Tabla de contenido
COAGULANTES,
FLOCULANTES Y AGENTES DESHIDRATANTES DE LODOS
1.
OBJETIVOS.
-
Conocer la importancia de los coagulantes, floculantes y agentes deshidratantes
a la hora de realizar el proceso de coagulación y floculación; uno de los pasos
para la potabilización del agua.
-
Conocer las clases y características de coagulantes y floculantes para un uso
adecuado de los mismos.
-
Teniendo en cuenta las características del agua y de las sustancias empleadas
en el proceso de coagulación y floculación, utilizar la dosificación adecuada
para dicho proceso.
- Conocer
químicamente el comportamiento de los coagulantes, floculantes y agentes
deshidratantes en el proceso de coagulación y floculación.
2.
MARCO TEÓRICO.
El
agua es un bien escaso. La contaminación de los recursos hídricos superficiales
es un problema cada vez más grave, debido a que éstos se usan como destino
final de residuos domésticos e industriales. Es esencial para la vida, vital
para una sociedad avanzada e imprescindible para el desarrollo económico e
industrial, el agua posee ya en la conciencia social actual el reconocimiento
que se merece. Este reconocimiento y la preocupación por el Medio Natural se
han traducido en los últimos años en un esfuerzo colectivo para proteger y
racionalizar la utilización de este recurso.
En
cuanto a la potabilización para el consumo de ésta, encontramos ciertos
procesos que son importantes a la hora de tratarlos, para evitar la suciedad
con la que se presenta el agua, a la hora de obtenerla, sea cual sea la fuente
principal, ya sea de ríos, pozos, entre otras cosas.
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
Los
procesos que mencionamos anteriormente reciben el nombre de Coagulación y
Floculación, que son dos procesos cruciales dentro de la etapa de clarificación
del agua. Ambos procesos se pueden resumir como una etapa en la cual las
partículas se aglutinan en pequeñas masas llamadas flóculos o flocs, cuyo peso
específico difiere notablemente al del agua y pueden precipitar o flotar. Ver
figura 1 para ver el proceso como tal.
Figura
1. Proceso de coagulación-floculación.
2.1.Agua Potable,
Alcantarillado y Tratamiento de lodos.
En
los procesos de tratamiento de agua y aguas residuales, sustancias que causan
problemas en los sistemas que utilizan agua y contaminan el medio ambiente se
eliminan del agua.
Eliminado
sólidos en suspensión (SS) a través de los procesos de tratamiento de agua y
aguas residuales se descargan como lodos con alto contenido de agua.
Tratamiento de lodos se lleva a cabo para evitar que el lodo de causar la
contaminación ambiental y los otros problemas de nuevo.
Como
el agua incluye muchos tipos de sólidos disueltos y SS, los métodos adecuados
de tratamiento de agua tienen que ser seleccionados de acuerdo con la calidad
del agua a tratar. Métodos de tratamiento de agua en general, se clasifican en
tres categorías de mecánica, tratamientos químicos y biológicos.
2.1.1.
Tratamientos
mecánicos.
2.1.1.1.Proyección.
La
revisión es el primer paso de agua y tratamiento de aguas residuales para
eliminar la materia grande mediante barras o neta de detección para proteger
las estructuras posteriores, tales como bombas, tuberías y filtros. En general,
la proyección elimina efectivamente la cuestión de tamaño grande y baja
gravedad específica, como trozos de madera, plásticos y papeles.
2.1.1.2.La sedimentación.
Sólidos
en suspensión que tienen densidades mayores que la del agua se resuelven a
separarse de agua. Factores que determinan la velocidad de sedimentación de SS
son principalmente el diámetro y la densidad de las partículas, y la viscosidad
de la solución. El SS de pequeño tamaño y coloides que apenas se instaló en
condiciones naturales, se resuelven después de formar sus flóculos mediante
coagulación y floculación tratamiento mediante el uso de coagulantes y
floculantes.
2.1.1.3.La flotación.
Las
sustancias que tienen casi las mismas o más bajas densidades que la del agua,
tales como aceites y grasas, se separan del agua por flotación. Por lo tanto,
las partículas que tienen el tamaño grande y pequeña densidad son fácilmente
flotaban en condiciones naturales. Flotación mecánica y flotación por aire
disuelto se aplican para aumentar la velocidad de la flotación de las
partículas. En estos procesos, burbujas de aire finas se generan en el agua.
