NOTAS DEFINITIVAS TRATAMIENTO DE AGUAS

A CONTINUACIÓN SE MUESTRAN LAS NOTAS DEFINITIVAS DE TRATAMIENTOS DE AGUA.

Apellidos	Nombres	Final
DIAZ	PEDRO	20
BATISTA	MARYURY	20
CASTILLO	LUISANA	19
CHOURIO	YILANGELA	19
CORDERO	RICHARD	20
DOUBRONT	NOLING	20
ESPINOZA	YALITZA	20
GOMEZ	MILANGEL	19
GONZALEZ	ANAHIS	20
HENRIQUEZ	DATYESIS	19
NAVA	ANGEL	19
ORTEGA	EMMANUEL	20
ROJAS	MARIA	19
TEJADA	ELIZABETH	20

III Coagulación - Floculación

NOTA: ESTIMADOS ALUMNOS HAY UN POCO MAS DE INFORMACIÓN SOBRE ESTE TEMA , EL GRUPO QUE NECESITE MAS INFORMACIÓN HACERMELO LLEGAR A TRAVES DE SU CORREO PARA ENVIARSELO ADJUNTO.

III COAGULACIÓN - FLOCULACION

Los compuestos que contiene el agua pueden clasificarse en tres categorías:

Materias disueltas	< 10 nm
Materias coloidales	< 1 mm
MES	< 1 cm

La tabla siguiente reúne los tiempos necesarios para que los materiales y organismos citados recorran 1 m de agua a 20^OC bajo la influencia de su propio peso.

f mm	Partícula	t	SP m2m-3
104	grava	1 s	6 102
103	arena	10 s	6 103
102	arena	2 min.	6 104
10	arcilla	2 h	6 105
1	bacteria	8 días	6 106
10-1	coloide	2 años	6 107
10-2	coloide	20 años	6 108
10-3	coloide	200 años	6 109

Los coloides son partículas imposibles de decantar en forma natural y para ellos los fenómenos de superficie son esenciales determinando la estabilidad de sus suspensiones coloidales. Sobre los coloides actúan dos tipos de fuerza:

· fuerzas de atracción de Van der Waals, que dependen de la estructura, forma de los coloides y naturaleza del medio;

· fuerza de repulsión electroestática que depende de la carga superficial del coloide.

Para desestabilizar la suspensión deberá vencerse la barrera energética. Para eso debe disminuirse las fuerzas de repulsión y eso es lo que se realiza en la coagulación.

La palabra coagulación viene del latín coagulare que significa “aglomerar”. Como proceso unitario la coagulación resulta de una mezcla rápida de reactivos químicos con dispersiones acuosas, con el fín de agrupar los coloides en partículas más grandes. Estas nuevas partículas se eliminan, después de flocularlas, por decantación o filtración. La floculación es un proceso distinto que ocurre al final de la coagulación. Consiste en favorecer la formación de flóculos por adición o no de aditivos, tales como, los ayudantes de floculación. Aún cuando la floculación es la consecuencia natural de la coagulación, los dos procesos corresponden a tecnologías específicas que se implementan según unas reglas específicas de diseño. En consecuencia, la floculación debe considerarse como un proceso distinto al de la coagulación.

El objetivo de la mezcla rápida (“flash mixing”) es el de dispersar rápidamente y uniformemente los químicos en el agua. Su eficiencia es particularmente importante cuando se utilizan coagulantes metálicos, tales como, alumbre o cloruro férrico, ya que su hidrólisis ocurre en un segundo y la adsorción de los coloides que la sigue es prácticamente instantánea. En consecuencia, en la práctica, la dispersión de los coagulantes metálicos debe realizarse en 1-2 s, aún cuando teóricamente no debería durar más de una fracción de segundo. Para los otros químicos, tales como los polímeros, la rapidez de la mezcla no es un factor tan crítico y puede alcanzar varios segundos. Para terminar es importante resaltar que la mezcla rápida de un coagulante es fundamentalmente diferente del concepto habitual de mezcla de líquidos que se tiene en la industria química. En condiciones normales la relación volumen de alumbre/volumen de agua es de 1:50.000. Es así que la dispersión instantánea de una cantidad tan pequeña de producto en el agua representa una situación realmente particular de resolver.

Generalmente, el proceso de coagulación se aplica directamente al agua cruda. En consecuencia, representa junto con el de la oxidación, uno de los procesos más importantes en el tratamiento de las aguas de superficie. Estas aguas contienen sustancias que provienen a la vez del entorno natural y del resultado de las actividades humanas, tales como, sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas, organismos vivos y materias en suspensión. La contaminación de origen natural resulta de la erosión de los suelos y disolución de los minerales; también corresponde a vegetales descompuestos y organismos vivos, tales como, bacterias, algas.

3.1 Fundamentos de la coagulación

Como ya se ha mencionado, la coagulación corresponde a la eliminación de las partículas coloidales, es decir, las partículas cuyo tamaño se encuentra en el rango de 5 a 200 nm. Dichas partículas confieren al agua propiedades indeseables entre las cuales se destacan las siguientes:

1. La turbidez provocada por los materiales arcillosos sobre los que se adsorben sustancias orgánicas. La mayoría de estas partículas son hidrófobas o inmiscibles con el agua. Ellas tienen dimensiones grandes, entre 0,2 y 10 mm y podrían decantar por gravedad si se le da el tiempo adecuado. La coagulación global de todos los coloides favorece su eliminación.

