Sistemas Coloidales Y Tratamiento De Aguas

TÍTULO: Sistemas coloidales y tratamiento de aguas

CONCEPTOS DE APLICACIÓN:

SISTEMAS COLOIDALES

Un coloide, suspensión coloidal o dispersión coloidal es un sistema físico compuesto por dos fases: una fluida continua y otra dispersa en forma de partículas, por lo general sólidas, de tamaño mesoscópico (entre macroscópico y microscópico). Es decir, la fase dispersa no es apreciable a simple vista pero las partículas que la componen son mucho más grandes que cualquier molécula. Se suele dar como límite inferior para el tamaño de las partículas 1nm (10-9m) y como límite superior 1m (10-6m). En realidad estos límites no son rígidos; en general se prefiere estudiar estos sistemas bajo un enfoque fisicoquímico, desde el punto de vista de sus propiedades, ya que presentan características muy específicas.

Los coloides se pueden clasificar según varios aspectos, por ejemplo:

• Según cuál sea el medio dispersante y la fase dispersa, se clasifican en:

SÓLIDO EN SÓLIDO

suspensión sólida

Ej.: ópalo LÍQUIDO EN SÓLIDO

emulsión sólida

Ej.: helado GAS EN SÓLIDO

espuma sólida

Ej.: goma espuma

SÓLIDO EN LÍQUIDO

suspensión

Ej.: pintura LÍQUIDO EN LÍQUIDO

emulsión

Ej.: leche GAS EN LÍQUIDO

espuma

Ej.: cerveza

SÓLIDO EN GAS

aerosol

Ej.: humo LÍQUIDO EN GAS

aerosol

Ej.: niebla

• Pueden considerarse liofílicos o bien liofóbicos según el tipo de interacción que presentan con el solvente. Las partículas coloidales pueden ser tan fuertemente atraídas por las de solvente que en su mayoría estén en forma de disolución verdadera (liófilos), o puede que no sean atraídas por el medio (liófobos), con lo cual tienen un mecanismo de estabilización diferente. Cuando el medio de dispersión es el agua, se dice que son hidrófobos e hidrófilos, respectivamente.

• Pueden clasificarse según sea su duración en caduco (cambian rápidamente) o diuturno (larga duración).

• Desde el punto de vista de la química, pueden ser orgánicos o inorgánicos.

• Según el tipo de aglomerado que conforman se clasifican en moleculares (polímeros) y en miscelares. Bajo un punto de vista de su forma, se puede decir que los cilíndricos son más propensos a aglutinarse que los esféricos o poliédricos.

Efecto Tyndall

Las soluciones verdaderas son claras y transparentes, y no es posible distinguir ni macroscópica ni microscópicamente sus partículas disueltas de la fase dispersante. En cambio, las dispersiones groseras presentan un aspecto turbio que se debe a la facilidad con que se visualizan las partículas suspendidas en el medio líquido. En cuanto a las dispersiones coloidales, si bien aparecen perfectamente claras en el microscopio, presentan un comportamiento particular en determinadas circunstancias.

Cuando un rayo luminoso atraviesa un recipiente transparente que contiene una solución verdadera, es imposible visualizarlo a través de ella; se dice entonces que es una solución ópticamente vacía. Con las dispersiones coloidales sucede algo diferente: sus miscelas gozan de la propiedad de reflejar y refractar la luz. De este modo, la trayectoria que sigue el rayo luminoso en una solución coloidal es visualizada gracias a las partículas coloidales, convertidas en centros emisores de luz.

Esto fenómeno se conoce con el nombre de Efecto Tyndall. Uno de los ejemplos clásicos de este fenómeno es el llamado efecto Rayleigh que se observa por reflexión de la luz solar por las partículas coloidales presentes en la atmósfera. El tamaño de estas partículas es del orden de la longitud de onda de la luz azul; de ahí que del conjunto de los colores que constituyen el espectro solar, el azul y el violeta son los preferentemente difractados, lo que explica el color azul que tiene la atmósfera.

Movimiento Browniano

Las partículas en suspensión coloidal están animadas de un incesante movimiento de rotación y translación. El efecto se ha observado en todo tipo de suspensiones coloidales (sólido en líquido, líquido en líquido, gas en líquido, sólido en gas y líquido en gas), por lo que resulta otra de las características fisicoquímicas típicas de este tipo de sistemas. El movimiento se debe a la transferencia de cantidad de movimiento por parte de las moléculas de solvente. Es mayor cuanto más pequeña sea la partícula (debido a su menor masa), mayor la temperatura (debido al aumento de energía) y menos viscoso el medio (opone menos resistencia).

