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1. INTRODUCCION
La turbiedad y el color del agua son principalmente causados por partículas muy
pequeñas, llamadas partículas coloidales. Estas partículas permanecen en
suspensión en el agua por tiempo prolongado y pueden atravesar un medio
filtrante muy fino. Por otro lado aunque su concentración es muy estable, no
presentan la tendencia de aproximarse unas a otras.
Para eliminar estas partículas se recurre a los procesos de coagulación y
floculación, 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. 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 fácilmente eliminado por los procedimientos de decantación y
filtración.
Es muy importante que los procedimientos de coagulación y floculación sean
utilizados correctamente, ya que la producción de un floc muy pequeño o muy
ligero produce una decantación insuficiente; mientras que el agua que llega a los
filtros contienen una gran cantidad de partículas de floc que rápidamente ensucian
los filtros y necesitan lavados frecuentes. 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.
Las aguas superficiales pueden contener una gran variedad de materias, el
tamaño de las partículas de estas materias y su naturaleza determinan los tipos de
tratamiento dentro de las plantas de agua. Las partículas de tamaño muy grande
como los detritus orgánicos, algas protozoarios, grava, arena, limo, etc. los bichos
en la materia en suspensión del tamaño de 10 micrómetros a 10 mm y más,
pueden ser eliminados por los tratamientos de separación física que conlleva
aproximadamente los siguientes:
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Las partículas muy finas son una parte de las materias solubles y de las materias
coloidales como: proteínas, virus; moléculas y los iones pueden ser separados por
adsorción o intercambio de iones.
2. OBJETIVOS: 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.
El objetivo principal de la floculación es reunir las partículas
desestabilizadas para formar aglomeraciones de mayor peso y
tamaño que sedimenten con mayor eficiencia.
3. COAGULACIÓN3.1. OBJETIVO: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.
3.2. INTRODUCCIÓN
El agua puede contener una variedad de impurezas, solubles e insolubles; entre
estas últimas destacan las partículas coloidales, las sustancias húmicas y los
microorganismos en general. Tales impurezas coloidales presentan una carga
superficial negativa, que impide que las partículas se aproximen unas a otras y
que las lleva a permanecer en un medio que favorece su estabilidad. Para que
estas impurezas puedan ser removidas, es preciso alterar algunas características
del agua, a través de los procesos de coagulación, floculación, sedimentación (o
flotación) y filtración.
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La coagulación se lleva a cabo generalmente con la adición de sales de aluminio y
hierro. Este proceso es resultado de dos fenómenos:
— El primero, esencialmente químico, consiste en las reacciones del coagulante
con el agua y la formación de especies hidrolizadas con carga positiva. Este
proceso depende de la concentración del coagulante y el pH final de la mezcla.
— El segundo, fundamentalmente físico, consiste en el transporte de especies
hidrolizadas para que hagan contacto con las impurezas del agua.
Este proceso es muy rápido, toma desde décimas de segundo hasta cerca de 100
segundos, de acuerdo con las demás características del agua: pH, temperatura,
cantidad de partículas, etcétera. Se lleva a cabo en una unidad de tratamiento
denominada mezcla rápida. De allí en adelante, se necesitará una agitación
relativamente lenta, la cual se realiza dentro del floculador. En esta unidad las
partículas chocarán entre sí, se aglomerarán y formarán otras mayores
denominadas flóculos; estas pueden ser removidas con mayor eficiencia por los
procesos de sedimentación, flotación o filtración rápida.
La remoción de las partículas coloidales está relacionada estrictamente con una
adecuada coagulación, pues de ella depende la eficiencia de las siguientes
etapas: floculación, sedimentación y filtración.
La coagulación está fundamentalmente en función de las características del agua
y de las partículas presentes, las mismas que definen el valor de los parámetros
conocidos como pH, alcalinidad, color verdadero, turbiedad, temperatura,
movilidad electroforética, fuerza iónica, sólidos totales disueltos, tamaño y
distribución de tamaños de las partículas en estado coloidal y en suspensión,
etcétera.
Para tener una idea de la importancia de la calidad del agua cruda, es necesario
comentar, por ejemplo, que un agua que presenta color (de origen coloidal) y
turbiedad relativamente baja a temperatura superior a 15 °C, sin tomar en cuenta
los demás parámetros de calidad, puede ser candidata potencial al uso de
filtración directa y se obviará, en la mayoría de los casos, la necesidad de
floculación y sedimentación.
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Por otro lado, casi siempre las aguas con color verdadero, turbiedad o número de
algas relativamente elevados requieren tratamiento completo. También las aguas
con temperaturas generalmente bajas (10 °C) pueden exigir el uso de un
coagulante diferente del sulfato de aluminio, como un polímero catiónico y
eventualmente, una sal de hierro.
3.3. QUE ES LA COAGULACION
Es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se
producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados, por medio de la
adición de los coagulantes químicos y la aplicación de la energía de mezclado.
En la siguiente figura se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas
eléctricas de la superficie del coloide permitiendo que las partículas coloidales se
aglomeren formando flóculos.
La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un
gasto elevado cuando no está bien realizado. Es igualmente el método universal
porque elimina una gran cantidad de sustancias de diversas naturalezas y de peso
de materia que son eliminados al menor costo, en comparación con otros
métodos.
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El proceso de coagulación mal realizado también puede conducir a una
degradación rápida de la calidad del agua y representa gastos de operación no
justificadas. Por lo tanto que se considera que la dosis del coagulante condiciona
el funcionamiento de las unidades de decantación y que es imposible de realizar
una clarificación, si la cantidad de coagulante está mal ajustada.
En esta figura se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas
eléctricas sobre la superficie del coloide, permitiendo que las partículas coloidales
se aglomeren formando flóculos.
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3.4. PARTICULAS COLOIDALES
Las partículas coloidales en el agua por lo general presentan un diámetro entre 1 y
1.000 milimicrómetros y su comportamiento depende de su naturaleza y origen.
Estas partículas presentes en el agua son las principales responsables de la
turbiedad.
En términos generales, los denominados coloides presentan un tamaño intermedio
entre las partículas en solución verdadera y las partículas en suspensión. La figura
ilustra sobre el tamaño aproximado de las partículas y su distribución.
Es necesario hacer notar, sin embargo, que en el caso de los coloides, sus
dimensiones las define la naturaleza de los mismos.
3.4.1. Tipos de coloides de acuerdo con su comportamiento en el aguaEn el tratamiento del agua, es común referirse a los sistemas coloidales
como hidrófobos o suspensores cuando repelen el agua, e hidrófilos o
emulsores cuando presentan afinidad con ella.
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Obviamente, los coloides hidrófobos no repelen completamente al agua,
pues una película de ella es absorbida por los mismos. En los sistemas
coloidales hidrófobos, las propiedades de la superficie de las partículas son
muy importantes, principalmente en las aguas naturales, que pueden
contener varios tipos de arcillas.
Las arcillas y algunos óxidos metálicos son coloides hidrófobos muy
importantes en el tratamiento del agua. Se caracterizan por ser
termodinámicamente inestables con respecto a la formación de grandes
cristales no coloidales.
Los coloides hidrofílicos comprenden soluciones verdaderas, ya sea de
moléculas grandes o de agregados de moléculas pequeñas (llamados
micelas), cuyas dimensiones están dentro de los límites coloidales. Abarcan
varios polímeros tanto sintéticos como naturales y numerosas sustancias de
significación biológica como proteínas, ácidos nucleicos, almidones y otras
macromoléculas. Las diferencias de opinión entre los investigadores sobre
la naturaleza del color orgánico en el agua —solución verdadera o coloide—
pueden resolverse si consideramos que el color orgánico es un coloide
hidrofílico compuesto de moléculas grandes en solución. Las soluciones de
coloides hidrofílicos y las de moléculas más pequeñas difieren únicamente
en que, por su tamaño, las moléculas pequeñas o micelas tienen diferentes
propiedades y suponen distintas técnicas de estudio.
3.4.2. Características de las partículas coloidales y las sustancias húmicasLas sustancias húmicas están compuestas por moléculas aromáticas de
alto peso molecular que muestran características polianiónicas en
soluciones neutras o alcalinas. Por medio de estudios de degradación
oxidativa, se lograron aislar e identificar siete diferentes compuestos
fenólicos comunes a los húmicos de madera y del agua.
Desde el punto de vista energético, algunas partículas coloidales son
termodinámicamente estables y se denominan coloides reversibles,
incluidas las molé culas de detergente o jabón, proteínas, aminas y algunos
polímeros de cadena larga. Otros coloides termodinámicamente inestables
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se denominan irreversibles, como las arcillas, los óxidos metálicos, los
microorganismos, etcétera, que están sujetos a coagulación. Algunos
coloides coagulan rápidamente, mientras que otros lo hacen lentamente.
Los términos termoestables e inestables muchas veces se aplican a los
coloides irreversibles. Con ello se hace referencia, por ende, a cinética de
coagulación y no a las características termodinámicas y energéticas. Un
sistema coloidal cinéticamente inestable es un sistema coloidal irreversible,
en el cual la coagulación es significativa.
3.4.3. Características de las arcillasLas arcillas están principalmente constituidas por partículas minerales:
cuarzo, mica, pirita, calcita, etcétera. Los constituyentes más importantes de
las arcillas son los silicatos hidratados de aluminio y hierro, también algunos
elementos alcalinos y alcalino-térreos. Morfológicamente, las partículas de
arcillas se representan en forma de plaquetas compuestas de láminas muy
finas, como muestra la figura (obtenida en microscopio electrónico).
