Manual Del Agua

SECCION 2

OPERACIONES UNITARIAS ENE EL TRATAMEINTO DE AGUAS

Capituo 8

COAGULACION Y FLOCULACION

Los procesos de coagulación y floculación se emplean para extraer del agua los solidos que en ella se encuentran suspendidos siempre que su rapidez natural de aentamiento sea demasiado baja para proporcionar clrificacion efectiva. La clarificación del agua, el balandamiento con cal, el espesamiento de lodo y el desecamiento, dependen de una correcra aplicación de las teorías de la coagulación y la floculación para que puedan efectuarse con éxito.

Tomando ocmo ejemplo la clarificación de agua sueperficial, el agua cruda tibia contiene material suspendido, tanto solidos que peuden asentarse como partículas lo bastante grandes que se asientan en reposos o sólidos dispersados que no se asientan pueden ser coloides. Cada particula se encuentra estabilizada por cargas negativas sobre su superficie, haciendo que repela las partículas vecinas, como se repelen mutuamente dos polos magneticos. Ya que esto impide el choque de las partículas y que formen asi masas mayores, llamados floculos, las partículas no se aientan. La cogulacuion desetabiliza estos colides al neutralizar las fuerzas que los mantiene separados. Esto se logra, por logenrela, añadiendo coagulantes químicos y aplicando energía de mezclado. Las sutancias químicas de uso común son las sales de aluminio, las sales de hierro y los polielectrolitos.

La figura 8.1 muestra como estas sustancias químicas cencelan las cargas negativas sobre la superficie del coloide, permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando floculos. Estos floculos, inicaolmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores quye son incapaces de asentarse. El proceso de desestabilización es la coagulaciuon ( neutralización de la carga); la etapa de formación de flóculos es la floculación.

Los términos de cogulacion y floculación intercambiados; sin embargo, cuando se les considera como dos mecanismos distitios pueden conduri a un mejor entendimiento dela clarificación y la desecación,

COAGULACION

Las especies coloidales halladas en agua cruda y en agua de desecho inclyen arcillas, sílice , hierro y ptros metales pesasos, color y solidos organicos, como los residuos de organismos muertos, los coloides tambien pueden prosucirse en los proceso de presipitacion,m como el alblandamiento con cal . el aciete en agua de desecho es con fecuencia coloidal.

Entre la gran variedad de materiales coloidalkes en el agua, existe una distribución grande ene el tamaño de las partículas, en la tabla 8.1 se muestra comoe l tamalño de la partcula afecta la tendencuia al asentamiento en agua tranquila. Los soloides siempre necesirtan coagularse para alcanzar untamaño efectivo y uan reapidez de aentamiento, pero aun partículas mayores, que no sean realmente coloides y que se sentarían si se les diera un tiempo suficiente, requieren de la cogulacion para la formar un flóculo mayor que se asinte con mas rapidez.

Cuando en una planta de tratamiento no se dispone de tiempo suficiente para extraer los sólidos suspendidos, la coagulación y la floculación pueden provocar su crecimiento y asentarse con la suficiente rapidez para superar las limitaciones del diseño de la planta.

Los coloides se claifican en hidrofobicos (adversos al agua) e hidrofilicos /afines al agua). Los coloides hidrofobicos no reaccionan con el agua; la mayor parte de las cerámicas naturales son hidrofocicas. Los coloides hidrofilicas. De importancia en el t5atamiento del agua; las sustancias que producen el color son hidrofílicas. De importancia en el tratamiento del agua es que los coloides hidrofilicos pueden reaccionar químicamente con el coagulantye usado ene el proceso de tratamento. Así, los coloides hidrofilicos requiere mayor cantidad de coagulante que los hidrofobicos, que no reaccionan químicamente con el coagulante. Por ejemplo, para aliminar el color de un agua que tiene un color APHA de 50 se requiere dosis mayores de cagulante que las necesarias para eliminar una tubidez de 50 UTJ.

FUERZAS COLIDALES

Prácticamente, todo lo que se necesita para definir el sistema coloidal es la determinación de la naturaleza y la magnitud de la carga de la partícula. La magnitud de la carga de la partícula.

El potencial zeta es una medida de esta fuerza. Para coloides en fuentes de agua narural conun pH de 5 a 8, el potencias zeta se encuentra entre -14 y -30 milivolts; cuanto mas mengatico sea el numero, tanto mayor será la carga de las partículas. A medida que disminuye el potencial zata. Las particculas pueden aproximarse casa vez mas aumentando las posibilidad de una colision. En un sistema convensional de clarificación con pH de 6 a 8 , los coagulantes proporcionan las cargas positivas para reducir la magnitud del potencial zeta. La cogulacion se presenta de ordinario a un potencial zeta que es aun mas ligeramente negativo, de manera que por lo general no se requiere que la craga sea neutralizada por completo. Si se añade demasiado coagulante, la superficie de la particula se cargara positivamente (un potencial zeta positivo), y la partícula volverá a dispersarse.

