LA COAGULACION - FLOCULACION EN EL PROCESO DE TRATAMIENTO

INTRODUCCION Las aguas naturales contienen sustancias tanto disueltas como en suspensin, ambas pueden ser orgnicas e inorgnicas. Las materias en suspensin pueden tener un tamao y densidad tal que pueden eliminarse del agua por simple sedimentacin, pero algunas partculas son de un tamao tan pequeo y tienen una carga elctrica superficial que las hace repelerse continuamente, impidiendo sus aglomeracin y formacin de una partcula ms pesada y poder as sedimentar. Estas partculas, con una dimensin que suele estar comprendida entre 1m y 0,2, son verdaderas partculas coloidales.

Los coloides generalmente son estables en solucin al predominar los factores estabilizantes sobre los desestabilizantes. Los factores estabilizantes son aquellas fuerzas que provocan repulsin entre las partculas como son las fuerzas electrostticas y la propia hidratacin. Los factores desestabilizantes son por el contrario las fuerzas de atraccin que dan lugar a la unin, entre estas figuran el movimiento Browniano, las fuerzas de Van der Waals y tambien en menor grado las fuerzas de gravedad. La coagulacin es por tanto el proceso de desestabilizacin de las partculas coloidales con objeto de anular o disminuir las fuerzas de repulsin .

La coagulacin en el proceso de tratamiento del agua tiene por objeto agrupar estas partculas dispersas en el agua en otras ms voluminosas y pesadas que puedan ser separadas ms fcilmente del agua..

La neutralizacin de la carga elctrica del coloide, objeto de la coagulacin ,se realiza aplicando al agua determinadas sales de aluminio o hierro (coagulantes); generalmente se aplica sulfato de aluminio, de forma que los cationes trivalentes de aluminio o hierro neutralizan las cargas elctricas negativas que suelen rodear a las partculas coloidales dispersas en el agua. Las reacciones de coagulacin son muy rpidas duran fracciones de segundo desde que se ponen en contacto las partculas con el coagulante.

Lacoagulacin se consigue mediante una difusin rpida de las sustanciascoagulantes en el agua objeto del tratamiento, empleando medios de agitacinrpida. Tras la neutralizacin de las partculas coloidales, es decir una vezconseguida la desestabilizacin coloidal, las partculas formadas estn endisposicin de aglomerarse, esta aglomeracin de las partculas descargadas,ayudadas ahora por una agitacin lenta, es el objetivo de la floculacin. Lafloculacin esta relacionada con los fenmenos de transporte de las partculasdentro del liquido, que son los que ocasionan el contacto de las partculascoaguladas.

MEZCLADOR RAPIDO

Lacoagulacin y la floculacin tienen lugar en sucesivas etapas, de forma que unavez desestabilizadas las partculas, la colisin entre ellas permita elcrecimiento de los microflculos, apenas visibles a simple vista, hasta formarmayores flculos. Al observar el agua que rodea a los microflculos, estadebera estar clara, si esto no ocurre, lo ms probable, es que todas las cargasde las partculas no han sido neutralizadas y por tanto la coagulacin no se hacompletado, en este caso ser necesario aadir ms coagulante.(coagulante.jpe)

En la eficacia de la coagulacin influyen diversos factores entre los que destaca el pH y otras caractersticas fsico-qumicas del agua, asi como una adecuada energia de agitacin rpida para conseguir una apropiada dispersin del coagulante y proporcionar las necesarias colisiones entre las partculas para conseguir una optima coagulacin.

A continuacin de la etapa de coagulacin tiene lugar un segundo proceso llamado floculacin, este tiene lugar tras someter a los microflculos a una agitacin lenta que permite la unin de estos en agregados mayores o flculos, visibles ya a simple vista y con la suficiente coesin y densidad para someterlos a la siguiente etapa de sedimentacin. La floculacin requiere un menor gradiente de agitacin para impedir la rotura y disgregacin de los flculos ya formados. Los flculos rotos son difciles de retornar a su tamao inicial.La floculacin se ve mejorada con el empleo de coadyuvantes de esta, conocidos como polielectroltos, estos suelen se macromolculas de polmeros orgnicos (tipo poliacrilamidas).

En el el siguiente cuadro se resume la reduccin que puede conseguirse ,de determinados parmetros o sustancias presentes en el agua mediante la coagulacin

EFECTOS DE LA COAGULACIN SOBRE LAS SUSTANCIAS CONTENIDAS EN EL AGUA

PARAMETROS REDUCCIN MXIMA OBTENIDA MEDIANTE LA COAGULACIN:

0: Nada de reduccin

+: de 0 a 20% de reduccin

++: 20 a 60% de reduccin

+++: > 60% de reduccin

MINERALES

TURBIDEZ +++

MATERIAS EN SUSPENSIN +++

FOSFATOS (P2O5) +++

NITRATOS 0

AMONIO 0

CLORUTOS 0, +

SULFATOS 0, +

FLUORUROS ++

HIERRO +++

ALUMINIO +++

MANGANESO +

COBRE +++

ZINC ++

COBALTO 0

NIQUEL 0

ARSNICO `+++As+5, ++As+3

CADMIO ++, +++

CROMO `+Cr+6, +++Cr+3

PLOMO +++

MERCURIO ++

CIANUROS 0

ORGNICOS

COLOR +++

OLOR 0, +

DQO +++

COT +++

DBO +++

N KJELDHAL +++

FENOLES 0

HIDROC. AROMTICOS POLICICLICOS ++

PESTICIDAS +++

AGENTES DE SUPERFICIE (REACCIONANDO AL AZUL DE METILENO) 0,+

MICROORGANISMOS

VIRUS +++

BACTERIAS +++

ALGAS ++

COAGULACION - FLOCULACIONEl proceso de tratamiento del agua para su potabilizacin comprende diversas fases fundamentales que son, principalmente: la precloracin, coagulacin, floculacin, decantacin, filtracin y desinfeccin. El comportamiento del agua ante cada una de estas fases o ante el conjunto de todas ellas difiere segn las caractersticas del agua a tratar, o si el tratamiento se dirige a la produccin y acondicionamiento del agua para usos industriales especficos, o bien el tratamiento se aplica sobre aguas residuales urbanas, industriales, etc., los procesos, aunque en algunas fases son bastante anlogos, no pueden en cambio considerarse totalmente iguales. El artculo se va a referir al tratamiento para agua potable, aunque puede aplicarse tambin a otros tipos de tratamiento de aguas.

