NOTAS DE AULA 3

8/16/2019 NOTAS DE AULA 3

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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADAFACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

NOTAS DE AULA 3PLANTAS DE TRATAMIENTO -1604

COAGULACION- FUNDAMENTOS

Tatiana R Chaparro Ph.D


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Plantas de tratamiento – Tatiana R Chaparro Ph.D 2

COAGULACION

Desestabilización eléctrica de las partículas que forman la turbiedad y el color, mediante la adición desustancias químicas. Este proceso se usa para:

Remoción de turbiedad

Remoción de color aparente y verdadero

Eliminación de bacterias y virus y organismos patógenos

Destrucción de algas y plancton en general

Eliminación de sustancias productoras de sabor y color

Importante: No siempre las condiciones óptimas para remover turbiedad y color son las mismas para

remover la M.ON.

En la Figura 1, se observa la distribución del tamaño de partículas en el agua. La mayor parte de estaspartículas y moléculas de sustancias húmicas, poseen una superficie cargada eléctricamente,

usualmente negativa.

Figura 1. Distribución del tamaño de partículas presentes en el agua.

El proceso de la coagulación comienza en el mismo instante en que se agregan las sales de aluminio ode hierro (coagulantes). Dura fracciones de segundo y consiste básicamente en el resultado de dos

fenómenos.

a. Reacciones químicas: reacciones del coagulante con el agua y formación de especies

hidrolizadas con carga positiva.b. Reacciones físicas: transporte de las especies hidrolizadas para que se presente el contacto

entre ellas y las impurezas presentes en el agua.


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¿Hidrólisis?: reacción química entre el agua y otra sustancia como sales, en la cual se produce unadisociación del agua y como consecuencia se afecta el valor del pH.

A. Estabilidad e Inestabilidad de las suspensiones coloidales

Estabilidad: propiedad de las partículas de permanecer en suspensión en el transcurso del tiempo

(fuerzas de repulsión o coulombicas).

Inestabilidad: tendencia a aglomerarse siempre que entren en contacto entre sí (fuerzas de Van der

Waals).

Se puede considerar que la coagulación es el resultado individual o la combinación de la acción de 4

mecanismos diferentes:

a. Compresión de la doble capa eléctrica

b. Neutralización de cargas (importante para filtración directa, pues no hay necesidad de la

formación de flocs para posterior sedimentación/filtración).c. Barrido (formación de precipitados, los flocs son mayores, utilizado en sistemas de tratamiento

completo).

d.

Adsorción y formación de puentes (se caracteriza por el uso de polímeros de grandes cadenasmoleculares, masa molar > 106.Estas cadenas, sirven de puente entre la superficie a la cualestán adheridas y otras partículas).

La Figura 2 muestra los diferentes caminos para la coagulación por adsorción-neutralización de carga

y por barrido utilizando sulfato de aluminio.

Figura 2. Mecanismos de la coagulación


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Diagramas de coagulación - turbiedadLos diagramas predicen las condiciones químicas que gobiernan el proceso, se usan para definir las

dosis de los coagulantes en función del pH y optimizar el proceso de coagulación.


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B. Factores que influyen en el proceso de la coagulación.

La coagulación es probablemente la fase más importante del tratamiento del agua; una coagulación

inadecuada no puede ser corregida en una etapa posterior de tratamiento, perjudicando la eficiencia

de todos los procesos siguientes. La optimización de este proceso depende de una serie de variables

que deben ser consideradas tanto en el diseño como en la operación, siendo las principales las

siguientes:

Naturaleza la MON

Dosis y tipo de coagulante

Condiciones de mezcla

pH

Temperatura

Presencia de cationes divalentes

Presencia de aniones (sulfato. Cloruro, bicarbonato)

Consideraciones:

El agua con color generalmente es blanda, ácida y con baja alcalinidad, se puede remover con

coagulantes metálicos como las sales de aluminio y las sales de hierro en presencia de polímeros(ayudantes de coagulación)

Cuando el sulfato de aluminio se adiciona al agua, ocurren reacciones de hidrólisis, intermediarias,

antes de la formación del precipitado amorfo. Estas reacciones liberan protones (H +), consumiendo

sustancias que dan alcalinidad natural al agua. Del orden de 1mg/L de sulfato de aluminio por cada

0,5 mgCaCO3/L. Por tanto, una dosificación de 20 mg/l de coagulante neutralizaría 10 mg/l dealcalinidad. (OJO!!!! SOLO APLICA PARA BICARBONATO!!!)

El pH para remover color es mas bajo que para remover turbiedad. Cuando se aplican sales de

aluminio el color se remueve mejor a pH entre 5 y 6 y la turbiedad entre 6 y 7. Cuando se aplican

sales de hierro, el pH de remoción de color esta entre 3,2 y 4,5 y para remover turbiedad esta entre 2

y 7. El floc que se forma en agua con alto color es frágil.

