COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS.doc

Floculación-Coagulación

“OPERACIONES FÍSICO QUÍMICAS:

COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN DE RESÍDUOS

LÍQUIDOS”

1


ÍNDICE

1. Resume Ejecutivo.........................................................................................................4

2. Introducción..................................................................................................................5

3. Suspensiones coloidales……………………….............................................................6

3.1. Clasificación de las suspensiones...................................................................6

3.2. Estabilidad e inestabilidad de los coloides…………………………………..7

3.2.1 Ley DLVO…………………………………………………………9

4. Coagulación………………………………………………………………………….11

4.1. Mecanismos de coagulación……………………………………………….12

4.2. Tipos de coagulación………………………………………………………14

4.3. Factores que influyen en la coagulación…………………………………...15

4.3.1. pH………………………………………………………………...15

4.3.2. Sales disueltas……………………………………………………15

4.3.3. Temperatura……………………………………………………...15

4.3.4. Dosis de coagulación……………………………………………..16

4.3.4.1. Prueba de jarras………………………………………...16

4.3.5. Sistema de aplicación de coagulante…………………………..…18

4.3.6. Mezcla……………………………………………………………18

4.3.7. Turbiedad………………………………………………………...19

4.4. Etapas de la coagulación…………………………………………………...19

4.5. Coagulantes utilizados……………………………………………………..20

4.6. Clasificación del agua según su comportamiento en la coagulación………20

4.7. Estudio de la coagulación física……………………………………………21

5. Floculación..................................................................................................................22

5.1. Tipos de floculación......................................................................................23

5.2. Parámetros de la floculación.........................................................................23

5.3. Floculantes utilizados………………………………....................................23

5.4. Tipos de floculadores…………...................................................................24

5.4.1. Consideraciones generales de diseño…………………………….26

2


5.5. Gelización del flóculo……………………………………………………...27

6. Aplicación práctica de los coagulantes y floculantes..................................................27

7. Otros tipos de coagulación y floculación.....................................................................28

7.1. Electrocoagulación…....................................................................................28

7.2. Electrofloculación.........................................................................................30

7.3. Eliminación de metales y compuestos orgánicos por electrocoagulación

Electro flotación...................................................................................................30

7.4. Análisis comparativo....................................................................................30

8. Métodos y efectos complementarios a coagulación-floculación…………………….31

8.1. Aplicación ozono…………………………………………………………..31

8.2. Remoción de enteroparásitos mediante optimización de a coagulación-

floculación………………………………………………………………………34

9. Campos de aplicación de la coagulación y floculación en los diversos orígenes de los

RILES………………………………………………......................................................35

9.1. Minería…………………………………………..........................................35

9.2. Industrias de tratamiento de superficies........................................................36

9.3. Refinerías………………………………......................................................38

10. Aspectos e impactos ambientales más relevantes…………………………………..40

11. Conclusiones………………………………………………………………………..41

12. Bibliografía…………………………………………………………………………42

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1. RESUMEN

En él siguiente trabajo se hace referencia a las operaciones físico-químicas de

coagulación-floculación que se realizan en el tratamiento primario de residuos líquidos.

Se menciona específicamente desde cuáles son las partículas y la teoría de cómo se

comportan en un líquido dispersante. Es importante conocer sus propiedades para poder

elegir la forma de tratamiento más adecuada y obtener los mejores resultados.

Además se especifica cuál es el objetivo de la coagulación y floculación, su

teoría y su importancia en el tratamiento de residuos líquidos.

Estos residuos líquidos a su vez se generan en distintas áreas de la industria, tal

como refinerías, minerías, químicas, entre otras, así como también las áreas urbanas.

Existen distintas formas de proceder a tratarlas tal como lo señalan estudios

mencionados en este trabajo.

Y por último, se hace referencia a los aspectos e impactos ambientales en la

etapa de coagulación-floculación.

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2. INTRODUCCIÓN

La turbiedad y el color del agua son principalmente causados por partículas muy

pequeñas, llamadas partículas coloidales. Por lo general, el color es de origen vegetal,

también por desechos industriales, hierro y manganeso en estado natural, y por los

productos de la corrosión. Estas partículas no presentan tendencia aproximarse y por lo

tanto permanecen en suspensión por un prolongado tiempo, “el material dividido, o

soluto, se encuentra disperso homogénea e iónicamente en el solvente para formar una

solución verdadera” (Fair, 1973). Pueden atravesar un medio filtrante muy fino.

Para eliminar estas partículas se recurre a los procesos de coagulación y

floculación, debido a que pueden atravesar un medio filtrante. La coagulación tiene por

objeto desestabilizar las partículas en suspensión, es decir, facilitar su aglomeración. En

la práctica este procedimiento es caracterizado por la inyección y dispersión rápida de

productos químicos coagulantes. La floculación tiene por objetivo favorecer con la

ayuda de la mezcla lenta el contacto entre las partículas desestabilizadas. Estas

partículas se aglutinan para formar un floc que pueda ser eliminado con mayor facilidad

por los procesos unitarios de sedimentación y filtración.

Es muy importante que los procedimientos de coagulación y floculación sean

utilizados correctamente, controlando todos los parámetros requeridos tal como por

ejemplo el gradiente de velocidad, para obtener un grado particular de flor, ya que si

este es muy pequeño o muy ligero produce una decantación insuficiente. Mientras que

el agua que llega a los filtros contiene una gran cantidad de partículas de floc que

rápidamente ensucian los filtros requiere lavados frecuentes y por otro lado cuando el

floc es frágil, este se rompe en pequeñas partículas que pueden atravesar el filtro y

alterar la calidad del agua producida.

El tamaño de las partículas y su naturaleza en el residuo líquido determinan los

tipos de tratamiento dentro de las plantas de agua.

Este trabajo se enfoca a la operación físico-química de coagulación-floculación

que se realiza como parte del tratamiento primario de residuos líquidos.

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3. SUSPENSIONES COLOIDALES

La dispersión de las partículas sólidas en la fase dispersante, siendo esta el agua u

otro líquido con distinta densidad, se denomina estado coloidal y la cuál tiene gran

importancia en el proceso de coagulación. “Dichas partículas tienen una gran superficie

específica, y no pueden ser separadas por centrifugación ni sedimentación en forma

apreciable o significativa” (Juárez, 1997). La presencia de estas partículas causa el

enturbiamiento del agua, quitándole su color verdadero.

La afinidad de las partículas coloidales por el agua se caracteriza por ser:

Hidrofílicos: tienen afinidad por el agua, se dispersan espontáneamente dentro

del agua y son rodeados de moléculas de agua que previenen todo contacto

posterior entre estas partículas. Son partículas de materia orgánica.

Hidrófobos: rechazan al agua, no son rodeados de moléculas de agua, su

dispersión dentro del agua no es espontáneo por lo que requiere de la ayuda de

medios químicos y físicos. Son en general partículas de materia inorgánica.

“En realidad solo un poco son las partículas que son exclusivamente hidrofílicas o

hidrofóbicas; se obtienen más bien partículas hidratadas a diferentes grados.

La carga eléctrica y la capa de agua que rodean las partículas hidrofílicas tienden a

desplazar las partículas unas de otras y, en consecuencia los estabiliza dentro de la

solución.” (Andía, 2000).

Algunas características de las partículas de las dispersiones coloidales es que son

visibles mediante microscopio electrónico y “no se sedimentan por gravedad debido a

su movimiento browniano” (Fair, 1973), pero se puede forzar su sedimentación

mediante centrífuga y tratamiento por coagulación-floculación.

3.1. Clasificación de las suspensiones

“Según el tamaño de las partículas dispersas en el solvente, las suspensiones se

clasifican en suspensión gruesa, semi-coloidal, coloidal y disolución coloidal” (Juárez,

1997).

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Suspensión gruesa : son partículas de diámetro superior a 0,1 mm y sedimentan

a la velocidad superior a 2 [m/día].