Una de las fases principales en las instalaciones para el tratamiento del agua, es la eliminacin de suspensiones coloidales y partculas de impurezas suspendidas en el agua.

Las operaciones mediante las cuales se facilita la sedimentacin de estas suspensiones y partculas para su posterior eliminacin se conocen con el nombre de coagulacin y floculacin. El control de la coagulacin y floculacin, en una planta de tratamiento de agua, es una de las fases ms importantes y difciles del proceso general.

Para llegar a un mejor conocimiento de las operaciones de coagulacin y floculacin, creemos conveniente recordar previamente lo que se conoce con el nombre de estado coloidal.

En primera aproximacin, se pueden considerar como molculas o partculas coloidales aqullas que tienen una dimensin comprendida entre 1 m y 0,2 . Dentro de los sistemas coloidales, los que ms nos interesa conocer ahora son los sstemas dispersos, en los cuales hay dos fases bien diferenciadas, la fase dspersa y el medio de dspersin.

Entre los tipos de dispersiones coloidales, el que va a ocupar nuestra atencin, al estudiar la coagulacin, es aquel en que la fase dispersa es un slido y el medio de dspersin un lquido.

Todas las dspersiones coloidales tienen una caracterstica comn : su gran relacin rea-volumen en las partculas dispersas; as, por ejemplo, sabemos que un cubo de un cm de lado tiene una superficie de 6 cm2, y cuando se divide en cubos de 10-6 cm de lado, que ya es un tamao coloidal, entonces la superficie total para la misma cantidad de materia es ahora 6 x 106 cm2.

En la interfase entre la fase dispersa y el medio de dispersin hay que considerar propiedades superficiales muy importantes, tales como la adsorcin y los efectos de doble capa elctrica.

Los slidos que se encuentran en el agua, tales como arcilla, materias de origen vegetal, algas y otras materias orgnicas e inorgnicas presentan diferentes tamaos, que van, generalmente, desde las partculas gruesas, que se depositan fcilmente , hasta las que por su pequeo tamao se encuentran en suspensin en estado coloidal .

Son a estas ultimas partculas a las que hay que someter al proceso de coagulacin - floculacin.

Adems de las caractersticas que ya hemos indicado de las partculas coloidales, de ofrecer una gran superficie total, mayor que la total de otras partculas no coloidales del mismo peso, ofrecen otra muy importante, consistente en que estn provistas de carga elctrica.

La carga elctrica del mismo signo de las partculas coloidales (generalmente en el agua las partculas de arcilla y otros coloides tienen carga negativa) originan una repulsin entre ellas, impidiendo as su unin y separacin del lquido, de aqu la necesidad de adicionar un electrolito que neutralice la carga elctrica del coloide para eliminarle por decantacin.

La neutralizacin de las cargas elctricas de los colides en suspensin en las aguas, es la condicin primordial para una buena depuracin por coagulacin y floculacin, aun cuando en el fenmeno de la coagulacin-foculacin influyen tambin otros factores muy importantes.

En el proceso de tratamiento del agua, la coagulacin la definimos como el resultado de la accin electroqumica producida en el agua por la adicin de los coagulantes qumicos, con lo cual se reducen las cargas elctricas superficiales de las partculas coloidales, a la vez que se forman hidrxidos complejos. Estas reacciones se producen normalmente de un modo instantneo, sin otro tiempo que el de la mezcla de los reactivos con el agua.

La floculacin consiste en la reunin de los cogulos formados, venciendo las fuerzas de repulsin y consiguiendo la precipitacin de los hidrxidos. Este proceso requiere un cierto perodo de tiempo.

Al poner en contacto las partculas coloidales con el electrolito, que en nuestro caso son los coagulantes qumicos, los iones de signo opuesto al de la partcula coloidal, que quedan en exceso en la disolucin y que rodean ala partcula, forman con sta una doble capa elctrica. Parte de estos iones quedan fijados al slido por fuerzas electrostticas de adsorcin y los dems constituyen una zona de difusin, hasta llegar a una distribucin inica uniforme en el lquido. La diferencia de potencial de esta capa difusa se conoce como potencial electrocintico o potencial Z.

La mayor parte de las sustancias que se ponen en contacto con un medio polar, como el agua, adquieren una carga elctrica superficial por ionizacin o adsorcin de iones, o ambas cosas a la vez.

En un sistema en el que estn dispersas molculas o partculas coloidales cargadas, ha de haber iones con carga contraria para que exista una electroneutralidad, a estos iones se les llama contra-iones, tambien puede haber iones del mismo signo que la partcula coloidal, a los que se llama co-iones.

La teora de la doble capa elctrica se ocupa de la distribucin de los co-iones y contra-iones en la proximidad de la superficie de una partcula que se encuentra en un medio polar y, como consecuencia, se ocupa, a la vez, de los potenciales elctricos que existen en esta zona.

Por una parte, los contra-iones tienden a unirse a la superficie de la partcula para neutralizar su carga, pero, por otra, la agitacin trmica impide que se forme una doble capa elctrica compacta, o sea que en las proximidades de la superficie de una partcula coloidal cargada hay un equilibrio entre las fuerzas elctricas de atraccin de contra-iones y repulsin de co-iones y la agitacin trmica que tiende a producir una distribucin de los contra-iones en el seno del lquido. Al haber un exceso de estos contra-iones prximos a la superficie de la partcula cargada, originan un apantallamiento que debilita la atraccin electrosttica hacia los contra-iones que se encuentran ms alejados de ella y, por tanto, si se observa el potencial elctrico, se notar que al principio disminuye rpidamente y despus muy lentamente, al ir siendo mayor la distancia a la partcula, hasta llegar a un potencial tericamente nulo, a la distancia infinita de la superficie de la partcula, donde ya la distribucin de las cargas es es uniforme ( Fig.1-2), es decir, se crea una "doble capa" elctrica difusa, debido al efecto combinado de las fuerzas elctricas y la agitacin trmica. Esta doble capa es llamada tambin de Gouy Chapman.

