Tratamiento exterior

Captulo 04 La aireacinCaptulo 05 AclaracinCaptulo 06 FiltracinCaptulo 07 Precipitacin reblandecimientoCaptulo 08 de intercambio inicoCaptulo 09 Membrane Systems

Captulo Cuatro - La aireacinMtodos de aireacinAplicacionesLimitacionesLa aireacin es un proceso unitario en el que el aire y el agua se ponen en contacto ntimo. La turbulencia aumenta la aireacin de las corrientes de agua (Figura 4-1). En los procesos industriales, el flujo de agua se dirige generalmente a contracorriente al flujo de aire atmosfrico o de tiro forzado. El tiempo de contacto y la proporcin de aire al agua debe ser suficiente para la eliminacin eficaz del gas no deseado. La aireacin como una prctica de tratamiento de agua se utiliza para las operaciones siguientes:la reduccin del dixido de carbono (descarbonatacin)oxidacin del hierro y el manganeso se encuentra en muchas aguas de pozo (torre de oxidacin)reduccin de amoniaco y sulfuro de hidrgeno (stripping)La aireacin es tambin un mtodo efectivo de control de bacterias. MTODOS la aireacin Dos mtodos generales se pueden utilizar para la aireacin de agua. El ms comn en uso industrial es el aireador-cada de agua. Mediante el uso de boquillas de pulverizacin, el agua se divide en pequeas gotitas o una pelcula delgada para mejorar el contacto de aire en contracorriente. En el mtodo de difusin de aire de ventilacin, el aire se difunde en un recipiente receptor que contiene contra-corriente de agua que fluye, la creacin de pequeas burbujas de aire. Esto asegura un buen contacto aire-agua para "lavado" de los gases indeseables del agua. Agua-Fall aireadores Muchas variaciones del principio de la cada de agua se utilizan para este tipo de aireacin. La configuracin ms sencilla emplea un elevador vertical que descarga agua por cada libre en una cuenca (Figura 4-2). El elevador funciona generalmente en la cabeza de agua disponible. La eficiencia de aireacin se mejora a medida que aumenta la distancia de cada. Adems, se pueden aadir pasos o estantes para romper la cada y difundir el agua en lminas o pelculas delgadas, lo que aumenta el tiempo de contacto y la eficiencia de aireacin. Bandeja de Coca-Cola y de listones de madera o de plstico aireadores-cada de agua son relativamente similares en diseo y tienen la ventaja de las pequeas necesidades de espacio. Aireadores bandeja de coque son ampliamente utilizados en hierro y manganeso de oxidacin debido a un efecto cataltico est asegurada por el contacto de la plancha / agua de manganeso-cojinete con precipitados frescas. Estas unidades consisten en una serie de bandejas llenas de coque a travs del cual el agua se filtra, con aireacin adicional obtenida durante la cada libre de una bandeja a la siguiente. Madera o bandeja listn plstico aireadores son similares a pequeas torres de refrigeracin atmosfricos. Los listones de la bandeja estn escalonados para romper la cada libre del agua y crear pelculas delgadas antes de que el agua finalmente cae en la cuenca. Proyectos de aireadores de agua cada forzada (ver Figura 4-3) se utilizan para muchos propsitos de acondicionamiento de agua industriales. Madera horizontal o bandejas de tablillas de plstico, o torres llenas de empaque de diferentes formas y materiales, estn diseados para maximizar la interrupcin de la cada de agua en pequeas corrientes de mayor contacto aire-agua. El aire es forzado a travs de la unidad por un ventilador que produce la distribucin de aire uniforme a travs de toda la seccin transversal, cruzar la corriente o en contracorriente a la cada del agua. Debido a estas caractersticas, los proyectos de aireadores forzados son ms eficientes para la eliminacin de gas y requieren menos espacio para una capacidad dada. Sistemas de difusin Difusin de Aire aireadores aire airear bombeando aire al agua a travs de tuberas perforadas, tamices, placas porosas, o tubos. La aireacin por difusin es tericamente superior a la aireacin-cada de agua porque una fina burbuja de aire ascendente a travs del agua est continuamente expuesta a las superficies de lquido fresco, proporcionando la mxima superficie de agua por unidad de volumen de aire. Adems, la velocidad de las burbujas que ascienden a travs del agua es mucho menor que la velocidad de las gotas en cada libre de agua, proporcionando un tiempo de contacto ms largo. Se logra la eficiencia ms grande cuando el flujo de agua est en contracorriente a las burbujas de aire ascendentes. APLICACIONES En acondicionamiento de agua industrial, uno de los principales objetivos de la aireacin es para eliminar el dixido de carbono. La aireacin tambin se utiliza para oxidar el hierro y el manganeso soluble (que se encuentra en muchas aguas de pozo) para precipitados insolubles. La aireacin se utiliza a menudo para reducir el dixido de carbono liberado por un proceso de tratamiento. Por ejemplo, el cido puede ser alimentado al efluente de suavizantes de zeolita de sodio para el control de la alcalinidad de la caldera. El dixido de carbono se produce como un resultado del tratamiento cido, y la aireacin se emplea para eliminar el agua de este gas corrosivo. Del mismo modo, cuando se mezclan los efluentes de unidades de hidrgeno y de zeolita de sodio, el dixido de carbono formado se elimina por aireacin. En el caso de ablandamiento con cal fro, dixido de carbono puede ser eliminado del agua antes de que el agua entra en el equipo. Cuando la eliminacin de dixido de carbono es el nico objetivo, la economa generalmente favorecen la eliminacin de altas concentraciones de dixido de carbono por aireacin en lugar de por precipitacin qumica con cal. La extraccin con aire se puede usar para reducir las concentraciones de compuestos orgnicos voltiles, tales como cloroformo, as como gases disueltos, tales como sulfuro de hidrgeno y amonaco. Normas de contaminacin del aire deben ser considerados cuando se utiliza la separacin por aire para reducir los compuestos orgnicos voltiles. Hierro y Manganeso Remocin de hierro y manganeso en aguas de pozo ocurren bicarbonatos ferrosos y manganosas solubles. En el proceso de aireacin, el agua est saturada con oxgeno para promover las reacciones siguientes:4Fe(HCO3)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3-+8CO2

ferrousbicarbonateoxygenwaterferric hydroxidecarbon dioxide

2Mn(HCO3)2+O2=2MnO2+4CO2-+2H2O

manganese bicarbonateoxygenmanganese dioxidecarbon dioxidewater

Los productos de oxidacin, hidrxido frrico y dixido de manganeso, son insolubles. Despus de la aireacin, que se eliminan mediante clarificacin o filtracin. Ocasionalmente, fuertes oxidantes qumicos tales como cloro (Cl2) o permanganato de potasio (KMnO4) se pueden usar despus de la aireacin para asegurar la oxidacin completa. Reduccin de Gases disueltos gas disuelto en agua, siga el principio de que la solubilidad de un gas en un lquido (agua) es directamente proporcional a la presin parcial del gas por encima del lquido en equilibrio. Esto se conoce como la Ley de Henry y se puede expresar como sigue: Ctotal = kP donde Ctotal = concentracin total del gas en solucin P = presin parcial del gas por encima de la solucin de k = una constante de proporcionalidad conocida como la Ley de Henry ConstantSin embargo, los gases encontrado con frecuencia en el tratamiento del agua (con la excepcin de oxgeno) no se comportan de acuerdo con la Ley de Henry, ya que ionizan cuando se disuelve en agua. Por ejemplo:H2O+CO2 H++HCO3-

watercarbon dioxidehydrogen ionbicarbonate ion

H2SH++HS-

hydrogen sulfidehydrogen ionhydrosulfide ion

H2O+NH3NH4++OH-

waterammoniaammonium ionhydroxide ion

El dixido de carbono, sulfuro de hidrgeno, amonaco y son solubles en agua bajo ciertas condiciones en la medida de 1700, 3900, y 531.000 ppm, respectivamente. Rara vez son estas concentraciones encontradas excepto en ciertos condensados del proceso. En un ambiente normal, la presin parcial de cada uno de estos gases es prcticamente cero. En consecuencia, el establecimiento de un estado de equilibrio entre el agua y el aire por medio de resultados de aireacin en la saturacin del agua con nitrgeno y oxgeno y la eliminacin casi completa de otros gases. Como las ecuaciones anteriores muestran, la ionizacin de los gases en el agua es una reaccin reversible. El efecto de ion comn puede ser usado para obtener la eliminacin casi completa de estos gases por aireacin. Si se aumenta la concentracin de uno de los iones en el lado derecho de la ecuacin, la reaccin es conducida a la izquierda, formando el gas. En el caso de dixido de carbono y sulfuro de hidrgeno, la concentracin de iones de hidrgeno puede ser aumentada por la adicin de un cido. Bicarbonato y los iones de carbonato en el agua formarn dixido de carbono, que puede ser eliminado por aireacin. De una manera similar, un aumento en la concentracin de iones hidroxilo a travs de la adicin de ayudas de sosa custica en la eliminacin de amonaco. Las figuras 4-4, 4-5, y 4-6 muestran el porcentaje de eliminacin de gas que se puede obtener a diversos niveles de pH. Eliminacin de gas por aireacin se consigue como el nivel de gas en el agua se aproxima al equilibrio con el nivel de gas en la atmsfera circundante. El proceso se mejora por un aumento en la temperatura, el tiempo de aireacin, el volumen de aire en contacto con el agua, y el rea de superficie de agua expuesta al aire. Como se indic anteriormente, el pH es una consideracin importante. La eficiencia de la aireacin es mayor cuando es la concentracin del gas a ser eliminado en el agua de alta y baja en la atmsfera. LIMITACIONES La temperatura afecta significativamente la eficiencia de los procesos de extraccin con aire. Por lo tanto, estos procesos pueden no ser adecuados para su uso en climas ms fros. Tericamente, a 68 F el contenido de dixido de carbono del agua se puede reducir a 0,5 ppm por aireacin a las condiciones de equilibrio. Esto no siempre es prctico desde el punto de vista econmico, y la reduccin del dixido de carbono a 10 ppm normalmente se considera satisfactorio. Aunque la eliminacin de dixido de carbono libre aumenta el pH del agua y la hace menos corrosivo desde este punto de vista, la aireacin tambin da lugar a la saturacin de agua con oxgeno disuelto. Esto generalmente no presenta un problema cuando el contenido original de oxgeno ya es alta. Sin embargo, en el caso de un suministro de agua, as que es alto en dixido de carbono, pero desprovista de oxgeno, la aireacin simplemente intercambia un gas corrosivo para otro. La eficiencia de aireacin aumenta a medida que la concentracin inicial del gas a ser removido aumenta por encima de su valor de equilibrio. Por lo tanto, con aguas que contienen slo una pequea cantidad de dixido de carbono, neutralizacin por adicin de lcali es generalmente ms rentable. La eliminacin completa de sulfuro de hidrgeno debe ser combinado con la reduccin del pH o de la oxidacin qumica. Compuestos orgnicos no voltiles no se pueden eliminar por arrastre con aire. Por ejemplo, fenoles y creosols no se ven afectados por el proceso de aireacin solo.