Suspensión semi-coloidal : son partículas con diámetro entre 0,1 y 0,0001 mm y

sedimentan a velocidad entre 0 y 2 [m/día].

Suspensión coloidal : son partículas que se encuentra entre 1 milimicrón y 0,1

micrón de diámetro.

Disolución coloidal : son partículas de diámetro inferior a 1 milimicrón hasta

tamaños poco mayores que los moleculares. “A diferencia de las suspensiones

coloidales, las disoluciones imparten una menor turbidez y mayor transparencia

al agua así como una coloración más intensa y homogénea” (Juárez, 1997).

“Muchas de las sustancias importantes en ingeniería sanitaria se encuentran como

dispersiones coloidales” (Fair, 1973). Por ejemplo, “las proteínas de las aguas negras y

las formas sumamente dispersas de los óxidos hidratados de hierro, aluminio y silicio”

(Fair, 1973).

“Desde el punto de vista termodinámico, los coloides pueden clasificarse en

estables e inestables” (Juárez, 1997).

Coloides estables : también denominados reversibles o micelas, están

constituidas principalmente por jabones, detergentes, proteínas y almidones.

Coloides inestables : también conocido como irreversibles están constituidos por

arcillas, óxidos metálicos o microorganismos. Éstos a su vez, se clasifican en:

- Diuturnales: agregación lenta.

- Caducos: agregación rápida.

3.2. Estabilidad e inestabilidad de los coloides

Los factores que afectan la estabilidad de los coloidales son la carga de las

partículas y el efecto de solvatación. Generalmente, la estabilidad se relaciona a las

“cargas superficiales”, lo que se explica si se considera que las partículas coloides

tienen carga, por otro lado, la dispersión coloidal no la tiene, por lo que la carga de la

partícula debe ser equilibrada en la fase acuosa, lo que explica la existencia de una

doble capa eléctrica en cada interfase entre la partícula y el fluido como se observa en la

figura 1. “Las cargas superficiales de estas partículas cargadas, produce que éstas se

7


rodeen por una nube de iones de carga contraria conocidos como contrapones” (Juárez,

1997), éstos quedan retenidos en la superficie por las fuerzas electrostáticas y de Van

der Waals.

“Las partículas coloidales están sometidas a dos grandes de fuerzas:

Fuerzas de atracción de Van der Waals: son fuerzas de atracción producidas por

el movimiento continuo de las partículas.

Fuerzas de repulsión electrostáticas: son fuerzas que impiden la aglomeración

de las partículas cuando estas se acercan unas a otras” (Andía, 2000); por

ejemplo, dos partículas de igual signo no se pueden aproximar, se repelen.

“En el tratamiento de los RILES, las partículas en general tienen carga eléctrica

negativa teniendo alrededor partículas de carga positiva” (Juárez, 1997). “Estas cargas

llamadas cargas primarias, atraen los iones positivos del agua (contraiones), los cuales

se adhieren fuertemente a las partículas y atraen a su alrededor iones negativos

acompañados de una débil cantidad de iones positivos” (Andía, 2000).

“Los iones que se adhieren fuertemente a la partícula y se desplazan con ella,

forman la capa adherida o comprimida, mientras que los iones que se adhieren

débilmente constituyen la capa difusa, por lo tanto hay un gradiente o potencial

electrostático entre la superficie de la partícula y la solución, llamado Potencial Zeta”

(Andía, 2000).

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Figura 1.Doble capa de una partícula coloidal


La carga superficial que le confiere estabilidad a los coloides puede desarrollarse

por diversos mecanismos:

“Adsorción preferente de iones sobre partículas inertes, como por ejemplo los

aniones sobre grasas.

Ionización de distintos grupos iónicos contenidos en la partícula, como por

ejemplo grupos aminos y/o carbonilos de ciertas proteínas.

Sustitución isomorfa debido a un proceso de intercambio entre iones de la

partícula y la disolución” (Juárez, 1997).

“Al entrar en contacto, las partículas coloidales se unen para formar partículas más

grandes, se floculan y precipitan, al menos que se estabilicen en alguna forma” (Fair,

1973). Coloides hidrofóbicos como son los metales y la mayor parte de las sales, la

presencia de la carga origina que las partículas se repelan unas a otras, por otro lado, los

coloides hidrofílicos, como los almidones y las proteínas, se estabilizan principalmente

por capas de agua ligadas que impide el contacto de las partículas.

Como citado, “en muchos casos, se encuentran que la estabilidad de los coloides

depende de la magnitud del potencial zeta, ζ, definido por la ecuación”:

Ecuación 1.

donde q es la carga sobre la partícula o la diferencia de carga entre la partícula y el seno

de la solución, δ es el espesor de la capa a través de la que es efectiva la diferencia de

carga y D es la constante dieléctrica del medio. En esta forma, el potencial zeta es una

medida tanto de la carga sobre una partícula coloidal, como de la profundidad dentro de

la que se extiende el efecto de la carga” (Fair, 1973).

Como las partículas coloidales están sometidas a fuerzas de atracción y repulsión,

y existe un balance entre dichas fuerzas.

3.2.1 Ley DLVO

Con relación a lo anterior, “Derjaguin y Landau en Rusia, y Verwey y Overbeek

en Holanda propusieron independientemente una interpretación de la estabilidad de los

coloides liofóbicos, que fue una de las primeras cuantificaciones en el campo. En su

honor se llama dicha teoría DLVO y se aplica a los coloides. Esta teoría considera que

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cuando se acercan dos interfases, la fuerza resultante es la combinación de las fuerzas

atractivas de Van der Waals y de la fuerza de repulsión eléctrica” (Salager, 2002).

“El movimiento browniano produce colisión entre las partículas y si las fuerzas de

atracción predominan, las partículas se aglomeran después de la colisión”

(www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia). En caso contrario, si las fuerzas de repulsión

predominan las partículas permanecen separadas después de la colisión, “la fuerza es

repulsiva de contacto, es decir, aquella que se produce cuando la distancia es

esencialmente cero, y que corresponde al concepto usual de compresibilidad” (Salager,

2002).

A distancia muy larga es la fuerza atractiva de Van der Waals la que actúa ya

distancias intermedias actúa la repulsión eléctrica al dominar las demás fuerzas.

En la figura 2, de acuerdo con la teoría, representa la curva que representa la

energía total de interacción entre partículas coloidales VT (curva continua) es la suma de

las curvas de energías potenciales de atracción VA y repulsión VR en función de la

distancia entre las partículas cargadas.

Ecuación 2.

Esta curva corresponde a una ecuación de tipo exponencial porque la fuerza de

repulsión y atracción son inversamente proporcional a la distancia.

“La figura demuestra que cuando las partículas se aproximan desde la distancia e

hasta la distancia b deben superar un máximo de repulsión Vm antes de alcanzar el

mínimo de atracción Vp donde la coagulación es irreversible. La altura de ese máximo

Vm define la estabilidad del sistema que corresponde a un potencial Z aproximado de

50 mV, de esta forma el sistema se puede considerar estable. La coagulación en el

10

Figura 2.

http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia


mínimo secundario VS es débil y reversible porque la energía térmica de partículas muy

pequeñas es del mismo orden de magnitud que la energía de este mínimo, y el

movimiento browniano es suficiente para desagregar las partículas” (www.ffyb.uba.ar/

farmacotecnia)

Además se observa que en la figura, “existen dos mínimos, el que se encuentra a

"gran" distancia se llama mínimo secundario. Cuando dos partículas se acercan a gran

distancia la fuerza dominante es atractiva hasta llegar al mínimo secundario. En esta

posición las partículas están levemente "cercanas". En vista de que el mínimo es poco

profundo basta agitar el sistema para "disgregar" las partículas. En este mínimo se dice

que existe una floculación, lo cual es un fenómeno esencialmente reversible. Al

contrario, el otro mínimo (principal) es mucho más profundo y corresponde a una

adhesión más enérgica y esencialmente irreversible llamada coagulación.”(Salager,

2002)

Tabla 1.Efecto neto de las energías de atracción y repulsión en la estabilidad de las partículas coloidales.

