¿Cómo se realiza la prueba del frasco (Jar Test) para determinar la dosis de cloruro de hierro (III) en tu planta?

La dosis de cloruro de hierro (III) (conocido científicamente como cloruro de hierro trívalente, Iron(III) Chloride o Ferric Chloride) adecuada para su planta no se puede extraer de una tabla, ya que varía en función de la turbidez, la alcalinidad y la temperatura del agua, así como de la naturaleza de los contaminantes presentes en ella. Por ello, la ficha técnica de la solución de cloruro de hierro (III) al 40 % establece que la dosis óptima se determina mediante un ensayo en jarra (Jar Test) con el agua que se va a tratar. Este artículo explica cómo se lleva a cabo la prueba en la práctica, qué se mide, cómo se interpretan los resultados y en qué aspectos hay que tener cuidado a la hora de trasladarlos a la planta.

Para comparar el cloruro de hierro (III) con el alumbre, consulta nuestro artículo dedicado a ello; y para conocer las características del producto, consulta nuestro artículo anterior sobre la solución de cloruro de hierro (III) al 40 %.

¿En qué consiste la prueba de la jarra?

La prueba, realizada con muestras pequeñas, simula el proceso de tratamiento real: agitación rápida, seguida de agitación lenta para formar la floculación y, a continuación, sedimentación por gravedad. A cada muestra se le administra una dosis diferente y se comparan los resultados. La norma ASTM D2035-19 («Práctica estándar para el ensayo de floculación y sedimentación en agua») un procedimiento general al respecto, que permite comparar los coagulantes y sus coadyuvantes en la misma agua y en las mismas condiciones, así como estudiar el efecto de la concentración y el orden de adición. Asimismo, la guía AWWA M37 (3.ª edición, 2011) dedica un capítulo completo a la prueba de coagulación.

Los detalles varían entre las referencias y las plantas de tratamiento, por lo que debes establecer un procedimiento fijo para tu planta y ceñirte a él en cada ocasión, a fin de poder comparar los resultados a lo largo del tiempo.

Equipamiento y seguridad

• Un equipo de ensayo de jarras (de cuatro a seis jarras) con paletas sincronizadas y un indicador de velocidad de rotación, y jarras con una capacidad de 1 a 2 litros. Algunos procedimientos prefieren las jarras cuadradas porque se asemejan más al comportamiento de la planta.
• Un matraz volumétrico de 1 litro, una balanza de precisión, jeringas o pipetas (una por cada muestra) y un temporizador.
• Turbidímetro, medidor de pH, termómetro, material de filtración y un método para medir el hierro residual.

Seguridad: El producto es muy ácido (pH inferior a 1 según la ficha de datos de seguridad). La ficha lo clasifica como corrosivo para los metales, nocivo en caso de ingestión, irritante para la piel y muy nocivo para los ojos. Utiliza guantes, protección para los ojos y la cara, y ropa protectora, y consulta la ficha de datos de seguridad (FDS) antes de empezar a trabajar. Dado que la solución puede corroer los metales, enjuaga cualquier pieza metálica del aparato después de su uso.

Primer paso: preparación de la solución almacenada

El objetivo es obtener una solución diluida cuyo volumen se pueda medir con precisión. La concentración habitual es del 1 %, por lo que cada mililitro de esta solución en un frasco de 1 litro proporciona una dosis de 10 mg/l.

1. Pesa 10 g del producto en un recipiente de vidrio o plástico. El pesaje es más preciso que la medición del volumen, ya que la densidad de la solución varía ligeramente (ficha técnica: densidad relativa 1,42 ± 0,02 a 20 °C).
2. Transfiérelo a un matraz aforado de 1 litro que contenga una cantidad de agua desionizada, luego rellena con agua hasta la marca y mezcla.
3. Anota la fecha de preparación. Recomendamos preparar la solución diluida justo antes del ensayo; si se utiliza una solución antigua, compara su resultado con el de una solución recién preparada.