Fig.1-2

Sobre esta teora , Stern consider la posibilidad de que una adsorcin inica especfica originra una capa compacta de contra-iones adheridos a la superficie por fuerzas electrostticas y de Van der Waals, con la suficiente fuerza como para compensar la agitacin trmica, considerando, en este caso, a la doble capa dividida en dos partes que estn en equilibrio, una capa compacta (de Stern) en la cual el potencial disminuye de Y( aYs y una capa difusa en la que el potencial disminuye de (s a cero (Fig.1-2). Si se aumenta la concentracin de electrolito, es decir, de los contra-iones, se aumenta tambin el apantallamiento, y, por tanto, la doble capa difusa se hace ms compacta y el potencial cae ms rpidamente . De igual modo influye el aumento de valencia de los contra-iones(Fig.3-4)

Fig. 3 -4

POTENCIAL ZEs el potencial existente en el plano de deslizamiento entre la superficie cargada y la disolucin de electrolito, o ms concretamente es la diferencia de potencial que existe entre la superficie de separacin de las partes fija y mvil y el seno del liquido.

Posiblemente la superficie cargada lleva adherida una capa de agua de alrededor de una molcula de espesor, principalmente por interaccin carga-dipolo.

La superficie de cizalla se encuentra inmediatamente fuera de la capa de Stern y el potencial Z suele ser ms pequeo en magnitud que (s .Cuando se aumenta la concentracin de electrolito, disminuye el potencial Z , ya que la mayor parte de la cada de potencial ocurre en la parte inmvil de la doble capa.Cuando el potencial Z queda reducido a unos 10 -20 mV, es cuando los choques entre las partculas originan su unin, formando agregados mayores. Estos agregados se forman al vencer la tensin superficial la repulsin electrosttica, que ya es muy pequea. La coagulacin en la practica tiene lugar a un potencial Z que es an ligeramente negativo.En funcin de los iones que rodean a la prticula, el potencial Z disminuir por dos circunstancias: a) Por cambiar la carga de los iones adheridos por otros de mayor valencia y b) Por compresin de la doble capa, hecho que puede ocurrir al aumentar la concentracin del electrolito (coagulante), ya que al aumentar esta concentracin de iones de signo contrario en la capa difusa, esta se comprimir y disminuirn las fuerzas de repulsin y por tanto el potencial Z. A este respecto se puede sealar las conclusiones alcanzadas por Schultze y Hardy en el sentido de que la concentracin de un in cargado positivamente, que se requiere para reducir la carga superficial de una partcula ,es inversamente proporcional a la sexta potencia de la carga de los iones, es decir cuanto ms alta sea la carga, ms baja ser la concentracin requerida. La expresin de Schulze y Hardy es la siguiente. C= K / Z6 , siendo C= Concentracin, Z= Carga, K= Constante.La expresin anterior es una regla terica que solo nos indica la capacidad de neutralizacin de cargas de una partcula, en la practica hay que considerar tambin otros factores como el pH, la temperatura, etc.Sabemos que la electrofresis es el movimiento de las partculas cargadas en el seno de un liquido cuando se aplica un gradiente de potencial. si la partcula colocada en un campo elctrico no experimenta movimiento hacia el ctodo o nodo, es porque el potencial Z vale cero, a este punto se le conoce con el nombre de "punto isoelctrico" y es aqu, en este punto , donde se produce la mejor floculacin, al evitarse el equilibrio de fuerzas que impiden que estas partculas coloidales continen en suspensin.El potencial Z de los coloides depende tambin de un factor muy importante, como es el pH del agua. El pH ptimo de coagulacin ser el existente cuando se alcanza el punto isoelctrico.

Aunque la medida del potencial Z nos proporciona una importante informacin a cerca de la dosis de coagulante a emplear, para seleccionar un coagulante siguen siendo muy tiles los resultados que se obtienen mediante la prueba de jarras (jar-test).

Esquema del potencial Z VER ESQUEMA DE COLOIDE Y CARGAS

IMPORTANCIA DEL pH EN LA COAGULACION

Usando sulfato de almina como coagulante, podemos expresar la reaccin de ionizacin en el agua as :

(SO4)3 Al3 ==== 2 Al+++ + 3 SO4=

Al reaccionar los iones Al+++ con los iones hidrxilo, consecuencia de la alcalinidad del agua (bicarbonatos) o por la cal apagada o sosa aadidas si era insuficiente, se formar hidrxido de aluminio:

(SO4}3 Al2 + 3 (CO3.H}2Ca ==== 2 Al (OH}3 + 3 SO4CA + 6 CO2

(SO4}3 Al2 + 3 Ca (OH}2 ==== 2 Al (OH}3 + 3 SO4Ca

(SO4}3. Al2 + 3 CO3Na2 +3H2O ==== 2 Al (OH}3 + 3 SO4Na2 + 3 CO2

Para cada tipo de agua hay un pH ptimo de coagulacin en el que la precipitacin de hidrxido de aluminio es mxima y el potencial Z es mnimo.

Las anteriores reacciones son reversibles, y, por otra parte, si la dosis de lcali utilizado es insuficiente o excesiva, puede dar lugar a la formacin de sales bsicas o cidas de aluminio (aluminatos) bastante complejas y, adems, son solubles, motivo este por el cual el agua filtrada puede contener indicios de aluminio, mientras que el hidrxido de aluminio formado a un pH determinado no es soluble, por lo que difcilmente pasar a travs del filtro en la fase de filtracin, subsiguiente a la coagulacin, floculacin y sedimentacin.

La coagulacin depende de una serie de caractersticas fsico-qumicas del agua y muy especialmente del pH. Se sabe que para unas determinadas aguas hay una zona de pH en la que una dosis mnima de la sal de Al+++ origina una coagulacin ptima, lo que dar lugar a la formacin de un buen flculo; as, vemos en la figura 5 que para un agua determinada, en el que se ha ido variando su pH inicial, se observa que para pH iniciales comprendidos entre 6,9 y 8,0, el pH ptimo de coagulacin (potencial zeta = 0) se sita en la regin de 6,7 a 6,9, mientras que tambin se ha observado que a medida que el pH inicial del agua se hace mayor, la dosis de coagulante requerida para la anulacin del potencial Z tambin es mayor pudiendo deducirse que para los pH iniciales ms elevados, una parte importante del sulfato de almina es empleada en la acidificacin, por tanto , podra acidificarse previamente el agua, mediante cidos y economizarse as parte del sulfato de almina.

