TRATAMIENTO DE AGUA

TRATAMIENTO DE AGUACOAGULACIN Y FLOCULACIN

Diego Armando ValverdeGerencia de MantenimientoIntroduccinLa coagulacin y floculacin son mtodos de clarificacin de agua.

Su accin es la de desestabilizar las partculas coloidales para formar floculos.

Microfotografa de agua turbia 130x

Misma agua tratada con coagulanteFina dispersin de pequeas partculas coloidalesPartculas coloidales colectadas en un floculoPartculas ColoidalesPartculas de muy bajo dimetro causantes del color y turbidez del agua.ClasificacinLos coloides hidrofbicos son responsables de la coloracin del agua y tienen bsicamente un origen orgnico con una parte R-NH2o R-OH.Los coloides hidroflicos son de origen mineral. En su superficie estn las cargas negativas concentradas que dan lugar a que la aglomeracin sea imposible.Caractersticas de los ColoidesSu dimetro est comprendido entre 1 m y 1nm

Absorben iones libres

Permanecen en suspensin en el agua pudiendo atravesar filtros muy finos

Aunque su concentracin es muy estable no presentan tendencia de aproximarse unas con otras

TamaoGrupoMayores de 100 mSolidos sedimentables10 a 100 mTurbidezMenores de 10 mColoidalClasificacin de partculas de acuerdo a tamaoCaractersticas qumicas de los coloidesEstas partculas usualmente poseen una carga elctrica negativa situada sobre su superficie denominada cargas primarias.

Cargas primariasIones positivosCapa ComprimidaIones negativosCapa DifusaIones positivosFuertementeDbilmentePotencial ZetaLa partcula coloidal cargada tiene un potencial elctrico con respecto a la solucin neutra en la que se all.El valor de la diferencial de potencial entre el limite de solucin rgidamente unido a la partcula y la masa del liquido se denomina potencial zeta

Este potencial decrece hasta una distancia suficiente para que los efectos de la carga sean inapreciablesFactores de estabilidad y inestabilidad de coloidesLas partculas coloidales estn sometidas por dos grandes fuerzasFuerzas de atraccin de Van der Waals : Ea (factores de Inestabilidad); sonfuerzas de atraccin producidas por el movimiento continuo de las partculas.Fuerzas de repulsin electrostticas : Eb (columbicas factor de estabilidad); son fuerzas que impiden la aglomeracin de las partculas cuando estas se acercan unas a otrasEquilibrio= Fuerza resultante Er= Ea + EbCoagulacinEs un proceso de desestabilizacin qumica de las partculas coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados.

Sustancias qumicas (coagulantes) anulan las cargas elctricas de la superficie del coloide.La coagulacin no solo elimina la turbiedad sino tambin la concentracin de las materias orgnicas y los microorganismos.Mecanismos de la CoagulacinCompresin de la doble capa.

Adsorcin y neutralizacin de cargas.

Atrapamiento de partculas en un precipitado.

Adsorcin y puente.Compresin de la doble capaCuando dos partculas semejantes se aproximan, sus capas difusas interactan generando una fuerza de repulsin.

El potencial de repulsin cae con el incremento de iones del coagulante

Adsorcin y Neutralizacin de CargasEs la disminucin y neutralizacin del potencial zeta de las partculas coloidales debido a la adsorcin en la superficie coloidal de las especies inicas polinucleares positivas provenientes del coagulante En este mecanismo el movimiento browniano no es suficiente requirindose una energa complementaria necesaria; por ejemplo realizar la agitacin mecnica o hidrulica.Atrapamiento de Partculas dentro de un PrecipitadoLas partculas coloides desestabilizadas Alta cantidadAdicinCoagulantesSales de metales trivalenteSulfato de aluminio Al2 (SO4)3Cloruro Frrico FeCl3Floculo formado de AL(OH)3 o Fe(OH)3Aniones positivosAcelerar

Adsorcin y PuenteEste mecanismo esta basado en la teora del puenteLas molculas del polmero muy largas contienen grupos qumicos que pueden absorber las partculas coloidales.La molcula de polmero puede as absorber una partcula coloidal en una de susextremidades, mientras que los otros sitios son libres para absorber otras partculas.Tratamiento mas econmico utilizando polmeros anicnicos