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Las observaciones microscópicas y el análisis de las arcillas mediante los rayos X
posibilitan clasificarlas de acuerdo con su estructura cristalina. Los principales
elementos constituyentes de las arcillas son el aluminio, el silicio, el magnesio, el
potasio, el oxígeno y el hidrógeno. La distribución de estos elementos en la red
cristalina define a los tipos de arcilla. En el cuadro se presentan los tipos de
arcillas más comunes en el agua y su respectiva estructura química.
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3.4.4. Propiedades de los coloidesDesde el punto de vista físico, las arcillas son cristales con una estructura
atómica reticular. La mayoría de ellas puede caracterizarse por dos clases
de estructuras.
Las principales propiedades que definen el comportamiento de los coloides
en el agua son las cinéticas, ópticas, de superficie y electrocinéticas.
A) Propiedades cinéticasLas cinéticas son las propiedades que definen el comportamiento de las
partículas coloidales referidas a su movimiento en el agua.
a) Movimiento brownianoLas partículas coloidales, dentro de la fase líquida, presentan un
movimiento constante e irregular, que se ha denominado movimiento
browniano. Su nombre proviene de su descubridor, el botánico escocés
Robert Brown (1773-1858), quien observó por primera vez bajo el
microscopio este movimiento constante en las partículas provenientes
del polen.
La teoría cinética explica este fenómeno como resultado del bombardeo
desigual y casual de las partículas en suspensión por las moléculas del
líquido. Al elevarse la temperatura del líquido, las moléculas adquieren
mayor energía cinética y aumenta el movimiento browniano.
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b) DifusiónDebido al movimiento browniano es decir, al movimiento constante de
las moléculas o partículas en el agua, las partículas coloidales tienden a
dispersarse por todas partes en el sistema hídrico. A este fenómeno se
le llama difusión.
Como es de esperarse, la velocidad de difusión es menor que la
velocidad media de las partículas en el movimiento browniano.
c) Presión osmóticaLa ósmosis es el flujo espontáneo que se produce cuando un disolvente
(agua) atraviesa una membrana que la separa de un sistema coloidal
(agua + coloides). Esta membrana es permeable al solvente pero no a
los coloides; por tanto, la dilución puede ocurrir únicamente con el
movimiento del solvente hacia el sistema coloidal a través de la
membrana.
Este fenómeno ocurre en forma espontánea. Al transporte del solvente
hacia la solución se le denomina flujo osmótico.
A la presión hidrostática necesaria para detener el flujo osmótico, que
alcanza así un estado de equilibrio, se le denomina presión osmótica.
En la práctica, es posible calcular el número de partículas y el peso
promedio de ellas en sistemas coloidales mediante la determinación
experimental de la presión osmótica.
B) Propiedad óptica: Efecto Tyndall-FaradayEl efecto Tyndall-Faraday es un fenómeno por el cual las partículas
coloidales provocan la dispersión de la luz cuando esta pasa a través de
una suspensión coloidal. Esta dispersión es directamente proporcional al
tamaño de las partículas.
La determinación nefelométrica de la turbiedad utiliza el efecto de Tyndall-
Faraday para su medición. Cabe destacar, sin embargo, que por la
naturaleza de la medición, la turbiedad no se relaciona con el número de
partículas que la provocan, ni siquiera con la masa total.
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C) Propiedad de superficie: adsorciónComo se puede comprobar en el cuadro, las partículas coloidales se
caracterizan por tener una gran superficie específica, definida como la
relación entre el área superficial y la masa. Nótese el efecto de la
disminución del tamaño de las esferas sobre el área total superficial y el
tiempo de sedimentación requerido.
La gran superficie específica da a los coloides una gran capacidad de
adsorción y, por tanto, no resulta práctico sedimentar las partículas
coloidales sin tratamiento químico previo.
D) Propiedad electrocinética: electroforesisLa electroforesis es un fenómeno que permite demostrar que las partículas
coloidales tienen carga eléctrica. Consiste en hacer pasar una corriente
directa a través de una solución coloidal, experimento que permite observar
que las partículas son atraídas por el electrodo positivo o por el negativo, lo
que demuestra que poseen carga eléctrica. Este fenómeno es muy
importante porque permite comprender la estabilidad de las dispersiones
coloidales. Por lo general, los coloides presentan carga negativa; es decir,
en la electroforesis son atraídos por el electrodo positivo.
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Una celda de electroforesis permite calcular el potencial zeta de un sistema
coloidal, que es una función de la densidad de las cargas absorbidas, y se
mide en milivoltios. Frecuentemente, el potencial zeta se encuentra entre 30
y 40 milivoltios, cuando un coloide es estable. Cuando cae a menos de 15 ó
20 milivoltios, es posible la coagulación y el coloide tiende a sedimentar.
3.4.5. Naturaleza de la turbiedad y el colorA) TurbiedadLas sustancias responsables de la turbiedad del agua son las partículas en
suspensión, tales como arcilla, minerales, sedimentos, materia orgánica e
inorgánica finamente dividida, plancton, bacterias y otros microorganismos.
Estas partículas causantes de la turbiedad pueden ser coloidales o materia
insoluble de mayor tamaño.
Los componentes más frecuentes y comunes de las aguas turbias son las
arcillas, que constituyen un material natural, terroso, de gránulos muy finos,
que se vuelve plástico cuando se mezcla con cierta cantidad de agua.
Varios análisis de arcilla han demostrado que esta se compone
principalmente de sílice, aluminio y agua, frecuentemente con cantidades
apreciables de hierro, álcalis y tierra alcalina.
Color
La mayoría de los investigadores estiman que el color orgánico en el agua
es de naturaleza coloidal. Sin embargo, algunos autores sugieren que se
encuentra en solución verdadera. Black y Christman demostraron que los
filtros comerciales de membrana, con poros de 3,5 mμ, retenían 91% del
color original mientras que los poros de 10 mμ retenían solo 13%.
Esto indica que el tamaño de las partículas de color puede variar entre 3,5 y
10 mμ, lo que se acerca bastante al límite entre dispersión coloidal y
solución verdadera. La discrepancia de los investigadores puede deberse a
que el color es causado por coloides hidrofóbicos; es decir, por aquellos
que tienen poca afinidad con el agua y causan turbiedad en la misma.
Las principales especies responsables del color orgánico natural en el agua,
de acuerdo con la naturaleza del suelo, son los ácidos fúlvicos,
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himatomelánicos y húmicos, conocidos en su conjunto como sustancias
húmicas. Black y Christman analizaron varias aguas y encontraron entre
15-50 mg/L de materia orgánica en ellas, de la cual un promedio de 87%
era ácido fúlvico, 11% ácido himatomelánico y 2% ácido húmico.
Es importante anotar que la relación entre color y pH no es directa, puesto
que a pH 8,0, una solución de 1 mg/L de ácido húmico tiene un color de
26,5, mientras que a este mismo pH, una solución de 1 mg/L de ácido
fúlvico tiene un color de 2,8, casi 10 veces menor.
El color existente en el agua no se deriva únicamente de la descomposición
de productos naturales sino también de hidróxidos metálicos, como el del
hierro, además de compuestos orgánicos desconocidos presentes en los
desechos domésticos e industriales.
Un aspecto muy importante que se debe tomar en cuenta es que se ha
demostrado que las sustancias responsables de la coloración natural del
agua pueden reaccionar con el cloro para producir compuestos
organoclorados, principalmente cloroformo, CHCl3 y otros trihalometanos.
El cloroformo es catalogado como un compuesto carcinógeno (en estudios
con animales). Este tema es motivo de preocupación y de muchas
investigaciones, dada su significación para la salud.
La importancia de la remoción del color en el agua está relacionada también
con los aspectos de aceptabilidad del consumidor y usuario, sea este
doméstico o industrial, lo que incluye los siguientes aspectos:
Estética. Por lo general, el consumidor prefiere un agua clara y sin color.
Sabor. El color puede impartir sabor al agua.
Demanda de cloro. La presencia de color aumenta la cantidad de cloro
necesaria.
Nutrientes. Por su naturaleza, en algunos casos, el color puede actuar
como nutriente de las bacterias y algas.
Requerimientos industriales. Muchas industrias requieren un agua que
no presente color o que tenga uno muy bajo.
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Resinas de intercambio. El color puede ensuciar y dañar las resinas de
intercambio amónico.
Análisis. El color puede interferir en las mediciones colorimétricas de
análisis.
Productividad. El exceso de color puede reducir la productividad del
agua.
Quelación. El color puede aumentar la concentración de hierro soluble,
manganeso y plomo en el agua y estabilizar su presencia por medio de
la quelación.
Salud. El color puede deberse a la presencia de desechos tóxicos.
3.4.6. Estabilidad e inestabilidad de los coloidesLas suspensiones coloidales están sujetas a ser estabilizadas y
desestabilizadas.
Entre las fuerzas de estabilización o repulsión podemos mencionar las
siguientes:
a) La carga de las partículas.
b) La hidratación, que generalmente es importante para los coloides
hidrofílicos, aunque tienen menor importancia en este caso.
Los factores de atracción o desestabilización son los siguientes:
a) La gravedad. Es insignificante en la desestabilización de las partículas
coloidales y, por lo tanto, no se tratará con mayor detalle.
b) El movimiento browniano. Permite que las partículas entren en contacto,
lo que constituye un requerimiento para la desestabilización.
c) La fuerza de Van der Waals. Una fuerza débil de origen eléctrico,
postulada por primera vez por el químico holandés Johanns Diderick van
der Waals. Es un factor muy importante, pues constituye la principal
fuerza atractiva entre las partículas coloidales. Estas fuerzas siempre
atractivas, que decrecen rápidamente con la distancia, se deben a la
interacción de dipolos permanentes o inducidos en las partículas.