Por otra parte, la superdosis de sulfato de almina, con objeto de bajar el pH, puede, a la vez, originar la formacin de un abundante precipitado de hidrxido de aluminio, menos denso que el flculo formando en la neutralizacin de los coloides por las cantidades requeridas de sulfato de almina y la acidificacin previa si es necesario.

La hidrlisis del sulfato de almina debe ser total, para asegurarse que nada pase al agua filtrada. Siendo el pH de hidrlisis total del sulfato de almina del orden de 6,5- 7,0, a pH inferiores o superiores, puede quedar en solucin y encontrarse por tanto en el agua filtrada. El pH es el parmetro que ms influye en la solubilidad del hidrxido de aluminio formado en la hidrlisis de las sales de aluminio empleadas como coagulantes.En el grfico siguiente, fig.6, se representa el diagrama de las concentraciones de varios monmeros complejos de hidrxido de aluminio en equilibrio con el Al(OH)3.De los anteriores conceptos se deduce que para obtener una buena coagulacin se debe trabajar a un pH comprendido entre el de hidrlisis y el de coagulacin, y, por otra parte, para que la coagulacin origine una buena floculacin se deber usar la menor dosis posible de sulfato de almina. .

Vemos, pues, que estos tres factores de hidrlisis, coagulacin y floculacin se deben controlar continuamente, podemos decir entonces que de la naturaleza del agua depender el pH con el cual se produce la mejor coagulacin, y para que el agua filtrada contenga los menores indicios posibles de Al+++ se deber operar a un pH comprendido en el de hidrlisis total.

Lgicamente, por la hidrlisis del sulfato de almina el pH del agua disminuye, pudiendo llegar a ser agresiva, y entonces es posible que sea necesario incorporar un reactivo que eleve este pH, generalmente se suele utilizar hidrxido clcico, esta elevacin del pH se debe realizar despus de adicionado el coagulante, pues en, caso contrario puede dar lugar a la disolucin de algunas materias slidas, generalmente orgnicas, con lo que podran escapar a la filtracin y pasar al agua filtrada.

Tambin es posible que el pH ptimo para una buena coagulacin comunique al agua ya decantada un cierto carcter agresivo, por lo que debemos aumentar, posteriormente, este pH.

Como la coagulacin resulta de la neutralizacin de las cargas elctricas de los coloides y con sales de aluminio o de hierro (por ejemplo sulfato de almina empleado como coagulante ), puede ocurrir que si despus de coagulada el agua, se eleva el pH, la carga elctrica de los hidrxidos se invierta, originndose una repulsin entre los hidrxidos y los hidrxidos-coloides, al cargarse negativamente ambos, con lo cual los flculos formados se deshacen pasando todo a su primitivo estado de coloide. Para evitar este inconveniente, el pH de un agua coagulada no se debe elevar antes de haberle eliminado los flculos.

La dosis de coagulante depende por supuesto de la turbidez del agua y como ya se ha venido indicando del pH, pero no hay que olvidar que el rango o intervalo de pH est muy relacionado con la dosis de coagulante, as a mayor dosis de coagulante mayor ser el intervalo de pH eficaz, mientras que el valor optimo de pH se mantiene practicamente constante, esto se aprecia en el siguiente grfico de la fig.7, donde se comprueba igualmente que la turbidez de un agua coagulada con un determinado coagulante presenta un mnimo (en este caso para sulfato de aluminio el mnimo es ligeramente inferior a pH = 7).

Fig.- 7

En la coagulacin-floculacin se estn empleando actualmente coadyuvantes para favorecer principalmente la floculacin con el sulfato de almina, al formar flculos ms cohesionados y densos.

El sulfato de almina da lugar, por hidrlisis, a un precipitado de hidrxido de aluminio, que tiene una carga elctrica positiva ( en la zona de pH bajo al que se trabaja), que, como ya se indica, neutraliza a las partculas de signo opuesto que existen en el agua, pero al ser adsorbidas estas partculas del agua por el coagulante suele quedar una carga elctrica positiva residual en la superficie de los agregados formados entre coagulante y partcula, que origina una repulsin entre estos agregados (flculos), que puede ser superior a las fuerzas de cohesin, con lo cual se impide que la aglomeracin contine, en esta situacin juega un papel fundamental los polielectrolitos empleados como coadyuvantes de la floculacin. Un polielectrolto es un polmero que puede disociarse dando iones cargados elctricamente, estos polmeros son de alto peso molecular, un ejemplo de estos productos son las poliacrilamidas.

Cuando el agua se trata nicamente con sulfato de almina, slo se consume una parte del sulfato de almina para realizar la precipitacin de color y de la materia coloidal, actuando el resto como floculante de una eficacia relativamente baja, formando un gel de hidrxido de aluminio que va englobando a los coagulos formados, originando una especie de coagulacin de barrido (sweep coagulation). Esta masa o gel de hidrxido de aluminio es muy util al atrapar pequeas partculas e incluso sustancias orgnicas e inorgnicas disueltas. Por otra parte hay que procurar que la menor cantidad posible de aluminio o hierro, procedentes del coagulante queden en solucin, para lograr esto, la coagulacin-floculacin debe tener lugar al pH para el cual tanto el aluminio como el hierro tengan el menor grado de solubilidad. El control del pH es muy importante si se emplea la coagulacin de barrido. En el grfico de la fig.8 se muestra el aluminio residual en funcin del pH a diferentes temperaturas, y en el de la fig.9, se presentan los resultados de un ensayo de coagulacin en el que se determin el contenido de aluminio residual del agua coagulada y filtrada por dos membranas de 0,05 y 0,45 m, incluyendo tres rangos de aluminio, desde 0,02 mg./l. a 0,2 mg./l. y los pH a los que habra que operar para no sobrepasar estas concentraciones de aluminio, por ejemplo para encontrar 0,2 mg./l. el pH debera estar entre 5,5 y 7,4, mientras que para un aluminio residual de 0,05 se debera operar a un rango de pH entre 5,9 y 6,6.

Fig.- 8 Fig.- 9

El uso de los coadyuvantes de floculacin permite reducir la dosis de sulfato de almina hasta la cantidad suficiente para eliminar la materia coloidal y el color, ya que el poder floculante del coadyuvante es superior al del sulfato de almina.