4. COAGULACIÓN

“El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar las partículas coloidales

que se encuentran en suspensión, para favorecer su aglomeración; en consecuencia se

eliminan las materias en suspensión estables; la coagulación no solo elimina la

turbiedad sino también la concentración de las materias orgánicas y los

microorganismos” (Andía, 2000).

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Distancia entre partículas

VA y VR Curva VT Efecto neto Efecto en la estabilidad

O--------------O VA > VR Tramo d-VS-e(mínimo 2º

VS)

Atracción Coagulación reversible

O-----------O VA < VR Tramo c-Vm-d

(máximo Vm)

Repulsión Si ζ = 50 mV, sistema estable

O---------O VA > VR Tramo b-Vp-c(mínimo 1º

Vp)

Atracción Coagulación irreversible

O------O VA < VR Tramo a-b Repulsión -

http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/ESTABILIDAD_DE_LAS_DISPERSIONES_COLOIDALES.htm

http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/ESTABILIDAD_DE_LAS_DISPERSIONES_COLOIDALES.htm


La desestabilización consiste en neutralizar las cargas eliminando la interferencia

de la carga de las partículas coloidales con el fin de romper su estabilidad dentro del

medio dispersante. Es un proceso químico, físico o ambos para desestabilizar y lograr

que las partículas aumenten su tamaño y se hagan relativamente pesadas para que

sedimenten por gravedad.

Para el proceso químico se adicionan sustancias coagulantes y aplicación de

energía de mezclado que anulan las cargas eléctricas de la superficie del coloide

permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren.

“La coagulación es el tratamiento mas eficaz pero también es el que representa un

gasto elevado cuando no está bien realizado” (Andía, 2000).

4.1. Mecanismo de la coagulación

La desestabilización se puede obtener por los siguientes mecanismos físico-

químicos:

Compresión de la doble capa

“Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan y

generan una fuerza de repulsión, cuyo potencial de repulsión está en función de la

distancia que los separa y cae rápidamente con el incremento de iones de carga opuesta

al de las partículas, esto se consigue sólo con los iones del coagulante” (Andía, 2000).

Existe por otro lado fuerzas de atracción entre las partículas llamadas fuerzas de Van

der Waals, que dependen de los átomos que constituyen las partículas y de la densidad

resultante.

Absorción y neutralización de cargas

“Las partículas coloidales poseen carga negativa en sus superficies, estas cargas

llamadas primarias atraen los iones positivos que se encuentran en solución dentro del

agua y forman la primera capa adherida al coloide” (Andía, 2000).

El potencial Zeta, como descrito anteriormente, rige el desplazamiento de coloides y su

interacción mutua.

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La adición de productos de coagulación – floculación anula el potencial, y la

agitación mecánica o hidráulica complementa la energía del proceso ya que la fuerza

natural de mezcla debido al movimiento browniano no es suficiente.

“Cuando se adiciona un exceso de coagulante al agua a tratar, se produce a la

reestabilización de la carga de la partícula debido a que el exceso de coagulante es

absorbido en la superficie de la partícula, produciendo una carga invertida a la carga

original” (Andía, 2000), por eso la importancia de determinar la dosis adecuada.

Atropamiento de partículas dentro de un precipitado

Las partículas coloidales desestabilizadas, se pueden atrapar dentro de un floc,

cuando se adiciona una cantidad suficiente de coagulantes, como Al2 (SO4)3, o Cloruro

Férrico FeCl3 forman flocs de moléculas de Al (OH )3 o de Fe (OH)3. “La presencia de

ciertos aniones y de las partículas coloidales acelera la formación del precipitado”

(Andía, 2000). Las partículas coloidales en una concentración importante de partículas

en suspensión pueden requerir menor cantidad de coagulante para la formación de flocs.

Adsorción y puente

La utilización de un polímero aniónico es adecuado cuando las partículas están

cargadas negativamente. Este fenómeno es explicado por la teoría del “puente”. “Las

moléculas del polímero muy largas contienen grupos químicos que pueden absorber las

partículas coloidales” (Andía, 2000). El polímero puede absorber las partículas

coloidales en sus de extremidades formando puentes como se observa en la figura 3.

Una excesiva carga de polímeros puede tener una reestabilización de la suspensión

al igual que en los mecanismos antes mencionados.

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Figura 3.


4.2. Tipos de coagulación

“Se presentan dos tipos básicos de coagulación: por adsorción y por barrido:”

(Andía, 2000).

1. Coagulación por adsorción: se presenta en efluentes con alta concentración de

partículas al estado coloidal. Como se observa en la figura 4, cuando el coagulante es

adicionado, sus productos solubles son absorbidos por los coloides y forman los

flóculos en forma casi instantánea.

Figura 4.

2. Coagulación por barrido: Este tipo de coagulación se presenta cuando el agua

presenta baja turbiedad y pequeña cantidad de partículas coloides; “en este caso las

partículas son entrampadas al producirse una sobresaturación de precipitado de sulfato

de aluminio o cloruro férrico” (Andía, 2000) como se demuestra en la figura 5.

14

Figura 5.


4.3. Factores que influyen en la coagulación.

Es necesario tener en cuenta los siguientes factores con la finalidad de optimizar el

proceso de coagulación debido a que la interrelación entre cada uno de ellos permiten

predecir las cantidades de coagulante a adicionar al agua:

4.3.1. pH

El pH es una medida de la actividad del ión hidrógeno en una solución siendo

función del tipo de coagulante y de las características físico-químicas del agua a tratar.

“El pH es la variable más importante a tener en cuenta al momento de la

coagulación, para cada agua existe un rango de pH óptimo para la cual la coagulación

tiene lugar rápidamente, ello depende de la naturaleza de los iones y de la alcalinidad

del agua” (Andía, 2000).

La dosis requerida de coagulante es alta cuando adicionada fuera del rango de pH.,

“para sales de aluminio el rango de pH para la coagulación es de 6.5 a 8.0 y para las

sales de hierro, el rango de pH óptimo es de 5.5 a 8.5” (Andía, 2000).

4.3.2. Sales disueltas

Las sales disueltas ejercen las siguientes modificaciones sobre la coagulación y

floculación:

Rango de pH óptimo.

Tiempo requerido para la floculación.

Cantidad de coagulantes requeridos.

Cantidad residual del coagulante dentro del efluente.

4.3.3. Temperatura

“La variación de 1° C en la temperatura del agua conduce a la formación de

corrientes de densidad (variación de la densidad del agua) de diferentes grados que

afectan a la energía cinética de las partículas en suspensión, por lo que la coagulación se

hace más lenta” (Andía, 2000).

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El aumento y disminución de la temperatura desfavorecen la coagulación, así por

ejemplo, al disminuir la temperatura se aumenta viscosidad del agua dificultando la

sedimentación de un floc.

4.3.4. Dosis del coagulante

La cantidad del coagulante influye directamente en la eficiencia de la coagulación:

“Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula,

la formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto la turbiedad

residual es elevada.

Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula,

conduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy

pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto la

turbiedad residual es igualmente elevada.

La selección del coagulante y la cantidad óptima de aplicación; se determina

mediante los ensayos de pruebas de jarra” (Andía, 2000) la cuál se describe a

continuación.