Captulo 05 AclaracinPasos de aclaracinCoagulantes inorgnicosLos polielectrolitosReduccin de coloresEquipos clarificacin convencionalDentro de la lnea de aclaracin

La materia suspendida en fuentes de agua bruta se retira por varios mtodos para proporcionar un agua apta para el uso domstico y la mayora de las necesidades de la industria. La materia en suspensin puede consistir en slidos grandes, ajustables solamente por gravedad sin ayudas externas, y material nonsettleable, a menudo de naturaleza coloidal. La eliminacin se lleva a cabo generalmente por coagulacin, floculacin y sedimentacin. La combinacin de estos tres procesos se refiere a la aclaracin como convencional.

La coagulacin es el proceso de desestabilizacin por la neutralizacin de la carga. Una vez neutralizado, las partculas ya no se repelen entre s y pueden ser llevados juntos. La coagulacin es necesario para la eliminacin de la materia en suspensin coloidal de tamao.

La floculacin es el proceso de reunir a la desestabilizado, o "coagulado" partculas para formar una aglomeracin ms grande, o "flculos".

La sedimentacin se refiere a la eliminacin fsica de la suspensin, o de sedimentacin, que se produce una vez que las partculas se han coagulado y floculada. La sedimentacin o hundimientos solo, sin coagulacin antes, resulta en la eliminacin de slidos suspendidos slo relativamente gruesa.

Pasos de Esclarecimiento finamente dividido partculas suspendidas en el agua superficial se repelen entre s, porque la mayora de las superficies estn cargadas negativamente. Los siguientes pasos en aclaraciones son necesarias para la aglomeracin de las partculas:

-Coagulation. La coagulacin se puede lograr mediante la adicin de sales inorgnicas de aluminio o de hierro. Estas sales inorgnicas neutralizan la carga sobre las partculas que causan la turbidez del agua en bruto, y tambin se hidrolizan para formar precipitados insolubles, que atrapan partculas. La coagulacin tambin se puede efectuar mediante la adicin de polmeros orgnicos solubles en agua con numerosos sitios ionizados para neutralizacin de la carga de partculas.-Flocculation. Floculacin, la aglomeracin de partculas desestabilizadas en partculas grandes, se puede mejorar mediante la adicin de peso molecular alto, polmeros orgnicos solubles en agua. Estos polmeros aumentan el tamao del flculo por sitio cargado vinculante y por puente molecular.

Por lo tanto, la coagulacin implica la neutralizacin de partculas para desestabilizar slidos suspendidos cargada. En la mayora de los procesos de clarificacin, una etapa de floculacin luego sigue. La floculacin se inicia cuando las partculas neutralizadas o atrapados empiezan a colisionar y fusionarse para formar partculas ms grandes. Este proceso puede ocurrir naturalmente o puede ser mejorada por la adicin de coadyuvantes de floculantes polimricos.

Coagulantes inorgnicosTabla 5-1 enumera una serie de coagulantes inorgnicos comunes. Coagulantes de hierro y aluminio tpicas son sales de cidos que disminuyen el pH del agua tratada por hidrlisis. Dependiendo de la alcalinidad inicial en bruto agua y pH, un lcali tal como cal o sosa custica se debe agregar a contrarrestar la depresin pH del coagulante primario. Hierro y aluminio productos de hidrlisis juegan un papel significativo en el proceso de coagulacin, especialmente en los casos donde las aguas influentes bajo de turbidez se benefician de la presencia de reas de superficie de colisin adicional

Tabla 5-1. Coagulantes inorgnicos comunesNombre de la frmula tipo Resistencia Tpico Formas tpicas usado en el tratamiento de agua de densidad Usos TpicosEl sulfato de aluminio Al2 (SO4) 3 14 al 18 de H2O 17% Al2O3 bulto, granular o en polvo 60-70 lb / coagulante primario ft3Alum 8,25% Al2O3 lquido 11,1 libras / galEl cloruro de aluminio AlCl3 6H2O 35% AlCl3 lquido 12,5 coagulante primario lb / galSulfato frrico Fe2 (SO4) 3 9H2O 68% Fe2 (SO4) 3 granular 70-72 lb / coagulante primario ft3Frrico-floc Fe2 (SO4) 3 9H2O 41% Fe2 (SO4) 3 solucin 12,3 libras / coagulante primario galEl cloruro frrico FeCl3 60% FeCl3,35-45% de cristal FeCl3, solucin 60-64 lb / ft311.2 a 12.4 lb / gal coagulante primarioAluminato de sodio Na2Al2O4 38-46% Na2Al2O4 lquido 12.3 a 12.9 lb / gal coagulante primario; fro / ablandamiento precipitacin caliente

Variacin de pH afecta a la carga superficial de las partculas y la precipitacin floc durante la coagulacin. Plancha y flculos de hidrxido de aluminio se precipitan mejor a niveles de pH que minimizan la solubilidad coagulante. Sin embargo, el mejor rendimiento aclaracin no siempre puede coincidir con el pH ptimo para la formacin de flculos de hidrxido. Adems, los flculos de hidrxido de hierro y aluminio aumentan los requisitos de volumen para la eliminacin de lodos sedimentados.

Con el sulfato de aluminio, una eficiencia ptima de coagulacin y solubilidad mnima floc ocurrir normalmente a un pH de 6,0 a 7,0. Coagulantes de hierro pueden ser utilizados con xito en todo el rango mucho ms amplio de pH de 5,0 a 11,0. Si se utilizan compuestos ferrosos, se necesita la oxidacin a hierro frrico para la precipitacin completa. Esto puede requerir o bien la adicin de cloro o ajuste del pH. Las reacciones qumicas entre la alcalinidad del agua (naturales o suplementadas) y aluminio o hierro resultan en la formacin del coagulante hidrxido como en el siguiente:

Al2 (SO4) 3 + 6NaHCO3 = 2Al (OH) 3 + 3Na2SO4 + 6CO2bicarbonato de aluminio de aluminio sulfato de sodio hidrxido de sodio dixido de carbono sulfatoFe2 (SO4) 3 + 6NaHCO3 = 2Fe (OH) 3 + 3Na2SO4 + 6CO2dixido de carbono sulfato de sodio hidrxido frrico bicarbonato de sodio frrico sulfatoNa2Al2O4 + 4H2O = 2Al (OH) 3 + 2NaOHaluminio agua aluminato de hidrxido de sodio hidrxido de sodio

Los polielectrolitosLos polielectrolitos trmino se refiere a todos los polmeros orgnicos solubles en agua utilizados para la aclaracin, si funcionan como coagulantes o floculantes. Polmeros solubles en agua se pueden clasificar de la siguiente manera:ionizar aninico en solucin acuosa para formar los sitios cargados negativamente a lo largo de la cadena de polmerocatinico ionizan en solucin acuosa para formar sitios cargados positivamente a lo largo de la cadena polimricano inico-ionizar en solucin acuosa para formar muy leves sitios cargados negativamente a lo largo de la cadena polimrica

Coagulantes primarios polimricos son materiales catinicos con pesos moleculares relativamente bajos (menores de 500 000). La densidad de carga catinica (disponibles sitios cargados positivamente) es muy alta. Floculantes polimricos o ayudas coagulante pueden ser aninicos, catinicos o no inicos. Sus pesos moleculares pueden ser tan alta como 50 millones. Tabla 5-2 describe algunos polielectrolitos orgnicos tpicos.

Para cualquier partcula dada hay un peso molecular ideal y una densidad de carga ideal para la coagulacin ptima. Hay tambin una densidad de carga ptima y el peso molecular para el floculante ms eficiente.

Debido a que las suspensiones son normalmente no uniforme, pruebas especficas es necesario encontrar los coagulantes y floculantes con la ms amplia gama de prestaciones.

Primaria coagulantes polielectrolitosLos polielectrolitos catinicos comnmente usados como coagulantes primarios son poliaminas y poli- (DADMACS). Ellos tienen una fuerte ionizacin catinico y tpicamente tienen pesos moleculares de menos de 500.000. Cuando se utiliza como coagulantes primarios, que se adsorben sobre las superficies de partculas, reduciendo las cargas negativas se repelen. Estos polmeros tambin pueden puente, hasta cierto punto, de una partcula a otra, pero no son especialmente eficaces floculantes. El uso de polielectrolitos permite la clarificacin del agua sin la precipitacin de slidos adicionales de hidrxido formados por coagulantes inorgnicos. El pH del agua tratada no se ve afectada.

La eficiencia de coagulante primario polielectrolitos depende en gran medida de la naturaleza de las partculas de turbidez para ser coagulada, la cantidad de turbidez presente, y las energas de mezcla o de reaccin disponibles durante la coagulacin. Con turbiedades influyentes inferiores, se requiere ms turbulencia o mezclado para lograr la mxima neutralizacin de la carga.

Aguas en bruto, de menos de 10 NTU (unidades nefelomtricas de turbidez) por lo general no se pueden aclarar con un polmero catinico solo. Los mejores resultados se obtienen mediante una combinacin de un polmero catinico y la sal inorgnica. Dentro de la lnea de aclaracin se debe considerar para aguas crudas con turbiedades bajos

En general, las aguas que contienen 10 a 60 NTU se tratan ms eficazmente con un coagulante inorgnico y el polmero catinico. En la mayora de los casos, una parte significativa de la demanda de coagulante inorgnico se puede cumplir con el polielectrolito catinico. Con turbidez mayor que 60 NTU, un coagulante polimrico primaria por s sola es suficiente normalmente.

En aguas de baja turbidez en los que es deseable evitar el uso de un coagulante inorgnico, turbidez artificial puede ser aadido para construir floc. Arcilla de bentonita se utiliza para aumentar el rea de superficie para la adsorcin y atrapamiento de la turbidez finamente dividido. A continuacin se aade un coagulante polimrico para completar el proceso de coagulacin.

El uso de polmeros orgnicos ofrece varias ventajas sobre el uso de coagulantes inorgnicos:La cantidad de lodo producido durante la clarificacin puede ser reducido en un 50-90%. El peso seco aproximado de slidos retirados por libra de alumbre seco y sulfato frrico son aproximadamente 0,25 y 0,5 libras, respectivamente.El lodo resultante contiene menos agua unida qumicamente y se puede deshidratar ms fcilmente.Coagulantes polimricos no afectan el pH. Por lo tanto, la necesidad de alcalinidad suplementario, tal como cal, sosa custica o carbonato de sodio, se reduce o elimina.Coagulantes polimricos no aumentan la concentracin de slidos disueltos totales. Por ejemplo, 1 ppm de alumbre aade 0,45 ppm de ion sulfato (expresada como CaCO3). La reduccin de sulfato se puede extender significativamente la capacidad de los sistemas de intercambio aninico.Hierro soluble o arrastre de aluminio en el efluente del clarificador pueden resultar de uso coagulante inorgnico. Por lo tanto, la eliminacin de la coagulante inorgnico puede minimizar la deposicin de estos metales en los filtros, las unidades de intercambio inico, y sistemas de refrigeracin.

Coagulante Aids (Floculantes) En ciertos casos, un exceso de coagulante primario (ya sea inorgnico, polimrico, o una combinacin de ambos) puede ser alimentado para promover gran tamao de flculo y para aumentar la velocidad de sedimentacin. Sin embargo, en algunas aguas, incluso altas dosis de coagulante primario no producir la claridad del efluente deseada. Una ayuda de coagulante polimrico aadido despus de que el coagulante primario puede, mediante el desarrollo de un flculo grande a niveles de tratamiento bajas, reducir la cantidad de coagulante primario requerido. En general, de alto peso molecular muy, poliacrilamidas aninicas son las ayudas coagulante ms eficaz. Tipos no inicos o catinicos han tenido xito en algunos sistemas clarificador. En esencia, el polmero de puente para los pequeos flculos y hace que se aglomeran rpidamente en grandes copos, ms cohesionadas que se instalan rpidamente. El puente de polmeros de alto peso molecular slidos suspendidos ms eficaz. Ayudas coagulantes han demostrado ser muy exitoso en el ablandamiento precipitacin y clarificacin de lograr una mejor resolucin de las tasas de precipitados y termin la claridad del agua.