Entonces la adherencia de burbujas con partículas y la de flujo ascendente de
burbujas de mejorar la eficiencia de flotación. Generalmente, la presurización
del agua y su se aplican para generar microburbujas que liberan de manera
eficiente.
2.1.1.4.Filtración.
Área
de filtración lenta Aplica para purificar aguas sin decantación previa o la
coagulación. La tasa de filtración generalmente es menor que 1 m3 / m2 * día.
Filtración
rápida utiliza para el tratamiento de agua potable, agua industrial y aguas
residuales. En general, se aplica después de proceso de coagulación o
flotación. Se utiliza para la filtración de agua coagulada en línea. La tasa de
filtración está en las filas de 4 a 50 m3 / m2 * día.
Para
la filtración de lodos, se aplican muchos tipos de filtros de vacío y filtros
de presión.
2.1.1.5.La
centrifugación.
La
centrifugación es un método de separación que utiliza fuerzas centrífugas para
acelerar la sedimentación de las partículas en una mezcla líquido-sólido. Este
método utiliza generalmente para la deshidratación de lodos de oro para el
tratamiento de aguas residuales Incluyendo alta concentración de SS.
2.1.2.
Tratamiento
Químico.
El
tratamiento químico generalmente es aplicado para realizar el tratamiento
mecánico, como el colocar, la flotación y la filtración, de una manera más
eficiente. También es usado para tratar las aguas que son difíciles de tratar
suficientemente por el tratamiento mecánico sólo.
2.1.2.1.Control de pH.
Las
solubilidades de algunas sustancias en el agua se cambian notablemente por los
cambios de pH. Por ejemplo, la solubilidad del ion férrico o iones de aluminio
es suficientemente reducida para formar el precipitado de hidróxido en un
intervalo de pH especificado. A menudo, este método se aplica para separar los
iones metálicos a partir de agua y aguas residuales. El control de pH del agua
es también una medida importante para realizar la coagulación, la floculación,
la oxidación, tratamientos de reducción y así sucesivamente de manera eficiente.
2.1.2.2.La coagulación y
la floculación.
La
coagulación y el tratamiento de floculación son un método de agregar partículas
finas y coloides dispersados establemente en el agua y hacer sus flocs grande
que fácilmente es separado del agua por medio de la sedimentación, la flotación
de los procesos y así sucesivamente.
Sales
férricas y sales de aluminio por lo general son usadas como coagulantes.
Polímeros
sintéticos de alto peso molecular se usan como floculantes. Los coagulantes
neutralizan los gastos superficiales eléctricos de partículas y rompen su
dispersión estable en el agua. Los floculantes se combinan con partículas
neutralizadas y forman flocs grandes.
Los
espesadores, flotadores, filtros, etc. son usados para separar aquellos flocs
del agua.
La
floculación es un fenómeno de carácter físico y químico, que provoca la
formación de conglomerados de folículos o partículas a partir de los coágulos
formados en el proceso de coagulación. Los floculantes consisten de polímeros
sintéticos de muy alto peso molecular, que tienen una estructura morfológica
muy especial, que causa que los coágulos formados se adhieran a los ramales de
estas moléculas gigantes, por mecanismos de fuerzas de adhesión físicas, así
como por fuerzas de atracción electrostática y de otro tipo (fuerzas de London,
de Van Der Waals, etc.).
El
producto floculante propicia la formación de puentes químicos entre dos o más
partículas de modo que se forma una estructura tridimensional aleatoria,
esponjosa y porosa. Dicha estructura, mediante el crecimiento de partículas
coaguladas, terminará por formar un floc lo suficientemente grande y pesado (o
ligero) como para lograr sedimentar (o flotar).
Los
productos utilizados son macromoléculas de cadena larga que pueden poseer
cargas eléctricas o grupo ionizables. Según la carga eléctrica del grupo activo
se clasifican en Polielectrolitos no iónicos, sobre todo poliacrilamidas.
También son conocidos como floculantes no iónicos. Previa a la aplicación de
dichos productos realizar su preparación mediante dilución con agua en
agitación. Las disoluciones suelen prepararse en concentraciones de 1 a 3 g/l
en el caso de los productos sólidos y de 2 a 6 g/l para los floculantes
líquidos o en emulsión.
