Fundamentos del Potencial Zeta y Procesos de Coagulación en el Tratamiento de Aguas

Conceptos Fundamentales del Potencial Zeta

El potencial zeta es una medida de la magnitud de la repulsión o atracción entre las partículas. La superficie de una partícula coloidal tiende a adquirir una carga electrostática debido a la ionización.

Comportamiento según el pH

• Punto isoeléctrico: Si el pH se encuentra en el punto isoeléctrico, la carga neta o total será 0. Esto ocurre porque el grupo amino se ioniza en NH3+ y el grupo carboxilo se desioniza.
• pH superior al punto isoeléctrico: El grupo amino pierde un protón, produciendo una carga neta negativa debido a la ionización.
• pH inferior al punto isoeléctrico: El grupo carboxilo no se ioniza, por lo que el coloide tendrá una carga positiva debido a que el grupo amino se encuentra ionizado.

Los minerales como la arcilla poseen una carga eléctrica debida a su estructura. Los radicales presentes incluyen grupos amino, sulfónico y carboxilo.

Estabilidad y Floculación

Cuando la estabilidad de un coloide se debe a la fuerza electrostática, la neutralización de esta carga es necesaria para inducir la floculación y precipitación. Un flóculo, en ingeniería de tratamiento de aguas, es un grumo de materia orgánica formado por la agregación de sólidos en suspensión.

Métodos para reducir el potencial zeta

• Agregar electrolitos.
• Cambiar las propiedades del medio.
• Modificar el pH.
• Adición de aluminio o hierro (ion ferroso).

Mecanismos de Coagulación

Los complejos hidroxidometálicos actúan cediendo electrones para facilitar los acercamientos eléctricos. Se distinguen tres tipos de coagulación:

1. Coagulación ortocinética: El contacto entre partículas se da mediante agitación plena.
2. Coagulación electrocinética: Resulta de la reducción del potencial zeta.
3. Coagulación pericinética: El contacto entre partículas se lleva a cabo mediante el movimiento browniano.

Nota: La velocidad cinética es directamente proporcional al cuadrado del diámetro de la partícula.

Aplicaciones Prácticas

Jar Test

El Jar Test se aplica en la selección de un coagulante o en la asignación de variables de operación.

Uso de Coagulantes

• Sulfato de aluminio (hidrofílico): El agua a tratar debe ser alcalina (contener ion bicarbonato) para generar un flóculo de hidróxido de aluminio: Al2(SO4)3 + 14H2O + 2Ca(HCO3)2 → 2Al(OH)3 + 2CaSO4 + 2CO2 + 13H2O.
• Sulfato ferroso: Requiere una condición alcalina. Se añade cal hidratada para elevar el pH, permitiendo que el ion ferroso precipite como hidróxido férrico.