Reduccin de coloresCon frecuencia, el objetivo de clarificacin es la re-duccin de color. Los pantanos y humedales introducen color en las aguas superficiales, en particular despus de las fuertes lluvias. Materiales causantes de color pueden causar diversos problemas, tales como sabor desagradable, el aumento de contenido microbiolgico, el ensuciamiento de resinas de intercambio aninico, y la interferencia con la coagulacin y la estabilizacin de limo, hierro soluble, y manganeso. La mayora de color orgnica en las aguas superficiales es coloidal y con carga negativa. Qumicamente, los compuestos productores de color se clasifican como cidos hmicos y flvicos. El color puede ser eliminado por cloracin y la coagulacin con sales de aluminio o de hierro o polielectrolitos orgnicos. Cloro oxida compuestos de color, mientras que los coagulantes inorgnicos pueden eliminar fsicamente muchos tipos de colores orgnica por neutralizacin de cargas superficiales. El uso de cloro para oxidar cuerpos de color orgnico puede ser limitada debido a la produccin de cloro subproductos orgnicos, tales como los trihalometanos. Eliminacin adicional de color se consigue por la interaccin qumica con aluminio o hierro productos de hidrlisis. Polielectrolitos orgnicos catinicos altamente cargados tambin pueden ser usados para coagular algunos tipos de partculas de color. Coagulacin para la reduccin de color se lleva a cabo normalmente a pH 4,5 a 5,5. El pH ptimo para la eliminacin de la turbidez es generalmente mucho ms alta que para la reduccin de color. La presencia de iones de sulfato puede interferir con la coagulacin para la reduccin de color, mientras que los iones de calcio y de magnesio puede mejorar el proceso y ampliar el rango de pH en el que el color puede ser reducido con eficacia.

Equipo Aclaracin ConvencionalEl proceso de coagulacin / floculacin y sedimentacin requiere tres procesos unitarios distintos:alto cizallamiento, mezcla rpida para la coagulacincizallamiento bajo, alto tiempo de retencin, mezclado moderado para la floculacinseparacin de lquidos y slidos

Horizontal Flow clarificadores Originalmente, clarificadores convencionales consisti en grandes cuencas concretas, rectangular, dividida en dos o tres secciones. Cada etapa del proceso de clarificacin se produjo en una sola seccin de la cuenca. El movimiento del agua era horizontal con flujo de pistn a travs de estos sistemas. Debido a que el diseo se adapta a las cuencas de gran capacidad, unidades de flujo horizontal se siguen utilizando en algunas grandes plantas industriales y para aclarar el agua municipal. El tiempo de retencin es normalmente larga (hasta 4-6 horas), y est principalmente dedicado a la sedimentacin. Mezcla rpida est diseado tpicamente durante 3-5 minutos y la mezcla de lento durante 15-30 minutos. Este diseo permite una gran flexibilidad en el establecimiento de puntos de adicin qumica adecuados. Adems, tales unidades son relativamente insensibles a los cambios bruscos de caudal de agua. El tiempo de retencin tambin permite suficiente tiempo de reaccin para realizar los ajustes necesarios en la dosificacin de qumicos y polmeros, si las condiciones del agua cruda cambian repentinamente. Sin embargo, para todos, pero muy grandes demandas de agua tratada, unidades horizontales requieren altos costos de construccin y ms espacio de tierra por unidad de capacidad de agua.

Upflow clarificadores compacto y relativamente econmico, clarificadores de flujo ascendente proporcionan coagulacin, floculacin y sedimentacin en una sola acero (normalmente circular) o tanque de concreto. Estos clarificadores se denominan "ascendente" porque el agua fluye hacia los canales de colada de efluentes como se asientan los slidos en suspensin. Se caracterizan por un mayor contacto slidos a travs de la recirculacin de lodos interna. Esta es una caracterstica clave en el mantenimiento de un efluente de alta claridad y una gran diferencia de clarificadores horizontales. Debido a que el tiempo de retencin en una unidad de flujo ascendente es de aproximadamente 1-2 horas, las cuencas de flujo ascendente puede ser mucho ms pequeo en tamao que las cuencas horizontales de capacidad igual rendimiento. Una tasa de aumento de 0,70 a 1,25 gpm / m de superficie es normal para una aclaracin. La combinacin de unidades de ablandamiento de aclaracin pueden operar a velocidades de hasta 1,5 gpm / m de superficie debido al tamao de las partculas y la densidad de la dureza precipitado. Con el fin de lograr una alta eficiencia de produccin, las unidades de flujo ascendente estn diseados para maximizar la longitud rebosadero lineal mientras se minimiza la oportunidad de cortocircuito a travs de la zona de decantacin. Adems, las dos etapas de mezclado para la coagulacin y la floculacin se llevan a cabo dentro del mismo depsito de clarificacin. Aunque las unidades de flujo ascendente pueden proporcionar sedimentacin ms eficiente que los diseos horizontales, muchos clarificadores de flujo ascendente compromiso sobre las secuencias de mezcla rpida y lenta. Algunos tipos proporcionan una mezcla rpida, mecnica y se basan en la turbulencia del flujo para la floculacin; otros eliminan la etapa de mezcla rpida y proporcionan slo turbulencia moderada para la floculacin. Sin embargo, en la mayora de los casos, los usuarios pueden superar las deficiencias mezcla rpida mediante la adicin del coagulante primario aguas arriba del clarificador. La Figura 5-1 muestra la mezcla rpida, mezcla lenta, y las zonas de asentamiento de un flujo ascendente tpico, slidos contacto clarificador.

Manta de lodos y slidos-Contacto Aclaracin mayora de los diseos de flujo ascendente se llaman ya sea "manto de lodo" o "slidos de contacto" clarificadores. Despus de la coagulacin y / o floculacin en las unidades de manto de lodo, el agua entrante pasa a travs de la capa de suspensin de flculo formado previamente. Figura 5-2 muestra un clarificador de flujo ascendente de manto de lodos. Debido a que el pozo central en estas unidades se forma a menudo como un cono invertido, la tasa de aumento del agua disminuye a medida que se eleva a travs de la seccin transversal agrandando constantemente. Cuando la tasa de aumento disminuye lo suficiente para igualar la velocidad de sedimentacin de los flculos suspendida exactamente, a distintas formas de interfaz fangos / lquido. Eficiencia manto de lodo depende de la accin de filtrado como el agua recin coagulado o floculada pasa a travs del floc suspendido. Niveles de lodo altos aumentan la eficiencia de filtracin. En la prctica, la interfaz de lodos superior se realiza al ms alto nivel de seguridad para prevenir trastornos que podran resultar en grandes cantidades de arrastre floc en el desbordamiento. Retirada de lodos excesivo o purga tambin se deben evitar. El nivel de manto de lodo es a menudo muy sensibles a los cambios en el rendimiento, la adicin de coagulante, y los cambios en la qumica del agua en bruto y la temperatura. "Slidos contacto" se refiere a unidades en las que grandes volmenes de lodos circulan internamente. El trmino tambin describe la unidad de manto de lodo y simplemente significa que antes y durante la sedimentacin de los contactos de agua tratada qumicamente coagulan previamente slidos. Slidos-contacto, unidades piscina suspensin no se basan en la filtracin como en los diseos de manto de lodos. Unidades de Slidos de contacto a menudo combinan la clarificacin y la precipitacin de ablandamiento. Con lo que el agua bruta entrante en contacto con lodos recirculado mejora la eficiencia de las reacciones de reblandecimiento y aumenta el tamao y densidad de las partculas de flculo. Figura 5-3 ilustra una unidad slidos contacto tpico.

En-Lnea aclaracin Aclaracin En-lnea es el proceso de eliminacin de la turbidez del agua cruda a travs de la adicin de coagulante justo antes de la filtracin. En lnea aclaracin se limita generalmente a las aguas primas con turbidez tpicos de menos de 20 NTU, aunque los filtros de flujo ascendente pueden tolerar una mayor carga. Los polielectrolitos y / o coagulantes inorgnicos se utilizan para mejorar la eficiencia de filtracin y la longitud de ejecucin. Los polmeros son favorecidos porque no crean una carga adicional de slidos en suspensin, lo que puede acortar filtro de longitud de ejecucin. El diseo del filtro puede ser de flujo descendente o de flujo ascendente, dependiendo de la turbidez del agua cruda y tamao de las partculas. La unidad de flujo descendente dual-media generalmente consiste en capas de diversos grados de antracita y arena soportados sobre un lecho de grava. Despus de lavado, las partculas ms grandes de antracita separado a la parte superior de la cama, mientras que las ms densas, las partculas de arena ms pequeas estn en el fondo. El propsito es permitir la penetracin de la cama floc, que reduce el potencial de presin excesiva cae debido a cegamiento de la porcin superior de los medios de filtro. Por lo tanto, el aumento de las tasas de filtracin se realizan sin una prdida significativa en la calidad del efluente. Tasas de filtracin normal es 5-6 gpm / m.

Seleccin coagulante y Alimentacin para In-Line AclaracinLa eleccin de un tipo de coagulante polimrico y alimentacin depende del diseo del equipo y la turbidez del agua del afluente. Inicialmente, en lnea se utiliz una aclaracin en el tratamiento de aguas de baja turbidez, pero ahora se est utilizando en muchos tipos de aguas superficiales. Para la mayora de las aguas, el uso de un coagulante polimrico catinico solo es satisfactorio. Sin embargo, la adicin de un peso molecular alto, el polmero aninico puede mejorar la eficiencia de filtracin. Velocidades de alimentacin de polmero son generalmente ms bajos que los que se utilizan en la clarificacin convencional, dadas las mismas caractersticas del agua cruda. Neutralizacin de la carga completa y de puente no son necesarios y deben ser evitados, debido a la coagulacin total o floculacin pueden promover atrapamiento excesivo de slidos en suspensin en la primera porcin del medio filtrante. Esto puede hacer que el cegamiento de los medios de comunicacin, cadas de presin, y se ejecuta operativos cortos. Se aplica suficiente polmero slo para iniciar la neutralizacin, lo que permite la atraccin y la adsorcin de partculas a travs de toda la cama. A menudo, las tasas de alimentacin de polmero estn regulados por prueba y error en las unidades reales para minimizar la turbidez del efluente y maximizar el servicio de longitud de ejecucin. Debido a la floculacin ptima no es deseable, los polmeros se inyectan justo aguas arriba de las unidades. Normalmente, se requiere un perodo de mezcla corto para alcanzar el grado de reaccin ms adecuadas para la operacin de la unidad. El agua de dilucin puede ser recomendada para dispersar el polmero adecuadamente durante todo el agua que entra. Sin embargo, puede ser necesario mover el punto de inyeccin del polmero varias veces para mejorar la eliminacin de la turbidez. Debido a la naturaleza de la operacin, un cambio de la tasa de alimentacin de polmero tpicamente mostrar un cambio en la turbidez del efluente en un perodo relativamente corto de tiempo.

