Coagulación y Floculación en el Tratamiento de Aguas Residuales

Tratamiento Primario de Aguas Residuales

Coagulación y Floculación

Tratamiento primario: Eliminación de sólidos suspendidos por medios físicos, químicos o ambos.

Coagulación y floculación: Adición de agentes químicos que se combinan con sólidos coloidales de sedimentación o no sedimentables, para generar flóculos y removerlos por sedimentación.

Definición de Términos

Flóculo: Sólidos en suspensión fáciles de ser removidos.

Coagulación: Es la adición y mezclado rápido de un coagulante en el cual las partículas finas y coloidales se agregan unas a otras para formar partículas mayores. (Movimiento rápido)

Coagulante: Sales metálicas que reaccionan a la alcalinidad del agua, para producir flóculos de hidróxido de metal.

Floculación: Agitación lenta que permite el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién formados con el fin de aumentar el tamaño y peso necesario para sedimentar con facilidad. (Movimiento lento)

Aglomeración: Reunir muchos elementos.

Aplicaciones y Tipos de Coagulantes

Principal uso de la coagulación y floculación: Aglomerar sólidos antes de pasar a la sedimentación y filtración rápida de arena.

Principales coagulantes: Sales de hierro y aluminio, polielectrolitos y cal.

Sólidos Coloidales

Sólidos coloidales: se clasifican en:

• Hidrófilicos: Sienten atracción por el agua. El agua adsorbida retarda la floculación (se requiere tratamiento especial para la coagulación efectiva). Se debe a la existencia de grupos solubles.
• Hidrofóbicos: Sienten repulsión por el agua. Carecen de estabilidad en presencia de electrolitos (arcilla).

Teoría sobre Coagulación

Tamaño de las partículas:

1 micrón = 1 x 10^-3 milímetros

Característica principal de estas partículas: Baja velocidad de volumen

Características Coloidales

Se clasifica de acuerdo a la fase dispersada y al medio de dispersión. En el tratamiento de aguas residuales se consideran los siguientes:

• Sólidos dispersados en líquidos (soles): No sedimentan bajo la acción de la gravedad. Son materia orgánica (microbios) y materia inorgánica.
• Líquidos dispersados en líquidos (emulsiones): Mezcla de dos líquidos inmiscibles. Ejemplo: Presencia de un líquido aceitoso.

La superficie de una partícula tiende a adquirir una carga electrostática debido a la ionización.

Los minerales como la arcilla tienen una carga electrostática, por tanto:

1. Si el pH está por debajo del punto isoeléctrico, el grupo COOH no se ioniza y el coloide tendrá carga positiva.
2. Si está arriba del punto isoeléctrico tenemos este componente: R-NH₃⁺---H = -NH₂

Grupos Coloidales

• R-NH₂
• R´-COOH
• R´´-OH

Potencial Z

Potencial “Z”: Medida de atracción o repulsión entre las partículas. Cuando la estabilidad de un coloide se debe a fuerzas electrostáticas se puede medir mediante el potencial Z.

Fórmula:

Pot. Z = 4(pi)qd/D

Donde:

• q = carga de unidad por área
• d = espesor de la película
• D = constante dieléctrica del líquido

Coagulación de Coloides

Cuando un coagulante se añade al agua residual ocurre la desestabilización. Interacciones que ocurren:

• Reducción del potencial Z. Hace que la partícula comience a coalescer.
• Formación de una red de partículas en el precipitado.

Cuando una sal coagulante se añade al agua, ocurre una disociación (ruptura de una molécula) en donde el ion metálico experimenta una hidrólisis (descomposición de sustancias orgánicas) formando un ion complejo hidroximetálico cargado positivamente.

Para suspensiones coloidales diluidas la velocidad de coagulación (hacer que se solidifique) es lenta debido a la baja concentración de partículas. En plantas de tratamiento se supera recirculando una pequeña parte de los lodos sedimentados.

En suspensiones diluidas, la dosificación (distribuir) de una gran cantidad de coagulante (sustancia que acelera la coagulación) puede contribuir al restablecimiento del coloide, esto ocurre cuando la carga negativa del coloide se vuelve positiva, se cree que esto es debido a la existencia de sitios reactivos cargados positivamente en la superficie coloidal.

Definición de Términos

Flóculo: Grumo de materia orgánica formado por agregación de sólidos en suspensión.

Coloide: Sustancia que al encontrarse en un líquido, se dispersa poco a poco.

Coagulación de Coliformes mediante Polímeros Orgánicos

Se lleva a cabo mediante la interacción química.

Tipos de Coagulación

Términos para describir el tipo de coagulación:

• Coagulación electrocinética: Resulta de la reducción del potencial Z.
• Coagulación pericinética: El contacto entre partículas ocurre mediante el movimiento browniano.
• Coagulación ortocinética: El contacto entre partículas se da por agitación.

Coagulantes Comunes

Coagulantes: Los más usados son: sulfato de aluminio y sales de hierro.

Solución para incrementar pH: Hidróxido de sodio.

Sulfato de Aluminio Al₂(SO₄)₃

El agua a tratar debe ser alcalina. La alcalinidad puede alcanzarse añadiendo ion carbonato.

Sulfato Ferroso Fe⁺²(SO₄)

Para su aplicación se requiere una condición alcalina, para lo cual se puede añadir cal hidratada, esto para elevar el pH.

Cloruro Férrico FeCl₃

Ayudas de Coagulación

• Alcalinidad: Capacidad que tiene el agua para neutralizar ácidos o aceptar protones.
• Polielectrolitos: Son polímeros sintéticos y pueden ser no iónicos, aniónicos y catiónicos.
• Turbidez: Indica la cantidad de sólidos, los cuales se encuentran en suspensión.

Ajuste del pH

Polielectrolitos

Son polímeros, todos los polímeros son positivos.