Aguas con baja turbiedad y baja alcalinidad, son las más difíciles de coagular. Se debe trabajar con

conjunto con las sales metálicas y los ayudantes de coagulación. En este caso se necesita un buenajuste de pH. Generalmente este caso aplica en la filtración directa.

Cuando se presenta simultáneamente el color y la turbiedad, la superficie de los coloides se hace

mayor y esto ayuda a la adsorción de las moléculas de color, lo que lleva a una menor dosis de

coagulante.

Aguas muy frías, alrededor del punto de congelación, no coagulan o coagulan mal!!!!!. Pueden exigir

el uso de otro coagulante que no sea el sulfato de aluminio, siempre acompañado de un ayudante.

El rango de dosis típicas de aluminio va desde 10 hasta 150 mg/L. Mientras que para el cloruroférrico y el sulfato férrico las dosis están entre 5 a 150 mg/L y 10 a 250 mg/L, respectivamente.

Las aguas más difíciles de coagular son las que tienen baja concentración de turbiedad (


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Los cationes bivalentes (Ca2+ y Mg2+) ayudan a la desestabilización de los coloides, al comprimir la

capa doble y reducir las fuerzas repulsivas. Por eso es útil agregar cal en especial cuando esta es

poco mineralizada.

Los polímeros no son efectivos para reducir la MON-

Otros ayudantes de la coagulación son: partículas insolubles tales como la arcilla, silicato de sodio,

precipitados de carbonato de calcio y carbón activado. Generalmente se usan en aguas con bajaconcentración de partículas. Se mejora un poco la velocidad de sedimentación del floc.

Para valores de pH mayores al mínimo de solubilidad, los productos hidrolizados son generalmente

HMW

Para valores de pH menores al mínimo de solubilidad, los productos hidrolizados son monómeros,

en este caso, se hace más favorable la remoción del COD.

En aguas con MON –HMW la dosis de coagulante se espera que sea baja porque el mecanismo que

actúa es principalmente el de neutralización por cargas. Si en cambio la MON es LMW (o sustanciasno-humicas) el mecanismo es adsorción de los coloides en la superficie de los hidróxidos metálicos.

En conclusión la fracción hidrofóbica de la MON se remueve mejor que la hidrofilica durante lacoagulación.

1.

Unidades de mezcla rápida

La mezcla rápida es la operación mediante la cual se produce la difusión de los coagulantes en toda lamasa de agua, con el objeto de desestabilizar la dispersión, esto es, de efectuar la coagulación.

En una planta de tratamiento, la mezcla rápida se puede realizar de dos maneras. Utilizando

mezcladores de flujo pistón (mezcladores hidráulicos) o empleando retromezcladores (mezcladores

mecánicos).

El coagulante debe agregarse donde se presente la mayor turbulencia, esto es, en el caso de un

mezclador mecánico, se agrega debajo del eje del agitador. Y en un mezclador hidráulico,

inmediatamente antes de la formación del resalto. Así mismo, se obtienen mejores resultados en el

proceso cuando el coagulante se aplica mediante un múltiple que cuando se hace en forma puntual,una vez que se favorece la dispersión del mismo en toda la masa de agua.

A. Mezcladores mecánicos

Mezclador mecánico de hélice

Mezclador mecánico de turbina


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B. Mezcladores hidráulicos

Canal rectangular con vertedero

Canaleta Parshall

Para tener en cuenta:

La mezcla rápida debe ser lo mas corta posible, principalmente cuando son utilizadas sales de

aluminio o de hierro, debido a la rapidez con que ocurren las reacciones de polimerización del

coagulante.

El grado de intensidad de la mezcla está definido por el gradiente de velocidad (G); como regla

general, los gradientes deben ser altos, del orden de 1000 s -1


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C. Métodos de control del proceso

a. Determinación de los valores dosis coagulante x pH de coagulación en el equipo del ensayo de

jarras.

b.

Determinación de los valores dosis coagulante x pH en el equipo del ensayo de jarras,

juntamente con filtros de laboratorio de arena.

c. Instalación piloto de flujo continuo

d. Medición continua del potencial zeta y pH de coagulación

e. Detección continúa de flujo de corriente (DFC).

Potencial Zeta: Es una medida utilizada frecuentemente en la química coloidal. Esta indica elpotencial necesario para poder penetrar la capa iónica que se encuentra alrededor de una partícula,

con la finalidad de desestabilizarla. La Figura 3 muestra el potencial zeta.


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Figura 3. Potencial Zeta y superficial.

Actividad en grupo.1. Qué tipo de polímeros sintéticos se utilizan como auxiliares de la coagulación?. Realice unabúsqueda de por lo menos tres marcas usuales en el mercado de polímeros sintéticos y sus

especificaciones.

2. Qué tipo de polímeros naturales se utilizan como coagulantes y auxiliares de coagulación?.

Realice una búsqueda de por lo menos 7 plantas (semillas, bulbos) que se hayan utilizado y que

tengan resultados reportados en la literatura.

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