Agua Coagulacin Testing Raw analiza por s sola no son muy tiles en la prediccin de condiciones de coagulacin. Productos qumicos de coagulacin y velocidades de alimentacin apropiados deben ser seleccionados de acuerdo a la experiencia de funcionamiento con un agua cruda dado o por simulacin de la etapa de clarificacin en una escala de laboratorio. Pruebas de Jar es la forma ms eficaz para simular la qumica clarificacin y operacin. Una disposicin vaso de precipitados de mltiples paddle, (Figura 5-4) permite la comparacin de las diversas combinaciones qumicas, todos los cuales estn sometidos a condiciones hidrulicas idnticas. Tambin se pueden observar los efectos de la intensidad de mezcla rpida y lenta y duracin. Adems de determinar el programa de qumica ptima, es posible establecer el orden correcto de adicin. Las mediciones ms crticos en la prueba de jarra son dosificaciones coagulantes y / o floculantes, pH, tamao de flculos y caractersticas de sedimentacin, el tiempo de formacin de flculos, y terminaron la claridad del agua. Para simular la circulacin del lodo, lodo formado en una serie de pruebas tarro (o una muestra de los lodos a partir de un clarificador de funcionamiento) se puede aadir a la siguiente prueba de jarra. Resultados de pruebas de jarras son slo relativas, y frecuentes ajustes son necesarios en funcionamiento de la planta a gran escala. Las unidades de seguimiento y control, tales como un detector de corriente streaming, se pueden utilizar para control de retroalimentacin en lnea. Zeta medidas de potencial se han utilizado de forma experimental para predecir los requisitos de coagulantes y niveles ptimos de pH. Debido a que la tcnica de medicin requiere un aparato especial y un tcnico especializado, el potencial zeta nunca se ha convertido en prctica para el control de plantas depuradoras de aguas industriales. Adems, debido a las medidas de potencial zeta slo un aspecto de todo el proceso, puede no reflejar todas las condiciones que conducen a la eficiencia de la coagulacin.

Las adiciones qumicasEl mtodo ms eficiente para aadir productos qumicos de coagulacin vara segn el tipo de agua y el sistema usado, y debe ser comprobada por medio de la prueba de jarras. Sin embargo, hay una secuencia habitual:

clorobentonita (para aguas de baja turbidez)coagulante inorgnico y / o polmero primariaproductos qumicos de ajuste del pHcoadyuvante de la coagulacin

Las aguas con un alto contenido orgnico presentan un aumento de la demanda de coagulante primario. El cloro se puede usar para ayudar a la coagulacin mediante la oxidacin de contaminantes orgnicos que tienen propiedades dispersantes. La cloracin antes de la alimentacin de coagulante primario tambin reduce la dosis de coagulante. Cuando se usa un coagulante inorgnico, la adicin de productos qumicos de ajuste del pH antes de la coagulante establece el entorno adecuado para el pH coagulante primario. Todos los productos qumicos de tratamiento, con la excepcin de las ayudas coagulantes, deben aadirse durante el mezclado muy turbulenta del agua afluente. La mezcla rpida mientras se aaden los de aluminio y hierro coagulantes asegura adsorcin de cationes uniforme sobre la materia en suspensin. Mezcla de alta cizalla es especialmente importante cuando los polmeros catinicos se utilizan como coagulantes primarios. En general, es aconsejable para alimentar a ellos como muy por delante del clarificador como sea posible. Sin embargo, cuando se aade un coadyuvante de la coagulacin, mezcla de alta cizalla debe evitarse para prevenir la interferencia con la funcin de puente del polmero. Slo se necesita la turbulencia moderada para generar el crecimiento de flculos. culos.

Captulo 06 FiltracinConstruccin tpicaTipos de MediosTcnica mixta camas filtroLimitacin de los filtros de arenaFiltros de gravedadLos filtros de presinFiltros de flujo ascendenteFiltros automticos de gravedadFiltros de limpieza continuasFiltros Los filtros de lavado-GravityDentro de la lnea de aclaracinFiltracin por arrastreLa filtracin se utiliza adems de la coagulacin regular y de sedimentacin para la eliminacin de slidos a partir de agua de superficie o de aguas residuales. Esto prepara el agua para su uso como potable, calefaccin o refrigeracin de maquillaje. Filtracin de aguas residuales ayuda a los usuarios a cumplir los requisitos del permiso de descarga de efluentes ms estrictos. La filtracin, generalmente se considera un proceso mecnico sencillo, en realidad implica los mecanismos de adsorcin (fsica y qumica), el esfuerzo, la sedimentacin, la intercepcin, la difusin y la compactacin de inercia. La filtracin no elimina los slidos disueltos, pero se puede utilizar junto con un proceso de ablandamiento, que reduce la concentracin de slidos disueltos. Por ejemplo, la filtracin de antracita se utiliza para eliminar las sales de dureza precipitados residuales que quedan despus de la clarificacin en el ablandamiento precipitacin. En la mayora de clarificacin de agua o ablandamiento procesos donde se producen la coagulacin y la precipitacin, al menos una parte del agua clarificada se filtr. Efluentes Clarificador de 2-10 NTU se pueden mejorar a 0,1-1,0 NTU por filtracin de arena convencional. Filtracin asegura concentraciones aceptables de slidos en suspensin en el agua tratada, incluso cuando se producen trastornos en los procesos de clarificacin.