2.1.2.3.La oxidación y
reducción
El
tratamiento de oxidación es aplicado para descomponer cianuros, nitrites y
varias sustancias orgánicas a sustancias inofensivas. También es usado para
oxidar el ion ferroso en el agua subterránea al ion férrico que fácilmente es
precipitado como el hidróxido férrico.
El
pH y la temperatura del agua deberían ser ajustados dentro de las gamas
convenientes para continuar la oxidación y procesos de reducción de manera
eficiente.
2.1.2.4.Adsorción.
El
carbón activado adsorbe varias sustancias orgánicas en el agua. Recientemente,
los adsorbentes especiales que con criterio selectivo adsorben iones de metales
pesados especificados, etc., también son usados para el tratamiento de aguas
negras y el agua.
Por
lo general, los adsorbentes se rellenan de lecho fijo o de lecho fluidizado, y
agua para ser tratada pasa a través del lecho. En un tratamiento de hornada, el
absorbente es añadido en el agua y es separado por colocando o la filtración
después de la terminación de adsorción.
El
adsorbente después usado es regenerado o dispuesto después de la fabricación de
ellos inofensivo por la solidificación, etc.
2.1.2.5.El intercambio
iónico.
En
el proceso de cambio de ion, los iones en solución se intercambian con los del
intercambiador de iones tales como resina de intercambio iónico. El cambiador
de ion que se acerca a la capacidad llena es regenerado y reutilizado.
En
la purificación de agua, los cambiadores de ion en gran parte son utilizados
para quitar la dureza del agua (el ablandamiento) y la producción del agua
desmineralizada. En el tratamiento de aguas negras, ellos son aplicados para
quitar sustancias tóxicas, como el metal pesado, y recuperar materiales
valiosos de aguas negras.
2.1.3.
Tratamiento
Biológico.
El
tratamiento biológico es el medio de descomponer sustancias orgánicas en aguas
negras por utilizando las funciones de microorganismos.
El
tratamiento biológico en gran parte es dividido en tratamientos aeróbicos y
anaerobios
2.1.3.1.Tratamiento
aeróbico.
El
tratamiento aeróbico es un modo de oxidación y descomposición de sustancias
orgánicas en aguas negras usando la bacteria aeróbica o anaerobia facultativa.
Le llaman la oxidación biológica.
Las
sustancias orgánicas se oxidan y descomponen por reacciones enzimáticas de los
microorganismos y producir energía. Los microorganismos se multiplican
utilizando una porción de la energía y sustancias orgánicas. El exceso de microorganismos
cultivados y debe separarse como el exceso de lodos evacuados.
En
el sistema de lodos activados, las aguas residuales se mezclan con flóculos
microbianos (lodos activados) en el tanque de aireación para descomponer las
sustancias orgánicas mediante el suministro de aire (oxígeno) al licor mixto.
El
licor mixto se separa en el tanque de sedimentación y el lodo activado
precipitado se devuelve al tanque de aireación. El agua sobrenadante se
descarga como agua tratada.
Cuando
el entorno se hace un impropio y la actividad microbiana es disminuida, reducen
la eficacia de quitar sustancias orgánicas o una separación insuficiente de
lodo del agua (aumento de volumen) puede ocurrir.
El
funcionamiento adecuado de los requisitos del sistema de lodos activados son
los siguientes general;
pH
= 6-8
Temperatura
= 15 a 30 ° C
El
oxígeno disuelto = más de 0,5 mg / l
Carga
de DBO = 0,2 hasta 0,6 kg DBO / kg, MLSS día
2.1.3.2.Tratamiento
anaeróbico.
También
llaman la digestión anaerobia a este método de tratamiento o la fermentación de
metano, y utiliza la bacteria anaerobia para descomponer sustancias orgánicas.
Las aguas negras o lodos se introducen en el tanque cerrado que es guardado en
condiciones anaerobias y a veces calentado para realzar la digestión.
El
tiempo de retención en el tanque es a partir de varios días hasta unas varias
decenas de días. El tratamiento anaerobio es generalmente conveniente para el
tratamiento de desechos que contienen las altas concentraciones de sustancias
orgánicas.
2.1.4.
Las
aguas residuales y lodos, diagrama de flujo de tratamientos.
Varios
agentes contaminadores están contenidos en
las aguas residuales. Por lo tanto, métodos de tratamiento mecánicos,
químicos y biológicos por lo general son combinados para tratarlos dependiendo
la calidad y la cantidad del tratamiento de agua.
2.2.Coagulación y
floculación.