Estabilidad coloidal

La estabilidad de un sistema es su capacidad para mantener su estado y completa homogeneidad en todo su volumen. El gran tamaño de las partículas coloidales haría suponer que la estabilidad de sus dispersiones es precaria y que por acción de la gravedad terminarían por precipitar. Sin embargo, las dispersiones coloidales tienen por lo general una gran estabilidad, siendo esta otra de las propiedades características de estos sistemas.

Floculación de coloides

La sedimentación de las partículas coloidales, con la consiguiente heterogeneidad del sistema, es extremadamente lenta. Sin embargo, hay casos en que las partículas de un sistema disperso sedimentan rápidamente, bien de forma espontánea o por adición de pequeñas cantidades de sales. Esto se debe a que el tamaño de las partículas ha aumentado y su peso supera al empuje del solvente. Se dice entonces que el coloide ha floculado (o coagulado). En el caso de sistemas coloidales, la adherencia de partículas en colisión es en general la más importante de todas las posibles causas del aumento del tamaño de la partícula.

TRATAMIENTO DE AGUAS

Tal como se obtiene de sus fuentes (pozos o reservas superficiales), el agua nunca se encuentra pura. Las impurezas que suele contener podrían clasificarse en tres grupos: físicas, químicas y biológicas. Desde el punto de vista físico, se puede hablar de sólidos totales, los cuales pueden ser filtrables (si se trata de materiales en suspensión que pueden sedimentar por reposo), no filtrables (si se trata de sales o gases disueltos) o algo intermedio (coloides). A menudo es necesario eliminar estas impurezas del agua; y cuáles de ellas se van a remover mediante cuál secuencia de operaciones, es algo que depende del destino que se le vaya a dar a esa agua. A continuación se presentan algunos procesos de acondicionamiento de agua de uso muy común.

Potabilización de agua para consumo humano

El tratamiento del agua para el consumo humano suele incluir alguna o varias de las siguientes etapas: clarificación, desinfección, acondicionamiento químico y acondicionamiento organoléptico. A continuación se expone la cadena de tratamiento realizada en una de las plantas que abastecen de agua potable a la Ciudad de Buenos Aires. La descripción corresponde a la Planta potabilizadora General Belgrano, inaugurada en el año 1978 por la ex OSN y ampliada a fines de los 90 por la concesionaria Aguas Argentinas S.A..

Captación

La toma de agua se realiza mediante una torre de hormigón ubicada en el Río de la Plata, a 2400 metros de distancia de la costa. Esta torre tiene forma hexagonal y posee una abertura para el acceso del agua en cada uno de los lados, las cuales tienen como protección rejas gruesas y compuertas. El agua se toma a una profundidad de 3 a 5 metros para evitar el arrastre de los componentes flotantes. De la torre parte un conducto de hormigón que traslada el agua por gravedad hasta la planta.

Elevación/conducción

El recorrido del agua por toda la planta se realiza por gravedad. Para ello se requiere una altura de elevación que depende del nivel del río, el cual varía día a día. Esta elevación se logra con seis bombas.

Una vez elevada, el agua pasa por rejas finas con barredores automáticos para retener los sólidos flotantes y peces que hayan pasado a través de las rejas de la torre toma.

Los conductos que conducen el fluido a la planta poseen medidores de caudal con el fin de estimar la dosificación de los productos químicos y controlar el funcionamiento de las electrobombas.

Clarificación

Durante la etapa de clarificación se eliminan las partículas finas. Consta de cuatro operaciones: coagulación, floculación y sedimentación y/o filtración.

La Coagulación y Floculación son dos procesos en los cuales las partículas se aglutinan en pequeñas masas llamadas flocs tales que su peso específico supere al del agua y puedan precipitar.

1) Coagulación

“Coagulación” en tanto operación, se refiere al proceso adicionar los productos químicos que permiten reducir o anular las fuerzas de separación que tienden a mantener las partículas coloidales en suspensión.

La arcilla que contiene el Río de la Plata forma miscelas liofílicas de carga superficial negativa. La carga de estas partículas coloidales se produce por la ionización de grupos hidroxilo, carboxilos, fosfatos o sulfatos, los cuales están presentes la superficie de la partícula. Estos grupos reaccionan con los iones metálicos de los coagulantes, que las neutralizan facilitando su aglutinación. Por eso, la desestabilización de los sistemas coloidales se ve mejor bajo el punto de vista químico.

Entre las sustancias que pueden actuar como coagulantes, se encuentran las sales de aluminio, las de hierro y los polielectrolitos. En general,

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