En la practica los procesos de coagulacin combinan los cuatro mecanismos descritos y, segn las condiciones externas (pH, temperatura, tipo de coagulante, etc.) predominar un mecanismo sobre los otrosCondicinMecanismo PredominanteBajo pH y bajas dosificaciones de coagulanteAdsorcin y Compresin de la doble capapH alto y altas dosificaciones de coagulanteAtrapamiento en un precipitadoCoagulantes Utilizados

Coadyuvantes:PolielectrolitosCalArcillaSulfato de magnesioAlginatosAlmidones

Las principales reacciones de sulfato de aluminio con la alcalinidad del agua son:

Factores que Influyen en la CoagulacinEs necesario tener en cuenta los siguientes factores con la finalidad de optimizar elproceso de coagulacin:FactorpHTurbiedadSales disueltasTemperatura del aguaTipo de coagulante utilizadoCondiciones de MezclaSistemas de aplicacin de los coagulantesTipos de mezcla y el colorLa interrelacin entre cada uno de ellos permiten predecir cules son las cantidades de los coagulantes a adicionar al aguapHEl rango de pH es funcin del tipo de coagulante a ser utilizado y de la naturaleza del agua a tratar; si la coagulacin se realiza fuera del rango de pH ptimo entonces se debe aumentar la cantidad del coagulante; por lo tanto la dosis requerida es alta.CoagulantepH para la coagulacinSales de Aluminio6.5 a 8.0Sales de Hierro5.5 a 8.5Influencia de las Sales DisueltasLas sales contenidas dentro del agua ejercen las influencias siguientes sobre la coagulacin y floculacin:Modificacin del rango de pH ptimoModificacin del tiempo requerido para la floculacinModificacin de la cantidad de coagulantes requeridosModificacin de la cantidad residual del coagulante dentro del efluenteInfluencia de la Temperatura del AguaLa variacin de 1C en la temperatura del agua conduce a la formacin decorrientes de densidad (variacin de la densidad del agua) de diferentes grados que afectan a la energa cintica de las partculas en suspensin, por lo que la coagulacin se hace mas lenta.Temperaturas ElevadasEleva energa cintica en molculasNo se forman los floculosTemperaturas bajasAumento de viscosidadDificultades en la sedimentacin del floculoInfluencia de la Dosis del CoagulanteLa cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la coagulacin, as:Cantidad de CoagulantePoca cantidadNo neutraliza completamente la carga de la partculaFormacin de microfloculos muy escasos (Turbiedad residual elevada)Mucha cantidadInversin de la carga de la partculaFormacin de gran cantidad de microfloculos con tamaos muy pequeos (Velocidaddes de sedimentacin bajas, Turbiedad residual elevada)La seleccin del coagulante y la cantidad ptima de aplicacin se determina mediante los ensayos de pruebas de jarraLa seleccin del coagulante y la dosis juegan un rol muy importante sobre :La buena o mala calidad del agua clarificadaEl buen o mal funcionamiento de los decantadores

En el siguiente cuadro se observa para Turbiedad inicial de To = 20 NTU, los valores de dosis de coagulantes son diferentes para los diferentes valores de pH y alcalinidad.Influencia de MezclaEl grado de agitacin que se da a la masa de agua durante la adicin del coagulante, determina si la coagulacin es completa.La agitacin debe ser uniforme e intensa en toda la masa de aguaTurbulencias desiguales hacen que cierta porcin de agua tenga mayor concentracin de coagulantes y la otra parte tenga poco o casi nadaEtapas de la MezclaEn el transcurso de la coagulacin y floculacin, se procede a la mezcla de productos qumicos en dos etapas.Mezcla rpida .- Primera etapa, la mezcla es enrgica y de corta duracin (60 seg., mx.). Se efecta para la inyeccin y dispersin del coagulante dentro del volumen del agua a tratarUna inadecuada mezcla rpida conlleva a un incrementode productos qumicos.Unidades para producir la mezclaMezcladores Mecnicos- Retromezcladores (agitadores)Mezcladores Hidrulicos- Resalto Hidrulico: Canaleta Parshall y Vertedero Rectangular- En lnea: Difusores (tuberas y canales)Inyectores, etc.Sistema de Aplicacin del CoagulanteSe considera que una reaccin adecuada del coagulante con el agua se producecuando:La dosis del coagulante que se adicione al agua es en forma constante y uniforme en la unidad de mezcla rpida, tal que el coagulante sea completamente dispersado y mezclado con el agua.El sistema de dosificacin debe proporcionar un caudal constante y fcilmente regulable