Importante: El método de preparación de la solución debe coincidir con el método de cálculo de la dosis; por lo tanto, anote siempre la base de expresión de la dosis. En la bibliografía, las dosis se expresan a veces en términos de FeCl₃·6H₂O (como en la Guía australiana del agua potable) y, otras veces, en términos de hierro Fe (como en el material de laboratorio de la Universidad de Delft). Según la ficha técnica, la solución de cloruro de hierro (III) al 40 % contiene FeCl₃ en una concentración del 40 % ± 2 % en peso (la fórmula FeCl₃ corresponde al compuesto anhidro) y entre un 13 % y un 14 % de hierro. Por lo tanto, cada 1 mg/l del producto equivale a aproximadamente 0,4 mg/l de FeCl₃ y a entre 0,13 y 0,14 mg/l de Fe.

Segundo paso: selección del rango de dosificación

• Sitúa la dosis actual de la estación (si la hay) en el centro de la serie y establece dosis inferiores y superiores a su alrededor. La guía práctica de la Comisión de Calidad Ambiental de Texas (TCEQ) recomienda que las dosis se sitúen dentro del rango que se prevé utilizar en la estación.
• Para agua nueva o un producto nuevo, empieza con una ronda exploratoria con pasos amplios y, a continuación, realiza una segunda ronda más precisa en torno a la mejor dosis.
• Deja uno de los recipientes como control sin coagulante.
• Cambia una sola variable en cada ronda: la dosis o el pH, no ambas a la vez.

El siguiente ejemplo es un cálculo destinado únicamente a ilustrar la conversión, no se trata de dosis recomendadas (solución almacenada al 1 % del producto, recipiente de 1 litro):

Si la mejor dosis en esta ronda es de 20 mg/litro, la segunda ronda puede oscilar entre 14 y 26 mg/litro, en incrementos de 2 mg/litro (de 1,4 a 2,6 ml).

Tercer paso: Puesta en marcha

1. Recoge una muestra representativa del agua bruta antes de añadir cualquier producto químico y mide su turbidez, pH, alcalinidad y temperatura. Aproximar la temperatura de ensayo a la de la estación, ya que el agua fría ralentiza la reacción y aumenta la viscosidad.
2. Llenar los frascos con el mismo volumen y preparar las dosis en jeringas o pipetas.
3. Activa la agitación rápida y añade las dosis al mismo tiempo o de forma uniforme.
4. Pasa a la agitación lenta y registra el tiempo de aparición de la primera floculación y su volumen.
5. Detenga la mezcla y deje que los recipientes se asienten sin agitarlos.
6. Extraiga las muestras de la misma profundidad en cada recipiente (algunos procedimientos utilizan unos 2 cm por debajo de la superficie).

No existe una configuración única para la velocidad y el tiempo; los ejemplos publicados muestran una gran variabilidad:

Elige la configuración que mejor se ajuste al tiempo de mezcla y a la intensidad de tu estación. La referencia de la TCEQ relaciona el tiempo de mezcla rápida con el volumen del tanque de mezcla y el caudal de agua, y la velocidad de rotación con el valor de la aceleración (G) de diseño. La relación entre las revoluciones por minuto y el valor de G depende de la forma del recipiente y de la paleta, por lo que no se deben transferir los valores de revoluciones de una guía a otra sin calibrar.

¿Qué medimos?

Sobre el hierro residual: Se puede medir mediante el método colorimétrico de la fenantrolina (Standard Methods 3500-Fe B) o mediante espectrometría de emisión inductiva acoplada (ICP-AES, método EPA 200.7), teniendo en cuenta la distinción entre hierro total y hierro disuelto (el disuelto se mide tras la filtración). En el caso del agua potable, la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) y la Guía Australiana del Agua Potable establecen un límite de 0,3 mg/l para el hierro por motivos estéticos (color oxidado, sabor metálico y manchas), no por motivos de salud. El límite vinculante es el que establezca la autoridad reguladora de tu país.