2.2.1.
Coagulación
y floculación Tratamiento.
La
coagulación y el tratamiento de floculación son aplicados para la eliminación
de sólidos inorgánicos suspendidos. En el caso de aguas residuales y aguas
negras incluyendo SS orgánico, como efluentes de la pulpa y fábricas de papel,
y plantas petroquímicas, la coagulación y el tratamiento de floculación son
usados para pre o el post-tratamiento de los procesos de lodo activados.
La
coagulación y el tratamiento de floculación son un proceso para juntar SS, que
establemente es dispersado como las partículas finas y/o coloidales en el agua,
y hacer flocs grande por usando coagulantes y/o floculantes. Para separar estos
flocs del agua, la sedimentación (la clarificación), la flotación o el
tratamiento de filtración de coagulación son aplicados.
Los
coagulantes se adsorben o reaccionan con estas partículas, y neutralizan sus
gastos eléctricos sobre las superficies. Como el resultado, sus fuerzas
repelentes son debilitadas y las partículas son juntadas. Llaman esta función
de coagulantes la coagulación o la neutralización de precio eléctrica. Además,
los floculantes recogen las partículas coaguladas para formar flocs grande.
Llaman la floculación a esta acción o acortamiento.
En
el tratamiento de retiro SS del agua y aguas negras, generalmente son usados
coagulantes y floculantes. En general, sustancias inorgánicas, como sales de
aluminio y sales de hierro, son usadas como coagulantes y el alto peso
molecular polímeros orgánicos son usados como floculantes
2.2.2.
Equipos
para Floc Separación.
Después
floc la formación por la coagulación y el tratamiento de floculación, el flocs
es separado del agua por el uso de clarificadores, equipos de flotación o
filtros según la concentración y las características del flocs, el objetivo SS
la concentración de agua tratada etcétera. El lodo separado a menudo es
concentrado por usando espesadores antes del tratamiento de deshidratación.
2.2.2.1.Clarificadores.
En
el tratamiento de sedimentación, los factores que determinan la velocidad de
sedimentación de partículas son principalmente el diámetro y la densidad de las
partículas, y la viscosidad de la solución. Estas relaciones se expresan en la
ecuación de Allen, la ecuación de Newton, de Stokes ecuación, etc.
El
uso de coagulantes y floculantes aumenta la velocidad de sedimentación mediante
la formación de flóculos con grandes diámetros. Por lo tanto, el uso de
coagulantes y floculantes se da cuenta el empleo de clarificadores de flujo
ascendente compacto y económico para la separación SS. Tipos típicos de
clarificadores de flujo ascendente son lodos tipo manta y tipo sólido-contacto.
En las unidades de ambos, el agua entrante pasa a través de la capa de flóculos
en suspensión previamente formados, y la neutralización de la carga y la
formación de flóculos se realizan de manera eficiente.
2.2.2.2.Equipos de
flotación.
En
el tratamiento de sedimentación, los flocs son sedimentados utilizando la
densidad más grande de flocs que el agua. Por lo tanto, cuando la densidad de
flocs es similar a o más abajo que la densidad de agua, ningún flocs es
separado del agua por el tratamiento de sedimentación. En aquel caso, los
equipos de flotación son usados para la separación floc
2.2.2.3.Equipos de
filtración de Coagulación.
Cuando
se añaden los coagulantes al agua cruda justo antes de la filtración, las
cargas eléctricas de las partículas en el agua son neutralizados y los
micro-flóculos se forman. Al filtrar el agua, el agua filtrada con muy baja
concentración de SS se obtiene de forma estable.
Este
método de filtración se denomina filtración de coagulación. Filtro de presión
con los medios de comunicación de doble filtro de arena y antracita se utiliza
generalmente para la filtración de la coagulación. Coagulantes inorgánicos,
tales como sales de aluminio y sales de hierro, se utilizan para este
tratamiento
2.2.3.
Mecanismo
de coagulación y floculación.
Dado
que las partículas finas en agua tienen las cargas eléctricas negativas en sus
superficies en general, se repelen mutuamente y de forma estable dispersar en
el agua. Por tanto, para sedimentar estas partículas, se requiere para
reunirlas y hacer grandes flóculos.
2.2.3.1. Coagulación.
Partículas
finas suspendidas en agua generalmente tienen cargas eléctricas negativas en
sus superficies debido a la disociación de las sustancias compuestas de esas
partículas, la adsorción de hidróxidos metálicos, etc. Este cargas negativas de
los cationes de tracción superficie a la superficie y repeler aniones.
