- rráneas se viene presentando como alternativa para cubrir los requerimientos primarios y de desarrollo de la población, conllevando en lo posible, la explota- ción de los acuíferos. (5).
Se presenta el caso del municipio de Villa del Rosario en el cual se encuentra el mayor número de urba- nizaciones que utilizan el agua subterránea para el abastecimiento del consumo humano y doméstico; en total son 34, que abarcan aproximadamente 3800 viviendas, con una población estimada de 13. habitantes.
Actualmente, algunas de estas urbanizaciones tienen plantas de suavizamiento con resinas catiónicas de ci-
clo sodio, pero debido a la falta de personal técnico y desorganización administrativa, no se le está reali- zando el adecuado mantenimiento a las mismas. El método iónico requiere paradas continuas del equipo y grandes cantidades de NaCl, agua y energía eléc- trica, para la regeneración del medio de intercambio iónico. Por tales motivos, es un tipo de ablandamiento muy costoso que además requiere de un control per- manente para asegurar que el agua a la salida del sistema se mantenga blanda. (4).
Esta investigación tiene como principal fin aportar una alternativa en el tratamiento de aguas duras, obte- niendo una cal, que justifique la inversión en términos de eficiencia en la remoción de dureza y alcalinidad del agua, que sea económico, de relativa facilidad de operación y mantenimiento de planta; el cual controle el nivel de dureza en las aguas subterráneas hacién- dolas aptas para el consumo humano, según pará- metros establecidos por el decreto 475 de 1998.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para la selección de las calizas objeto de estudio se tomó como base la información suministrada por la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural del Norte de Santander, Sección de Minería, en el Censo Mine- ro y Evaluación de Yacimientos. Las muestras de roca caliza fueron extraídas de seis municipios de Norte de Santander, Chinácota, Sardinata, Gramalote, Bo- chalema, Pamplonita y Mutiscua (7), y posteriormente enviadas a los Laboratorios Industriales de la Univer- sidad Industrial de Santander UIS con el fin de obtener el análisis químico correspondiente.
En cuanto a los pozos subterráneos, se escogieron diez urbanizaciones de las de treinta y cuatro que uti- lizan aguas subterráneas para consumo humano (Ur- banización Tamarindo, Altos del Tamarindo, Quintas del Tamarindo II, Villas de Santa Ana, Villas de San- tander, Villas de Sevilla, Campo Verde, El Cují, Los Trapiches y Santa Maria del Rosario). Seis se eligieron de acuerdo a la densidad de población; según datos suministrados por la oficina de Planeación Municipal de Villa del Rosario; y las cuatro restantes, de acuer- do a la ubicación geográfica, dividiendo el mapa de pozos subterráneos existentes en el municipio de Villa del Rosario en cuatro cuadrantes, el cual fue facilita- do por CORPONOR. Los análisis fisicoquímicos de
las muestras obtenidas fueron realizados en San José de Cúcuta por Prolab del Norte Ltda.
Los métodos actuales en el tratamiento de dureza y demás análisis requeridos para el logro del objetivo principal planteado en esta investigación, se desarro- llaron en los Laboratorios de Química de la Univer- sidad Francisco de Paula Santander, por parte de los autores del proyecto.
Procedimiento para la extracción de muestras de aguas de pozo
El método de muestreo de las aguas subterráneas utilizado en este proyecto fue a profundidad, el cual consistió en hacer bajar un dispositivo de muestreo por el interior del pozo, dejando que se llenara con agua a una profundidad conocida, y recuperando la muestra para luego transferirla a un recipiente apro- piado, cuando sea necesario.
La toma de muestras para análisis fisicoquímico ordi- nario no requiere otras precauciones que recogerla en un recipiente limpio con capacidad de 1 a 5 ga- lones, y estos se deben enjuagar varias veces con el agua que se va muestrear antes de llenarlo, estos a su vez no se deben llenarse completamente sino hasta dos centímetros abajo del cuello del recipiente con el fin de permitir la expansión de la muestra durante el manejo y transporte.
Después de ser tomada la muestra se procede a me- dir el pH y el cloro existente en el agua, ésta se lleva inmediatamente al laboratorio, con un registro com- pleto de localización del pozo, fecha, análisis a rea- lizar, nombre de la persona que tomó la muestra y clase de muestra.