Pueden necesitarse coagulantes en un sistema de trtamiento de agua con pH alto, como es el caso del balandamiento con cal. Las partículas de carbonato de calcio tambien aportan una carga negatica y pueden ser utiulis coagulantes catiónicos para redurir la dureza residual coloidal. El hidróxido de magnesio, por otro lado, porta una carga positiva hasta que el pah es mayor de 11; asi, en los proceso de ablandamiento con cal y cal.carbonoato, en los que se precipitan tanto CaCO3 como MG(OH)2, se copresipitan las paerticulsas de carga opuesta. Estas coprecipitacion produjo, en periodos geológicos pasados, el mineral dolomita, CaCO3*MgCO3. La coagulación y la floculación de materiales distintos al limo y el color, que son los objetivos comunes de unprograma de clarificación del agua, se analizan en el capitulo sobre procesos de precipitación.

El potencial zeta se determina indirectamente de los datos obtenidos al observar en el microscopio los movieminyos de la sparticulas. En la gfig. 8.2. se muestra uninstrumento típico dempleado en esta determinación. La media de potencial zeta se han empleado con éxito para controlar las dosis de coagulantes enlas platanas. Sin embargo, laslecturas del potencial zeta por si solas no son donfiables para seleccionar el mejor cuagulante. Los resultados obtenidos en la pride de la jarra continúan suienfo los mejor spara seleccionar al cuagulante,

Para comprender la dicion del coagulante se requiere del mezclado para destriru la estabilidad del sistema colidal. Para qyue las partículas se aglomeren deben chocar, y el mezclado promueve la colision. El movimiento browniano, el movimienton caótoco comunicado a la sparticulas pequeñas presentes como una fuerza mezcladra natural. Sin embargpo, casi siempre es necesaria eneergia adicional de mezclado. Un mezclado de gran intensidad, que distribuya al cogulante y promueva colisiones reapidad, es de lo mas efectiuvo, tambien son importantes en la cogulacion la fecrencua y el numero de colisiones entre las partículas, en gua de baja turibidez, puede requerirse la adicion de solidos, como la arcilla, o el recicado de solidos previamente asentados, para uamentar el numero de colisiones entrala spartiuclas.

FLOCULACION

Puede ser que el clofulo formado por la agloeracion de varios coloides nosea bastante grande como para sentarse odesecarse con la rapidez deseada, un floculante reúne partículas floculadas enuna red, formando puentes de una superficier a otra y enlazando las partículas individuales en aglomerados, como se muestra en la fug 8.3. el alumbre, las sales de hireeo y los polimeors de peso moléculas alto son floculantes comunes. La floculación es estimulada por unmezclado lento que junta poco a poco las floculos , un mezclado demasiado ntendo los rompe y raramente se vuelven a formar en un tamaño de fuerza optimos. La floculación no afecta su narturaleza física. Lso lodos y laslechadasm cuando ehan sifo floculados, se desecan con mayor rapidez sobre capas de arena y en equipo mecanico de desamiento, en virtud de la estructuta menos gelatinosa del floculao

PRODUCTOS QUIMICOS COAGULANTES Y FLOCULANTES.

Históricamente, los coagulanye metalicos ( el au,bre y las sales de hierro), han sido los mas empleados en la clarificación del gau, estos productos actúan como coagulantes y floculantes a la vez, añadidos al agua, forman especies cargadad positivamente ene el intervalo de ph típico para la clarificación, esto es, de 6 a 7. Esta reacción de hidrólisis produce aluminio gelatinoso insoluble o hidróxido dferrico. Aun cuando inicialmente no haya sólidos suspendidos en el agua, los coagulantes metalicos forman floculos que enredan a los soloides desetabilizados. Sin embargo, los lodos voluminosos producidos por la adicion de coagulantes metalicos crean problemas de disposición, por lo que de ordinario solo difícilmente pueden desecarse. Esta es la razón de por lo que el alumbre y las sales de hierro no se usan ffrecuentemente para mejorar la eficiencia de las centrifugadoras. Las prensas de filtrar y otros dispositivos desecadores.

Los coagulantes metálicos son muy sensibles al pH y a la alcalinidad. Si el pH no esta dentro del intervalo adecuado, la claificacion es pobre y pueden solubilizarse el hierro o el aluminio y generar problemas al usuario del agua. Cuanto menor sea la dosis de coagulante, tanto mayor será la sensibilidad del floculo a cambios en el ph (fig. 8.4). la tabla 8.2 lista algunas propiedades importantes de coagulantes usuales.

La introducción

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