1. INTRODUCCIÓN
Actualmente, son varios los procesos de tratamiento que son utilizados para la depuración de aguas residuales con alto contenido de materia orgánica y sedimentos, que aunque alcanzan resultados considerables, presentan altos equipamientos y  costos de inversión, operación  y mantenimiento. En  ese sentido,  en los últimos años, estudios demuestran  que la coagulación – floculación  es un proceso  de gran eficiencia en la remoción de partículas coloidales, materia orgánica  y sedimentos en   aguas residuales1 .
El proceso de coagulación y floculación consiste en la desestabilización de las partículas suspendidas, provocando colisión entre ellas, adhesión, incremento de tamaño, aglutinación, aumento de densidad y, como consecuencia, sedimentación. Una vez sedimentadas las partículas, pueden ser removidas con facilidad (Metcalf, Eddy,  2003). Los  coagulantes  más  comunes  en  el tratamiento  de  aguas  residuales son  compuestos inorgánicos como sales de aluminio Al (III)   o  hierro Fe (III)  como  el  sulfato de  aluminio y  cloruro  férrico 2. El proceso de coagulación química basado en el uso de sales de Al(III) o Fe(III) es utilizando frecuentemente para  remociones eficientes de parámetros  tales como turbidez, demanda biológica de oxígeno, demanda química de oxígeno y sólidos suspendidos totales que representan materia orgánica  y sedimentos en aguas residuales. 
Los efluentes procedentes de lagunas de estabilización tiene como principales características el color verde debido a las algas, pH alto ,sólidos suspensión totales,  característicos de aguas con presencia elevada de materia orgánica y sedimentos, los cuales afectan  la calidad del líquido, impiden la penetración de la luz y pueden servir como un sitio para la proliferación de patógenos. (Oliveira, 2013).
El sistemas de depuración de  aguas residuales con lagunas de oxidación que posee la  ciudad de Valledupar, presenta frecuentemente desajuste en la carga orgánica y sedimentos, descontrol en los tiempo de retención hidráulica, cortocircuitos por la inadecuada operación del sistema, personal poco capacitado para las labores de funcionamiento y falta de mantenimientos continuo, rompimiento entre las fases del sistema de lagunas de estabilización, lo que conlleva a la generación de efluentes de baja calidad  y con alto contenido de materia orgánica y a la proliferación de algas y solidos que frecuentemente compiten por el oxígeno disuelto en el cuerpo receptor, inhibiendo así  la actividad biológica, bajando la formación y solubilidad del oxígeno y creando condiciones adversas para la convivencia de peces y otras especies. (Metcalf y Eddy, 2002)( (Quiroz y  Castro, 2008).
Por otra parte, la  materia orgánica  y sedimentos en las aguas residuales domesticas  que son descargadas a los rìos son un  problema que afecta directamente la fuente receptora de agua e indirectamente la población que la consume (Romero 1999). Por tanto,  el alto contenido de materia orgánica que recibe el  río Cesar producto de las continuas descargas  de la estación depuradora de aguas residuales, requiere una intervención inmediata, ya que puede presentar alteraciones  en la salud pública de las poblaciones río  abajo principalmente en los  corregimientos  de Bélgica, Calambo, El Carmen, El Porvenir, El silencio, La Pitilla, Algarrobillo, Los Laureles, El Toco  de los municipios de La Paz y San Diego que  utilizan sus aguas, como fuente de  abastecimiento, como proveedor de agua para el sostenimiento de zonas agrícolas y/o ganaderas y actividades de recreación y/o pesca en el departamento del Cesar.  (Mejía, y Daza, 2005) (Rivera y Gomez, 2010)
En ese sentido, la presente  investigación buscó evaluar la remoción que presentan las sales de  Aluminio y Férricas en la eliminación  de materia orgánica  y sedimentos representada especialmente en las altas concentraciones de DQO(Demanda Biológica de Oxigeno), sólidos suspendidos totales (SST)  y Algas que  presenta el efluente que vierte la EDAR Salguero sobre el  río Cesar .
2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. Toma de muestras.

El proceso investigativo inició con la  recolección de  muestras  durante una semana al inicio y al final del proceso de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Valledupar, para evaluar la eficiencia del sistema de depuración actualmente. Las muestras para el proceso de coagulación  fueron recogidas en el  efluente de la planta  municipal de tratamiento de aguas residuales, el cual es vertido sobre el río Cesar  ubicado en la ciudad de Valledupar.
Se realizaron tres muestreos simples para las pruebas de coagulación y  siete para la caracterización. Las muestras se almacenaron en recipientes plásticos de 20 L. En campo de manera in situ se realizó la medición de los parámetros de Turbiedad y pH a las muestras recolectadas que posteriormente fueron guardadas en neveras portátiles para trasladarlas a laboratorio y refrigerarla a 4°C para los respectivos análisis.