2. La coloración de las aguas naturales, exceptuando los hidróxidos metálicos coloidales, tales como, los del hierro, es provocada por la sustancias orgánicas, es decir, los ácidos húmicos y fúlvicos de peso molecular en el rango de 800 hasta 50.000. En consecuencia, esta coloración puede deberse a moléculas polares que forman con el agua una solución verdadera y de dimensiones entre 3 y 10 nm. Estas partículas son generalmente más pequeñas que las responsables de la turbidez. Ellas son hidrófilas.

3. Debido a su comportamiento, los compuestos orgánicos complejos incorporados al agua por los vertederos de aguas residuales industriales pueden considerarse como coloidales. Es también el caso de los colorantes.

4. Las bacterias, virus y microalgas pueden considerarse como coloides. Son moléculas orgánicas polares hidratadas e hidrófilas. Aún cuando existe la posibilidad de eliminarlas por coagulación, resulta ventajoso matarlas en la primera fase de la coagulación para luego ser consideradas como “materia en suspensión”. Si los microorganismos se eliminan por coagulación-floculación sin desinfección, los lodos permanencen infectados por la presencia de agentes patógenos vivos.

5. Los detergentes, debido a sus propiedades emulsificantes, se adhieren a las partículas hidrófobas y las vuelven hidrófilas, dificultando así su eliminación. Este tipo de coloide se denomina “coloide protegido”.

Los coloides protegidos tienen una importancia cada vez más grande, ya que las aguas usadas domésticas contienen principalmente contaminantes hidrófilos, tales como, detergentes, proteínas, polifosfatos y agentes complejantes fosfatados que favorecen la formación de coloides protegidos. Para facilitar su eliminación, la coagulación debe precederse o acompañarse de una oxidación.

Del punto de vista tratamiento, la diferencia entre coloides hidrófilos y hidrófobos es importante. En efecto la materia coloidal hidrófila reacciona espontáneamente con el agua para formar una suspensión que puede deshidratarse y rehidratarse varias veces, razón por la cual a veces se denominan coloides reversibles. Al contrario, cuando se deshidrata las partículas hidrófobas, éstas últimas generalmente no se redispersan espontáneamente en el agua (se denominan coloides irreversibles). Los sistemas hidrófobos puros no reaccionan con el agua, pero algunas partículas pueden poseer micrositios que las combinan al agua por formación de puentes de hidrógeno

3.4 Floculación

El término floculación se refiere a la aglomeración de partículas coaguladas en partículas floculentas, o sea es el proceso por el cual, una vez desestabilizados los coloides, se provee una mezcla suave de las partículas para incrementar la tasa de encuentros o colisiones entre ellas sin romper o perturbar los agregados preformados.

De la misma manera que la coagulación, la floculación está influenciada por fuerzas químicas y físicas tales como la carga eléctrica de las partículas, la capacidad de intercambio, el tamaño y la concentración de flóculos, el pH, la temperatura del agua y la concentración de los electrolitos.

La floculación se realiza en dos etapas:

· formación de microflóculos

· formación de flóculos decantables a partir de las partículas “descargadas”. Esto puede mejorarse usando otro químico, el ayudante de floculación.

En este proceso intervienen dos fenómenos de transporte:

· para partículas muy pequeñas la agitación térmica (movimiento Browniano) provee cierto grado de transporte de ellas creando la floculación pericinética. Se tiene:

donde n es el número de partículas en suspensión al tiempo t por unidad de volumen

a la fracción de colisiones que producen flóculos satisfactoriamente

k constante de Boltzmann

T temperatura en K

h viscosidad dinámica

Esta floculación ocurre para las partículas de diámetro inferior a 1 mm. Favorece la formación del microflóculo.

· para partículas grandes el movimiento Browniano es muy lento y se requiere algún mecanismo de transporte que induzca la colisión de las partículas creando la floculación ortocinética. Es decir, que ésta última se relaciona con la disipación de energía. Su eficiencia es igual a:

en régimen laminar

y:

en régimen turbulento

En la práctica, el crecimiento de las partículas individuales se manifiesta visual y rápidamente, entre 10 s y 1 min, es decir después de la fase coagulante; a continuación ocurre una floculación más macroscópica, que corresponde según Hudson, a un sistema compuesto de partículas elementales dispersas entre flóculos más voluminosos.

Teniendo en cuenta que la influencia y magnitud del efecto de cada uno de los factores que participan en la floculación no está aún definida exactamente, es importante conocer el comportamiento del agua mediante ensayos de jarras o experiencias previas en plantas de tratamiento.

En resumen, en la floculación, una vez introducido y mezclado el coagulante, las partículas diminutas coaguladas son puestas en contacto una con otra y con las demás partículas presentes mediante agitación lenta prolongada, floculación, durante la cual las partículas se aglomeran, incrementan su tamaño y adquieren mayor densidad. El floculador es, por lo tanto, un tanque con algún medio de mezcla suave y lenta, con un tiempo de retención relativamente prolongado.