A) Carga eléctrica de los coloides. Fuerza de estabilización
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En el agua, la mayor parte de las partículas y moléculas de sustancias húmicas
poseen superficie cargada eléctricamente, usualmente negativa y dependiente
de tres procesos:
- Grupos presentes en la superficie sólida pueden recibir o donar protones
al reaccionar con el agua.
- Grupos superficiales pueden reaccionar en el agua con otros solutos
además de protones.
- Por otro lado, las cargas pueden ser el resultado de imperfecciones de
la estructura molecular, como en el caso de las arcillas que se
encuentran en suspensión en aguas turbias.
Estabilización estéricaLa estabilización estérica puede resultar de la adsorción de polímeros en la
superficie de las partículas coloidales, como se ilustra en la figura 4-13. Los
polímeros adsorbidos pueden estabilizar como desestabilizar, lo cual
depende principalmente de la cantidad relativa del polímero y de las
partículas, de la afinidad entre el polímero con la partícula en el agua y de la
concentración y tipo de electrolitos presentes. La cuantificación de las
fuerzas de interacción entre dos partículas en esas condiciones es
extremadamente difícil. Por ende, son útiles algunas consideraciones al
respecto, para comprender este fenómeno.
Cuando hay interacción entre las superficies de dos partículas recubiertas
por polímeros que se encuentran próximos, la repulsión entre ellas puede
ocurrir de dos formas, tal como se muestra en la figura 4-14. En una de
ellas, con la colisión entre las partículas, cada capa de polímero puede ser
comprimida, lo que reduce el volumen disponible para las moléculas
adsorbidas y restringe el movimiento de los polímeros y causa, asimismo, la
repulsión entre las partículas. En casos más frecuentes las capas
adsorbidas se intercalan, lo que aumenta la concentración de los
segmentos de los polímeros en esa región; si los segmentos extendidos de
los polímeros fueran fuertemente hidrofílicos, ocurre preferentemente la
reacción entre ellos en el agua, y tienden a repelerse. En las aguas
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naturales las sustancias húmicas, que son polímeros aniónicos, pueden ser
adsorbidos en la interfaz sólido-líquido y contribuir a la estabilidad para
efectos estéricos.
3.5. SUSTANCIAS QUÍMICAS EMPLEADAS EN LA COAGULACIÓNA la variedad de productos químicos empleados en la coagulación se los clasifica
como coagulantes, modificadores de pH y ayudantes de coagulación.
3.5.1. CoagulantesLos productos químicos más usados como coagulantes en el tratamiento de
las aguas son el sulfato de aluminio, el cloruro férrico, el sulfato ferroso y
férrico y el cloro-sulfato férrico.
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A) Sulfato de aluminioPuede estar en forma sólida o líquida. La sólida se presenta en placas
compactas, gránulos de diverso tamaño y polvo.
Su fórmula teórica es Al2(SO4)3 .18 H2O.
Su concentración se define, en general, por su contenido en alúmina,
expresada en Al2O3, es decir, 17% aproximadamente.
La densidad aparente del sulfato de aluminio en polvo es del orden de
1.000 kg/m3.
El contenido en alúmina Al2O3 de la forma líquida fluctúa generalmente
entre 8 y 8,5%; es decir, 48 a 49% en equivalente polvo o también 630 a
650 g de Al2(SO4)3 .18 H2O por litro de solución acuosa.
El sulfato de aluminio es una sal derivada de una base débil (hidróxido de
aluminio) y de un ácido fuerte (ácido sulfúrico), por lo que sus soluciones
acuosas son muy ácidas; su pH varía entre 2 y 3,8, según la relación molar
sulfato/alúmina.
Por esta razón, su almacenamiento debe hacerse en un lugar seco, libre de
humedad.
Es necesario tener en cuenta esta tendencia ácida para la preparación de
las soluciones y los empaques para su distribución, y emplear, por lo
general, materiales de plástico.
B) Cloruro férrico FeCl3Se presenta en forma sólida o líquida; esta última es la más utilizada en el
tratamiento del agua.
La forma sólida es cristalina, de color pardo, delicuescente, de fórmula
teórica FeCl3 .6 H2O. Se funde fácilmente en su agua de cristalización a 34
°C, por lo que es necesario protegerla del calor.
La forma líquida comercial tiene un promedio de 40% de FeCl3. Para evitar
toda confusión entre los contenidos de producto puro o de producto
comercial, es recomendable expresar la dosis de coagulantes en Fe
equivalente; es decir, 20,5% para la fórmula sólida y 14% aproximadamente
para la solución acuosa comercial.
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En presencia de hierro, las soluciones acuosas de cloruro férrico se
reducen rápidamente a cloruro ferroso FeCl2. Esta reacción explica su gran
poder corrosivo frente al acero, y la necesidad de seleccionar
adecuadamente el material de los recipientes de almacenamiento, de
preparación y de distribución.
C) Sulfato ferroso FeSO4 .7 H2OEl sulfato ferroso usado en el tratamiento de agua es un polvo de color
verde muy soluble y tiene una masa volumétrica aparente próxima a 900
kg/m3.
Su contenido en hierro es de aproximadamente 19%. Por su naturaleza
ácida, el pH de una solución al 10% es de 2,8 aproximadamente. Por esta
razón, para su almacenamiento y preparación se usa material plástico.
D) Sulfato férrico Fe2 (SO4)3El sulfato férrico es un polvo blanco verdoso, muy soluble en el agua, su
masa volumétrica aparente es 1.000 kg/m3. Debido a que en solución
acuosa se hidroliza y forma ácido sulfúrico, es necesario prevenir los
efectos de su acidez.
Interacción de los coagulantes inorgánicos con el agua y la alcalinidad
Dado que los coagulantes químicos usados en el tratamiento del agua
tienen naturaleza ácida, debido a su origen (sales producto de la
neutralización de un ácido fuerte con una base débil), es necesario repasar
los conceptos de ácidosbases y alcalinidad, para luego aplicarlos al
comportamiento de las soluciones de los coagulantes inorgánicos.
E) Interacción de los coagulantes inorgánicos con el agua y la alcalinidadDado que los coagulantes químicos usados en el tratamiento del agua
tienen naturaleza ácida, debido a su origen (sales producto de la
neutralización de un ácido fuerte con una base débil), es necesario
repasar los conceptos de ácidosbases y alcalinidad, para luego
aplicarlos al comportamiento de las soluciones de los coagulantes
inorgánicos.
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3.5.2. Modificadores de pHComo se ha visto, para lograr mejores resultados en el tratamiento, en
algunos casos será necesario regular la alcalinidad del agua o modificar su
pH; para ello se emplean
a) Óxido de calcio o cal viva: CaO
b) Hidróxido de calcio: Ca (OH)2
c) Carbonato de sodio: Na2CO3
d) Hidróxido de sodio: NaOH
e) Gas carbónico: CO2
f) Ácido sulfúrico: H2SO4
g) Ácido clorhídrico: HCl
A) Hidróxido de calcio, Ca (OH)2Se usa para elevar la alcalinidad del agua. Se obtiene apagando la cal viva
con agua. Su concentración está entre 82% y 99%. Es poco soluble en el
agua y su solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.
B) Carbonato de sodio, Na2CO3También es un regulador de la alcalinidad. Es un polvo blanco anhidro, de
masa volumétrica aparente variable entre 500 y 700 kg/m3. Su solubilidad
es bastante baja: 100 g/L aproximadamente, a 20 °C.
C) Bicarbonato sódico, NaHCO3Regulador de alcalinidad. Se utiliza en forma de polvo, cuya masa
volumétrica varía entre 800 y 1.200 kg/m3; su solubilidad es bastante baja
(96 g/L a 20 °C).
3.5.3. Ayudantes de coagulación
Su uso es bastante generalizado en los países desarrollados; para ser
usados, deben ser aprobados, previa evaluación, por la Agencia de
Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) a partir de datos
toxicológicos confidenciales presentados por las industrias productoras.
Son polímeros aniónicos, catiónicos (de polaridad muy variable) o neutros,
los cuales pueden presentar forma sólida (polvo) o líquida. Son sustancias
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de un alto peso molecular, de origen natural o sintético. Requieren ensayos
de coagulación y floculación antes de su elección.
Los polímeros en polvo se usan bajo la forma de suspensión, que puede
contener entre 2 y 10 g/L; la duración de las suspensiones es inferior a una
semana.
Por lo general, requieren un tiempo de contacto entre 30 y 60 minutos. Por
lo general, se usan dosis pequeñas (0,1 a 1 g/L).
Para los polímeros líquidos, la distribución se hace a las mismas
concentraciones, expresadas en producto seco.
La solubilidad de los polímeros es variable y su viscosidad elevada (hasta
100 poises para concentraciones de 5 g/L). La masa volumétrica aparente
varía de 300 a 600 kg/m3. Los polímeros generalmente ejercen acción
sobre el acero no protegido.
Si un polímero contiene grupos ionizantes, se lo conoce como polielectrolito
Los polímeros sólidos son generalmente poliacrilamida o poliacrilamida
hidrolizada
3.6. Factores que Influyen en la Coagulación.Es necesario tener en cuenta los siguientes factores con la finalidad de optimizar
el proceso de coagulación:
- pH.
- Turbiedad.
- Sales disueltas.
- Temperatura del agua.
- Tipo de coagulante utilizado.
- Condiciones de Mezcla.