2.2. Preparación de la solución coagulante

Se procedió a preparar  las soluciones coagulantes de sulfato de aluminio y cloruro o Cloruro férrico.  Ambas soluciones se prepararon agregando agua destilada a 100 g de coagulante hasta aforar a un volumen de 1.000 mL, con lo que se obtuvo una solución de 10% que se conservó como  solución patrón máximo por un meses.
El ensayo de prueba de jarras se hizo diluyendo 10 mL de la solución patrón hasta aforar a 100 mL con agua destilada, la cual se agita y se deja reposar mínimo unos 5 minutos antes de ser  utilizarla. Esta solución se preparó diariamente luego se desechó, pues no se conservó por más de 24 horas, ya que corre el riesgo de hidrolizarse y perder buena parte de su capacidad de coagulación.                                                                                     

2.3. Proceso de coagulación-Floculación

La evaluación del proceso de coagulación se llevó a cabo utilizando un equipo de Test de Jarra modelo F6-300 E&Q E. Se utilizó Sulfato de aluminio y cloruro férrico como coagulante y se procedió a agregarlo al iniciar el mezclado rápido (100 rpm, 1 min); se agregó 2 L de agua residual doméstica, a cada uno de las seis jarras de precipitado de 2000 ml, tomando una de estas como control. Posteriormente, se procedió a agregar el coagulante, al iniciar el mezclado rápido (120 rpm, 1min);  se adiciono en cinco de los vasos de precipitado las diferentes dosis de coagulante se inició luego al mezclado lento (40 rpm, 15 min), para finalizar con la fase de sedimentación (30 min). Los parámetros fisicoquímicos de cada una de las muestras a una temperatura de 25 ºC ± 1 °C y por triplicado, se determinaron antes y después del tratamiento. El control del proceso fue agua residual sin coagulante sometida al mismo procedimiento. Se realizaron tres ensayos preliminares variando inicialmente la concentración de 10 en 10 partiendo de 0mg/L hasta 120 mg/L.

2.4. Parámetros analizados

Para la caracterización de las  muestras de aguas residuales domesticas(ARD) se determinó la turbidez, pH, Demanda Bioquímica de Oxígeno (DQO), sólidos suspendidos totales (SST) y algas según lo establecido en los métodos estándar APHA, AWWA, WEF (1998). Los parámetros antes mencionados fueron analizados por triplicado antes y después del tratamiento de coagulación para evaluar la efectividad de los coagulantes. Se consideró como la dosis óptima integral de coagulante a la menor concentración del coagulante que removió el mayor valor los parámetros  DQO, SST y Algas.  La elección de una dosis óptima integral para cada coagulante permite hacer una análisis comparativo entre los mismo y a su vez evita  la sobredosificación del coagulante y promueve la reducción de los costos de operación.

2.5. Análisis estadístico

Los datos obtenidos se procesaron empleando el programa estadístico SPSS (Statistical Package for the Social Sciences). Se compararon las concentraciones medias de los parámetros DQO, SST y algas con respecto a cada tratamiento aplicando análisis de varianza (ANOVA)  para un 95 % de confianza, determinando así  si existían o no diferencias significativas entre los grupos mediante el empleo de la  prueba estadística de  Dunkan.
3. RESULTADOS  Y DISCUSIONES

3.1. Caracterización muestras del efluente lagunar.

Las características fisicoquímicas de las muestras de ARD estudiadas se presentan en la Tabla 1:

La elección de una dosis integral para cada coagulante permitió hacer una análisis comparativo entre los mismo y a su vez identificar las dosis de coagulantes que para aguas con características parecidas a  las ARD de estudio, puedan causarles sobredosificación química de coagulante  y aumentarlos costos   de  operación para un posible tratamiento con este tipo de proceso. En ese sentido se dosificaron los diferentes coagulantes en  concentraciones de 10 en 10 partiendo de 0mg/L hasta 120 mg/L.

3.2. Comparación entre dosis óptima integral y  porcentaje de remoción para los diferentes parámetros

Los resultados revelaron que las mejores dosis para los diferentes  tratamientos   en cada una de las muestras  fueron dosis entre 30 a 40 mg/L, por lo cual se procedió a determinar la dosis óptima en ese intervalo de dosis, obteniendo como resultado que las dosis óptimas para el Cloruro Férrico y el Sulfato de Aluminio fueron  34 mg/l y 35 mg/l respectivamente.