4.3.4.1. Prueba de Jarras

Debido a que las aguas residuales varían ampliamente en sus características físico-

químicas, se utiliza este ensayo que es el más representativo para determinar el

comportamiento bajo el cuál el coagulante y floculante actúan con mayor eficiencia. En

laboratorio se simula estas condiciones manteniendo constantes todos los parámetros de

prueba que sea posible ya que la coagulación depende de tantas variables que son

interdependientes. “Entre estas variables se encuentra el pH que tiene como

importancia:1) gobernar la naturaleza del coagulante o del floculante a través del grado

de hidrólisis y de ionización y 2) como determinar la carga de las impurezas coloidales”

(Fair, 1973). También se debe tener en cuenta el grado de agitación y temperatura del

agua que se está utilizando.

El equipo está compuesto por las siguientes partes:

6 vasos precipitados de 1 a 3 litros cada uno, donde se coloca el agua de muestra.

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Una base transparente que ilumina los vasos por medio de una luz ubicada en la

parte inferior, que permite visualizar mejor lo que sucede en las jarras.

Un sistema con seis paletas, regulables a distintas velocidades, que permiten

realizar la mezcla rápida y la agitación lenta.

El procedimiento generalmente utilizado es el siguiente:

A cada vaso se adiciona el agua a analizar.

Posteriormente se adiciona el coagulante.

Se procede a una agitación rápida a 80 o 100 rpm durante 1 a 3 minutos.

A continuación se procede a una agitación lenta durante 20 o 30 minutos.

Se detiene completamente la agitación y se deja sedimentar por unos 10 o 20

minutos.

Con una manguera como un “sifón” se sacan muestras de agua sedimentadas

para realizar las mediciones necesarias: pH, temperatura, color, turbiedad, etc.

Limitantes de la prueba:

El volumen de las jarras no es comparativo al gran volumen de los tanques de

floculación real, constituye solamente una prueba estimativa del proceso en la

práctica.

“En los floculadores existe un flujo continuo. Las jarras en cambio no lo tienen.

La dosificación de los coagulantes y la agitación de las masas de agua, pueden

ser mejor controladas en el ensayo que en la planta de tratamiento” (Valenzuela,

1978).

Este ensayo entrega como resultado un rango de dosis óptima de coagulantes y

floculantes, teniendo controlada las variables anteriormente señaladas.

Además esta prueba se puede utilizar como base del diseño al iniciar un proyecto de

planta potabilizadora y sirven para mejorar la eficiencia de una planta en operación.

La selección del coagulante y la dosis juegan un rol muy importante sobre:

La calidad del agua clarificada.

El funcionamiento de los decantadores.

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4.3.5. Sistema de aplicación del coagulante

Se considera que una reacción adecuada del coagulante con el agua se produce

cuando:

La dosis del coagulante que se adicione al agua es en forma constante y

uniforme en la unidad de mezcla rápida, quedando completamente disperso y

mezclado en todo el volumen.

El sistema de dosificación debe poseer un caudal constante y regulable. “Esta

condición se obtiene por medio de los equipos de dosificación tanto para los

coagulantes al estado sólido y estado líquido, que deben encontrarse calibrados y

comprobados en la práctica por medio de las pruebas de aforamiento” (Andía,

2000).

4.3.6. Mezcla

El grado de agitación del agua durante la adición del coagulante, determina si la

coagulación es completa; la uniformidad de las turbulencias define la distribución del

coagulante. La agitación debe ser uniforme e intensa en todo el volumen, para asegurar

que la mezcla entre el agua y el coagulante realice la neutralización de cargas

correspondiente.

En el transcurso de la coagulación y floculación se procede a la mezcla de

productos químicos en dos etapas:

Mezcla rápida: se efectúa una mezcla enérgica y de corta duración (60 seg.,

máx.), la inyección de productos químicos se realiza dentro de la zona de fuerte

turbulencia. Esta mezcla tiene por objeto dispersar la totalidad del coagulante

dentro del volumen del agua a tratar.

Mezcla lenta: tiene por objeto permitir el contacto entre las partículas para

desarrollar los microflóculos. Esta mezcla debe ser suficiente para crear

diferencias de velocidad del agua dentro de la unidad pero que no rompa los

flóculos formados.

Las unidades para producir la mezcla pueden ser: mecánicos o hidráulicos.

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Ventajas y Desventajas de los Mezcladores Hidráulicos y Mecánicos:

“El gradiente de velocidad en un mezclador mecánico no varia con el caudal, tiene

la ventaja adicional de controlar el grado de agitación, haciendo variar la velocidad de

rotación del impulsor; sin embargo tiene la limitante de depender de la energía externa

donde una falla hace que el proceso de mezcla se perjudique.

Los mezcladores hidráulicos se caracterizan por presentar poca flexibilidad a las

variaciones de caudal pero no depende de una energía externa. Por lo general se utilizan

como mezcladores rápidos las canaletas parshall y vertederos” (Andía, 2000).

4.3.7. Turbiedad

“La turbidez es la expresión de la propiedad óptica de la muestra que causa que los

rayos de luz sean dispersados y absorbidos en lugar de ser transmitidos en línea recta a

través de la muestra. La turbiedad en el agua puede ser causada por la presencia de

partículas suspendidas y disueltas de gases, líquidos y sólidos tanto orgánicos como

inorgánicos, con un ámbito de tamaños desde el coloidal hasta partículas

macroscópicas, dependiendo del grado de turbulencia” (Fair, 1973).

La variación de la concentración de las partículas permite hacer las siguientes

predicciones:

“Para cada turbiedad existe una cantidad de coagulante, con el que se obtiene la

turbiedad residual más baja, que corresponde a la dosis óptima” (Andía, 2000).

A mayor turbidez se debe adicionar menor cantidad de coagulante debido a que

la probabilidad de colisión entre las partículas es muy elevada, por lo que la

coagulación se realiza con facilidad que si la turbidez es menor. La cantidad de

coagulante en este caso es igual o mayor que si la turbiedad fuese alta.

A concentración muy alta de suspensiones, conviene realizar una sedimentación

previa natural o forzada, en este caso con el empleo de un polímero aniónico.

4.4. Etapas de la coagulación

El proceso de coagulación presenta las siguientes etapas:

“Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas en

suspensión.

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Formación de compuestos químicos poliméricos.

Adsorción de cadenas poliméricas por los coloides.

Adsorción mutua de coloides.

Acción de barrido” (Andía, 2000)

4.5. Coagulantes Utilizados

Los componentes son productos químicos que al adicionar al agua son capaces de

reaccionar con las partículas en suspensión del agua, especialmente con la alcalinidad

del agua para formar un precipitado voluminoso, muy absorbente, constituido

generalmente por el hidróxido metálico del coagulante que se está utilizando.

“Los principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y

producir el floc son: sulfato de aluminio, aluminato de sodio, cloruro de aluminio,

cloruro férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso y polielectrolitos (como ayudantes de

floculación).

Siendo los más utilizados las sales de aluminio y de hierro, cuando se adiciona

estas sales al agua se producen una serie de reacciones muy complejas donde los

productos de hidrólisis son más eficaces que los iones mismos” (Andía, 2000).

4.6. Clasificación del agua según su comportamiento en la coagulación.

La tabla 2 resume la clasificación del tipo de agua, tipo de coagulación que se

produce y el requerimiento de dosis de coagulante:

20Tabla 2.


4.7. Estudio de la coagulación física

La coagulación física ejerce efecto sobre las dispersiones o suspensiones semi-

coloidales.

Los principales fenómenos y cualidades que lo hacen posible son:

Cualidades del agua: cierta viscosidad, polaridad, presión interna y condiciones

cinéticas provocadas por la temperatura.

Diferentes sistemas dispersos.

Fenómenos de adsorción.

Estados cinéticos turbulentos del agua.

El principal promotor es el movimiento turbulento del agua que contiene la

dispersión, esto porque se provoca deslizamiento de los filetes y láminas del líquido

entre sí con respecto a las partículas suspendidas. Otro promotor, pero como

consecuencia del anterior es el desplazamiento gravitacional de las partículas gruesas

que tienen diferente forma y tamaño así como alta concentración.