El agua de los pozos es en general poco variable en calidad y tanto menos, cuanto más profundos son. En pozos muy superficiales directamente generados por ríos o regadíos se puede precisar una muestra sema- nal, pero en general una muestra mensual o trimestral puede ser suficientemente indicativa. (1).
Procedimiento para la extracción de muestras de roca caliza
Se aplicó el procedimiento de canal, el cual se obtuvo
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SUBTERRÁNEAS A NIVEL DE LABORATORIO, UTILIZADAS PARA CONSUMO HUMANO EN EL MUNICIPIO DE
VILLA DEL ROSARIO, DEPARTAMENTO NORTE DE SANTANDER
Análisis químico de la caliza
De acuerdo al análisis químico realizado por Cemex de Colombia S.A., a la roca caliza procedentes de los municipios de Bochalema, Chinácota, Sardinata, Mutiscua, Pamplinita y Gramalote, se concluyó que la roca caliza con mayor porcentaje de oxido de calcio (CaO) aprovechable fue la de Mutiscua, lo cual se puede observar en la cuadro 2.
En el municipio de Mutiscua se halla una caliza con un excelente porcentaje de CaO aprovechable de 82.4 y el mínimo de material insoluble de 3.6, valores esenciales para obtener una cal con las característi- cas exigidas por la Norma Icontec 1398 que son de 80% y 5%, respectivamente. Aplicado el proceso de obtención de la cal viva, se le realizó un análisis del porcentaje de oxido de calcio aprovechable, el cual demostró que realmente la cal si cumplía con lo esta- blecido por dicha norma.
Cuadro 2. Análisis químico de roca caliza
Dosificación con cal hidratada y sulfato de alu- minio. La dosificación de sulfato de aluminio se es- tableció seleccionando el punto óptimo en cuanto a dureza, alcalinidad y pH, siendo este de 25 mL de solución. Los resultados de esta prueba se muestran en el cuadro 3.
Cuadro 3. Resultados dosificación de cal hidratada y sulfato de aluminio
Las curvas de dureza, alcalinidad y pH, se observan en las gráficas 1, 2 y 3 respectivamente.
Gráfica 1. Dosis óptima de cal hidratada y sulfato de aluminio contra dureza
Gráfica 2. Dosis óptima de cal hidratada y sulfato de aluminio contra alcalinidad
Gráfica 3. Dosis óptima de cal hidratada y sulfato de aluminio contra pH
De acuerdo con los análisis anteriores, se puede con- cluir que la combinación más eficiente teniendo en cuenta los resultados de dureza, alcalinidad y pH, es la de cal y sulfato de aluminio. La dosis, en la que los
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tres parámetros fundamentales se mantuvieron dentro de lo exigido por la norma, fue de 200 mL de solu- ción de cal Mutiscua y 15 mL de solución de sulfato de aluminio tipo A, ambas a una concentración del 0.1% p/v, dosificadas a 500 mL de agua a tratar. Actualmente, algunas urbanizaciones del municipio de Villa del Rosario no aplican ningún tipo de trata- miento para el ablandamiento de las aguas de pozo, para la cual se plantea esta alternativa, como es la dosificación de cal hidratada en combinación con sulfato de aluminio.
MODELOS DE ABLANDAMIENTO
Estos modelos de ablandamiento se diseñaron con el ánimo de visualizar tanto el método de resinas catió- nicas (Ver figura 1), el cual es el más utilizado en las urbanizaciones, y el método químico con cal y sulfato de aluminio (Ver figura 2), el cual fue el objetivo prin- cipal de este proyecto.
Figura 1. Modelo de ablandamiento por resinas ca- tiónicas
Figura 2. Modelo de ablandamiento con cal y sulfato de aluminio
Modelo de ablandamiento por resinas catiónicas. Para evaluar el buen funcionamiento de este equipo, se realizaron pruebas con agua procedente de la Ur- banización Tamarindo, la cual presentaba los siguien- tes parámetros iniciales:
Dureza: 300 mg/l de CaCO Alcalinidad: 272 mg/l de CaCO pH: 7.