Etapas o Fases de la CoagulacinEl proceso de coagulacin se desarrolla en un tiempo muy corto (casi instantneo),en el que se presenta las siguientes etapas:Hidrlisis de los coagulantes y desestabilizacin de las partculas en suspensin.Formacin de Compuestos qumicos polimricos.Adsorcin de cadenas polimricas por los coloides.Adsorcin mutua de coloides.Accin de barrido.

Tipos de CoagulacinSe presentan dos tipos bsicos de coagulacin: Por Adsorcin y Por Barrido.Coagulacin Por AdsorcinSe presenta cuando el agua presenta una alta concentracin de partculas al estado coloidal; cuando el coagulante es adicionado al agua turbia los productos solubles de los coagulantes son absorbidas por los coloides y forman los flculos en forma casi instantnea.Coagulacin por BarridoEste tipo de coagulacin se presenta cuando el agua es clara (presenta baja turbiedad) y la cantidad de partculas coloides es pequea; en este caso las partculas son entrampadas al producirse una sobresaturacin deprecipitado de sulfato de aluminio o cloruro frrico.

Coagulacin Por Adsorcin

Coagulacin Por BarridoClasificacin del Agua Segn su Comportamiento en la Coagulacin

FLOCULACINLa floculacin es la aglomeracin de partculas desestabilizadas en microflculos y despus en los flculos ms grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados decantadores.

La floculacin puede ser mejorado por la adicin de un reactivo de floculacin o ayudante de floculacin.Tipos de FloculacinFloculacin PericinticaEsta producido por el movimiento natural de las molculas del agua y esta inducida por la energa trmica, este movimiento es conocido como el movimiento browniano.Floculacin OrtocinticaSe basa en las colisiones de las partculas debido al movimiento del agua, el que es inducido por una energa exterior a la masa de agua y que puede ser de origen mecnico o hidrulico.Parmetros de la FloculacinLos parmetros que se caracterizan la floculacin son los siguientes:Floculacin Ortocintica (Se da por el grado de agitacin proporcionada (Mecnica o Hidrulica)Gradiente de Velocidad (energa necesaria para producir la mezcla)Nmero de colisiones (choque entre microflculos)Tiempo de retencin (tiempo que permanece el agua en la unidad de floculacin)Densidad y tamao de flocVolumen de lodos (los flculos formados no deben sedimentar en las unidades de floculacin)Gradiente de Velocidad

El factor G recomendada para la floculacin vara de aproximadamente 50 /s para agua fra que lleva floculos frgiles a 200 /s para agua de ablandador.FloculantesLos floculantes son polmeros o polielectrolitos con pesos moleculares muy elevados molculas orgnicas solubles en agua formadas por bloques denominados monmeros, repetidos en cadenas larga.Estos floculantes pueden ser de naturaleza : mineral, orgnico natural y orgnico de sntesis.TiposCompuestoFloculantes MineralesSlice activadaFloculantes Orgnicos NaturalesPolmeros naturales extrados de sustancias animales o vegetales

Floculantes Orgnicos de SntesisSon macromolculas de una gran cadena, obtenidos por asociacin de monmerossintticos con masa molecular elevada de 106 a 107 gr./mol M.U

Variables en Coagulacin - FloculacinBibliografaLyonnaise des Eaux Dumez, Tratamiento de Agua , 1985.

Raymond Desjardins Tratamiento del Agua, 1992.

Nalco Water Handbook