Como
resultado, se forma una doble capa eléctrica en la envolvente de la partícula.
La
coagulación implica reacciones de transferencia de masa. El proceso consta de
varias etapas: 1. La desestabilización de las partículas, lo que permite; 2. La
interacción contaminante-coagulante y 3. Favorece la agrupación de partículas
(o floculación), como se ve en la figura 2.
Figura
2. Reacciones de transferencia de masa en el proceso de coagulación.
2.2.3.2. Floculación.
Los
coagulantes neutralizan las cargas de las partículas finas y forman los
micro-flóculos reuniéndolos. Además, los floculantes se utilizan para hacer macro-flóculos,
cerrando el micro-flóculos junto.
Aniónico
de alto peso molecular o polímeros no iónicos se utilizan generalmente como
floculantes. Grupos funcionales típicos de ellos son el grupo carboxilo (-COOH)
y el grupo amida (-CONH2).
Estos
floculantes se adsorben sobre los micro-flóculos mediante el uso de sus grupos
funcionales. Los grupos carboxilo se adsorben en la micro-floc por la fuerza de
atracción electrostática y la fuerza de unión iónica con los átomos metálicos,
tales como aluminio y hierro, en la superficie floc.
La
floculación es la etapa que se da a continuación de la coagulación y se produce
por la adsorción de los polímeros sobre la superficie de las partículas de modo
que le confieren mayor tamaño y peso y favorece su decantación. La floculación
tiene relación con los fenómenos de transporte dentro del medio para que las
partículas hagan contacto. El producto floculante propicia la formación de
puentes químicos entre dos o más partículas coaguladas, de modo que se forma
una estructura tridimensional aleatoria, esponjosa y porosa. Dicha estructura,
mediante el crecimiento de partículas coaguladas, terminará por formar un
flóculo lo suficientemente grande y pesado (o ligero) como para lograr que sedimente
(o flote). Ver figura 3.
Figura
3. Proceso de floculación.
2.2.4.
Coagulantes
inorgánicos.
2.2.4.1.Tipos y
características.
En
general, las sales de aluminio y sales de hierro se utilizan como coagulantes.
Los tipos y características de coagulantes menudo utilizados para el
tratamiento de aguas y aguas residuales crudas se resumen en la Tabla 4.2.
2.2.4.2.Método de
Aplicación.
Dado
que el efecto de coagulante está influida considerablemente por las condiciones
de aplicación, tales como el pH del agua y el estado de agitación, se debe
prestar la atención suficiente a las condiciones siguientes.
(a) pH.
Cada
coagulante inorgánico tiene el intervalo de pH óptimo que muestra el efecto de
coagulación excelente
(b) La fuerza de
agitación y tiempo de retención.
Se
requiere fuerte agitación para aumentar la frecuencia que coagulantes cumplen
las partículas en suspensión para neutralizar sus cargas eléctricas. La
agitación también acelera la formación de flóculos al chocar las partículas
neutralizadas.
(c) Orden de
inyección de productos químicos.
La
utilización de productos químicos para la coagulación y el tratamiento de
floculación deberían ser inyectada en el agua en la orden de coagulante
inorgánico, el pH controla al agente el floculante de polímero (y el álcali).
2.2.5.
Coagulantes
orgánicos.
2.2.5.1.Tipos y
características.
Los
coagulantes orgánicos se utilizan para neutralizar las cargas eléctricas de las
SS como mismos como coagulantes inorgánicos. El efecto de coagulación de
coagulantes orgánicos es superior a los coagulantes inorgánicos debido a las
valencias iónicas más altas.
Algunos
coagulantes orgánicos no sólo neutralizan la carga de SS pero también
reaccionan con compuestos orgánicos aniónicos disueltos, tales como
lignina-sulfonato, aniónicos-tensioactivo, ácido argínico y ácido húmico, y
forman las sales insolubles en agua.
2.2.5.2.Los estudios de
casos y ventajas de coagulantes orgánicos.
Cuando
se utilizan coagulantes orgánicos junto con coagulantes inorgánicos, se
recomienda llevar a cabo la prueba de jarras para determinar las dosis, el
orden de sus inyecciones, una especie de floculantes adecuados, etc.