TPICO CONSTRUCCIN gravedad y la presin convencional rpidos filtros operan flujo descendente. El medio de filtro es por lo general un 15-30. La cama profunda de arena o antracita. Se pueden usar grados nicas o mltiples de arena o antracita. Un lecho de partculas grandes soporta los medios de filtro para evitar que arena fina o antracita se escape en el sistema de drenaje inferior. El lecho de soporte tambin sirve para distribuir el agua de lavado. Camas de soporte tpicos consisten en 8 a 1 en. Grava o antracita en capas graduadas a una profundidad de 12 a 16 en. TIPOS DE MEDIOS Arena de cuarzo, arena de slice, carbn de antracita, granate, magnetita y otros materiales se pueden utilizar como filtracin medios de comunicacin. La arena de slice y antracita son los tipos ms comnmente utilizados. Cuando slice no es adecuado (por ejemplo, en los filtros siguientes un ablandador de proceso en caliente en el que el agua tratada est destinada a la alimentacin de la caldera), se utiliza generalmente antracita. El tamao y la forma de los medios de filtro afectan a la eficiencia de la remocin de slidos. , Medios angulares afilados forman grandes huecos y eliminar menos material fino que los medios redondeada de tamao equivalente. Los medios de comunicacin deben ser grueso suficiente para permitir que los slidos penetren en la cama para 2-4. Aunque la mayora de los slidos en suspensin se encuentran atrapados en la superficie o en el primero de 1-2 en. De profundidad del lecho, una cierta penetracin es esencial para prevenir un rpido aumento en la cada de presin. La arena y antracita para los filtros se clasifican por tamao de partcula eficaz y uniformidad. El tamao efectivo es tal que aproximadamente el 10% de los granos totales en peso, son ms pequeas y 90% son ms grandes. Por lo tanto, el tamao efectivo es el tamao mnimo de la mayora de las partculas. La uniformidad se mide por comparacin de tamao efectivo para el tamao en el que 60% de los granos en peso son ms pequeas y 40% son ms grandes. Este ltimo tamao, dividido por el tamao efectivo, se denomina coeficiente de-la uniformidad menor sea el coeficiente de uniformidad, la ms uniforme los tamaos de partcula medios de comunicacin. Arenas ms finas dan lugar a zonas menos profundas para la retencin de la materia en suspensin. El tamao medio de comunicacin ms conveniente depende de las caractersticas de slidos en suspensin, as como los requisitos de calidad de efluentes y el diseo del filtro especfico. En general, los filtros de arena rpidos utilizan arena con un tamao efectivo de 0,35 a 0,60 mm (0,014-0,024 pulg.) Y un coeficiente de uniformidad mxima de 1,7. Medios secundarios, a menudo 0,6-1,0 mm (0,024 hasta 0,04 in.), Se utilizan para la coagulacin estrechamente controlada y sedimentacin. FILTRO DE TCNICAS MIXTAS CAMAS Los trminos "multicapa", "profundo" y "tcnicas mixtas" se aplican a un tipo de lecho filtrante que se clasifica por tamao y densidad. Las partculas gruesas, son menos densos en la parte superior del lecho filtrante, y las partculas finas, ms densas son en la parte inferior. Filtracin de flujo descendente permite profunda, la penetracin uniforme por parte de las partculas y permite altas tasas de filtracin y se ejecuta el servicio de largo. Debido a las pequeas partculas en la parte inferior son tambin ms densa (menos espacio entre las partculas), permanecen en la parte inferior. Incluso despus de lavado de alta velocidad, las capas se mantienen en su ubicacin correcta en el lecho filtrante tcnica mixta. Tabla 6-1 enumera cuatro medios de comunicacin que se utilizan en la filtracin de mltiples capas. Varias otras combinaciones de tcnicas mixtas tambin se han probado y utilizado con eficacia. El uso de demasiadas capas diferentes medios de comunicacin puede causar dificultades de retrolavado graves. Por ejemplo, si se utilizaron los cuatro materiales enumerados en la Tabla 6-1 en el mismo filtro, una tasa de lavado suficientemente alta como para ampliar la capa de magnetita puede lavar el antracita del filtro. Las necesidades de agua de lavado de alta tambin resultaran.Tabla 6-1. Los medios utilizados en la filtracin de mltiples capas.Medios Tamao efectivo, mm (pulg.) Peso especfico0,7-1,7 Antracita (0,03-0,07) 1,40,3-0,7 Sand (0,01-0,03) 2,6Garnet 0,4-0,6 (0,016-0,024) 3.80,3-0,5 magnetita (0,01-0,02) 4,9Lechos filtrantes Antracita / arena normalmente proporcionan todas las ventajas de la filtracin de un solo medios de comunicacin, sino que requieren menos agua de lavado de arena o antracita solo. Reclamaciones similares se han hecho a la antracita / arena / granate unidades mixtas. Las principales ventajas de la filtracin de doble medios son tasas ms altas y las tandas largas. Camas Antracita / arena / granate han operado a tasas normales de las tasas de aproximadamente 5 gpm / ft y picos de hasta 8 gpm / m sin prdida de calidad del efluente. Nivelacin de los filtros de arena filtros rpidos de arena se pueden convertir para el funcionamiento de las tcnicas mixtas para aumentar la capacidad en un 100%. El costo de esta conversin es mucho menor que la de la instalacin de filtros de arena rpidos adicionales. Capping implica la sustitucin de una parte de la arena con antracita. En esta conversin, un 2-6 en. Capa de arena 0,4-0,6 mm (0,016 a 0,024 in.) Se elimina de la superficie de una cama y se sustituye con 4-8 en. De 0,9 mm (0,035 in.) Antracita. Si se desea un aumento de la capacidad, se sustituye una mayor cantidad de arena. Las pruebas piloto se deben ejecutar para asegurar que una reduccin en la profundidad de la arena ms fina no reduce la calidad del efluente. GRAVEDAD FILTROS filtros de gravedad (ver Figura 6-1) son recipientes abiertos que dependen de cabeza gravedad sistema para su funcionamiento. Aparte de los medios de filtro, los componentes esenciales de un filtro de gravedad incluyen los siguientes:La carcasa de filtro, que es ya sea de hormign o de acero y puede ser cuadrada, rectangular, o circular. Rectangular reforzado unidades de hormign son los ms ampliamente utilizados.El lecho de soporte, que evita la prdida de arena fina o antracita a travs del sistema de drenaje inferior. El lecho de soporte, generalmente 1-2 pies de profundidad, tambin distribuye agua de retrolavado.Un sistema de drenaje inferior, que incluye la recogida uniforme del agua filtrada y la distribucin uniforme del agua de retrolavado. El sistema puede consistir en una cabecera y laterales, con perforaciones o coladores espaciados adecuadamente. Fondos de tanques falsos con coladores adecuadamente espaciados tambin se utilizan para los sistemas de desage inferior.Lave bebederos, lo suficientemente grande para recoger el agua de lavado sin inundaciones. Los canales estn espaciados de modo que el desplazamiento horizontal del agua de lavado no sea superior a 3.3 pies. En las unidades de lecho de arena convencionales, lavar canales se colocan aproximadamente 2 pies por encima de la superficie del filtro. Francobordo se debe proporcionar suficiente para evitar la prdida de una parte de los medios de filtro durante la operacin a tasas mximas de retrolavado.Los dispositivos de control que maximizan la eficiencia funcionamiento del filtro. Flujo controladores de tarifas, operados por tubos venturi en la lnea de efluente, mantener automticamente la entrega uniforme de agua filtrada. Tambin se utilizan los controladores de caudal de retrolavado. Flujo medidores de tasa y de prdida de carga son esenciales para un funcionamiento eficiente.Los filtros de presin Filtros de presin se utilizan normalmente con suavizantes de proceso caliente para permitir la operacin de alta temperatura y para evitar la prdida de calor. El uso de filtros de presin elimina la necesidad de rebombeo de agua filtrada. Los filtros de presin son similares a los filtros en la gravedad que incluyen medios de filtro, lecho de soporte, sistema de drenaje inferior, y el dispositivo de control; Sin embargo, la cscara del filtro no tiene abrevaderos lavado. Los filtros de presin, diseadas verticalmente u horizonte-conteo, tienen cscaras cilndricas de acero y reparti cabezas. Filtros de presin vertical (ver Figura 6-2) varan en dimetro de 1 a 10 pies con capacidades tan grandes como 300 gpm a las tasas de filtracin de 3 gpm / m. Filtros de presin horizontales, por lo general de 8 pies de dimetro, son 10 a 25 pies de largo con capacidad de 200 a 600 gpm. Estos filtros estn separados en compartimentos para permitir el lavado a contracorriente individual. Agua de retrolavado puede ser devuelto al clarificador o suavizante para la recuperacin. Los filtros de presin generalmente se operan a una velocidad de flujo de servicio de 3 gpm / m. Filtros duales o multimedia estn diseados para 6-8 gpm / m. A temperatura ambiente, la tasa de lavado del filtro recomendada es de 6-8 gpm / ft a la antracita y 13-15 gpm / m para la arena. Filtros de antracita asociados con suavizantes de proceso calientes requieren una tasa de lavado a contracorriente de 12-15 gpm / ft porque el agua es menos denso a temperaturas de operacin elevadas. El agua fra no se debe utilizar para lavar a contracorriente de un filtro de proceso caliente. Esto hara que la expansin y contraccin de la metalurgia del sistema, lo que llevara a la fatiga del metal. Adems, el agua fra en oxgeno Laden acelerar la corrosin. Flujo ascendente FILTROS unidades de flujo ascendente contienen un nico filtro de arena de media generalmente clasificado. La arena ms fina es en la parte superior de la cama con la arena ms gruesa a continuacin. Grava es retenido por las rejillas en una posicin fija en la parte inferior de la unidad. La funcin de la grava es para asegurar la distribucin adecuada del agua durante el ciclo de servicio. Otra rejilla encima de la arena escalonada evita la fluidificacin de los medios de comunicacin. Inyeccin de aire durante la limpieza (no considerado lavado porque la direccin del flujo es el mismo que cuando en el servicio) ayuda en la eliminacin de los slidos y la reclasificacin de los medios de filtro. Durante el funcionamiento, los ms grandes, slidos gruesos se eliminan en la parte inferior de la cama, mientras que las partculas ms pequeas de slidos se les permite penetrar an ms en los medios de comunicacin. Caudales de servicios tpicos son 5-10 gpm / m. Un ejemplo de esta unidad se muestra en la Figura 6-3. GRAVEDAD AUTOMTICO FILTROS Varios fabricantes han desarrollado filtros de gravedad que se vuelven a lavar automticamente a una prdida de carga preestablecido. La prdida de carga (nivel de agua por encima de los medios de comunicacin) acciona un sifn de lavado y extrae agua de lavado de almacenamiento a travs de la cama y sale por el tubo de sifn que perder. Un nivel bajo en la seccin de almacenamiento de retrolavado rompe el sifn, y el filtro devuelve al servicio. Filtros automticos de gravedad estn disponibles en dimetros de hasta 15 pies. Cuando est equipado con un alto nivel, los medios de comunicacin de mltiples capas, una unidad nica de gran dimetro puede filtrar tanto como 1,000 gpm. Un ejemplo se muestra en la Figura 6-4. LIMPIEZA CONTINUA FILTROS sistemas de filtros de limpieza continua eliminan los perodos fuera de lnea de retrolavado por secciones de retrolavado del filtro o parte de los medios de filtro de forma continua, en lnea. Se han introducido varios diseos. Un ejemplo se muestra en la Figura 6-5. FILTRO DE LAVADO-GRAVEDAD FILTROS lavado peridico de los filtros es necesario para la eliminacin de los slidos acumulados. La limpieza inadecuada permite la formacin de grumos permanentes, disminuyendo gradualmente la capacidad del filtro. Si el ensuciamiento es grave, los medios de comunicacin deben ser limpiadas qumicamente o reemplazados. Para la limpieza de los filtros de flujo descendente rpidos, el agua potable se ve obligado una copia de seguridad ya travs de los medios de comunicacin. En las unidades convencionales por gravedad, el agua de retrolavado levanta slidos de la cama en los comederos de lavado y los lleva a perder. Cualquiera de dos tcnicas de lavado a contracorriente se pueden utilizar, dependiendo del diseo de la estructura de apoyo de los medios y el equipo accesorio disponible:Lavado a contracorriente de alta tasa, que se expande por los medios de comunicacin al menos 10%. Las tasas de retrolavado de 12-15 gpm / m o superior son comunes para la arena, y tarifas de antracita pueden variar del 8 al 12 gpm / m.Lavado de tasa baja, sin la expansin del lecho visible, combinado con el desgrasado aire.Cuando slo se utiliza agua para lavado a contracorriente, el lavado a contracorriente puede ser precedida por lavado de la superficie. En el lavado de la superficie, fuertes chorros de agua a alta presin de boquillas fijas o giratorias ayudan a romper la costra superficial del filtro. Despus del lavado de la superficie (cuando hay disposicin para el lavado de la superficie), la unidad se lav de aproximadamente 5-10 min. Despus de lavado, una pequea cantidad de agua de lavado se filtra a los residuos, y el filtro se devuelve al servicio. Lavado a contracorriente de alta velocidad puede causar la formacin de bolas de barro en el interior del lecho filtrante. Una alta tasa de retrolavado y resultando la expansin del lecho pueden producir corrientes de azar en el que ciertas zonas del lecho expandido se mueven hacia arriba o hacia abajo. Slidos incrustados de la superficie se pueden llevar hacia abajo para formar bolas de barro. Lavado superficial eficiente ayuda a prevenir esta condicin. Aire fregar con el lavado a baja velocidad puede romper la costra superficial sin producir corrientes aleatorias, si el sistema de drenaje est firmada des para distribuir el aire de manera uniforme. Los slidos eliminados de los medios de comunicacin se acumulan en la capa de agua entre la superficie de los medios de comunicacin y canales de lavado. Una vez detenido el aire, el agua sucia es nor-malmente purgada por el aumento de caudal de agua de lavado o por drenaje superficial. El consumo de agua de lavado es aproximadamente la misma si se emplea slo agua o el lavado a contracorriente de aire / agua. IN-LINE ACLARATORIA aclaracin es la eliminacin de slidos en suspensin a travs de la adicin de