- Sistemas de aplicación de los coagulantes.
- Tipos de mezcla y el color.
La interrelación entre cada uno de ellos permiten predecir cuáles son las
cantidades de los coagulantes a adicionar al agua.
3.6.1. Influencia del pH.
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El pH es una medida de la actividad del ion hidrógeno en una solución, y es
igual a:
Ph = -log{H+}
El pH es la variable mas 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.
El rango de pH es función del tipo de coagulante a ser utilizado y de la
naturaleza del agua a tratar; si la coagulación se realiza fuera del rango de
pH óptimo entonces se debe aumentar la cantidad del coagulante; por lo
tanto la dosis requerida es alta.
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 unidades.
3.6.2. Influencia de las Sales DisueltasLas sales contenidas dentro del agua ejercen las influencias siguientes
sobre la coagulación y floculación:
- Modificación del rango de pH óptimo.
- Modificación del tiempo requerido para la floculación.
- Modificación de la cantidad de coagulantes requeridos.
- Modificación de la cantidad residual del coagulante dentro del efluente.
3.6.3. Influencia de la Temperatura del AguaLa 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 mas lenta; temperaturas muy elevadas
desfavorecen igualmente a la coagulación.
Una disminución de la temperatura del agua en una unidad de decantación
conlleva a un aumento de su viscosidad; esto explica las dificultades de la
sedimentación de un floc.
3.6.4. Influencia de la Dosis del Coagulante
22
La cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia
de la coagulación, así:
- 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.
La selección del coagulante y la dosis juegan un rol muy importante sobre :
- La buena o mala calidad del agua clarificada.
- El buen o mal funcionamiento de los decantadores.
3.6.5. Influencia de MezclaEl grado de agitación que se da a la masa de agua durante la adición del
coagulante, determina si la coagulación es completa; turbulencias
desiguales hacen que cierta porción de agua tenga mayor concentración de
coagulantes y la otra parte tenga poco o casi nada; la agitación debe ser
uniforme e intensa en toda la masa de agua, para asegurar que la mezcla
entre el agua y el coagulante haya sido bien hecho y que se haya producido
la reacción química de neutralización de cargas correspondiente.
En el transcurso de la coagulación y floculación, se procede a la mezcla de
productos químicos en dos etapas. En la primera etapa, la mezcla es
enérgica y de corta duración (60 seg., máx.) llamado mezcla rápida; esta
mezcla tiene por objeto dispersar la totalidad del coagulante dentro del
volumen del agua a tratar, y en la segunda etapa la mezcla es lenta y tiene
por objeto desarrollar los microflóculos.
La mezcla rápida se efectúa para la inyección de productos químicos dentro
de la zona de fuerte turbulencia, una inadecuada mezcla rápida conlleva a
un incremento de productos químicos.
23
Tipos de MezclaLas unidades para producir la mezcla pueden ser:
- Mezcladores Mecánicos : Retromezcladores (agitadores)
- Mezcladores Hidráulicos:
• Resalto Hidráulico: Canaleta Parshall y Vertedero Rectangular
• En línea: Difusores (tuberías y canales) Inyectores, etc.
3.6.6. Influencia de la TurbiedadTurbiedad.- Es una forma indirecta de medir la concentración de las
partículas suspendidas en un líquido; mide el efecto de la dispersión que
estas partículas presentan al paso de la luz; y es función del número,
tamaño y forma de partículas.
La turbiedad del agua superficial es gran parte debido a partículas de lodos
de sílice de diámetros que varían entre 0.2 a 5 um. La coagulación de estas
partículas es muy fácil de realizar cuando el pH se mantiene dentro del
rango óptimo. La variación de la concentración de las partículas permiten
hacer las siguientes predicciones:
- Para cada turbiedad existe una cantidad de coagulante, con el que se
obtiene la turbiedad residual mas baja, que corresponde a la dosis óptima.
- Cuando la turbiedad aumenta se debe adicionar la cantidad de coagulante
no es mucho debido a que la probabilidad de colisión entre las partículas es
muy elevada; por lo que la coagulación se realiza con facilidad; por el
contrario cuando la turbiedad es baja la coagulación se realiza muy
difícilmente, y la cantidad del coagulante es igual o mayor que si la
turbiedad fuese alta.
- Cuando la turbiedad es muy alta, conviene realizar una presedimentación
natural o forzada, en este caso con el empleo de un polímero aniónico.
- Es siempre más fácil coagular las aguas de baja turbiedad y aquellas
contaminadas por desagües domésticos industriales, por que requieren
mayor cantidad de coagulante que los no contaminados.
24
3.6.7. Sistema de Aplicación del CoagulanteSe 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, tal que el
coagulante sea completamente dispersado y mezclado con el agua.
El sistema de dosificación debe proporcionar un caudal constante y
fácilmente regulable; en las siguiente fig. 7 se observan las
condiciones de mezcla del coagulante con el agua; se observa que la
mejor mezcla es cuando el coagulante adicionado cae en su totalidad
a la masa de agua (fig. 7b). 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.
25
3.7. MECANISMOS DE COAGULACIÓNComo se ha visto anteriormente, las partículas coloidales, las sustancias
húmicas y algunos microorganismos presentan una carga negativa en el
agua, lo cual impide la aproximación de las mismas. En el tratamiento del
agua será necesario alterar esta fuerza iónica mediante la adición de sales
de aluminio o de hierro o de polímeros sintéticos que provoquen el
fenómeno de la coagulación.
Actualmente se considera la coagulación como el resultado de la acción de
cuatro mecanismos:
Compresión de capa difusa
Adsorción y neutralización
Barrido
Adsorción y formación del puente
26
3.7.1. Compresión de la doble capaEste modelo físico de doble capa puede explicar el fenómeno de la
desestabilización de un coloide por un coagulante y la figura ayuda a
explicar el fenómeno de desestabilización: la curva de atracción de Van der
Walls es fija mientras que la de repulsión eléctrica disminuye si se
incrementan en la solución los iones de carga opuesta. En consecuencia, si
se reduce el potencial repulsivo, decrece también la curva resultante de
interacción. Por lo tanto, las partículas pueden acercarse suficientemente
para ser desestabilizadas por la energía atractiva de Van der Waals.
La introducción de un electrolito indiferente en un sistema coloidal causa un
incremento de la densidad de cargas en la capa difusa y disminución de la
“esfera” de influencia de las partículas, y ocurre la coagulación por
compresión de la capa difusa. Concentraciones elevadas de iones positivos
y negativos (fuerza iónica grande) en el agua acarrean un incremento del
número de iones en la capa difusa que, para mantenerse eléctricamente
neutra, necesariamente tiende a reducir su volumen, de modo tal que las
fuerzas de Van der Waals sean dominantes, y se elimine la estabilización
electrostática. Un ejemplo típico de este mecanismo ocurre cuando aguas
dulces con fuerza iónica pequeña se mezclan con agua de mar, lo que
promueve la formación de depósitos en las desembocaduras. Cabe
destacar dos aspectos interesantes sobre ese mecanismo de coagulación:
a) La concentración del electrolito que causa la coagulación es
prácticamente independiente de la concentración de coloides en el
agua.
b) Es imposible causar la reestabilización de las partículas coloidales con
la adición de mayores cantidades de electrolitos debido a que ha
ocurrido una reversión de la carga de las mismas, que pasa a ser
positiva.
27
Schulze-Hardy han demostrado que la desestabilización de un coloide por
un electrolito indiferente (que no reacciona en el agua) ocurre debido a
interacciones electrostáticas: iones de misma carga son repelidos y los de
carga contraria son atraídos por los coloides. Por lo general, la mayor carga
de un ion positivo está en relación directa con la coagulación. A los
electrolitos responsables de la desestabilización se les denomina
contraiones. Las concentraciones de Na+, Ca++ y Al+++ que se requieren
para desestabilizar un coloide con carga negativa varían aproximadamente
en la proporción de 900:30:1.
La figura muestra la relación de la turbiedad residual y la dosis de
coagulante para un agua natural tratada con soluciones que contienen
iones Na+, Ca++ y Al+++.
Cabe destacar que si bien este mecanismo puede explicar la acción de
iones de sodio y calcio, que son iones indiferentes, no es válido para la
acción del aluminio, porque este último no es un electrolito indiferente, sino
que reacciona tanto con el agua como con la alcalinidad.
28
Por tanto, el modelo físico de doble capa presenta limitaciones para explicar
el fenómeno de coagulación.
3.7.2. Adsorción y neutralización de la cargaLa desestabilización de una dispersión coloidal consiste en las
interacciones entre coagulante-coloide, coagulante–solvente y coloide–
solvente.
El efecto de adsorción y neutralización de la carga se encuentra
estrechamente ligado al de compresión de la doble capa.
La figura anterior muestra las curvas esquemáticas turbiedad residual
versus dosis de coagulante para diversos coagulantes.
Un ejemplo de desestabilización por medio de la adsorción y neutralización
de la carga es la coagulación del yoduro de plata con carga negativa por
medio de iones orgánicos de dodecilamonio (C12H25NH3+). La curva que
se presenta en la figura se basa en un trabajo experimental.