En el proceso de ablandamiento se utilizaron 10 litros de agua subterránea, seguidamente se realizaron los análisis de dureza, alcalinidad y pH a las muestras tomadas en intervalos de 10 minutos. Los resultados se muestran en el cuadro 4.
Cuadro 4. Resultados análisis del modelo de ablan- damiento por resinas cationicas
Modelo de ablandamiento con cal y sulfato de aluminio. Para el funcionamiento de este equipo se utilizó la misma muestra de agua que en el modelo anterior, por lo tanto se mantienen los parámetros ini- ciales. Se utilizó la cal obtenida de la caliza de Mutis- cua y sulfato de aluminio tipo A en la preparación de las soluciones a dosificar. En este tratamiento se suavizaron diez litros de agua subterránea, para lo cual se calculó la cantidad de solución de cal y sulfato de aluminio necesaria para este volumen de agua teniendo en cuenta la dosis óptima determinada anteriormente.
Volumen de agua a tratar: 10000 ml Volumen de solución de cal 0.1 %: 4000 ml Volumen de solución de sulfato de aluminio 0.1 %: 300 ml
Las muestras de agua tratada se tomaron cada 10 minutos, los valores de dureza, alcalinidad y pH se observan en el cuadro 5.
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SUBTERRÁNEAS A NIVEL DE LABORATORIO, UTILIZADAS PARA CONSUMO HUMANO EN EL MUNICIPIO DE
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nivel de laboratorio a nivel de planta, el proceso de suavizamiento de aguas subterráneas, teniendo en cuenta el uso de la nanofiltración, como un nuevo sistema de ablandamiento.
AGRADECIMIENTOS
Al fondo de Investigaciones Universitarias (FINU) - UFPS por el apoyo económico, al grupo de investiga- ción GIDCA por su aporte intelectual, a los Laborato- rios de Química de la Universidad Francisco de Paula Santander por permitirnos desarrollar los diferentes ensayos de laboratorio, a las urbanizaciones que nos permitieron el acceso a los pozos para la toma de muestras.
BIBLIOGRAFIA
[1] Cifuentes, D. & Molina, Y. (2002). Estudio de fac- tibilidad técnico–económico de una planta conven- cional que produzca agua potable a partir del pozo artesiano de la urbanización Santa María del Rosa- rio del municipio de Villa del Rosario. Memoria para optar el Título de Ingeniero de Producción Industrial, Programa de Ingeniería de Producción Industrial, Universidad Francisco de Paula Santander, San José de Cúcuta, Colombia.
[2] Contreras, L. & Castro W. (1998). Estudio técni- co–económico para la expansión del yacimiento de roca caliza denominado San Jacinto, Municipio de Chinácota. Memoria para optar el Título de Tecnó- logo de Minas, Programa de Tecnología de Minas, Universidad Francisco de Paula Santander, San José de Cúcuta, Colombia.
[3] Decreto 475 del 10 de Marzo de 1998. Normas Técnicas de Calidad del Agua Potable.
[4] Lizcano, A. (2003). Diagnostico para la planifica- ción y manejo de las aguas subterráneas en las activi- dades de tipo industrial, comercial y agropecuario en los sectores de Cúcuta, Villa del Rosario y Los Patios. Corporación Autónoma Regional de la Frontera No- roriental, Corponor, San José de Cúcuta, Colombia.
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SUBTERRÁNEAS A NIVEL DE LABORATORIO, UTILIZADAS PARA CONSUMO HUMANO EN EL MUNICIPIO DE
VILLA DEL ROSARIO, DEPARTAMENTO NORTE DE SANTANDER
[5] Plan Básico de Ordenamiento Territorial municipio de Villa del Rosario, POT, 2004.
[6] ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Calidad del agua. Santafé de Bogotá: Editorial Escuela Colom- biana de Ingenieros, 2002. p. 257.
[7] Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural del Norte de Santander, sección de Minería. Censo mine- ro y evaluación de yacimientos, 1994. p. 177.
[8] Tecnología para la purificación del agua. http:// www. aquasystem.com.mx
Recibido: 25 - Octubre - 2006 Aprobado: 22 - Marzo - 2007