Los agentes físicos de la coagulación son:

Filtración : a través de los mantos de lodos suspendidos para lograr este tipo

de coagulación, donde ocurre movimiento turbulento del agua más el

movimiento relativo de las partículas dispersas (intenso estado cinético). Como

consecuencia ocurre el fenómeno de adsorción por el deslizamiento de las

partículas por medios altamente viscosos.

Calor : no es de rendimiento y utilidad práctica.

Ondas ultrasonoras : el movimiento oscilatorio de las moléculas, provocan

compresiones y dilataciones donde las partículas entran en contacto y por efecto

de adsorción. Afecta el sistema disperso de partículas coloidales, semi-

coloidales y partículas gruesas cambiando su estructura. Produce

acondicionamiento de coágulos y flóculos con la eliminación del agua interna.

Las principales circunstancias y condiciones que favorecen la coagulación son:

En primer lugar se encuentra la alta concentración de partículas dispersas, lo

cuál facilita el acercamiento e impactos por adsorción.

21


La presencia de emusoidales que atrapan agua dentro de su estructura en forma

de grumos o racimos, luego atrapan sales dispersar y como consecuencia se

separa del medio dispersante.

Sustancias gélicas que estructuran grupos floculantes de moléculas filiformes

o laminares que entrampan agua en la fase interna, tienen gran tamaño, menor

densidad y disminuyen de esta forma el espacio de desplazamiento de los

soles.

La temperatura afecta la viscosidad, movilidad de las partículas, la

concentración de ión hidrógeno y la hidratación.

5. FLOCULACIÓN.

“La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que consiste en la

agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y aglomeración de

los flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios

para sedimentar con facilidad” (Andía, 2000).

El floculante tiende un puente entre las partículas coloidales aglomeradas para

formar flóculos más grandes y fáciles de sedimentar como se observa en la figura 6.

“Sucede que los flóculos formados por la aglomeración de varios coloides no sean

lo suficientemente grande como para sedimentar con rapidez deseada, por lo que el

empleo de un floculante es necesario para reunir en forma de red, formando puentes de

una superficie a otra enlazando las partículas individuales en aglomerados” (Andía,

2000).

La floculación es favorecida por el mezclado lento que permite juntar los flóculos

debido a que un mezclado demasiado intenso los rompe y difícilmente vuelven a formar

22

Figura 6.


su tamaño y fuerza óptimos. La floculación no solo incrementa el tamaño de las

partículas del flóculo, sino que también aumenta su peso.

La floculación puede ser mejorada por la adición de un reactivo de floculación o

ayudante de floculación.

5.1. Tipos de floculación

Floculación Pericinética : es producido por el movimiento natural de las

moléculas del agua y esta inducida por la energía térmica, este movimiento es

conocido como el movimiento browniano.

Floculación Ortocinética : se basa en las colisiones de las partículas debido al

movimiento del agua, el que es inducido por una energía exterior a la masa de

agua y que puede ser de origen mecánico o hidráulico.

Después que el agua es coagulada es necesario que se produzca primero

floculación pericinética luego la floculación ortocinética para aglomerar de los

microflóculos.

5.2. Parámetros de la floculación

“Los parámetros que se caracterizan la floculación son los siguientes:

Floculación Ortocinética: grado de agitación proporcionada ya sea mecánica o

hidráulica.

Gradiente de Velocidad: energía necesaria para producir la mezcla.

Número de colisiones: choque entre microflóculos.

Tiempo de retención: tiempo que permanece el agua en la unidad de floculación.

Densidad y tamaño de floc.

Volumen de lodos: los flóculos formados no deben sedimentar en las unidades

de floculación” (Andía, 2000).

5.3. Floculantes utilizados

Los floculantes son polímeros o polielectrolitos con pesos moleculares muy

elevados y moléculas orgánicas solubles en agua formadas.

23


Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y orgánico

de síntesis.

Floculantes Minerales : Se encuentra la sílice activada, que es el primer

floculante empleado, que debe ser preparado antes de emplear y se debe tener

precaución que no se gelatinice.

Floculantes Orgánicos Naturales : Son polímeros naturales extraídos de

sustancias animales o vegetales.

Los alginatos, cuya estructura polimérica son:

o Los ácidos manuránicos

o Los ácidos glucónicos.

Floculantes Orgánicos de Síntesis : son los más utilizados y son

macromoléculas de una gran cadena, obtenidos por asociación de monómeros

sintéticos, estos se clasifican de acuerdo al efecto iónico de los polímeros:

o Aniónicos (generalmente copolímeros de la acrilamida y del ácido

acrílico).

o Neutros o no iónicos (poliacrilamidas).

o Catiónicos (copolímero de acrilamidas + un monómero catiónico).

5.4. Tipos de floculadores

“La mezcla lenta para floculación puede efectuarse con floculadores mecánicos,

usando rotores de paletas, o hidráulicos, como resultado del movimiento del agua.

Los floculadores hidráulicos más comunes son los de flujo horizontal y los de

flujo vertical” (Romero, 1999):

Flujo horizontal : consiste en un tanque dividido por tabiques, bafles o

pantallas de material adecuado, por lo general, concentro, dispuestos en tal

forma que el agua recorra de ida y vuelta alrededor de los extremos libres de

los tabiques. Se utilizan en la práctica en plantas pequeñas que poseen

caudales menores de 50 L/s.

Flujo vertical : el agua fluye hacia arriba y hacia abajo, por encima y por

debajo de los tabiques, pantallas o bafles que dividen el tanque. Estos

floculadores son más profundos (2 – 3 m) y se utilizan en plantas grandes. 24


“En general, los floculadores hidráulicos, con una velocidad de flujo apropiada y

un número adecuado de bafles para asegurar suficientes curvas, proveen una floculación

efectiva” (Romero, 1999), como se observa en la figura 7.

“En los floculadores mecánicos se introduce potencia al agua para asegurar una

mezcla lenta mediante agitadores mecánicos. El tipo de agitador mecánico más usado es

el de paletas, ya sean de eje horizontal o vertical, las cuáles imparten un movimiento

rotatorio al agua así como cierta turbulencia interna. También existen impulsores de

turbina y de flujo axial. Como el grado de mezcla óptimo es variable, según la calidad

del agua, se recomienda que el equipo agitador mecánico sea de velocidad variable”

(Romero, 1999),

25

Figura 8.

Figura 9.

Figura 7.


Los floculadores hidráulicos poseen la desventaja de alta pérdida de carga y poca

flexibilidad de control en el grado de mezcla para caudales variables en comparación

con los floculadores mecánico, pero poseen las ventajas de no tener equipo mecánico y

de que su mantenimiento sea menor.

Debido a que ambos “floculadores tienen la desventaja de mantenimiento

periódico en motores y en agitadores, además de no tener flexibilidad para variar el

gradiente de velocidad, se ha propuesto el diseño, construcción y prueba de

funcionamiento de un floculador accionado con aire, el cual regula el gradiente, no

cuenta con partes mecánicas y no requiere de mantenimiento” (Sandoval, 2002).

Para el diseño se tomó como base el principio de funcionamiento del dispositivo

de aireación/circulación. El floculador está constituido por un tubo abierto en sus dos

extremos, que se coloca dentro del tanque que contiene el agua a flocular como se

observa en la figura 10, al ascender la burbuja, el agua contenida dentro del tubo

principal del equipo se desplaza hasta la parte superior, al mismo tiempo existe una

succión del agua por la parte inferior debido a las presiones que generan las burbujas,

provocando un movimiento continua a causa de la corriente que asciende y que

posteriormente desciende.

