Potencial zeta y coagulación en el tratamiento de aguas: resumen

Resumen

El documento explica el potencial zeta como medida de la repulsión o atracción entre partículas coloidales y cómo varía con el pH respecto al punto isoeléctrico. Después describe la estabilidad de los coloides, los métodos para reducir el potencial zeta y los tres tipos de coagulación. Por último, presenta aplicaciones prácticas como el Jar Test y el uso de sulfato de aluminio y sulfato ferroso como coagulantes.

Puntos clave

El potencial zeta mide la magnitud de la repulsión o atracción entre partículas coloidales.
En el punto isoeléctrico la carga neta es 0; por encima de él el coloide es negativo y por debajo, positivo.
La floculación requiere neutralizar la carga electrostática que estabiliza el coloide.
Métodos para reducir el potencial zeta: agregar electrolitos, cambiar el medio, modificar el pH o añadir aluminio o hierro.
Tipos de coagulación: ortocinética (agitación), electrocinética (reducción del potencial zeta) y pericinética (movimiento browniano).
El Jar Test sirve para seleccionar el coagulante y fijar las variables de operación.

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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:

Coagulación ortocinética: El contacto entre partículas se da mediante agitación plena.
Coagulación electrocinética: Resulta de la reducción del potencial zeta.
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.

Preguntas frecuentes

¿Qué es 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.

¿Qué es un flóculo en el tratamiento de aguas?

Es un grumo de materia orgánica formado por la agregación de sólidos en suspensión.

¿Para qué se usa el Jar Test?

Se aplica en la selección de un coagulante o en la asignación de variables de operación.