Se podría deducir que los iones dodecilamonio, por tener carga +1,
deberían ser capaces de inducir una coagulación similar a la del Na+ (figura
4-19[a]). Sin embargo, existen dos diferencias muy importantes: mientras
los iones de sodio producen la coagulación únicamente en concentraciones
muy altas y no prácticas (mayores a 10-1 moles/L), los iones de
dodecilamonio producen la desestabilización en concentraciones tan bajas
como 6 x 10-5 moles por litro y la reestabilización con dosis de coagulante
mayores de 4 x 10-4 moles por litro. El comportamiento de los iones de
dodecilamonio (figura 4-19[b]) puede explicarse si se considera que esta
amina orgánica C12H25NH3+ es una sustancia activa en la superficie de
los coloides, que se acumula en las interfaces, y los grupos -CH2 en las
cadenas alifáticas de la molécula no interactúan con el agua y, por lo tanto,
son llevados fuera de la solución y dentro de las partículas coloidales, lo
que causa su desestabilización.
En cambio, los iones sodio tienen interacción con el agua y, por lo tanto, no
tienen superficie activa.
29
La figura ilustra los efectos de la adsorción en la estabilidad de los coloides:
se ha trazado una curva de la turbiedad residual después de la
sedimentación como función de la dosis de sales de aluminio con pH
constante (pH = 5).
Esta curva se basa, en parte, en los experimentos de Matijevic y otros. Se
puede ver que la coagulación con sales de aluminio puede realizarse con
dosis bajas (6 x 10-6 moles/L ó 4 mg/L de alumbre). También se realiza con
dosis mayores (4 x 10-5 moles/L ó 25 mg/L de alumbre), y es acompañada
por reversión de la carga.
Finalmente, se observa nuevamente coagulación con dosis aún más altas.
Este fenómeno se explica claramente si se toman en cuenta las reacciones
que ocurren al agregar sal de aluminio al agua. Los complejos hidroxilados
(monómeros, dímeros, polímeros), formados con dosis bajas de Al (III),
pueden ser adsorbidos por los coloides, lo que provoca la desestabilización.
Si se agrega más Al (III) al agua, los coloides pueden reestabilizarse con
carga positiva.
En resumen, en la figura, es probable que las interacciones coagulante–
solvente (amina–agua) sean responsables de la adsorción del coagulante
en la interfaz coloide–agua. En el caso de las especies hidrolizadas de
aluminio y fierro o de polímeros sintéticos catiónicos, es común que ocurra
la adsorción específica, causada por la interacción entre coagulante y
coloide. En las curvas de la figura 4-19(b,c,d) el fenómeno de adsorción es
dominante.
3.7.3. Captura en un precipitado de hidróxido metálico o captura por barridoCuando la dosis de un coagulante de sales metálicas en solución como el
Al2(SO4)3 y FeCl3 excede el producto de solubilidad de sus hidróxidos
metálicos como el Al (OH)3 y el Fe(OH)3, se produce una precipitación
rápida de los hidróxidos gelatinosos que explica el fenómeno de remoción
de turbiedad en la figura 4-19(c). En este caso, las partículas coloidales son
envueltas por los precipitados y, como este mecanismo no depende de la
neutralización de la carga de los coloides, la condición óptima de la
30
coagulación puede no corresponder a aquella donde es mínimo el potencial
zeta.
Si se toma como ejemplo la sal de fierro, el producto de solubilidad del
hidróxido férrico puede expresarse de la siguiente manera:
Fe(OH) 3 (s) = Fe+++ + 3 OH-
(Fe+++) (OH-)3 = Kps = 10-38
donde:
• (Fe+++) y (OH-) = concentración molar de iones hidróxidos y férricos
en solución,
• Kps = producto de solubilidad de Fe(OH) 3 (s) amorfo.
En consecuencia, cuanto menor sea el Kps, la precipitación será más
rápida. La velocidad de precipitación de un hidróxido metálico depende del
grado de sobresaturación. El grado de sobresaturación puede describirse
con la razón (Fe+++) (OH-)3 / 10-38. Para que ocurra una precipitación
rápida, esta relación debe ser mayor de 100.
El mecanismo de barrido, definido por Stumm y O’Melia como sweep
coagulation, es ampliamente utilizado en las estaciones de tratamiento
donde la floculación y la sedimentación anteceden a la filtración, pues los
flóculos resultantes son de mayor tamaño y presentan velocidades de
sedimentación relativamente altas, en comparación con los que se obtienen
con la coagulación por adsorción–neutralización.
En este caso, la presencia de otros aniones, aparte de los hidróxidos,
particularmente el sulfato, es efectiva para aumentar la velocidad de
precipitación.
Por otro lado, puesto que las partículas coloidales pueden servir como
núcleos para formar precipitados, un aumento en la concentración de
partículas coloidales puede favorecer la precipitación.
3.7.4. Adsorción y puente interparticularLa coagulación puede realizarse también usando una variedad significativa
de compuestos orgánicos sintéticos y naturales caracterizados por grandes
31
cadenas moleculares, que gozan de la propiedad de presentar sitios
ionizables a lo largo de la cadena y de actuar como coagulantes. Los
polímeros pueden ser clasificados como:
- Catiónicos: presentan sitios ionizables positivos
- Aniónicos: presentan sitios ionizables negativos
- No iónicos: no presentan sitios ionizables
- Anfolíticos: presentan sitios ionizables positivos y negativos
Se ha observado que muchas veces los polímeros con carga negativa son
efectivos para coagular coloides con carga negativa, fenómeno que no
puede ser explicado de acuerdo con modelos basados en la neutralización
de cargas. Se ha desarrollado la teoría del “puente” que, al menos, explica
cualitativamente este fenómeno (La Mer y Healy, 1963; Smelle y La Mer,
1958).
La siguiente figura describe gráficamente la teoría de La Mer:
o Reacción 1. Un polímero tiene ciertos grupos que interaccionan con la
superficie de las partículas coloidales y se deja que el resto de la molécula
se extienda hacia la solución.
o Reacción 2. Si una segunda partícula con algunos sitios de adsorción
vacíos entra en contacto con los segmentos extendidos, puede realizarse
una unión. El polímero sirve de puente en el complejo partícula-polímero-
partícula.
o Reacción 3. Si no se dispone de una segunda partícula, los segmentos
dispersos del polímero pueden eventualmente adsorberse en otros lados de
la partícula original, lo que hace imposible que el polímero sirva de puente y
se produce la reestabilización de las partículas.
Si se comparan las figuras 4-19(b) y 4-19(d), se puede notar que la
poliacrilamida hidrolizada induce la coagulación con concentraciones más
bajas que el Al+++ y también que ocurre la reestabilización por exceso de
coagulante.
32
Debido a que tanto el coloide como el polímero tienen la misma carga, no
se puede atribuir la reestabilización a la reversión de cargas, como en el
caso de iones dodecilamonio
o Reacción 4. El modelo de puente puede explicar cualitativamente la
reestabilización como resultado de la saturación de las superficies
coloidales por el polímero, sin dejar lugar para la formación de puentes
interparticulares.
o Reacciones 5 y 6. En algunos casos, los sistemas coloidales
desestabilizados pueden ser reestabilizados por medio de agitación intensa,
debido a que se rompen las uniones polímero-superficie, y ocurre una
adsorción secundaria de los fragmentos de los flóculos.
33
3.8. ETAPAS DE LA COAGULACIÓNConsiderando la discusión teórica que antecede, Stumm y O’Melia identificaron
varias etapas en el proceso de coagulación.
1. Hidrólisis de los iones metálicos multivalentes y su consecuente
polimerización hasta llegar a especies hidrolíticas multinucleadas.
2. Adsorción de las especies hidrolíticas en la interfaz de la solución sólida
para lograr la desestabilización del coloide.
3. Aglomeración de las partículas desestabilizadas mediante un puente
entre las partículas que involucra el transporte de estas y las
interacciones químicas.
4. Aglomeración de las partículas desestabilizadas mediante el transporte
de las mismas y las fuerzas de Van der Waals.
5. Formación de los flóculos.
6. Precipitación del hidróxido metálico.
Algunas de estas etapas ocurren secuencialmente. Otras coinciden
parcialmente y otras incluso pueden ocurrir simultáneamente. Se puede
34
suponer que las diferentes etapas de la reacción pueden resultar controlables
en un cierto porcentaje, bajo diversas condiciones químicas.
3.8.1. MECANISMOS DE COAGULACIÓN PREDOMINANTES
La coagulación mediante sales inorgánicas se produce predominantemente
por medio de dos mecanismos:
- Adsorción de las especies hidrolíticas por el coloide, lo que provoca
la neutralización de la carga
- Coagulación de barrido, en la que se producen las interacciones
entre el coloide y el hidróxido precipitado.
A) Coagulación por adsorciónCuando se agrega sulfato de aluminio o sales de fierro al agua en
condiciones especiales de dosis de coagulante y pH, se forma una serie de
especies solubles hidrolizadas.
En el caso del sulfato de aluminio, las especies hidrolizadas que se forman
son Al3+, Al(OH)2+, Al8(OH)20 4+ y Al(OH)4, las cuales son tomadas a
menudo para representar todo el sistema.
35
Estas especies hidrolizadas se adhieren o forman complejos superficiales
con los grupos Silanol (= SiOH) y el coloide, y lo desestabilizan, lo que
permite la formación de flóculos.
Este mecanismo es denominado neutralización de carga (también se lo
llama de
desestabilización-adsorción).
Cuando la cantidad de coloides presente en el agua es grande, la distancia
entre ellos es pequeña. Por lo tanto, es mayor la fuerza de atracción y la
energía requerida para su desestabilización menor, así como el potencial
zeta resultante.
36
B) Coagulación por barridoCon dosis de alúmina suficientemente altas, se forma un precipitado de
hidróxido de aluminio que físicamente arrastra de la suspensión a las
partículas coloidales, por lo que se denomina coagulación de barrido.