Normalmente, se añaden coagulantes inorgánicos en el agua antes de los
orgánicos, sin embargo, el orden de inyección inversa a veces espectáculos
2.2.5.3.Eliminación de
los compuestos orgánicos mediante el uso de coagulantes orgánicos especiales.
Hay
compuestos especiales entre coagulantes orgánicos, que son solubles en agua
ácida y se convierten en insoluble para formar flóculos en sus neutro a agua
alcalina. La utilización eficaz de estos coagulantes orgánicos especiales permite
eliminar los compuestos orgánicos solubles en agua y reducir la DQO del agua
tratada.
2.2.6.
Polímeros
floculantes No iónicos y aniónicos.
2.2.6.1.Tipos y
características de floculantes.
En
la coagulación y floculación tratamiento, floculantes polímeros de alto peso
molecular no iónicos y aniónicos se utilizan para llevar micro-flóculos mandará
neutralizados por coagulantes juntos para hacer que las macro-flóculos por la
reacción de puente. El uso de floculantes poliméricos es esencial para el
tratamiento de eliminación de SS eficiente del agua y de aguas residuales.
Tabla 4.6 muestra los tipos y características de floculantes típicos de
polímeros no iónicos y aniónicos.
2.2.6.2.Relación entre
las propiedades de floculantes y sus efectos.
Floculantes
poliméricos deben tener la capacidad de adsorción suficiente contra la carga
neutralizada micro-flóculos y el gran volumen expandido de sus moléculas en el
agua. El gran volumen expandido es muy importante para formar el lazo de
polímero adsorbido sobre micro-flóculos y hacer que el macroflocs por la
reacción de puente
2.2.7.
Pruebas
de coagulación y floculación.
2.2.7.1.Prueba de Jarras.
Prueba
Jarras se utiliza para la obtención de las informaciones y los datos requeridos
en el tratamiento de coagulación y floculación. Esas informaciones son
elementos siguientes:
-
Selección
de coagulante y floculante adecuado, y sus dosis,
-
Determinación
del pH óptimo,
-
Predicción
de la calidad del agua y el volumen de lodos tratados generados.
Las
condiciones de ensayo, tales como velocidad de rotación del agitador y tiempo
de agitación, tienen que ser determinado de acuerdo con las condiciones de
sistema de tratamiento real.
2.2.7.2.Prueba de
flotación Columna.
Una
prueba de flotación en columna se realiza para examinar las condiciones de
tratamiento de flotación por aire. Las condiciones de ensayo deben determinarse
en función de las condiciones operativas de la planta real.
2.2.7.3.Otros.
Tubo
de ensayo para la sedimentación se utiliza para medir la velocidad de
sedimentación de los flóculos y el volumen de lodo precipitado.
Filtro
de prueba se utiliza para determinar las propiedades de los flóculos para la
filtración.
2.3.Tratamiento de
lodos.
El
tratamiento de sedimentación de las SS en el agua produce inevitablemente el
lodo. Lodos sin procesar dados de alta de los equipos de tratamiento de
sedimentación incluye un gran volumen de agua, por lo que, la concentración y
deshidratación de lodos se requieren en general antes de la disposición final.
Especialmente,
cuando un lodo que incluye materias orgánicas se incinera, la reducción en el
contenido de agua de los lodos es muy importante para ahorrar el costo de
combustible.
2.3.1.
Tratamiento
de lodos inorgánicos.
La
mayor parte de los lodos inorgánicos dados de alta de obras de agua, minas,
refinerías de metales, trabajos de hierro y acero, etc., ya se neutralizan sus
cargas de partículas y estabilizado. Por lo tanto, la neutralización de la
carga no es necesaria en el proceso de deshidratación del lodo y la formación
de flóculos fuertes, cerrando con floculantes poliméricos es generalmente
fácil. Los polímeros no iónicos y aniónicos se utilizan para la deshidratación
de lodos como iguales que el tratamiento de floculación. El peso molecular del
polímero para la deshidratación es generalmente más pequeño que el de
floculantes poliméricos y es alrededor de diez millones *.
2.3.2.
Los
procesos de tratamiento de lodos.
Desde
las aguas residuales, el suelo la noche y las aguas residuales descargadas de
plantas petroquímicas, fábricas de alimentos, etc., incluyen una gran cantidad
de materias orgánicas, que son tratados biológicamente.