Interpretación de los resultados

1. Traza un gráfico de la turbidez residual en función de la dosis y comprueba el pH y el hierro residual para las dosis filtradas.
2. Elige la dosis más baja que permita alcanzar el objetivo del tratamiento, no la que dé un agua más clara. En un estudio publicado sobre las aguas residuales de una planta avícola, se definió la dosis óptima como la mínima que da lugar a una turbidez por debajo de un límite determinado y a que el sedimento se deposite en el tiempo especificado; se demostró que las dosis más altas no mejoraban la turbidez.
3. No te bases únicamente en la turbidez del agua filtrada. Las directrices de California la consideran un indicador relativo que no tiene por qué coincidir con la planta, y se basan en la filtración, y una tesis universitaria señala que las dosis bajas pueden producir un sedimento fino que no se deposita bien, pero que los filtros lo eliminan de forma eficaz.
4. Si ninguna de las pruebas alcanza el objetivo, amplía el rango a dosis más altas o más bajas, o revisa el pH, y vuelve a realizar la prueba.
5. Si el pH desciende por debajo del rango requerido con la dosis elegida, vuelve a realizar la prueba compensando la alcalinidad. El documento de referencia de la TCEQ advierte de que se puede añadir alcalinidad si el coagulante es ácido y la alcalinidad natural del agua es baja.

Del tanque a la planta: advertencias

• El recipiente es una herramienta orientativa, no una réplica de la planta. El documento de referencia de la TCEQ señala que no existe un procedimiento único que se adapte a todas las plantas, y las normas NPTEL establecen que los resultados deben compararse con el rendimiento del sistema real y ajustarse en consecuencia.

• Repite la prueba cuando cambie el agua bruta (turbidez, temperatura, alcalinidad), ya que la dosis óptima varía.

• Comprueba en la estación variando la dosis gradualmente y supervisando el agua decantada y filtrada antes de adoptar la cifra definitiva.

• Convierta la dosis a una tasa de alimentación utilizando la misma base. Cada 1 mg/l equivale a 1 g/m³, es decir, la dosis expresada en producto × caudal (m³/h) = gramos de producto por hora. Ejemplo hipotético: una dosis de 30 mg/litro y un caudal de 200 m³/hora dan como resultado 6 kg de producto por hora, es decir, unos 4,2 litros/hora con una densidad de entre 1,42 y 1,43 g/cm³ (la masa específica en la ficha técnica es de 1,42 ± 0,02, y la densidad en la ficha de datos de seguridad es de 1,43 g/cm³). A continuación, calibre la bomba de inyección de forma efectiva.

• Comprueba el límite de uso Si se trata de agua potable: la ficha técnica indica que el producto se fabrica en una instalación certificada por NSF International según la norma NSF/ANSI/CAN 60 para la coagulación y floculación, con un límite máximo de uso de 100 mg/l calculado sobre la base de FeCl₃ (según datos de Egy Chem Hub).

• Consulte los materiales de manipulación, ya que la solución es muy ácida y puede corroer los metales.

Solución de cloruro de hierro (III) al 40 % de Egy Chem Hub

Egy Chem Hub ofrece una solución de cloruro férrico (III) al 40 % (Ferric Chloride Solution 40 %, nombre comercial ECH-FR4014), un líquido de color marrón rojizo que se utiliza para la coagulación y floculación del agua potable, el agua de proceso y las aguas residuales. La ficha técnica indica que se inyecta concentrado o tras su dilución, y que la dosis óptima se determina mediante un ensayo de dosificación. Se envasa en bidones de HDPE de 280 kg y en contenedores IBC de 1.400 kg; también está disponible a granel; su vida útil es de 12 meses y su país de origen es Egipto. Las fichas técnicas (TDS) y de seguridad (SDS) están disponibles previa solicitud.

Contacto

Para solicitar un presupuesto o las especificaciones técnicas de la solución de cloruro de hierro (III) al 40 %, ponte en contacto con el equipo de Egy Chem Hub y adjunta los datos de tu agua bruta y de tu aplicación para que podamos ayudarte a elegir el producto y el envase adecuados.