En ensayos realizados con objeto de observar la reduccin en la turbiedad del agua, despus de floculada y decantada, sin el empleo de coadyuvante alguno y con el empleo de alguno de ellos, se ha llegado a obtener una reduccin en la turbiedad de hasta el 60 % ms que en los ensayos en que se emple slo sulfato de almina sin coadyuvante alguno.

CINETICA DE LA FLOCULACION

La velocidad de floculacln de una dispersin coloidal o sol, depende de la frecuencia del choque de las partculas entre s y de la probabilidad de que su energa trmica sea lo suficientemente grande como para superar a la energa potencial de repulsin para la floculacin cuando los encuentros entre las partculas tienen lugar .

La floculacin ocurre mediante dos mecanismos: la floculacin ortocintica y pericintica a los cuales se ven sometidas las partculas sometidas a la desestabilizacin, influyendo en gran medida el tamao de las partculas, as en las partculas pequeas (menores de 1 m) juega un papel ms importante la floculacin pericintica influida por efecto trmico que da lugar al movimiento browniano que distribuye uniformemente las partculas en la solucin, y en el caso de partculas de mayor tamao tiene una gran importancia el gradiente de velocidad del liquido(G), predominando la floculacin ortocintica. En definitiva en el fenmeno de la floculacin el nmero de choques entre partculas es proporcional a la concentracin de estas, a su tamao y al gradiente de velocidad. Considerando que no haya barrera de energa potencial y que cada choque entre las partculas d lugar a un contacto permanente, Smoluchowski desarroll una teora de floculacin rpida. Supone que la floculacin slo est controlada por la difusin, en el caso de un sol mono-disperso en que las partculas sean esfricas se tendr:

n = no/(1 + 4 . D . a . no . t) donde n es el nmero de partculas por mililitro al cabo de un tiempo de floculacin t, n0 el nmero inicial de partculas por mililitro, a, el radio efectivo de las partculas y D, el coeficiente de difusin.Conociendo el valor del coeficiente D, resulta posible, por medio de la anterior ecuacin, calcular, por ejemplo, el tiempo necesario para que el nmero de partculas llegue a ser la mitad, un tercio, etc., del nmero inicial de partculas.La cintica de la floculacin se puede estudiar al estabilizar la dispersin coloidal por medio de gelatina en un momento dado y a ciertos intervalos de tiempo y contar entonces las partculas con la ayuda de un ultramicroscopio.En el caso de existir una barrera de energa potencial de repulsin, slo algunos de los choques entre las partculas darn lugar a contactos permanentes, no pudindose, por tanto, aplicar las frmulas anteriores, es decir, la energa potencial retrasa la velocidad de floculacin.Debido a la complejidad de las reacciones entre las sustancias del agua y los reactivos aadidos, la influencia del pH, temperatura, grado de agitacin, etc., es difcil hallar la dosis de reactivos exacta, necesaria para obtener una buena coagulacin, an cuando se conozcan las sustancias presentes en el agua.En la prctica, para conocer la dosis ptima de sulfato de almina, hidrxido clcico u otro reactivo, as como el pH ptimo, se recurre a los ensayos de floculacin en laboratorio, con los cuales, y mediante tanteos, llegamos a conocer las dosis ptimas de reactivo, segn el perodo y grado de agitacin escogido.

Para realizar estos ensayos de floculacin, se utiliza un floculador, que en esencia es un agitador formado por una serie de vasos, en cada uno de los cuales se introduce una paleta agitadora, accionada por un motor elctrico, que comunica las mismas revoluciones a todas las paletas. En los vasos, generalmente de un litro de capacidad, se introduce el agua con los reactivos correspondientes. Para que los resultados de los vasos sean comparables, la velocidad de rotacin de cada paleta, como ya hemos dicho, deber ser igual. Las paletas debern poder girar entre 20 y 200 rpm.El modo de proceder es el siguiente :-Se toma un litro de agua a ensayar en cada uno de los vasos del agitador, habindose determinado previamente algunas de las caractersticas ms importantes del agua, tales como turbiedad, color, pH y alguna otra que tambin interese, segn el tratamiento al que posteriormente se va a someter.-Puesta en marcha la agitacin, se van aadiendo a cada vaso las dosis de los reactivos a emplear que, como primera aproximacin, se hayan escogido.A mayor escala, dentro ya de la Estacin de Tratamiento, generalmente el coagulante se suele introducir antes que el lcali, de igual modo que el cloro usado en precloracin puede ser ms eficaz adicionndolo antes que el coagulante, de todas formas, los ensayos de laboratorio son los que permiten ver el orden en la dosificacin.-La agitacin se mantendr durante 20 minutos, siendo conveniente los dos primeros minutos agitar a la mxima velocidad y los restantes, a la velocidad que se haya escogido, generalmente 50 r /m.-Se anota el momento en que en cada vaso aparece el primer flculo visible, de igual modo, al final de la agitacin se anota el aspecto, cantidad y tamao de los copos y cualquier observacin que, posteriormente, nos pueda servir para diferenciar un vaso de otro.-Finalizada la agitacin se dejan en reposo todos los vasos un determinado tiempo, generalmente 10 minutos, para que sedimenten los flculos formados-A continuacin se decanta una porcin de agua de las partes superiores de cada vaso, midiendo en estas muestras de agua decantada el color, turbiedad y pH principalmente. Tambin puede hacerse ms completo el ensayo pasando una parte del agua decantada de cada vaso por un filtro de papel y medir despus el color y turbiedad del agua filtrada.-Por ltimo, se interpretan los resultados obtenidos, de forma tal que las dosis de reactivos aadidos a la muestra en la cual la reduccin del color y turbiedad del agua decantada sea mayor, las consideremos como las dosis ptimas.