Este mecanismo se muestra esquemáticamente en la figura, donde se
evidencia que la coagulación de las partículas coloidales en el
tratamiento del agua es controlada principalmente por la química del
hidróxido de aluminio y sus especies hidrolíticas precursoras.
37
Este tipo de coagulación se presenta normalmente cuando el agua es clara
y el porcentaje de partículas coloidales es pequeño.
En este caso, las partículas son entrampadas al producirse una
sobresaturación de precipitado de hidróxido de aluminio.
38
Debido a que la distancia entre las partículas es mayor, las fuerzas de
atracción son menores y se requiere mayor cantidad de coagulante y
energía para desestabilizarlas, lo que aumenta el potencial zeta y el tiempo
de reacción, que puede llegar hasta 7 segundos.
3.9. CLASIFICACIÓN DEL AGUA SEGÚN SU COMPORTAMIENTO EN LA COAGULACIÓN.
3.10. Remoción de Turbiedad.La aplicación de una dosis creciente del coagulante al agua presenta diferentes
zonas de coagulación, como se puede observar en la figura.
- Zona 1.- La dosis de coagulante no es suficiente para desestabilizar las
partículas y por lo tanto no se produce coagulación.
39
- Zona 2.- Al incrementar la dosis de coagulantes, se produce una rápida
aglutinación de los coloides.
- Zona 3.- Si se continua incrementando la dosis, llega un momento en que
no se produce una buena coagulación, ya que los coloides se reestabilizan.
- Zona 4 .- Al aumentar aún mas la dosis, hasta producir una supersaturación
se produce de nuevo una rápida precipitación de los coagulantes que hace
un efecto de barrido, arrastrando en su descenso las partículas que
conforman la turbiedad.
4. FLOCULACION4.1. OBJETIVO:
El objetivo principal de la floculación es reunir las partículas
desestabilizadas para formar aglomeraciones de mayor peso y tamaño que
sedimenten con mayor eficiencia.
4.2. INTRODUCCIONLa 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.
40
La formación de los flóculos es consecuencia de la agrupación de las
partículas descargadas al ponerse en contacto unas con otras. Puede ser
causada por la colisión entre las partículas, debido a que cuando se
acercan lo suficiente las superficies sólidas, las fuerzas de Van der Waals
predominan sobre las fuerzas de repulsión, por la repulsión, por la
reducción de la carga eléctrica que trae como consecuencia la disminución
de la repulsión eléctrica.
Estos flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados
mayores que son capaces de sedimentar.
Sucede que los flóculos formados por la aglomeración de varios coloides no
son lo que 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.
La floculación es favorecida por el mezclado lento que permite juntar poco a
poco los flóculos; un mezclado demasiado intenso los rompe y raramente
se vuelven a formar en su tamaño y fuerza óptimos. La floculación no solo
incrementa el tamaño de las partículas del flóculo, sino que también
41
aumenta su peso. La floculación puede ser mejorada por la adición de un
reactivo de floculación o ayudante de floculación.
4.3. CINETICA DE LA FLOCULACIONCuando se agregan coagulantes a una suspensión coloidal, se inician una
serie de reacciones hidrolíticas que adhieren iones a la superficie de las
partículas presentes en la suspensión, las cuales tienen así oportunidad de
unirse por sucesivas colisiones hasta formar flóculos que crecen con el
tiempo.
La rapidez con que esto ocurre depende del tamaño de las partículas con
relación al estado de agitación del líquido, de la concentración de las
mismas y de su “grado de desestabilización”, que es el que permite que las
colisiones sean efectivas para producir adherencia.
4.4. TIPOS DE FLOCULACION4.4.1. Floculación Pericinética
Contactos por bombardeo de las partículas producidos por el movimiento
de las moléculas del líquido (movimiento browniano) que sólo influye en
partículas de tamaños menores a un micrón. Sólo actúa al comienzo del
proceso, en los primeros 6 a 10s y es independiente del tamaño de la
partícula.
4.4.2. Floculación OrtocinéticaContactos por turbulencia del líquido, esta turbulencia causa el movimiento
de las partículas a diferentes velocidades y direcciones, lo cual aumenta
notablemente la probabilidad de colisión. Efectivo sólo con partículas
mayores a un micrón. Actúa durante el resto del proceso, de 20 a 30 min.
4.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FLOCULACION4.5.1. Naturaleza del agua
La floculación es extremadamente sensible a las características
fisicoquímicas del agua cruda, tales como la alcalinidad, el pH y la
turbiedad.
42
Algunos iones presentes en el agua pueden influir en el equilibrio
fisicoquímico del sistema, en la generación de cadenas poliméricas de los
hidróxidos que se forman o en la interacción de estos polímeros con las
partículas coloidales, lo que afectará el tiempo de floculación.
La presencia de iones SO4 =, por ejemplo, tiene marcada influencia en el
tiempo de formación de los flóculos, en función del pH. La concentración y
la naturaleza de las partículas que producen la turbiedad también tienen
una notable influencia en el proceso de floculación.
4.5.2. Tiempo de detenciónLa velocidad de aglomeración de las partículas es proporcional al tiempo.
Bajo determinadas condiciones, existe un tiempo óptimo para la floculación,
normalmente entre 20 y 40 minutos. Mediante ensayos de prueba de jarras
(jar tests), se puede determinar este tiempo.
43
EFECTO DEL ION SULFATO SOBRE EL TIEMPO DE FORMACIÓN DEL FLOCULO DE SULFATO DE
ALUMINIO
La permanencia del agua en el floculador durante un tiempo inferior o
superior al óptimo produce resultados inferiores, tanto más acentuados
cuanto más se aleje este del tiempo óptimo de floculación.
Se puede decir que una eficiencia dada, se obtiene en tiempos cada vez
menores a medida que se aumenta el número de cámaras de floculación en
serie. Por razones de orden práctico el número de cámaras no puede ser
muy grande, estableciéndose un mínimo de tres (3) unidades.
Es necesario, por lo tanto, que se adopten medidas para aproximar el
tiempo real de retención en el tanque de floculación al tiempo nominal
escogido. Esto se puede obtener si se compartimentaliza el tanque de
floculación con pantallas deflectoras. Cuanto mayor sea el número de
compartimentos, menores serán los cortocircuitos del agua.
Con la compartimentalización y la elección de valores adecuados para los
gradientes de velocidad, se aumenta la eficiencia del proceso o se reduce el
tiempo necesario de floculación (o ambos).
44
EFECTO DEL PERIODO DE FLOCULACIÓN EN LA SEDIMENTACIÓN
4.6. Gradiente de velocidadEste es un factor proporcional a la velocidad de aglomeración de las
partículas. Existe un límite máximo de gradiente que no puede ser
sobrepasado, para evitar el rompimiento del floc.
Cuanto mayor es el gradiente de velocidad, más rápida es la velocidad de
aglomeración de las partículas. Mientras tanto, a medida que los flóculos
aumentan de tamaño, crecen también las fuerzas de cizallamiento
hidrodinámico, inducidas por el gradiente de velocidad. Los flóculos
crecerán hasta un tamaño máximo, por encima del cual las fuerzas de
cizallamiento alcanzan una intensidad que los rompe en partículas
menores. La resistencia de los flóculos depende de una serie de factores:
De su tamaño, forma y compactación;
Del tamaño, forma y naturaleza de las micropartículas;
Del número y forma de los ligamentos que unen a las partículas.
Los valores recomendados de gradientes de velocidad para floculación se
encuentran dentro de un rango de 100 a 10 s-1.
45
4.7. Influencia de la variación del caudal Es conocido que al variarse el caudal de operación de la planta, se
modifican los tiempos de residencia y gradientes de velocidad en los
reactores.
El floculador hidráulico es algo flexible a estas variaciones. Al disminuir el
caudal, aumenta el tiempo de retención y disminuye el gradiente de
velocidad. Al aumentar el caudal, el tiempo de retención disminuye, el
gradiente de velocidad se incrementa y viceversa.
En el floculador mecánico, el efecto es más perjudicial debido a su poca
flexibilidad, ya que la velocidad permanece constante y el tiempo de
residencia aumenta o disminuye de acuerdo con la variación del caudal.
5. FLOCULADORESSe acostumbra clasificar a los floculadores como mecánicos o hidráulicos
de acuerdo con el tipo de energía utilizada para agitar la masa de agua.
Puede hacerse una clasificación más amplia si se tiene en cuenta el modo
como se realiza la aglomeración de las partículas. De acuerdo con este
principio, podemos clasificarlos del siguiente modo:
46
CLASIFICACION DE FLOCULADORES
5.1. Floculadores Mecánicos: Se logra la agitación del agua con dispositivos tales como paletas, conjunto
de paletas o rastrillos.
Se pueden adaptar estos dispositivos a un eje vertical u horizontal. Por lo
general, se colocan los floculadores de eje vertical en un tanque cuadrado
con varias cámaras (cuatro o más). Con floculadores de eje horizontal que
tengan un flujo transversal, se deben proveer por lo menos 4 hileras de ejes
con tabiques divisorios, de tal forma que se evitan los cortocircuitos.
5.2. Floculadores HidráulicosEl flujo de agua esta tan influenciado por estructuras hidráulicas pequeñas
que da como resultado de una acción de agitamiento.
Las principales deficiencias de los floculantes hidráulicos son:
- No es posible ajustarlos a los cambios en la composición de agua
cruda.
- No es posible ajustarlos a la escala de producción del agua de la
planta de tratamiento.
- A menudo la perdida de carga es apreciable
- Pueden ser difíciles de limpiar.
5.3. Floculadores en contacto de solidos Los floculadores de contacto de sólidos o de manto de lodos son
controlados por la concentración de sólidos.