3.3. Comparación entre dosis y  porcentaje de remoción para DQO.

De acuerdo con los resultados de esta  investigación, los valores de remoción  de DQO con las diferentes coagulantes fueron muy similares entre ellos (figura 3), la mayor remoción de DQO se obtuvo con el Cloruro Férrico en  un  77,13%  seguido  del  tratamiento  con  Sulfato de Aluminio con  una  remoción  de  76,36% , en donde se pudo apreciar la dificultad que presenta el algunos coagulantes prepolimerizados a la hora de remover materia orgánica en aguas residuales, situación que no sucede cuando se tratan aguas superficiales  para el consumo humano  que presentan básicamente altos contenidos de materia inorgánica  en forma coloidal como el lino y la arcilla. En ese sentido para cada coagulante, las dosis óptimas cumplieron a cabalidad con la el Decreto 39307/2010 art 72 DQO  ≥30%  en carga para usuario existente.
En cuanto a la eficiencia de remoción de DQO con coagulantes químicos como  FeCl3 y  Al2 (SO4)3  la literatura ha señalado mayores eficiencia para el FeCl3 (Núñez et al., 2001; Ebeling et al 2003;.Al-Mutairi et al .2004; Mittal, 2005).Por otra parte, los resultados obtenidos difieren con los alcanzados por Manjarrez et al., (2011) quienes obtuvieron  en una dosis óptima  de Sulfato de Aluminio para una  remoción de turbidez dada,  porcentajes de DQO  de 82,89% DQO.
Por otra parte se  pudo notar como el aumento o disminución de la presencia de  algas influía directamente en el valor de la Turbidez, Color  y los SST e indirectamente en el valor de  la DQO, ya que diferentes estudios han encontrado que las remociones óptimas para la remoción de turbiedad, no siempre son las mismas que en las condiciones óptimas para la remoción de la materia orgánica en el agua. Sin embargo buenas remociones de compuestos orgánicos siempre coinciden con remociones de turbiedad. (Semmens & Field 1980)

3.4. Comparación entre dosis y porcentaje de remoción de SST.

De los dos coagulantes aplicados para tratar el efluente residual el que  obtuvo la mayor remoción en relación al SST fue el Cloruro Férrico con  un 91,03%  y  posteriormente se encuentra el  tratamiento con  Sulfato de Aluminio con una remoción de  88,47% cumpliendo en todos los casos con la normatividad ambiental competente (Decreto 3930/2010  Art.72.SS≥ 50% en carga para usuario existente). La eficiencia en la remoción de SST por parte del Cloruro Férrico, se debe a su capacidad de formar rápidamente  flóculos  más  pesado y de mayor velocidad de asentamiento que las sales de aluminio.
Los resultados obtenidos en  la remoción de SST es muy similar a la obtenida por Torres et al., (2005) que a través de la utilización de Cloruro Férrico como coagulante en la PTAR- Cañaveralejo consiguió remociones de SST por encima del 70%; de igual formas los resultados se asemejan a lo realizado por Friedman (1977)  quienes obtuvieron a partir de coagulación/ floculación/sedimentación porcentajes de  remoción de 80 a 90% de SST causados por algas en suspensión como en el caso del efluente lagunar salguero.

3.5. Comparación entre dosis y  porcentaje de remoción de Algas.

De acuerdo con la investigación, la eliminación de algas con las diferentes dosis de coagulantes químicas escogidas resultaron  muy eficientes, pues como  se  puede observar en la figura 5, la mayor remoción de algas se obtuvo con el Cloruro Férrico en  un 96,22% y  posteriormente  se encuentra el  tratamiento con Sulfato de Aluminio con una remoción de 90,34% ;los resultados obtenidos  son superiores a los alcanzados por Mendoza (2008) y Manjarrez et al.,(2011) quienes obtuvieron 80% y  94,7%de remoción de algas con coagulantes químicos.
De igual forma en esta investigación se pudo evidenciar que donde hubo mayores remociones de algas se presentó mayores remociones de turbidez lo cual afirma lo expuesto por Mendoza (2008) quien afirma que la mayor parte de la turbidez causada en el efluente lagunar Salguero es causado por la alta presencia de  masa algal en el agua. Según Aboytes et al.2004,  el crecimiento anormal de algas y bacterias produce un aumento en la turbidez y color del agua y su reducción es un indicador en la remoción de células coloidales como las algas
4. CONCLUSIONES
Con base en todo lo anterior, se puede deducir que  las sales de alumnio y hierro utilizadas en  proceso de coagulación-floculación son una buena alternativa para la depuración de las aguas residuales domésticas con altas cargas orgánicas y sedimentos  (expresadas en DQO, SST y Algas). Por otra parte,  según los resultados obtenidos  en la presente investigación, se puede evidenciar que las sales férricas como el Cloruro Férrico son más eficientes a la hora de remover materia orgánica en aguas residuales que las sales de aluminio como el Sulfato de Aluminio cuando ambos son utilizados como coagulantes.
5. REFERENCIAS
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Ebeling, J., Sibrell,  P.,  Ogden S.T;  Summerfelt,  S.(2003). Evaluation  of  chemical  coagulation  –  flocculation  aids  for  the  removal  of  suspended solids  and  phosphorous  from  intensive  recirculating aquaculture  effluent  discharge. Aquacult. Eng., 29, 32-42.
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Mendoza, L (2008).Coagulantes Como Alternativa De Tratamiento Para Remoción De Algas Y Fosforo. Tesis de grado Ingeniería Ambiental y Sanitaria. Universidad Popular del Cesar. Valledupar (Colombia)
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