5.4.1. Consideraciones generales de diseño

Los dos criterios principales que controlan el proceso de floculación son la

intensidad de la mezcla y el período de agitación. “Según Camp y Stein, la relación

26

Figura 10.


básica para caracterizar el proceso de floculación es la siguiente:

Ecuación 3.

donde G, gradiente de velocidad, es el término que describe la intensidad de la mezcla,

y N es el número de colisiones, por unidad de tiempo, entre N1, partículas de diámetro

d1, y N2, partículas de diámetro d2. ” (Romero, 1999):

La ecuación que define el volumen del flóculo, suponiendo diámetro constante, será:

Ecuación 4.

5.5. Gelización de los flóculos

El envejecimiento o gelización de la estructura flocular se puede sintetizar en el

siguiente esquema:

Esquema 1.

Posterior a las etapas de coagulación y floculación se estructura el protogel que se

encuentra estabilizado contra la redisolución por las condiciones de energía libre, por

las cargas iónicas condensadas y por los campos polares que le confieren cualidades

hidrofílicas. El protogel a su vez sufre transición gradual a moléculas de menor peso

molecular a estructuras gélicas con moléculas de mayor tenacidad, densidad, peso,

menos flexibles, poros más pequeños y que soporta esfuerzos hidrodinámicos sin que se

desintegre.

Se puede acelerar este proceso sometiendo el sistema a un tratamiento

hidrodinámico de intensidad gradualmente creciente de acuerdo al aumento de la

resistencia mecánica que va adquiriendo el protogel.

6. APLICACIÓN PRÁCTICA DE LOS COAGULANTES Y FLOCULANTES

Requisitos Principales

“La aplicación de los coagulantes desde el punto de vista práctico en la operación

de una planta de tratamiento, requieren de:

Verificación del caudal de tratamiento.

27


La dosificación de los productos químicos.

El manejo de los Equipos, aparatos de medida y los medios de medición”

(Andía, 2000).

7. OTROS TIPOS DE COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN

“La electrofloculación y electrocoagulación son técnicas que involucran la adición

electrolítica de iones metálicos coagulantes directamente del electrodo de sacrificio.

Estos iones permiten que los contaminantes se aglomeren de la misma forma que si se

adicionara un producto químico como el sulfato de aluminio, cloruro férrico, etc. y

permitir con ellos su remoción” (Castillo, 2003).

La adición electrolítica de los iones metálicos tiene ventajas con respecto a la

adición de productos químicos coagulantes y/o floculantes pues no aumenta el número

de sales en el agua a tratar y produce la mitad o una tercera parte de lodos.

7.1. Electrocoagulación

El proceso de electrocoagulación, puede ser definido como la desestabilización de

especies químicas suspendidas o disueltas presentes en una solución, producto de la

aplicación de una diferencia de potencial eléctrico a través de un sistema cátodo-ánodo

inmerso en la solución de agua a tratar. “A consecuencia y en el transcurso de dicho

proceso electrolítico, las especies catiónicas producidas en el ánodo entran a la

solución, reaccionando con las demás especies formando óxidos metálicos y

precipitando los respectivos hidróxidos. A diferencia de la coagulación química es el

origen del coagulante, ya que, en la electrocoagulación el catión proviene de la

disolución del ánodo metálico, ya sea, fierro o aluminio.” (www.ecofield.com.ar)

Las condiciones de operación de un sistema de electrocoagulación son altamente

dependientes de las condiciones químicas, pH, tamaño de partículas y de su

28

http://www.ecofield.com.ar/archivo/a-011.htm


conductividad. El tratamiento general de las aguas residuales requiere aplicaciones baja

de voltaje (<50 Volts) con amperaje variable, de acuerdo a las características químicas

del agua.

Como funcionan en forma automática, mediante controles electrónicos que

regulan la corriente y voltaje, de acuerdo a la calidad del agua residual a tratar.

“La producción o generación de lodos está directamente relacionado con el nivel

de contaminación del agua residual y de las especies catiónicas (fierro) que se

disuelven en el agua de acuerdo a la corriente aplicada a los electrodos. En todo caso la

generación de lodos es menor que un sistema químico o biológico convencional. Se

obtiene un lodo más compacto con un nivel de humedad entre un 97 a 99%”

(www.ecofield.com.ar)

Son unidades compactas, fáciles de operar, con un consumo de energía y

producción de lodos menor comparada a los sistemas de tratamiento químicos

convencionales, además es adaptable a diferentes tipos de Riles

Figura 11.

El funcionamiento ocurre como se observa en la figura 11, en el cátodo se produce

hidrógeno en forma de burbujas, estas pueden arrastrar a los flóculos formados hacia la

superficie (electro flotación), de la que pueden ser retirados mediante barrido mecánico.

Este método presenta la ventaja sobre el método químico de que no se necesita la

29

http://www.ecofield.com.ar/archivo/a-011.htm


adición de ningún agente floculante y que los flóculos son arrastrados hacia la superficie

y retirados fácilmente de ella.

“Aunque este método es conocido desde hace tiempo, está experimentando

actualmente un resurgimiento debido a su bajo coste y sencillez”. (Castillo, 2003)

Los pasos para lograr el tratamiento de electrocoagulación son: ionización, electrólisis,

formación de radicales libres y campos electromagnéticos.

“Se puede decir entonces que la electrocoagulación proporciona soluciones para

un amplio rango de problemas relacionados con la contaminación de las aguas, tales

como la reducción de olores, remoción de metales, remoción de aceites y grasas,

destrucción de patógenos, conversión de nitrógeno en nitritos y nitratos en vez de

amoníaco y remoción de contaminantes orgánicos e inorgánicos”. (Castillo, 2003)

7.2. Electrofloculación

“En la electrofloculación, se favorece la remoción de los contaminantes debido a

que son arrastrados por las burbujas de gas que se generan en el sistema (H2 y O2), por lo

que tienden a flotar en la superficie. Para tener mejores rendimientos es necesario

instalar un sistema que garantice la remoción de la espuma que flota” (Castillo, 2003),

similar al proceso de flotación por aire disuelto.

7.3. Eliminación de metales y compuestos orgánicos por electrocoagulación- electro

flotación

Los precipitados formados durante la coagulación y floculación tienen una gran

área superficial y son capaces de adsorber compuestos orgánicos y metales,

eliminándolos de la disolución. (Castillo, 2003).

Esta técnica, puede mejorarse con ayuda de la Electroquímica, eso porque si

sumergimos en el agua residual a tratar un ánodo de aluminio, un cátodo de hierro y

aplicamos potencial de voltaje, se producirá la formación de iones Al+3 que, en

condiciones adecuadas, formarán flóculos de sal insoluble adsorberán a los compuestos

orgánicos presentes y a los iones metálicos por efecto de la electrocoagulación

30


7.4. Análisis comparativo

Electrocoagulación-electrofloculación v/s tratamiento biológico y tratamiento

químico:

El sistema de electrocoagulación requiere de 50 a 60% menos superficie que

los sistemas biológicos convencionales

Los tiempos de residencia de la electrocoagulación son de 10 a 60 segundos y

los sistemas biológicos que requieren entre 12 y 24 horas.

Son unidades compactas, fáciles de operar, con un consumo de energía y

producción de lodo inferior a los sistemas biológicos y de tratamiento químico

convencionales.

No requieren de obras civiles mayores, como los sistemas químicos y

biológicos.

Los costos de inversión y operación son un 50% más bajo que los sistemas

biológicos y químicos.

Los consumos de energía eléctrica por m3 de agua tratada son menores a los

sistemas de tratamiento convencionales.

No utilizan productos químicos.

Son unidades que se utilizan cuando se requieren.

Adaptables a diferentes tipos de Riles.

8. MÉTODOS Y EFECTOS COMPLEMENTARIOS A COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN

31


8.1. Aplicación de ozono

El ozono puede ser aplicado como desinfectante y como oxidante para auxiliar en

el proceso de coagulación y floculación. Si el proceso es correctamente aplicado pode

ser altamente ventajoso e con una buena relación beneficio/costo, eso debido a que

disminuye la cantidad de reactivos coagulantes y floculantes a adicionar.