Usualmente, los floculadores de contacto de sólidos no son utilizados en
nuestros proyectos de plantas de tratamiento. Han sido desarrollados y son
ofertados generalmente por fabricantes de equipos, cada uno con sus
características propias.
Normalmente forman parte de los tanques de decantación de flujo vertical y
constituyen unidades relativamente compactas.
Estas unidades pueden ser, a su vez, hidráulicas o mecánicas, de acuerdo
con la concepción del diseño.
47
5.4. Floculadores de potencia En los floculadores de potencia, las partículas son arrastradas por el flujo de
agua a través del tanque de floculación sin que prácticamente exista
concentración de sólidos.
De acuerdo con la forma de disipación de energía, se pueden clasificar en
hidráulicos y mecánicos.
5.4.1. Hidráulicos: Los floculadores hidráulicos utilizan la energía hidráulica disponible a través
de una pérdida de carga general o específica.
a) De pantallas: Los floculadores hidráulicos más utilizados son los de pantallas, de
flujo horizontal o de flujo vertical. En los primeros, el agua circula con
un movimiento de vaivén, y en los segundos, la corriente sube y baja
sucesivamente, contorneando las diversas pantallas.
48
Los floculadores de pantallas de flujo horizontal son más
recomendables para pequeños caudales. Las pantallas pueden ser
hechas de madera o de láminas de asbesto-cemento. Se puede
dotar al sistema de floculación de dispositivos tales como ranuras o
marcos de fijación, etcétera, a fin de hacer posible el ajuste de
espaciamiento entre las pantallas, así como el gradiente de
velocidad.
Los floculadores de pantallas de flujo vertical pueden aplicarse a
caudales mayores. Son más profundos, tienen 4 metros o más de
profundidad. Su estructura puede ser adaptada a las adyacentes, con
ventajas económicas. Ocupan menor área.
b) Floculador Alabama El floculador Alabama está constituido por compartimentos ligados
entre sí por la parte inferior a través de curvas de 90° volteadas
hacia arriba. El flujo es ascendente y descendente en el interior del
49
FLOCULADORES DE PANTALLAS
mismo compartimento. Las boquillas permiten ajustar la velocidad a
las condiciones de cálculo o de operación.
Estas unidades son muy vulnerables a las variaciones de caudal.
Fácilmente se pueden generar espacios muertos y cortocircuitos.
c) Helecoidal El agua es admitida tangencial-mente por la parte superior y sale de
la cámara de floculación a través de una curva dotada de unas guías
paralelas como una turbina Francis, lo que ayuda a generar el
movimiento helicoidal.
En los floculadores helicoidales, la energía hidráulica se usa para
generar un movimiento helicoidal en el agua, inducido por su ingreso
tangencial en la cámara de floculación.
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FLOCULADOR TIPO ALABAMA
d) De medio porosoLa floculación en medios porosos se está aplicando principalmente
en pequeñas instalaciones, debido a su elevada eficiencia y bajo
costo. Se distinguen dos tipos básicos: floculación en un medio
poroso fijo (o floculación en medio granular) y floculación en un
medio poroso expandido (floculación en lechos de arena expandida).
Consiste en hacer pasar el agua, después de haberle aplicado los
coagulantes, a través de un medio granular contenido en un tanque
(flujo vertical) o canal (flujo horizontal). El flujo normalmente es
laminar y la eficiencia es extraordinaria. Puede flocular
satisfactoriamente en pocos minutos.
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FLOCULADOR DE MEDIO POROSO
El floculador de lecho de arena expandido consiste en una columna a
través de la cual el agua cruda pasa en sentido ascendente, después
de haber recibido el coagulante. La velocidad del agua es ajustada
de tal modo que la expansión sea de alrededor de 6 a 10%. Esto
evita la obstrucción del medio poroso.
e) Floculadores de mallas El uso de telas generalmente ha sido restringido a la función de
filtración gruesa en la remoción de cuerpos flotantes o en suspensión
de dimensiones relativamente grandes, en tomas de agua y en la
entrada de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Con esta
finalidad, generalmente se emplean mallas con una abertura que
varía entre 2 y 20 milímetros, de alambre de acero galvanizado o
acero inoxidable, o de hilos de nylon.
Una aplicación particularmente interesante fue ensayada por primera
vez en la floculación del agua en 1960, por el Ing. Thomas M.
Riddick. Él diseñó un floculador mecánico en el cual las paletas
fueron sustituidas por una tela de alambre con un espaciamiento de
la malla de aproximadamente 5 centímetros. Su idea era aumentar la
tasa de colisión entre flóculos y entre coloides y flóculos a través de
un aumento extraordinario en la superficie de cizallamiento.
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FLOCULADOR MODELO T. RIDDICK
5.4.2. Mecánicos Los floculadores mecánicos utilizan energía de una fuente externa,
normalmente un motor eléctrico acoplado a un intercambiador de
velocidades, que hace posible la pronta variación de la intensidad de
agitación.
a) De paletas:
Los floculadores mecánicos más utilizados son, sin duda, los de
movimiento giratorio con paletas paralelas o perpendiculares al eje.
El eje puede ser horizontal o vertical. Estos últimos normalmente son
más ventajosos, porque evitan cadenas de transmisión, y también
los pozos secos para la instalación de los motores. Su
mantenimiento es difícil, pero cuando han sido bien proyectados,
duran años sin dar mayores problemas.
Los floculadores giratorios están normalmente provistos de cuatro
brazos fijados al eje y, por lo tanto, tienen cuatro paletas en la
posición 1, cuatro en la posición 2, etc. Un número muy grande de
paletas, como en este caso, exige al motor una potencia elevada,
pero que puede no producir el gradiente deseado.
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FLOCULADORES MECANICOS DE PALETAS
b) De turbina:Los floculadores del tipo turbina se dimensionan del mismo modo
que los mezcladores rápidos. Como las velocidades periféricas
máximas son superiores a 0,75 m/s, el agua tenderá a girar
acompañando el movimiento de la turbina, a no ser que se prevea la
instalación de deflectores o pantallas para estabilizar el movimiento.
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FLOCULADOR MECANICO DE EJE VERTICAL TIPO PALETAS
6. FLOCULANTESLos floculantes son polímeros o polielectrolitos con pesos moleculares muy
elevados moléculas orgánicas solubles en agua formadas por bloques
denominados monómeros, repetidos en cadenas larga.
Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y
orgánico de síntesis.
a) Floculantes Minerales: Se encuentra la sílice activada, que es el
primer floculante empleado, que debe ser preparado antes de emplear,
su preparación es tan delicada y presenta el riesgo de la gelatinización;
produce la neutralización parcial de la alcalinidad de silicato de sodio en
solución.
b) Floculantes Orgánicos Naturales: Son polímeros naturales extraídos
de sustancias animales o vegetales.
Los alginatos, cuya estructura polimérica son:
Los ácidos manuránicos
Los ácidos glucónico.
c) Floculantes Orgánicos de Síntesis: Son los más utilizados y son
macromoléculas de una gran cadena, obtenidos por asociación de
monómeros sintéticos con masa molecular elevada de 106 a 107
gr./mol, estos se clasifican de acuerdo a la ionicidad de los polímeros:
Aniónicos (generalmente copolímeros de la acrilamida y del
ácido acrílico).
Neutros o no ionicos (poliacrilamidas).
Catiónicos (copolímero de acrilamidas + un monómero
catiónico).
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FLOCULADOR MECANICO DE TURBINA
7. FLOCULANTES MÁS USADOS.En la coagulación, dosis fuertes de coagulantes producen un exceso de
fangos que generalmente crean problemas. Por otro lado, no se consigue
siempre un precipitado que posea las características deseadas para una
buena separación. Por estas razones, se ha recomendado el uso de
floculantes y/o ayudantes de la floculación. Para procesos de clarificación
se han estado usando los siguientes:
a) Sílice activada: Fue el primer floculante empleado y sigue siendo el que mejores
resultados puede dar cuando se emplean sales de aluminio. Consiste en
una solución de ácido polisilícico (H2SiO3)4, procedente de una
polimerización controlada del silicato de sodio (NaSiO2) en medio ácido.
Su mayor desventaja es su inestabilidad.
b) Arcillas: Bentonitas, caolinitas son añadidas como lechadas para aumentar
frecuencia de colisiones y aumentar el peso en el flóculo.
c) Otros floculantes minerales: Carbón activado en polvo, arena fina (diatomeas), blanco de mendón
(CaCO3precipitado), etc.
d) Polímeros orgánicos naturales: Son principalmente almidones (polisacáridos) extraídos de granos
semillas y corteza de origen vegetal así como varios tipos de suelos.
Generalmente no tienen un peso molecular tan alto como los polímeros
sintéticos.
e) Polímeros orgánicos sintéticos: Son producidos por la transformación química de los derivados del
petróleo y del carbón y aunque no todos se encuentran en forma de
polvo seco están generalmente constituidos por poliacriinas (no iónicos)
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o poliacrida hidrolizado (aniónicos) con alto peso molecular, que van a
favorecer la aglomeración de los flóculos a través de puentes.
f) Polímeros no iónicos: Las poliacrilamidas (2-4 x 106 g/mol) son usadas en clarificación y
deshidratación de lodos, incrementan la resistencia del flóculo y
frecuentemente se utilizan también como ayudantes de filtración en
línea. Las poliaminas de cadenas más cortas (menor de 1 x 106 g/mol),
son usadas sólo en clarificación como coagulantes primarios y como
ayudante de coagulación la de alto peso molecular.
g) Polímeros aniónicos: Son polielectrolitos cargados negativamente y caracterizados por la
coexistencia de grupos que permiten la adsorción y grupos ionizados
negativamente (carboxílicos o sulfúricos), cuyo papel consiste en
provocar la extensión del polímero. Entre éstos podemos mencionar las
poliacrilamidas parcialmente hidrolizadas con sosa cáustica.
h) Polímeros catiónicos: Son polielectrolitos cargados positivamente que poseen en sus largas
cadenas una carga eléctrica positiva, debido a grupos aminos, amonio
cuaternario, capaz de remover la turbidez y el color, acondicionador de
lodos, con pesomolecular entre 104-106 g/mol y pueden usarse junto a
coagulantes inorgánicos, resistentes al cloro, su densidad de carga no
es sensible a cambios de PH.