coagulante en lnea seguido de filtracin rpida en lnea. Este proceso tambin se conoce como filtracin en lnea, o filtracin de contacto. El proceso elimina slidos en suspensin sin el uso de tanques de sedimentacin. La coagulacin se puede lograr de clarificacin en lnea por cualquiera de dos mtodos:una lata de aluminio o de hierro sal inorgnica utilizado solo o con un coagulante polimrico de alto peso molecularun polielectrolito orgnico fuertemente catinicaDebido a que los hidrxidos de metales forman precipitados, nicamente filtros de doble medios deben utilizarse con programas coagulantes inorgnicos. Floc partculas deben ser manejados en filtros con medios de grueso a fino graduadas para evitar la rpida cegamiento del filtro y eliminar las dificultades de retrolavado. Cuando se usa un alto coagulante polimrico de peso molecular, velocidades de alimentacin de menos de 0,1 ppm maximizar la eliminacin de slidos mediante el aumento de tamao de flculo y promover la absorcin de partculas dentro del filtro. Esta tcnica de filtracin se obtiene fcilmente la turbidez del efluente de menos de 0,5 NTU. Figura 6-6. El segundo mtodo de pretratamiento coagulante implica el uso de un solo producto qumico, un polielectrolito catinico fuertemente cargada. Este tratamiento no forma partculas de flculo de precipitacin, y por lo general no es visible la formacin de flculos en el influente del filtro. Los slidos se retiran dentro del lecho por adsorcin y por floculacin de la materia coloidal directamente sobre la superficie de la arena u otro medio de antracita. El proceso puede ser visualizado como la siembra de las superficies del lecho de filtracin con cargas catinicas positivas para producir una fuerte atraccin sobre las partculas cargadas negativamente. Debido precipitados gelatinosos de hidrxido no estn presentes en este proceso, los medios de comunicacin de una o filtros de flujo ascendente son adecuados para la clarificacin de poli-electrolito. En lnea aclaracin ofrece una excelente manera de mejorar la eficiencia de remocin de slidos de las aguas superficiales turbias. Niveles de turbidez de efluentes de menos de 1 NTU son comunes con este mtodo. Filtracin por arrastre filtracin por arrastre se utiliza para quitar muy pequeas partculas, partculas de aceite, e incluso bacterias del agua. Este mtodo es prctico slo para cantidades relativamente pequeas de agua que contienen bajas concentraciones de contaminantes. Filtracin por arrastre puede usarse despus de procesos de clarificacin convencionales para producir agua de muy bajo contenido de slidos en suspensin para los requisitos de aplicaciones especficas. Por ejemplo, los filtros de la capa filtrante se utilizan a menudo para eliminar el aceite del condensado contaminado. En la filtracin por arrastre, los medios de comunicacin para la capa filtrante, tpicamente tierra de diatomeas, acta como el medio filtrante y forma una torta en una base permeable o tabique. La base debe evitar el paso de los medios de comunicacin la capa filtrante sin restringir el flujo de agua filtrada y debe ser capaz de resistir diferenciales de alta presin. Telas de filtro, tubos de piedra porosa, papel poroso, pantallas de alambre, y tubos de alambre enrollados se utilizan como materiales de base. El material base de soporte se reviste previamente primero con una suspensin de los medios de pre-recubrimiento. Suspensin adicional (alimentacin cuerpo) se suele aadir durante la carrera de filtracin. Cuando la acumulacin de la materia eliminado por filtracin genera una cada de presin alta a travs del filtro, el revestimiento de filtro se desprendi por el lavado a contracorriente. El lecho filtrante es entonces reviste previamente y regres al servicio. Coagulantes qumicos no son necesarios, pero se han utilizado cuando se requiere un efluente ultrapura.Captulo 07 Precipitacin reblandecimientoQumica de ablandamiento precipitacinAblandamiento con cal FraAblandamiento con cal calienteAblandamiento proceso calienteReduccin de sliceReduccin de alcalinidadReduccin de otros contaminantesControl de procesos Precipitacin (qumica)Equipo empleadoLimitacionesProcesos de ablandamiento precipitacin se utilizan para reducir la dureza del agua cruda, la alcalinidad, slice y otros constituyentes. Esto ayuda a preparar el agua para uso directo como maquillaje torre de refrigeracin o como tratamiento de primera etapa seguido por intercambio inico para el maquillaje de la caldera o el uso de procesos. El agua es tratada con cal o una combinacin de cal y cenizas de sosa (ion carbonato). Estos productos qumicos reaccionan con la dureza y la alcalinidad natural en el agua para formar compuestos insolubles. Los compuestos precipitan y se separan del agua por sedimentacin y, por lo general, filtracin. Aguas con moderada a concentraciones de alcalinidad (150-500 ppm como CaCO3) de alta dureza y se tratan a menudo de esta manera. Qumica de la precipitacin de reblandecimiento En casi todos suministro de agua cruda, la dureza est presente como calcio y bicarbonato de magnesio, a menudo referida a la dureza como carbonato o dureza temporal. Estos compuestos son el resultado de la accin de, dixido de carbono cargado de agua de lluvia cida en los minerales de origen natural en la tierra, tales como piedra caliza. Por ejemplo:CO2 + H2O = H2CO3cido carbnico agua dixido de carbonoH2CO3 + CaCO3 = Ca (HCO3) 2de calcio de cido carbnico bicarbonato de calcio carbonato deDureza tambin puede estar presente como un sulfato o cloruro de sal, que se refiere a la dureza como no carbonatada o permanente. Estas sales son causadas por cidos minerales presentes en el agua de lluvia o de la solucin de minerales naturales cidas. El significado de "carbonato" o "temporal" dureza en contraste con "no carbonatada" o "permanente" dureza es que el primero se puede reducir la concentracin simplemente por calentamiento. En efecto, calefaccin invierte la reaccin en solucin:Ca (HCO3) 2 + calor = CaCO3 + H2O + CO2el dixido de carbono del agua carbonato de calcio bicarbonato de calcioReduccin de la dureza no carbonatada, por el contrario, requiere la adicin de productos qumicos. Una combinacin de cal y ceniza de sosa, junto con el coagulante y floculante productos qumicos, se aade al agua en bruto para promover una reaccin de precipitacin. Esto permite ablandar a tener lugar. Fra Lime Softening Precipitacin ablandamiento realiza a temperatura ambiente se denomina ablandamiento con cal como fro. Cuando la cal hidratada, Ca (OH) 2, se aade al agua a tratar, se producen las siguientes reacciones:CO2 + Ca (OH) 2 = CaCO3 + H2Odixido de carbono de calcio hidrxido de calcio carbonato de aguaCa (HCO3) 2 + Ca (OH) 2 = 2CaCO3 + 2H2Ocalcio bicarbonato de calcio hidrxido de calcio carbonato de aguaMg (HCO3) 2 + 2Ca (OH) 2 = Mg (OH) 2 + 2CaCO3 + 2H2Omagnesio bicarbonato de calcio hidrxido de magnesio hidrxido de agua carbonato de calcioSi el control qumico adecuado se mantiene en la alimentacin de cal, la dureza de calcio puede ser reducida a 35-50 ppm. Reduccin de magnesio es una funcin de la cantidad de exceso de hidroxilo (OH-) mantiene la alcalinidad. Las figuras 7-1 y 7-2 muestran estas relaciones. Dureza de calcio no carbonatada o permanente, si est presente, no se ve afectada por el tratamiento con cal sola. Si la dureza no carbonatada de magnesio est presente en una cantidad mayor que 70 ppm y un exceso de alcalinidad de hidroxilo de aproximadamente 5 ppm se mantiene, el magnesio se reduce a aproximadamente 70 ppm, pero el calcio se incrementar en proporcin a la reduccin de magnesio. Por ejemplo, en el tratamiento con cal en fro de un agua que contiene 110 ppm de calcio, 95 ppm de magnesio, y al menos 110 ppm de alcalinidad (todo expresado como carbonato de calcio), calcio tericamente podra reducirse a 35 ppm y el de magnesio a aproximadamente 70 ppm. Sin embargo, un 25 ppm adicional de calcio sera de esperar en el agua tratada, debido a las siguientes reacciones:MgSO4 + Ca (OH) 2 = Mg (OH) 2 + CaSO4magnesio sulfato de calcio de magnesio hidrxido de sulfato de calcio hidrxidoMgCl2 + Ca (OH) 2 = Mg (OH) 2 + CaCl2magnesio calcio cloruro de calcio hidrxido de cloruro de magnesioPara mejorar la reduccin de magnesio, que tambin mejora la reduccin de slice en el ablandamiento del proceso en fro, aluminato de sodio puede ser usado. El aluminato de sodio proporciona iones hidroxilo (OH-) necesario para la reduccin de magnesio mejorada, sin aumentar la dureza de calcio en el agua tratada. Adems, la hidrlisis de los resultados de aluminato de sodio en la formacin de hidrxido de aluminio, que ayuda en la formacin de flculos, manto de lodo acondicionado, y la reduccin de slice. Las reacciones son como sigue:Na2Al2O4 + 4H2O = 2Al (OH) 3 + 2NaOHaluminio agua aluminato de hidrxido de sodio hidrxido de sodioMg [SO4] + 2NaOH = Mg (OH) 2 + [Na2SO4]Cl2 2NaClsulfato de magnesio / cloruro de sodio hidrxido de magnesio sulfato de sodio / hidrxido de cloruro deLa ceniza de sosa (Na2CO3) puede ser utilizado para mejorar la reduccin de la dureza. Reacciona con dureza de calcio no carbonatada de acuerdo a lo siguiente:CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4sulfato de calcio carbonato de calcio carbonato de sodio sulfato de sodioCaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaClcarbonato de calcio cloruro de carbonato de sodio de cloruro de sodio y calcioSin embargo, la reduccin de la dureza de magnesio no carbonatada en el ablandamiento del proceso en fro requiere cal aadi. Las reacciones son como sigue:MgSO4 + Ca (OH) 2 + Na2CO3 = Mg (OH) 2 + CaCO3 + Na2SO4hidrxido de magnesio carbonato de sulfato de carbonato de sodio y calcio de magnesio sulfato de calcio hidrxido de sodioMgCl2 + Ca (OH) 2 + Na2CO3 = Mg (OH) 2 + CaCO3 + 2NaClhidrxido de magnesio carbonato de cloruro de carbonato de sodio y calcio de cloruro de magnesio de calcio hidrxido de sodioEn estas reacciones, slidos disueltos no se reducen debido a que un producto de reaccin solucin (sulfato de sodio o cloruro de sodio) se forma. Cal caliente ablandamiento El proceso de ablandamiento con cal caliente funciona en el rango de temperatura (49-60 C) 120-140 F. Las solubilidades de calcio, magnesio, y slice se reducen por el aumento de la temperatura. Por lo tanto, se eliminan ms eficazmente por el ablandamiento con cal caliente que por el ablandamiento con cal fro. Este proceso se utiliza para los siguientes propsitos:Para recuperar el calor residual como medida de conservacin de la energa. El agua a tratar es calentado por una corriente de desecho, tales como purga de la caldera o el vapor de escape de baja presin, para recuperar el contenido de calor.Para preparar la alimentacin a un sistema de desmineralizacin. Los niveles ms bajos de calcio, magnesio, y especialmente de slice reducen la carga inica sobre el desmineralizador cuando se usa agua de cal-ablandada caliente en lugar de agua de cal-suavizado fro. Esto puede reducir tanto el capital y los costos de operacin de la desmineralizacin. Sin embargo, la mayora de las resinas aninicas fuertes de base tienen una limitacin de la temperatura de 140 F (60 C); por lo tanto, aumentos adicionales de temperatura no son aceptables para el aumento de la eficacia de la reduccin de contaminantes.Para bajar la descarga purga de sistemas de refrigeracin. Torre de enfriamiento de purga puede ser tratado con cal y sosa custica ceniza o para reducir los niveles de calcio y magnesio de manera que gran parte de la purga se puede devolver al sistema de refrigeracin. Niveles de slice en el agua de refrigeracin de recirculacin tambin estn controlados de esta manera.En cualquier cal caliente o tibia proceso de ceniza de cal-soda, control de la temperatura es crtica porque las variaciones de temperatura de tan poco como 4 C / h (2 C / h) pueden causar el arrastre bruto de los pricipitates suavizante. Proceso caliente reblandecimiento proceso caliente se lleva a cabo habitualmente bajo presin a temperaturas de (108-116 C) 227-240 F. A la temperatura de funcionamiento, las reacciones de reblandecimiento de proceso caliente van esencialmente a la terminacin. Este mtodo de tratamiento implica las mismas reacciones descritas anteriormente, a excepcin de que el CO2 del agua cruda se ventila y no participa en la reaccin de la cal. El uso de la reduccin de cal y cenizas de sosa permisos dureza de hasta 0,5 gr / gal, o aproximadamente 8 ppm, como carbonato de calcio. El magnesio se reduce a 2-5 ppm debido a la menor solubilidad del hidrxido de magnesio a las temperaturas elevadas. Reduccin de slice proceso de ablandamiento caliente tambin puede proporcionar muy buena reduccin de slice. La reduccin de slice se logra a travs de adsorcin de la slice en el precipitado de hidrxido de magnesio. Si no hay suficiente de magnesio presentes en el agua cruda para reducir de slice hasta el nivel deseado, se pueden usar compuestos de magnesio (tales como xido de magnesio, sulfato de magnesio, carbonato de magnesio, o cal dolomtica). La figura 7-3 es un grfico de xido de magnesio frente a slice de agua cruda (en ppm), que puede ser utilizado para estimar la cantidad de xido de magnesio necesaria para reducir de slice para los niveles indicados. El xido de magnesio es el producto qumico preferido debido a que no aumenta la concentracin de slidos disueltos del agua. Buen contacto lodos mejora la reduccin de slice. Para garantizar un contacto ptimo, los lodos se recircula de nuevo a la frecuencia de entrada de la unidad. Ablandamiento proceso en fro o en caliente no es tan eficaz como el proceso de ablandamiento en caliente para la reduccin de slice. Sin embargo, aadi xido de magnesio y un buen contacto lodos mejorar los resultados. Anlisis previstos de un agua cruda tpica tratada por varios procesos de cal y cal-sosa suavizantes se presentan en la Tabla 7-1.Tabla 7-1. Analiza efluente suavizante tpico.Eliminacin de agua cruda de calcio alcalinidad Fra-Lime Lime-soda de ablandamiento (fro) cal-sosa ablandamiento (caliente) Lime reblandecimiento (caliente)Dureza total (como CaCO3), ppm 250 145 81 20 120La dureza de calcio (CaCO3), ppm 150 85 35 15 115Dureza Magnesio (como CaCO3), 100 ppm 60 46 5 5La alcalinidad "P" (como CaCO3), ppm 0 27 37 23 18La alcalinidad "M" (como