“Los sistemas de tratamiento convencional, compuestos por coagulación-

floculación seguidos por decantación y/o filtración, normalmente presentan baja

eficiencia en la remoción de organismos planctónicos en aguas eutróficas, dentro de los

cuáles las algas son las más representativas, por su estructura celular de baja densidad,

muy cercana a la del agua” (Rodrigues, 2001).

Un sistema con pre-oxidación a través del uso do ozono como oxidante puede

traer considerables cambios para el tratamiento en lo que se refiere a la remoción de

algas y organismos planctónicos, con reflejos directos en la remoción de turbidez y

color aparente, e con ventajas de no introducir gusto y olor en el agua en bajas

concentraciones.

El ozono puede ser utilizado para diversos fines en el tratamiento de aguas para

abastecimiento:

Auxiliar del proceso de coagulación-floculación.

Desinfección e control de algas.

Oxidación de compuestos inorgánicos.

Oxidación de compuestos orgánicos específicos (compuestos fenólicos,

pesticidas, etc.)

Entre otros;

Por lo tanto, tomando esto en consideración para el tratamiento de agua, se puede

reducir o remover varios de estos compuestos y para este fin se puede utilizar el proceso

de aplicación de ozono en diferentes puntos del tratamiento.

El esquema abajo muestra los diferentes puntos donde el ozono puede ser aplicado:

32


Los reactores de contacto constituyen la parte más importante del sistema, es

donde ocurre la transferencia del ozono de la fase gaseosa a la fase liquida. Para que

estos reactores posean un buen desempeño, se debe tomar en cuenta los factores de

introducción del líquido, del gas, la concentración de ozono en gas, las características

hidrodinámicas de los reactores y las características físico-químicas del agua bruta.

“Las concepciones más utilizadas actualmente para los reactores presentan

modelos hidrodinámicos de funcionamiento del tipo mezcla completa, con flujo de gas

co-corriente o contra-corriente al flujo del líquido o en cámaras donde ocurre ambos”

(Rodrigues, 2001), conforme la figura 12.

En la etapa I de la figura muestra el flujo del gas tiene sentido contra-corriente al

flujo del líquido, en la etapa II el sistema es de tipo co- corriente, tanto líquido como el

gas tienen el mismo sentido al flujo. La etapa III es reactiva, ocurre la descomposición

del ozono y la oxidación do material particulado.

“La utilización de este tipo de reactor ha sido más utilizada actualmente debido a

la flexibilidad operacional que este posee, pues permite aplicaciones de diferentes dosis

de ozono en diferentes compartimientos del sistema posibilitando así una mayor

optimización para la remoción de compuestos específicos” (Rodrigues, 2001).

En las siguientes figuras se muestra su utilización posterior a la etapa de coagulación-

floculación en el agua ya tratada y el equipo generador de ozono:

33

Esquema 2.

Figura 12.


Figura 13. Equipo generador de ozono

8.2. Remoción de enteroparásitos mediante optimización de la coagulación-

floculación

“Conceptualmente, los microorganismos son biocoloides hidrófilos que llevan una

carga neta negativa” (Fair, 1973). Su aglomeración es ocasionada por reducción en la

densidad de carga, disminución en la repulsión electrostática e interacción de

polielectrolitos de origen natural, “por ejemplo, en la superficie de ellos se excretan

polímeros, polisacáridos y poliácidos” (Fair, 1973).

Además de esto para mejorar la sedimentación y/o filtración se debe tomar en

cuenta el tamaño coloidal de los parásitos, peso específico y potencial zeta como

condiciones para que la coagulación y floculación sean un mecanismo eficiente para la

eliminación por ejemplo de enteroparásitos como Giardia y Cryptosporidium.

“Se considera que el uso de sulfato de aluminio (7,58% de Al2O3) y con el

coayudante polielectrolito catiónico (poliamina cuaternaria), existe remoción

significativa de enteroparásitos” (Abramovich, 2002).

Pero con la utilización del coagulante polihidroxicloruro de aluminio (PACl) con

fórmula molecular (Al3 [OH]2[SO4]2Cl15), el cuál posee la ventaja de tener menor

34

Figura 14.


dependencia de efectividad con respecto a las variaciones de la temperatura y pH

comparada con el sulfato de aluminio, además adicionando un coayudante floculación

coma la poliacrilamida, un polímero no iónico de alto peso molecular y baja densidad

de carga, se considera un método muy efectivo con mejores resultados. “Se puede

obtener la remoción de enteroparásitos cercano al 99,7%” (Abramovich, 2002).

Por lo tanto, un proceso adecuado de coagulación-floculación en el tratamiento de

potabilización de agua, aumenta el rendimiento de remoción de enteroparásitos en

forma sustancial y así minimizar los riesgos de transmisión de estos patógenos que son

indicadores de contaminación.

9. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN EN

LOS DIVERSOS ORÍGENES DE LOS RILES

9.1. Minería

Etapas de origen de los efluentes:

“Los efluentes en minería pueden originarse en las diferentes etapas a la que es

sometido el mineral para la obtención del metal o sal que se desea. Dependerá de la

operación unitaria utilizada en la extracción, en la concentración y en los procesos

utilizados en refinarlo” (Subsecretaría de Minería, 2002).

A modo de ejemplo como es el caso de la minería del cobre, podemos ejemplificar los

siguientes casos que producen algún tipo de efluentes:

a) Extracción: drenaje de minas y soluciones gastadas, principalmente cuando se

utilizan procesos hidrometalúrgicos, lixiviación in situ, en pila, extracción por solvente,

etc. Se recicla o se neutraliza y/o desintoxica antes de disponerlas en tranques para su

evaporación o reutilización.

b) Concentración: se usa el proceso de flotación selectiva, donde a partir de un mineral

que contiene entre un 1% a 2% en cobre, se obtiene un concentrado con un 32% de

mineral. El agua del proceso, además se utiliza para transportar los sólidos hasta su

punto de disposición final, tranque de Relave, donde se evapora el agua y/o se vuelve a

bombear al proceso.

35


c) Refinación: procesos de electrólisis generan barros anódicos. En las fundiciones se

genera un efluente ácido, debido al lavado y enfriamiento de gases antes de que ingrese

el gas a las plantas de ácido.

“De acuerdo con las características de los efluentes de la minería, según los reactivos

utilizados, las sustancias o elementos que se disuelven e incorporan a la fase líquida, en

términos genéricos, los principales parámetros químicos que se ven afectados son”

(Subsecretaría de Minería, 2002):

pH: acidez o basicidad del Ril.

Sólidos suspendidos.

Sales disueltas, tales como As, SO=4, CN-, Cl-, Sulfuros y otros.

Presencia de metales pesados, tales como Cu, Fe, Se, Mo, Pb, etc.

Sustancias orgánicas, tales como reactivos, solventes.

Opciones generales de tratamiento:

“En general, los esquemas de tratamiento utilizados, corresponden a procesos

químicos y de separación mecánica, los que utilizan reactivos para inducir la ruptura del

compuesto químico mediante una reacción tipo oxido-reducción y/o para que precipite

el elemento o compuesto, generalmente va acompañado de un cambio de pH para

favorecer el proceso” (Subsecretaría de Minería, 2002).

Para la precipitación de metales pesados, se favorece la formación de Hidróxido o

de Sulfuros insoluble a pH alcalino, utilizando Cal por su bajo costo, a pesar que tiende

a formar un mayor volumen de precipitado.

“Una vez acondicionado químicamente el efluente, se procede a separar el

contaminante, generalmente es extraído de la fase líquida mediante procesos mecánicos

de sedimentación y/o filtración, ayudado por floculantes que aceleran el proceso de

separación” (Subsecretaría de Minería, 2002). En la tabla se describe el tratamiento de

contaminantes que incluye coagulación y/o floculación

36


Tabla 3.