Generalmente, estos ensayos deben realizarse manteniendo constante, ya sea el p H, y variando las dosis de coagulante y coadyuvante o a la inversa. Tambin deben ensayarse diversos perodos y velocidades de agitacin.En el cuadro siguiente resumimos los resultados de un ensayo de coagulacin-floculacin en vaso, en el que el pH ptimo de coagulacin y la dosis de coadyuvante polielectrolito se ha comprobado por ensayos anteriores de tanteo, que eran 6, 9 y 0,1 respectivamente. Tratamos ahora de conocer la dosis ptima mnima de coagulante y la del lcali.A la vista del resultado visual y el anlisis del agua decantada, vemos que una dosis de 20 ppm es, en este caso, la ms ptima para 0,1 ppm de polielectrolito y un pH de coagulacin de 6,9.Las dosis de reactivos vienen dadas en ppm (partes de milln), equivalente a mg de reactivo por litro de agua. La unidad de medida usada para el color es la unidad AlIen.Hazen ( cloroplatinato potsico-cloruro de cobalto) y la unidad de medida para la turbiedad la NTU (Unidad Nefelomtrica de Turbided).Obtenida la dosis ptima aproximada del coagulante, se tratar por medio de otro ensayo ajustar ms esta dosis, realizando otra serie con dosis, por ejemplo, de 18, 19, 20, 21 y 22 ppm de sulfato de almina.

VASO,

DOSIS DE

SULFATO DE ALUMINA

DOSIS DE

CAL

DOSIS DE POLIELEC

TROLITO

Resultado visual floculacin

AGUA DECANTADA

Color

Turbiedad

pH

1

2

3

4

5

8

12

16

20

24 0

2

4

6

8 0,1

0,1

0,1

0,1

0,1Mal

Regular

Bien

Muy bien

Regular40

30

20

5

1512

8

6

/span>

3

7 6,9

6,8

6,8

6,9

6,9

Observaciones.- Los primeros flculos aparecen a los tres minutos de agitacin en el vaso N 3. En el N 1 apenas hay floculacin, yen el N 2, los flculos son tan pequeos, que pueden considerarse microflculos.

En la figura siguiente de representa el esquema de un agitador-floculador de laboratorio con los vasos correspondientes, en los cuales hemos representado lo que de una forma visual se ha obtenido en el ensayo que anteriormente hemos expuesto.

En el vaso n 1, (de izquierda a derecha) para el que indicbamos que el resultado de la floculacin era "mal ", observamos cmo los flculos son muy pequeos y sedimentan muy difcilmente; en el n 2, que indicbamos floculacin "regular", ya se ven flculos algo mayores, an cuando en la parte superior los hay tambin pequeos; En el n 3, floculacin " bien ", los flculos son ya mayores y ms densos, quedando en la parte superior, el agua ms clarificada; En n 4, indicado como floculacin " muy bien ", la mayor cohesin y densidad de los flculos, les hace aglomerarse en el fondo del vaso, quedando ms zona clarificada en la parte superior del vaso; en el vaso n 5, floculacin " regular ", es bastante similar al n 2. Otro medio de conocer y controlar el proceso de coagulacin, muy practico, es el del filtro piloto, consistente en tomar una muestra de agua, y siguiendo el mismo proceso de adicin de reactivos que el de la propia planta, filtrar a continuacin por un filtro piloto en las mismas condiciones, controlando diversas caractersticas del efluente, principalmente el color, la turbiedad y el contenido de aluminio.Para que las partculas que se encuentran en el agua y las del coagulante puedan reaccionar, ser preciso que estn en contacto unas con otras, por lo tanto ser necesaria una agitacin del liquido para mantener este contacto. Esta agitacin deber ser rpida durante un breve perodo inicial para dispersar bien la coagulacin y favorecer las reacciones de coagulacin, y ms lenta durante el perodo de floculacin. El contacto entre las partculas se ver aumentado a medida que aumenta su concentracin en el agua, con este objeto es conveniente que en el liquido se conserve una determinada cantidad de flculos que anteriormente se han formado. Durante la floculacin la agitacin deber ser lo suficientemente lenta para no deshacer los flculos formados, dando entonces nuevamente lugar a una suspensin coloidal.

Las instalaciones de floculacin son actualmente muy variadas, abarcando desde sencillos depsitos de floculacin, con placas deflectoras, hasta las instalaciones provistas de agitadores mecnicos de paletas, mantenindose en parte de estas instalaciones, el contacto entre las partculas formadas en tratamientos anteriores y las que se estn formando en cualquier momento. Existen instalaciones en las que en una misma instalacin se realiza la mezcla, coagulacin, floculacin, sedimentacin y eliminacin de los precipitados, son estos en general los floculadores-decantadores.

ESQUEMA DE LOS FENOMENOS Y DE LA TERMINOLOGIA ASOCIADA A LAS DIFERENTES ETAPAS DE LA COAGULACION-FLOCULACION

Etapas

Fenmenos

Terminologa

1.-Funcin del reactivo

- Coagulante

- Floculante o ayudante de floculacin si interviene a partir de la fase 2.4

1.1 Preparacin: Disolucin, ionizacin, polimerizacin ...

DILUCION

1.2 Introduccin: Dispersin, difusin, contacto reactivo-partcula

MEZCLA RAPIDA

1.3 Reaccin con el agua: Ionizacin, hidrlisis, polimerizacin, formacin de hidrxidos complejos con las sales de aluminio

HIDROLISIS

2. Desestabilizacin de la particula

2.1 Compresin de la doble capa elctrica por iones opuestos, que no se hidrolizan (Interacciones electroestticas)

COAGULACION

COAGULACION

AGREGACION

2.2 Disminucin del potencial de superficie por adsorcin de iones en la superficie de la partcula

2.3 Englobamiento en un precipitado

MICROFLO-CULACION

2.4 Unin entre partculas por adsorcin especfica de especies (polimricas de coagulante o de floculante. Agregacin mutua.

3. Transporte de la partcula

(Contacto entre partculas)

3.1 Movimiento Browniano (Para partculas inferiores a 1 Fm)

FLOCULACION PERICINETICA

3.2 Movimiento del agua

FLOCULACION ORTOCINETICA

3.3 Movimiento (diferencial) de partculas (sedimentacin, flotacin ...)

4. Separacin

Sedimentacin, decantacin, flotacin, filtracin ....

Los filtros de arena son los elementos ms utilizados para filtracin de aguas con cargas bajas o medianas de contaminantes, que requieran una retencin de partculas de hasta veinte micras de tamao. Las partculas en suspensin que lleva el agua son retenidas durante su paso a travs de un lecho filtrante de arena. Una vez que el filtro se haya cargado de impurezas, alcanzando una prdida de carga prefijada, puede ser regenerado por lavado a contra corriente.La calidad de la filtracin depende de varios parmetros, entre otros, la forma del filtro, altura del lecho filtrante, caractersticas y granulometra de la masa filtrante, velocidad de filtracin, etc.Estos filtros se pueden fabricar con resinas de polister y fibra de vidrio, muy indicados para filtracin de aguas de ro y de mar por su total resistencia a la corrosin. Tambin en acero inoxidable y en acero al carbono para aplicaciones en las que se requiere una mayor resistencia a la presin.