CaCO3), ppm 150 44 55 40 28Slice (como SiO2), ppm 20 19 18 1-2 1-2pH 7,5 10,3 10,6 10,5 10,4La reduccin de otros contaminantes Tratamiento por precipitacin de cal reduce la alcalinidad. Sin embargo, si la alcalinidad del agua cruda excede la dureza total, la alcalinidad de bicarbonato de sodio est presente. En tales casos, por lo general es necesario reducir la alcalinidad del agua tratada con el fin de reducir la corrosin sistema de condensado o permitir el aumento de ciclos de concentracin. Tratamiento por la cal convierte el bicarbonato de sodio en el agua cruda a carbonato de sodio como sigue:2NaHCO3 + Ca (OH) 2 = CaCO3 + Na2CO3 + 2H2Ode bicarbonato de sodio y calcio carbonato de calcio hidrxido de agua carbonato de sodioEl sulfato de calcio (yeso) puede ser aadido para reducir el carbonato a los niveles exigidos. La reaccin es la siguiente:Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4sulfato de sodio carbonato de calcio carbonato de calcio sulfato de sodioEsta es la misma reaccin implicada en la reduccin de la dureza del calcio no carbonatada discutido previamente. Tabla 7-2 muestra las relaciones de alcalinidad del agua tratada que se espera que en las cenizas de cal-sosa agua ablandada.Tabla 7-2. Relaciones de alcalinidad como determinados por titulaciones.Hidrxido Carobnate BicarbonatoP = O O O MP = M P O O2P = M O 2P O2P M 2P - M 2 (M - P) H - 2PReduccin de otros procesos de ablandamiento Contaminantes cal, con los filtros habituales, reducir hierro y manganeso oxidado a aproximadamente 0,05 y 0,01 ppm, respectivamente. Orgnicos del agua cruda (coloides de color que aportan) tambin se reducen. Turbidez, presente en la mayora de los suministros de agua superficial, se reduce a aproximadamente 1,0 NTU con la filtracin despus del tratamiento qumico. Turbiedad del agua cruda en exceso de 100 NTU puede ser tolerado en estos sistemas; sin embargo, puede ser necesario para coagular slidos del agua primas con un polmero catinico antes que el agua entra en el recipiente de suavizante para ayudar a la separacin de lquidos-slidos. El aceite tambin puede ser eliminado por adsorcin en los precipitados formados durante el tratamiento. Sin embargo, el aceite en concentraciones por encima de aproximadamente 30 ppm debe reducirse antes del tratamiento de cal, porque concentraciones ms altas de aceite pueden ejercer una influencia dispersante y causar el arrastre floc. Proceso de Precipitacin (qumica) Control de cal o control suavizante cal-sosa generalmente se basa en la alcalinidad del agua tratada y la dureza. Las muestras se analizan para determinar la alcalinidad a la P (fenolftalena, pH 8,3) y M (metil naranja o metilo prpura, pH 4,3) puntos finales. Rigen las siguientes condiciones:P (ppm como CaCO3) = OH- + CO32-carbonato de hidroxiloM (CaCO3 ppm) = OH- + CO32- + HCO3-bicarbonato carbonato de hidroxiloEn presencia de iones hidroxilo (OH-), la concentracin de bicarbonato es tan baja que se puede suponer que es cero. En el proceso de precipitacin, es aconsejable asegurarse de que todo el bicarbonato se ha convertido a carbonato (la forma menos soluble del calcio); por lo tanto, un ligero exceso de iones hidroxilo se debe mantener en el agua tratada. Cuando las ecuaciones anteriores se combinan, se puede demostrar que cuando 2P - M es positivo, ion hidroxilo est presente. El rango de control habitual es:2P - M = 5-15 ppmEsto corresponde a un pH de aproximadamente 10,2. Si tambin se usa ceniza de sosa, el control est en el exceso de ion carbonato. Como se muestra en la Figura 7-1 (arriba), el exceso de carbonato de calcio se presione el hasta el nivel deseado. El rango de control habitual para las unidades de refresco de lima-calientes es:M (alcalinidad) - TH (dureza total) = 20-40 ppmPor fro ablandamiento con cal-soda, donde la dureza de magnesio efluente es significativamente mayor que en cal caliente o un refresco, el rango de control anterior puede ser inapropiado. Para las unidades de cal-soda fra, carbonato de sodio puede ser controlado de forma que:2 (M - P) - La dureza de calcio = 20-40 ppmSe debe tener cuidado en la especificacin de rangos de control ceniza de sosa. Si el agua ablandada se va a utilizar como agua de alimentacin de caldera, la eliminacin de la dureza mediante la adicin de ceniza de sosa puede no ser vale la pena el costo del aumento resultante en la corrosin del sistema de condensado de vapor. Esta corrosin es causada por los niveles ms altos de dixido de carbono en el vapor que resultan de la mayor alcalinidad del carbonato del agua de alimentacin. Floculantes y coagulantes de polmeros coagulantes / floculantes / lodo Acondicionadores orgnicos son preferibles a las sales inorgnicas de aluminio o de hierro. Polmeros aaden slidos disueltos mnimos al agua y sus resultados en el uso de una cantidad reducida de lodo en comparacin con el uso de coagulantes inorgnicos. Coagulantes inorgnicos deben reaccionar con la alcalinidad del agua cruda para formar el precipitado metlico que ayuda en la clarificacin y lecho de lodo acondicionado. Por ejemplo, el alumbre reacciona como sigue:3Ca (HCO3) 2 + Al2 (SO4) 3 = 3CaSO4 + 2Al (OH) 3 + 6CO2sulfato de aluminio bicarbonato de calcio de aluminio sulfato de calcio dixido de carbono hidrxidoEl hidrxido de aluminio precipitado se incorpora dentro de los lodos producidos por las reacciones suavizantes. Esto aumenta la fluidez de los lodos de suavizante, lo que permite un mayor contacto de slidos, la mejora de ablandamiento y la claridad del efluente. Aguas que producen altas tasas de precipitacin de calcio y magnesio a lo general necesitan lodos alimentacin cama acondicionamiento qumico para su correcto funcionamiento. Polmeros orgnicos especializados estn disponibles para el acondicionamiento adecuado de la cama de lodos sin el uso de sales inorgnicas. Cuatro posibles efectos adversos de la utilizacin de sales inorgnicas se pueden observar:La sal inorgnica reduce la alcalinidad. Esto convierte la dureza a la dureza no carbonatada, que no est afectada por la cal. Como resultado, sales inorgnicas aumentar la dureza en el agua que es naturalmente deficientes en la alcalinidad de bicarbonato.Cuando el agua ha de ser tratado adicionalmente por intercambio inico, se incrementa el consumo de regenerante. Esto es debido a la mayor dureza y la carga de sulfato / cloruro soluble aadido.El dixido de carbono generado por la reaccin tiene una demanda de cal que es el doble que la del bicarbonato. Por lo tanto, se requiere una mayor adicin de productos qumicos.Aluminio soluble en el efluente suavizante interfiere con titulaciones de alcalinidad agua ablandada, incluso cuando existen niveles muy bajos de aluminio soluble. Esta interferencia, lo que requiere un aumento en la alimentacin de cal, hace que falsamente bajos - lecturas (2P M) y puede ser en parte responsable de la eliminacin adicional de magnesio se ve cuando se utilizan sales de aluminio.Equipo Empleado proceso en fro El primer fro ablandamiento con cal-sosa se llev a cabo en la moda "por lotes". Un exceso de productos qumicos de tratamiento se mezcl con el agua en una gran cuenca. Despus de aproximadamente 4 horas, el agua tratada se decant de la cuenca, dejando los precipitados se asentaron en la cuenca. Hoy en da, ablandadores de lodos de contacto continuas (vanse las Figuras 7-4 y 7-5) se utilizan para proporcionar un flujo constante con la calidad del efluente superior a la obtenida a travs del tratamiento por lotes. El tratamiento de los productos qumicos se aaden como una funcin de la tasa de flujo y la calidad del agua a la zona de mezcla rpida de la unidad. Lodos, recirculada interna o externamente a la unidad, se pueden devolver a esta zona de mezcla rpida para mejorar la suavidad, la claridad del agua ablandada, y la reduccin de slice. El agua fluye entonces a la zona de mezcla lenta de la unidad. Aqu, las reacciones de precipitacin continan y los precipitados formados se vuelven lo suficientemente grande como para empezar de sedimentacin. En la unidad de lodos de contacto, el agua fluye a travs de un lecho de lodos para el contacto adicional. El nivel de lodo se mantiene por la combinacin adecuada de los productos qumicos lecho de lodo acondicionado, agitacin mecnica, suspensin hidrulica, y de purga de lodos. Una lnea discernible de separacin entre agua clarificada y piscina lechada debe existir en una unidad correctamente operado. La turbidez del efluente es generalmente menos de 10 NTU. El caudal se limita por lo general a menos de 1,5 gpm / pie2 de rea de sedimentacin. Se requiere un tiempo de retencin de 1 hora para permitir que las reacciones de ablandamiento por venir tan cerca de la finalizacin de lo posible. Debido a las reacciones en el ablandamiento de proceso fro no estn completos, los niveles de contaminacin del agua que salen de la unidad son inestables. Con el tiempo adicional y / o aumento de la temperatura, la precipitacin adicional se producir aguas abajo de la unidad. Frecuentemente, se aade dixido de cido o de carbono para estabilizar el agua. El pH se reduce desde aproximadamente 10,2 a entre 8,0 y 9,0, que convierte el carbonato de bicarbonato a la ms soluble. Inicamente, la reaccin es:H + + HCO3- CO32- =ion bicarbonato carbonateion de iones de hidrgenoUn sistema suavizante de cal en fro tpico se muestra en la Figura 7-6. Proceso caliente Dos diseos de suavizante de proceso caliente se ilustran en las figuras 7-7 y 7-8. El primero, el ms simple en diseo y fabricacin, se conoce como una unidad de "flujo descendente". Este ltimo, que incorpora caractersticas adicionales, se conoce como una unidad de "flujo ascendente". Existen muchas variaciones en el diseo de las dos unidades, pero el principio de funcionamiento es bastante similar. En cada unidad, el agua es admitida en la parte superior del recipiente diseado para operar a 5-15 psig de presin de vapor saturado (227 a 240 F, 108-116 C). Una vlvula de entrada se utiliza para controlar el flujo de agua de entrada como una funcin del nivel de operacin del buque. El agua se pulveriza en el espacio de vapor de la unidad y se calienta a dentro de 2 o 3 grados de la temperatura de saturacin del vapor. El calentamiento reduce el contenido de gas no condensable del agua. El oxgeno y el dixido de carbono son liberados y ventilados a la atmsfera con una prdida controlada de calefaccin de vapor. Aunque no son desaireadores, unidades de proceso calientes reducen el oxgeno a aproximadamente 0,3 ppm (0,21 cm / L) y dixido de carbono a 0. Este nivel de oxgeno residual en el agua a alta temperatura es agresivo y atacarn el equipo corriente abajo, tales como filtros y zeolitas. Por lo tanto, los usuarios deben tener en cuenta la alimentacin de un eliminador de oxgeno qumico para el efluente de suavizantes proceso calientes. Productos qumicos de tratamiento se introducen en la parte superior del recipiente como una funcin de flujo y anlisis de agua cruda. Aunque las reacciones van esencialmente a la terminacin con bastante rapidez, un mnimo de 1 hr de retencin est diseado en la unidad. Adems, la tasa de flujo a travs de la unidad es limitado a 1,7-2,0 gpm / m. Filtro de agua de retrolavado puede ser retirado de la salida de la unidad, de la cabecera de agua filtrada, o desde el almacenamiento interno o externo. Compartimentos de almacenamiento internos se ilustran en la Figura 7-8. Agua de retrolavado del filtro se suele regres a la unidad para la recuperacin. En el diseo de flujo descendente, el agua sale de la vasija despus invertir la direccin y entra en el interior de la vitrina. Los precipitados separado del agua a la campana y continuar hacia abajo en el cono para la eliminacin por purga. Purga de fangos es proporcional al flujo de agua cruda. Para mejorar la reduccin de slice, los lodos se recircula desde el cono de nuevo a la parte superior de la unidad. Para la reduccin ptima de slice, se utiliza una unidad de lodos de contacto (que se muestra en la Figura 7-8). El agua y los productos qumicos entran en la parte superior de la unidad y fluyen a la parte inferior del suavizante a travs de un tubo de descenso. El nivel de lodo se mantiene de tal manera que el tubo de bajada siempre se descarga en el lecho de lodo. Esto asegura un buen contacto con el lodo, que es rico en hidrxido de magnesio. Adems, el lecho de lodo acta como un filtro, atrapando slidos ms finos antes de que las salidas de agua cerca de la parte superior del recipiente. Reciclaje de lodos tambin puede ser utilizado. El diseo de flujo ascendente tambin se presta a la incorporacin ms fcil de compartimentos internos para filtro de almacenamiento de lavado a contracorriente y de retorno, y el condensado o la desaireacin del agua tratada. Limitaciones Dado examen adecuado de la calidad del agua cruda y uso final del agua tratada, la aplicacin de los procesos de precipitacin tiene algunas limitaciones. Sin embargo, las dificultades operativas se pueden encontrar a menos que se controlan los siguientes factores:Temperatura. Unidades fras y calientes estn sujetas a prrroga si la temperatura vara ms de 4 C / h (2 C / h). Unidades de proceso caliente son menos sensibles a pequeas variaciones de temperatura. Sin embargo, un patrn de pulverizacin obstruido o incorrecta puede evitar un calentamiento adecuado del agua, y el arrastre puede resultar.Hidrulica. En cualquier sistema, operacin de estado estable dentro de los lmites de diseo optimiza el rendimiento del equipo. Variaciones de caudal rpidas pueden causar trastornos graves del sistema. Tratado capacidad de almacenamiento de agua adecuado debe ser incorporado en el diseo global del sistema para minimizar los cambios de carga en el suavizante.Control Qumico. Esto debe ser lo ms preciso posible para evitar que la mala calidad del agua. Debido a la calidad comparativamente constante de la mayora de las aguas as, los cambios en las tasas de alimentacin de productos qumicos son en gran medida una funcin de slo el flujo. Sin embargo, la calidad del agua superficial puede variar por hora. Por lo tanto, para un control adecuado, es imperativo que los usuarios realizan pruebas frecuentes de agua cruda, as como el efluente tratado, y ajustar la dosificacin de qumicos en consecuencia.