Las poliaminas cuaternarias con peso molecular más bajo (104-105
g/mol) son usadas mayormente como coagulante primario para la
remoción de color.
Las poliaminas (104-107 g/mol) menos frecuente es usada como
coagulante primario, reacciona con el dicloro y es sensible a cambios de
pH.
8. PRUEBA DE JARRAS
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La prueba de jarra es la técnica más extensamente usada para determinar
la dosis de químicos y otros parámetros. En ella se tratan de simular los
procesos de coagulación, floculación y sedimentación a nivel de laboratorio.
En este proceso influyen factores químicos e hidráulicos. Entre éstos
tenemos:
pH
Temperatura
Concentración de coagulante
Secuencia de aplicación de las sustancias químicas
Grado de agitación
Tiempo de sedimentación
El PH desempeña un papel muy importante en el estudio de los fenómenos
de coagulación-floculación, es así como una parte de la carga de las
partículas coloidales que han absorbido iones OH-, queda destruida por un
aumento de la concentración de iones H3O- que ocasiona una disminución
de la estabilidad de la suspensión coloidal.
Preferiblemente el PH debe quedar dentro de la zona correspondiente al
mínimo de solubilidad de los iones metálicos del coagulante usado.
Para sales de hierro la zona de PH es mucho más amplia, alcanzándose el
mínimo de solubilidad 4 a pH>5.
El pH del medio en la coagulación tradicional con hidróxido de aluminio ha
demostrado que sólo coagula cuando es inferior a 7.4 o superior a 8.5; sin
embargo, la eliminación de las materias orgánicas se efectúa mejor en
medio ácido (pH inferior a 7.4) o como sucede con el hidróxido férrico que
coagula a un PH superior a 6, pero el alto contenido de materia orgánica del
agua cruda proporcionará la formación de sales orgánicas de hierro y el
agua quedará coloreada.
El coagulador férrico está indicado en la coagulación de aguas cuyo pH
está comprendido entre 7.0 y 8.0, zona en la que el sulfato de alúmina
coagula muy mal.
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El coagulador cúprico se utiliza en aguas alcalinas, en las que asegura su
decoloración. Este tipo de coagulante posee un poder desodorante muy
acentuado y evita el desarrollo de algas en decantadores y filtros. La
temperatura del agua también influye grandemente en la efectividad de la
coagulación y en la velocidad de formación del flóculo. Según disminuye la
temperatura del agua debe aumentarse la dosis de productos químicos
usados para coagular, con el objetivo de lograr o asegurar la formación de
flóculos adecuados.
El tiempo de mezclado del coagulante en el agua a tratar será el necesario
para que el producto utilizado se difunda con la mayor rapidez posible. El
tiempo de coagulación es extraordinariamente breve, menos de un segundo
y la utilización óptima del coagulante exige que la neutralización sea total
antes de que una parte del coagulante haya comenzado a precipitar
8.1. Condiciones de la prueba de jarras Debido a que la prueba de jarras es sólo una simulación del proceso, es
necesario mantener las condiciones operacionales que existen en el
proceso industrial como son: gradiente hidraúlico y tiempo en la mezcla
lenta y rápida, punto de aplicación de los reactivos, el orden y el tiempo de
dosificación de los mismos.
a) Mezcla rápidaEl objetivo de la mezcla rápida es crear la turbulencia o movimiento
necesario en el líquido contenido en la jarra para poner en contacto
los reactivos químicos con las partículas coloidales del agua, modo
de neutralizar sus cargas, desestabilizarlas y hacer que se
aglomeren en un corto período de tiempo. El tiempo de aplicación de
la mezcla rápida depende de la clase del coagulante.
b) Mezcla lentaGeneralmente, el tiempo de mezcla no exede de 15 minutos. Un
tiempo excesivo puede crear calentamiento de la muestra originando
una floculación más eficiente, pero a su vez una pobre
sedimentación, ya que ocurre la liberación de los gases disueltos en
59
el agua, formando burbujas que se adhieren a los flóculos y los
hacen flotar. Es práctica de 3-15 min, 20-40 rpm.
c) Reposo (Sedimentación)Se recomiendan 30min.
8.2. Procedimientos para llevar una prueba de jarras. Las soluciones químicas deben ser recién preparadas. Mientras
algunas soluciones químicas se beneficien con el tiempo, la
mayoría se deterioran. Los resultados obtenidos con muestras
añejas no son representativas, el volumen de químicos a añadir
en la jarra para obtener la dosis deseada (ppm), puede
calcularse:
Donde:
Vx: ml de líquido requerido en la jarra.
D: Dosis de químico deseada (PPM)
V: Volumen de la muestra de jarra (ml)
C: Concentración de químico en la solución madre (%)
Factor: 104 (ppm/%)
Las muestras para las pruebas deben ser lo más representativa
del sistema y en cantidad suficiente para una serie de pruebas
completas. En las muestras viejas la turbidez del agua
usualmente coagula más fácilmente que en las muestras frescas,
debido a la inestabilidad de la suspensión coloidal; por lo que no
se recomienda correr pruebas de jarras con más de dos horas de
captadas.
La adición de químicos debe realizarse en el mismo orden en que
son añadidos en planta o en el caso de la clarificación a nivel
domiciliario. A las jarras se añaden normalmente coagulantes,
floculantes y/o ajustadores de pH. Algunas plantas usan el cloro
60
para la desinfección, oxidando la materia orgánica y eliminando
parte del color.
Se debe tener cuidado de no demorar la adición de los químicos
si se necesita una adición simultánea de los mismos, ya que se
estarían alternando las condiciones de la prueba.
8.3. Criterios para la evaluaciónPara evaluar los resultados de una prueba de jarras no se siguen criterios
convencionales o patrones universales y casi se trata de un criterio
particular del analista, fabricante del equipo, operario de la planta de
acuerdo a su larga experiencia, etc., pero bajo la convicción que le da la
certeza de trabajar en las mismas condiciones experimentales y bajo los
mismos criterios analíticos.
No obstante, en la práctica se observan ciertos lineamientos a seguir para
evaluar una prueba de jarra, como son:
Características de los flóculos: Tamaño, uniformidad, velocidad
de aparición, voluminosos, de poco peso, si son densos, livianos
y difusos, apenas puntos o microflóculos1,4.
Calidad del sobrenadante: La claridad o transparencia, es el
criterio más importante en la evaluación de una prueba de jarras,
ya que es lo que se persigue en la clarificación del agua. Para
ello la mayoría de las plantas disponen de turbidímetros.
Se debe observar si el sobrenadante es totalmente transparente,
semiturbio, turbio, con apreciable cantidad de material suspendido (TSS),
decantado, semidecantado, entre otros 1,4.
Velocidad de sedimentación de los flóculos: Se puede tomar el
tiempo que toman los flóculos para sedimentar, una vez que se
detiene la agitación en el equipo. Se deben observar parámetros
como: sedimentación violenta, rápida, lenta, casi nula, difusa,
baja sedimentación. Todo lo anterior se recoge en una
observación visual cualitativa del proceso de clarificación, que
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recibe el nombre de nota de floculación o índice de Willcomb, de
la siguiente forma:
9. CONCLUSIONES: Para que el tratamiento de aguas residuales y de aguas para el
consumo humano sea efectivo, se deben conocer primeramente
las propiedades químicas y físicas del agua a tratar.
No hay una regla que permita deducir de antemano cuál de los
coagulantes y en qué dosis dará mejores resultados, por lo que
siempre es recomendable efectuar ensayos de laboratorio. La
eficiencia de los coagulantes en estudio, tanto en los laboratorios,
como en la práctica diaria de operaciones con agua, se determina
con el equipo de Pruebas de jarras.
La prueba de Jarras permite determinar la dosis óptima de
coagulante y el pH óptimo de coagulación, por lo que se
recomienda realizar este análisis preliminar, antes de diseñar y/o
arrancar una planta.
10. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
62
Programa regional OPS/CEPIS de mejoramiento de la calidad del
agua para consumo humano. 1992
Bratby, J. R. Interpreting laboratory results for the design of rapid
mixing and flocculation systems. Journal of the American Water
Works Association, vol. 73, n.o 6, junio, 1981, pp. 312–318.
Ministerio de Vivienda y Construcción del Perú, Dirección General de
Obras Sanitarias-Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y
Ciencias del 306 Manual I: Teoría Ambiente. Diseño de la planta de
tratamiento de agua de Barranca. Lima, 1978.
Richter, C. A. y Moreira, R. B. Floculadores de pedras: experiências
em filtro piloto. Curitiba, SANEPAR, 1980.
Kirchmer, C.; Pérez Carrión, J. Coagulación. Programa Regional
OPS/HPE/CEPIS de Mejoramiento de la Calidad del Agua para
Consumo Humano. Versión preliminar. 1981.
63