Filtros de Arena en PRFV

Los filtros de carbn activo se utilizan pricipalmente para eliminacin de cloro y compuestos orgnicos en el agua. El sistema de funcionamiento es el mismo que el de los filtros de arena, realizndose la retencin de contaminantes al pasar el agua por un lecho filtrante compuesto de carbn activo. Muy indicados para la filtracin de aguas subterrneas. Se fabrican en acero inoxidable, en acero al carbono y en fibra de vidrio.

Instalacin de Filtracin por Lecho de Silex y Carbn Activo

Esterilizadores Ultravioleta para agua (lmparas Ultravioleta)La desinfeccin de agua por radiacin ultravioleta (U.V.) es un procedimiento fsico, que no altera la composicin qumica, ni el sabor ni el olor del agua. La seguridad de la desinfeccin U.V. est probada cientficamente y constituye una alternativa segura, eficaz, econmica y ecolgica frente a otros mtodos de desinfeccin del agua, como por ejemplo la cloracin.La radiacin U.V. constituye una de las franjas del espectro electromagntico y posee mayor energa que la luz visible. La irradiacin de los grmenes presentes en el agua con rayos U.V. provoca una serie de daos en su molcula de ADN, que impiden la divisin celular y causan su muerte.

La luz ultravioleta, a la onda germicida de 253.7 nanmetros, altera el material gentico (DNA) en las clulas para que los microbios, virus, mojo, alga y otros microorganismos no puedan reproducirse. Los microorganismos estn considerados muertos y se les elimina el riesgo de enfermedad.

La principal aplicacin de los equipos U.V. es la desinfeccin de agua. Cualquier industria que utilice agua en su proceso industrial es susceptible de usar estos equipos. Los equipos U.V. tambin estn indicados para tratamientos de superficies y aire. Los esterilizadores U.V estn compuestos por

Cmara de Irradiacin

Tubo de cuarzo

Lmpara germicida

Cuadro elctrico constituido por:

-Interruptor/ piloto de funcionamiento

-Indicador visual de avera de cada lmpara

-Medidor de horas de uso.

Nuestra amplia gama de caudales, desde 500 I/h en adelante, y la gran versatilidad de los equipos, que pueden ser montados en lnea o en paralelo, vertical u horizontalmente, equipos compactos o modulares, hacen muy fcil su incorporacin y montaje en cualquier tipo de industria.Ventajas: A diferencia del cloro y el ozono, el UV no genera subproductos de desinfeccin como trihalometanos (THM) y bromato, que son considerados cancergenos.

El UV no altera el sabor, olor, color y pH del agua.

El UV no requiere la adicin de productos qumicos. El UV es un equipo compacto, fcil de instalar y casi no requiere mantenimiento

Por otro lado, los sistemas de desinfeccin domsticos de bajo costo que ofrecemos, solucionan con xito los problemas de agua del

Provee desinfeccin sin el uso de qumicos

Reduce bacteria, virus y protozoa en un 99.99%

Arranques electrnicos proveen un voltaje estable

Avisa cuando requiere mantenimiento

Fabricado en acero inoxidable 304 pulido

Fcil de operar y mantener

Esterilizadores Ultravioleta en el tratamiento de aguaLas aplicaciones a las que estn destinadas nuestros equipos se enumeran a continuacin:Aplicaciones

Agua de pozo

Agua superficial

Agua municipal

Procesamiento de alimentos

Hospitales

Acuacultura

Electrnicos

Farmacuticos

Hoteles

Embotelladoras de agua

Tratamiento de piscinas. Mediante nuestros equipos de radiacin UV conseguimos desinfectar la piscina con el consiguiente ahorro de cloro qumico. Adems, mediante procesos fotoqumicos, la radiacin ultravioleta elimina las cloraminas, compuestos organoclorados responsables del tpico olor a piscina. Combinando el ozono con un equipo ultravioleta se genera un efecto sinrgico entre ambos que potencia la eliminacin de microorganismos y favorece ciertas reacciones fotolticas, que combinadas con el poder oxidante del ozono mejora enormemente la calidad del agua.

Tratamiento de aguas sanitarias o aguas residuales con carga biolgica. Elimina cualquier tipo de problema sanitario o biolgico que el efluente pudiese originar como la propagacin de la legionella. Combinado con otros tratamientos supone una operacin eficaz de desinfeccin y adecuacin de un efluente sanitario o industrial.

Tratamientos terciarios de aguas residuales para riego. Mediante la radiacin ultravioleta se reduce la carga biolgica de efluentes industriales provenientes de una EDAR hasta lmites admisibles para riego de jardines, reutilizacin de aguas para riego de campos de golf y agricultura en general lo cual favorece un aprovechamiento favorable de los recursos hdricos.

Tratamiento de agua potable. Nuestros equipos consiguen una rpida desinfeccin del agua de consumo sin necesidad de depsitos de mezcla ni del uso de otro tipo de desinfectantes qumicos como el cloro. Este sistema posee una instalacin sencilla y eficaz, a la vez que segura.

SISTEMAS GWTG-UV: Los sistemas GWTG-UV utilizan balastos electrnicos avanzados de output variable, desarrollados especficamente para operar las lmparas Philips. Ofrece multitud de prestaciones nicas para un mximo rendimiento y fiabilidad del sistema..

La intensidad UV a la que es expuesto un organismo depende de la potencia de la lmpara, la claridad del tubo de cuarzo y la transmitancia del efluente. Utilizando censores UV dedicados montados dentro de las disposiciones de las lmparas y el medidor de horas de uso le permitirn evitar operar el equipo sin alguna lmpara funcionando o fuera de su periodo de vida.

El tiempo de exposicin se deriva de la relacin del volumen del "reactor" del sistema UV con el caudal del efluente. La dosis UV resultante puede calcularse por el sistema de control como producto la la intensidad UV medida y el tiempo de exposicin.