Muchos
tipos de métodos de tratamiento que se muestran se practican para el
tratamiento y la eliminación primaria, el exceso, la digestión y lodos tratados
terciarias dados de alta de los sistemas de tratamiento biológico. Entre ellos,
la deshidratación proceso de lodos es importante en relación a los métodos de
tratamiento y eliminación de lodos posteriores.
Desde
aquellos lodos incluyen la alta concentración de materia orgánica y son
altamente hidrofílico, la deshidratación de ellos es muy difícil comparar con
lodos inorgánicos. Cada paso de tratamiento y disposición de lodos se describe
brevemente a continuación.
Por
otro lado, encontramos los agentes deshidratantes que tiene gran importancia a
la hora de la potabilización del agua, ya que la deshidratación de lodos es la
llave del proceso del tratamiento de lodo y disposición debido a que el lodo
generalmente se solidifica por la reducción de su contenido de agua dando como
resultado que su disposición sea más fácil.
Los
agentes polímeros deshidratadores son superiores al cloruro férrico e hidróxido
de calcio debido a que las dosis de los polímeros es muy baja y alrededor del
1% más contra el sólido seco que tiene la desventaja de que raramente aumenta
el contenido de sólidos.
2.3.3.
Deshidratadores.
Deshidratadores
lodos adecuados se seleccionan tomando varias condiciones, las propiedades y la
cantidad de lodos que se deshidratan, el contenido de humedad objetivo de torta
deshidratada, la inversión, los costos de operación y mantenimiento, etc., en
consideración.
En
la actualidad, generalmente se utiliza cinco tipos de deshidratadores:
1
deshidratador centrífugo,
2
Cinturón de prensa deshidratadora,
3
Tornillo de prensa deshidratadora,
4
Filtro deshidratador de prensa,
5
deshidratador de vacío filtro.
2.3.4.
Agentes
poliméricos de deshidratación.
2.3.4.1.Tipos y funciones de los agentes de deshidratación
de polímero.
Los
lodos se flocula por la reacción entre los aniónicos sustancias pegajosas de
los lodos y los grupos funcionales catiónicos de agente de deshidratación
polímero. Para reducir el contenido de humedad de los lodos en este proceso, se
requiere para reducir el agua hidratado de las sustancias pegajosas mediante la
neutralización de la carga eléctrica con el polímero catiónico. Polímeros
catiónicos fuertes con bajo peso molecular son adecuados para la neutralización
de la carga.
Por
otro lado, es necesario la formación de grandes flóculos que es mecánicamente
fuerte, para reducir el contenido de humedad de torta deshidratada por
deshidratadores.
Para
este propósito, los polímeros catiónicos débiles con alto peso molecular son
apropiados.
En
consecuencia, es difícil que la neutralización de la carga y la formación de
grandes flóculos sean llevadas a cabo de forma simultánea mediante el uso de un
tipo de agente de deshidratación. Para resolver esta contradicción, muchos métodos,
tales como el sistema de CSA, han desarrollado y aplicada en el campo.
2.3.4.2.El sistema de CSA y ahorro de energía en el secado
de la torta y los procesos de incineración.
El
sistema de CSA es un sistema de deshidratación de lodos típica desarrollada por
KURITA. En el sistema de CSA, dos tipos de agentes de deshidratación polímeros
se utilizan para la deshidratación de lodos. Se utiliza para neutralizar la
carga de los lodos.
2.3.4.3.Agentes de deshidratación polímero anfótero.
Los
agentes de deshidratación polímero catiónico se adsorbe a partículas de lodo
negativamente cargadas mediante el uso de los grupos catiónicos funcionales y
flocula las partículas. Sin embargo, como la longitud dilatada del polímero es
máximo alrededor de 10-4 mm y más pequeña que el diámetro de partículas de lodo
(10-1 a 10-2 mm), la floculación por el polímero de catión es generalmente
insuficiente.
2.3.5. Métodos de
ensayo para la deshidratación de lodos.
Las
condiciones reales deshidratación de lodos son muy diferentes dependiendo del
tipo de deshidratador para ser utilizado. Por lo tanto, el aparato y las
condiciones de ensayo apropiado tienen que ser seleccionado para cada tipo de
deshidratador.
2.3.5.1.Deshidratador centrífugo.