Captulo 08 de intercambio inicoHistoriaClasificaciones de resinas de intercambio inicoZeolita de sodio ablandamientoAblandamiento zeolita calienteLa desmineralizacinDesalcalinizacinContraflujo y desionizacin lecho mixtoOtros procesos de desmineralizacinPulido de condensadosProblemas en el sistema de intercambio de iones ComnEnsuciamiento y degradacin de la resinaResina de pruebas y anlisisTodas las aguas naturales contienen, en diversas concentraciones, las sales disueltas que se disocian en agua para formar iones cargados. Iones con carga positiva se denominan cationes; iones con carga negativa se llaman aniones. Impurezas inicas pueden afectar seriamente la fiabilidad y la eficiencia de funcionamiento de un sistema de caldera o proceso. Sobrecalentamiento causado por la acumulacin de escala o depsitos formados por estas impurezas pueden provocar fallos catastrficos, tubo costosas prdidas de produccin, y el tiempo de inactividad no programado. Iones de dureza, tales como calcio y magnesio, deben ser retirados del suministro de agua antes de que pueda ser utilizada como agua de alimentacin de caldera. Para los sistemas de agua de alimentacin de caldera de alta presin y muchos sistemas de proceso, la eliminacin casi completa de todos los iones, incluyendo dixido de carbono y de slice, que se requiere. Sistemas de intercambio de iones se utilizan para la eliminacin eficaz de los iones disueltos en el agua. Intercambiadores de iones intercambian un ion por otro, mantener temporalmente, y luego lo liberan a una solucin regenerante. En un sistema de intercambio de iones, los iones no deseados en el suministro de agua se sustituyen por iones ms aceptables. Por ejemplo, en una zeolita suavizante de sodio, iones calcio y magnesio forman incrustaciones son reemplazados por iones de sodio. HISTORIA En 1905, Gans, un qumico alemn, utiliza materiales de aluminosilicatos sintticos conocidos como zeolitas en los ablandadores de agua de intercambio de iones de primera. Aunque los materiales de aluminosilicato rara vez se usan hoy en da, el trmino "suavizante de zeolita" se usa comnmente para describir cualquier proceso de intercambio catinico. El material de intercambio zeolita sinttica pronto fue sustituido por un material natural llamado Greensand. Greensand tena una capacidad de intercambio ms baja que el material sinttico, pero su mayor estabilidad fsica hizo ms adecuado para aplicaciones industriales. La capacidad se define como la cantidad de iones intercambiables de una unidad de cantidad de resina quitar de una solucin. Por lo general se expresa en kilogranos por pie cbico como carbonato de calcio.Figura 8-1. Vista microscpica de perlas de resina celulares (20-50 mesh) de un sulfonado de estireno-divinilbenceno cido fuerte cacin exhcanger. (Cortesa de Rohm and Haas Company).El desarrollo de un medio de intercambio catinico de carbn sulfonado, que se refiere a la zeolita como carbonoso, extendi la aplicacin de intercambio de iones para la operacin de ciclo de hidrgeno, lo que permite la reduccin de la alcalinidad, as como la dureza. Pronto, se desarroll una resina de intercambio aninico (un producto de condensacin de poliaminas y formaldehdo). La nueva resina aninica se utiliz con la resina catinica ciclo de hidrgeno en un intento para desmineralizar (eliminar todas las sales disueltas de) agua. Sin embargo, los intercambiadores de aniones primeros eran inestables y no se podan eliminar los cidos dbilmente ionizados tales como el cido silcico y carbnico. En la dcada de 1940 medias, resinas de intercambio inico se desarrollaron sobre la base de la copolimerizacin de estireno reticulados con divinilbenceno. Estas resinas eran muy estable y tena mucho mayores capacidades de intercambio que sus predecesores. El anin exchan-ger basado poliestireno-divinilbenceno-podra eliminar todos los aniones, incluidos silcico y cidos carbnicos. Esta innovacin hizo la desmineralizacin completa de agua posible. Resinas de poliestireno-divinilbenceno todava se utilizan en la mayora de aplicaciones de intercambio inico. Aunque los componentes de resina bsicos son los mismos, las resinas se han modificado en muchas maneras de satisfacer los requisitos de aplicaciones especficas y proporcionar una vida ms larga de resina. Uno de los cambios ms significativos ha sido el desarrollo de la estructura de resina macrorreticular o macroporoso. Resinas gelulares estndar, tales como los que se muestran en la Figura 8-1, tienen una estructura de la membrana permeable. Esta estructura cumple con los requisitos qumicos y fsicos de la mayora de las aplicaciones. Sin embargo, en algunas aplicaciones de la fuerza y la resistencia qumica fsica necesaria de la estructura de la resina est ms all de las capacidades de la estructura de gel tpico. Resinas macrorreticulares disponen de poros discretos dentro de una matriz de poliestireno-divinilbenceno altamente reticulado. Estas resinas poseen una mayor fuerza fsica que los geles, as como una mayor resistencia a los agentes de degradacin y oxidantes trmicos. Resinas aninicas macrorreticulares (Figura 8-2) tambin son ms resistentes a ensuciamiento orgnico debido a su estructura ms porosa. Adems de las resinas de poliestireno-divinilbenceno (Figura 8-3), hay nuevas resinas con una estructura de acrlico, lo que aumenta su resistencia al ensuciamiento orgnico. Adems de una matriz de plstico, resina de intercambio inico contiene grupos funcionales ionizables. Estos grupos funcionales consisten de ambos elementos de cationes cargados positivamente y elementos anin cargado negativamente. Sin embargo, slo una de las especies inicas es mvil. El otro grupo inico est unido a la estructura de taln. La figura 8-4 es una ilustracin esquemtica de una perla de resina de intercambio catinico cido fuerte, que tiene sitios inicos consiste en tensioactivos aninicos inmviles (SO3) radicales y cationes de sodio mviles (Na +). El intercambio de iones se produce cuando los iones de agua bruta se difunden en la estructura de taln y cambio de la parte mvil del grupo funcional. Los iones desplazados desde el taln se difunden de nuevo en la solucin de agua. Clasificaciones de los grupos RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO ionizables unidos a la perla de resina determinan la capacidad funcional de la resina. Resinas de tratamiento de aguas industriales se clasifican en cuatro categoras bsicas:Catin de cido fuerte (SAC)cido dbil de cationes (WAC)Anin de base fuerte (SBA)Anin base dbil (AMB)Resinas SAC pueden neutralizar bases fuertes y convertir sales neutras en sus correspondientes cidos. Resinas SBA pueden neutralizar los cidos fuertes y convertir sales neutras en sus correspondientes bases. Estas resinas se utilizan en la mayora de ablandamiento y desmineralizacin aplicaciones completas. Resinas WAC y la AMB son capaces de neutralizar bases y cidos fuertes, respectivamente. Estas resinas se utilizan para desalcalinizacin, desmineralizacin parcial, o (en combinacin con resinas fuertes), lleno de desmineralizacin. Resinas SAC derivan su funcionalidad de grupos de cido sulfnico (HSO3). Cuando se utiliza en la desmineralizacin, resinas SAC eliminan casi todos los cationes de agua bruta, su sustitucin por iones de hidrgeno, como se muestra a continuacin: La reaccin de intercambio es reversible. Cuando se agota su capacidad, la resina puede ser regenerada con un exceso de cido mineral. Intercambiadores de cationes cidos fuertes funcionan bien en todos los rangos de pH. Estas resinas han encontrado una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, se utilizan en el ciclo de sodio (sodio como el ion mvil) para ablandar y en el ciclo de hidrgeno para descationizacin. Las resinas de intercambio catinico de cido dbil derivan su actividad de intercambio de un grupo carboxlico (-COOH). Cuando se opera en la forma de hidrgeno, resinas WAC eliminar cationes que se asocian con la alcalinidad, la produccin de cido carb