PRODUCCIN UV-C

La fuente de ultravioleta es bsicamente una fusin de un tubo de silicio cuarzo, tpicamente con un dimetro comprendido entre 15mm y 25mm y con una longitud que va desde 100mm hasta 1200mm. El gas inerte con el cual el tubo es llenado proporciona la descarga primaria y la accin necesaria para excitar y vaporizar los minsculos depsitos de mercurio.

DOSIS ULTRAVIOLETA

La dosis UV es el producto de la intensidad de UV (expresado como energa por unidad de rea)

Por lo que:- DOSIS = I x T

Esto es comnmente expresado como 1mj/cm=2 micro vatio segundo/cm2

La mnima dosis pared expresada por Willand da al usuario el aseguramiento garantizado del xito del suceso. Las dosis medias y acumulativas son ofrecidas por otros dependiendo de las caractersticas de turbulencia del flujo las cuales pueden desaparecer cuando el flujo es variable.

Willand recomendara la dosis de UV apropiada para cada aplicacin dentro de la calidad del agua, envejeciendo tubos de arco , Standard industriales y desafos microbiolgicos.

APLICACIONES DESINFECCIN

LQUIDOS :- Agua, Siropes, Emulsiones, sal. SUPERFICIE :- Empaquetando, Transportadores, Alimento, Superficies De trabajo. GASES/AIRE :- Preparacin de comida, limpieza de cuartos, Aire acondicionado. REACCIONES FOTOQUMICAS

Funcin de los Filtros de Carbn Activado

Los Filtros de Carbn Activado tienen la capacidad de retener ciertas partculas( productos orgnicos, gases disueltos, cloros, etc), muchas de las cuales producen olores y/o sabores indeseados, tanto del aire como del agua.

En el Tratamiento de Aguas Potables, los Filtros de Carbn Activado son prcticamente los ltimos usados en todo el proceso de Potabilizacin. De esta forma, se garantiza su efectividad y duracin.

Es muy recomendable usar los Filtros de Carbn activado con un Pre-filtro y un Post-filtro. La funcin del primero es retener impurezas o partculas en suspensin, alargando de esta forma la vida de las partculas de Carbn Activo. La funcin del Post-Filtro es la de retener las partculas de Carbn Activo y evitar su paso al agua o aire tratado.

Este tipo de filtro funcionan por un proceso electro-qumico conocido por ADSORCION, proceso por el cual las molculas de determinadas impurezas se adhieren a la superficie del carbn activado. La efectividad del filtro de Carbn Activado depender del tipo y de la cantidad de partculas de Carbn activo contenido en l.

Tipos de Carbn Activado para Filtros

Bsicamente, existen 2 tipos de Carbn Activado Carbn Activado en Polvo ( P.A.C.)

Carbn Activado Granular, en grano. ( G.A.C.)

Regeneracin de los Filtro de Carbn Activo

La duracin de este tipo de filtros depende del volumen de gases o lquidos a tratar ( habitualmente agua potable o aire), y de la cantidad de molculas a retener. Muchos de estos filtros vienen en formato "cartucho filtrante de Carbn Activado", que deben ser sustituidos como tal al final de su plazo de uso recomendado. Otros filtros, o mejor dicho, el Carbn Activo de esos filtros pueden ser "regenerados", permitiendo continuar su uso con un rendimiento aceptable. Los mtodos de Regeneracin de Filtros de Carbn Activado suelen ser trmicos ( en horno o mediante vapor), o tambin Qumicos.

QUE ES LA FILTRACION ?

La filtracin puede definirse como la separacin de uno o ms elementos slidos de un elemento fluido( lquido o gas), mediante el el paso de la mezcla a travs de un elemento poroso filtrante, llamado filtro.

FILTROS

Los Filtros o elementos filtrantes son los elementos fundamentales en los Procesos de Filtracin o Filtrado. Los filtros pueden catalogarsd puede definirse como la separacin de uno o ms elementos slidos de un elemento lquido, mediante el el paso de la mezcla a travs de un elemento poroso filtrante, llamado filtro.

TIPOS DE FILTROS

Los Filtros o elementos filtrantes pueden ser catalogados en funcin de mltiples caractersticas, siendo las principales: Material de fabricacin. Los filtros pueden ser fabricados de multitud de materiales, en funcin del destino de su uso. Hay Filtros fabricados en celulosa, textiles, fibras metlicas, polipropileno, polister, arenas y minerales, etc

Propiedades de filtrado: Una catalogacin muy importante de los Filtros o elementos filtrantes es el tamao mximo de las partculas que permiten pasar, definido por el tamao del poro. Por ejemplo, se habla de filtros de 2 micras, filtros de 10 micras, etc. La clasificacin en funcin de el tamao de las partculas a filtrar, se catalogara en este orden: Filtracin gruesa, Filtracin fina, Microfiltracin, Ultrafiltracin y Nanofiltracin.

Caudal de Filtrado. Cada filtro posee, en funcin de su porosidad y superficie, un Caudal mximo de filtrado, por encima del cual el elemento filtrante ( filtro) estara impidiendo el paso de forma significativa del fluido a filtrar.

Elemento a filtrar: En el mercado existen Filtros para Agua, filtros de Aceite, de Aire, gasolinas y combustibles, de gases, etc.

Forma: Los Filtros pueden ser planos, redondos, Filtros de manga, de cartucho, de bolsa, etc.

TECNICAS DE FILTRACION La experimentacin y anlisis de los sistemas de filtrado habituales han dado paso a nuevas Tcnicas de Filtracin, con el fin de mejorar el resultado final, mediante la eficacia y eficiencia de todos los elementos. En mltiples sistemas ha pasado a combinarse tcnicas, elementos y sistemas, como por ejemplo el aadir sistemas de Filtros de Bypass a los Filtros de flujo completo habituales, que permite el uso de elementos filtrantes ( filtros) ms finos, sin reducir o impedir el flujo del fluido o lquido filtrado. Tambin se ha mejorado en la utilizacin de Filtros en serie, como los que habitualmente se usan para el tratamiento y potabilizacin de agua, pudiendo usar en primer lugar filtracin por lecho de arena, filtros de carbn activado, membranas de smosis inversa, y filtros en lnea posteriores. El adecuado diseo del Sistema de Filtrado es bsico para su efectividad y sencillez de operacin y mantenimiento.

FILTRO DE CARBON

Tanque pulmon