9.2. Industrias de tratamiento de superficies

“La industria del tratamiento de superficies se puede definir como aquella parte de

la industria cuya actividad productiva consiste en recubrir superficies metálicas o

plásticas por diversos métodos y la obtención de contornos o acabados especiales según

la utilidad posterior del material tratado. La gama de recubrimientos y tratamientos

aplicados es muy amplia y el fin último de la operación consiste en proteger la

superficie contra la corrosión o el desgaste, lubricarla, variar la conductividad eléctrica

o la reflectividad al calor o a la luz, etc.” (www.eper-es.com/pdfs/gt26gr/.pdf)

En este tipo de industrias se encuentra por ejemplo el sector de galvanotecnia y

anodizado.

La diversidad de tratamiento es enorme según el sector industrial o producto

terminado. Así, entre los procesos más habituales se pueden citar:

Eliminaciones químicas o electroquímicas (decapado, desengrasado,

desmetalizados).

Revestimientos húmedos o secos.

Conversión química o electroquímica.

Fosfatación.

Sulfuración.

Oxidación anódica.

Difusión termoquímica.

Procesos de electro-deposición, también conocidos como galvanotecnia

(cobreado, niquelado, cromado, zincado, cadmiado, estañado, etc.).

Etapas de origen de los efluentes:

La actividad de tratamiento de superficies produce fundamentalmente efluentes

líquidos de dos tipos. Por un lado aparecen cargas contaminantes altas, en volúmenes

37

http://www.eper-es.com/pdfs/gt26gr/.pdf


relativamente pequeños, que son efluentes generados en los baños de proceso, y por otro

lado, efluentes con cargas contaminantes diluidas en grandes volúmenes de agua, que

son efluentes procedentes de los enjuagues o lavados.

“Tomando como base los procesos generales de la actividad de recubrimiento

distinguimos para cada etapa las siguientes afecciones” (Ley española 16/2002, 2004),

en la tabla 4, enfocándose solamente a las afecciones hídricas para efecto de este

trabajo:

Tabla 4.


“Entre las opciones técnicas emergentes dentro del sector se encuentra la

electrocoagulación y electrofloculación que como descrito anteriormente provoca la

precipitación de los metales mediante el paso de corriente”

(www.eper-es.com/pdfs/gt26gr/.pdf).

Estas técnicas se encuentran en fase de implementación en el tratamiento del los

efluentes originados en la etapa de recubrimiento electrolítico.

Aunque en algunos casos se utiliza la electrólisis, esta técnica puede ser adaptada para

electrofloculación.

9.3. Refinerías

Características de los efluentes:

“Los efluentes de las refinerías contienen aceite, hidrocarburos y sales en altas

concentraciones. Por lo anterior, las interacciones químicas y mecánicas entre el agua y

estas sustancias son muy complejas y frecuentemente se presentan dificultades para su

remoción. El aceite puede estar presente en el agua en diferentes formas: libre,

38



dispersión de gotas finas, emulsión químicamente estable y sólidos aceitosos”

(Mijaylova, 2002).


El tratamiento de las aguas residuales aceitosas consiste primero, en la separación

del aceite libre que flota fácilmente y de los sólidos aceitosos. En el efluente de este

tratamiento primario quedan el aceite disperso y el emulsificado.

Posteriormente para romper la emulsión aceite/agua y así acelerar la remoción del aceite

disperso y del emulsificado, se pueden utilizar coagulantes y floculantes con posterior

proceso de flotación con aire disuelto.

“El factor de primordial importancia es la selección del coagulante-floculante,

después la relación de recirculación y por último la presión en el tanque de saturación.

La combinación de procesos coagulación – flotación con aire disuelto, permite

obtener una remoción de grasas, aceites y DQO de más del 99.5% y 90%

respectivamente. El rompimiento de la emulsión se logra satisfactoriamente usando

combinaciones de coagulante mineral (Sulfato de Aluminio o Cloruro Férrico) y

polímeros, así como aplicando polímeros catiónicos de alto peso molecular” (Mijaylova,

2002).

10. ASPECTOS E IMPACTOS AMBIENTALES MÁS RELEVANTES

Toda actividad productiva produce aspectos e impactos, ya sean estos positivos o

negativos al medio ambiente.

En la etapa de coagulación-floculación no se queda al margen de esto, en cada

etapa de su proceso se generan aspectos ambientales, ver tabla 5. Sin embargo antes de

nombrarlos y clasificarlos es necesario indicar que es un aspecto e impacto ambiental:

Aspecto ambiental: elemento de las actividades, producto o servicios de la

organización que tiene o puede tener un impacto beneficioso o adverso en el medio

ambiente (relación causa-efecto). Por ejemplo: emisiones líquidas, sólidas y gaseosas

descargadas al medio ambiente, generados por procesos industriales.

39


Impacto ambiental: cualquier cambio que ocurre en el medio ambiente, sea

adverso o beneficioso, que es resultado total o parcial de las actividades, productos y

servicios (aspecto). Por ejemplo: alteración del suelo o del agua, reducción de las

emisiones al aire, conservación o agotamiento de un recurso natural.

Identificación de las fuentes generadoras de impacto

Emisiones Atmosféricas

Las emisiones atmosféricas se producen principalmente en alguna mala

dosificación de los coagulantes y floculantes en donde se liberan finas partículas del

los químicos. Otra fuente puede ser la utilización de posibles extintores en el área de

trabajo.

Residuos líquidos.

Los residuos líquidos debido a que se tratan de tratamientos de aguas estos se

producen al finalizar el proceso o al secado del lodo generado, pero los cuales están

sujetos a la normativa vigente. (D.S 609).

Residuos Sólidos

De acuerdo a la normativa vigente, se define como residuos sólidos tanto a los

sólidos propiamente tales, como a los semi-sólidos, líquidos y gaseosos que están

confinados; y se catalogan de peligrosos cuando presentan algunas de las siguientes

características: toxicidad, inflamabilidad, reactividad o corrosividad.

Los residuos sólidos generados son:

Recipientes de los reactivos químicos utilizados

Dar de baja algún equipo, como un floculador mecánico o alguna parte de este.

El lodo generado en proceso, que por su característica no puede ser dispuesto

como residuo domiciliario.

Ruido

Se genera ruido principalmente en la utilización de los floculadores mecánicos.

40


Tabla 5.

41


10. CONCLUSIONES

Se debe analizar las características de los residuos líquidos para determinar el

tratamiento a seguir, haciendo más eficiente el proceso para lograr los objetivos

de afluente que se desea obtener de acuerdo a la utilidad posterior.

En base a estudios realizados se concluye que existe una combinación y dosis

adecuada de coagulante-floculante para cada tipo de efluente a tratar. No

necesariamente deben ser usados en conjunto, puede que se emplee uno u otro,

pero la mayoría de los estudios concluye que su combinación suele tener

mejores resultados.

En cuánto a las técnicas emergentes, algunos estudios han demostrado que la

electrocoagulación-electrofloculación-electroflotación son buenas alternativas

para el tratamiento de aguas residuales. Los menores tiempos de residencia

requeridos por algunas dispersiones coloidales pueden ser tan bajos como 0.5

minutos. En promedio los tiempos empleados son de 3 a 5 minutos. Se pueden

construir plantas compactas que requieren menos terreno, y unidades de

tratamiento más pequeñas, haciéndose más económicas.

Los procesos electroquímicos reducen la DBO, y la DQO en un porcentaje

mucho mayor que los procesos químicos. Puede reducirse hasta 99% DQO para

ciertos efluentes y las cantidades de lodos producidas es menor. Estas pueden ser

buenas razones para elegir estas técnicas emergentes para tratar los residuos

líquidos producidos en diferentes campos de la industria o bien urbanas.

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11. BIBLIOGRAFIA

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COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN DE RESIDUOS LÍQUIDOS.doc