En
deshidratadores centrífugas, lodos recibe la fuerza centrífuga de los cuales es
de uno a tres mil veces de la gravedad y se agita intensamente. Por lo tanto,
los lodos y el agente de deshidratación tienen que ser intensamente mezclan
para formar los flóculos en la prueba de deshidratación. Después de la
formación de los flóculos, una prueba de filtración gravitacional, el tiempo de
succión capilar (CST) y así sucesivamente se llevan a cabo mediante el uso de
los flóculos para seleccionar un agente de deshidratación adecuado o para
evaluar el efecto
2.3.5.2.Cinturón de prensa deshidratador.
En
el caso de los deshidratadores de prensa de correa, la prueba de filtración
gravitacional se lleva a cabo como iguales a los hydrators centrífugas pero la
condición de agitación después de la dosificación agente de deshidratación es
diferente. Después de la prueba de filtración, el lodo restante en el filtro de
tela de nylon se utiliza para la prueba de aplastamiento.
En
la prueba de compresión, la presión de exprimido y el período de prueba se
determinan de acuerdo a las condiciones operativas reales de deshidratador.
Entre los resultados de la prueba, el contenido de humedad de torta
deshidratada y la facilidad de separación de la torta de la tela de filtro son
factores importantes para evaluar el efecto de agente de deshidratación.
2.4.Seguridad de polímero floculantes.
Monómero
de acrilamida, monómero de ácido acrílico, etc., que son materias primas de
floculantes de polímeros, son químicamente muy activos y generalmente tóxicos.
Sin embargo, sus polímeros son químicamente estables y sus efectos tóxicos son
generalmente muy bajos. En cuanto a la seguridad de floculantes de polímero, el
informe por la Organización Mundial de la Salud (QUIEN) bebe grupos de trabajos,
" la Influencia de Empleo de Polímero con Trabajos De agua sobre la Salud
Humana " es una referencia valiosa.
Factores
a tener en cuenta:
-
La
toxicidad crómica e influencia en la cría de animales.
-
Toxicidad
aguda.
-
Absorción
y acumulación en cuerpo vivo.
-
Contenido
de monómero de acrilamida.
-
La
influencia en la vida acuática.
2.5.Tipos de
coagulantes.
Los
coagulantes han evolucionado a lo largo de las épocas. Como coagulantes se usan
sales inorgánicas minerales de los cationes polivalentes. Los más efectivos son
los trivalentes, sobre todo el Fe (III) y el Al (III). Las partículas finas o
coloides en aguas naturales se encuentran generalmente cargadas negativamente y
en las aguas residuales sucede frecuentemente lo mismo. Este es el motivo por
el que se utilizan sales trivalentes de hierro o aluminio, ya que confieren
cargas eléctricas al agua y rompen el equilibrio electrostático. Sin embargo
estos coagulantes debido a la hidrólisis que sufren en el agua modifican las
características físico-químicas de la misma, ya que se trata de sustancias muy
ácidas, que por lo tanto modifican el pH e incorporan sales incrementando la
conductividad. Por eso la corrección de pH se realiza en el mismo depósito de
reacción que el proceso de coagulación, estableciéndose de esta manera las
correcciones necesarias.
Existen
algunos tipos de coagulantes, tales como:
-
Coagulantes sintéticos: Los coagulantes sintéticos u orgánicos presentan como
principal ventaja el que pueden sustituir total o parcialmente a los
coagulantes clásicos de origen mineral (inorgánicos), tales como polidacmacs,
poliaminas, etc.
-
Coagulantes Específicos
-
Decolorantes: Para algunos casos en los que la decoloración del efluente es un
requisito para el vertido. Pueden funcionar solos o en combinación con otros
productos habituales en los tratamientos de aguas, ya sean coagulantes
minerales o sintéticos, o floculantes de alto peso molecular.
-
Mezclas especiales: combinan en la justa proporción las propiedades de diversos
coagulantes.
-
Coagulantes Vegetales: están formulados en base a productos naturales
orgánicos. Debido a su formulación exenta de sales, presentando numerosas
ventajas y ningún inconveniente.
Los
principales coagulantes utilizados para desestabilizar las partículas y
producir el floc son:
-
Sulfato
de Aluminio.
-
Aluminato
de Sodio.
-
Cloruro
de Aluminio.
-
Cloruro
Férrico.
-
Sulfato
Férrico.
-
Sulfato
Ferroso.
-
Polielectrolitos
(Como ayudantes de floculación).
2.6.Mecanismo y
reacciones químicas de la coagulación y floculación.
En
la formación de coágulos y flóculos necesarios para separar la mayoría de los sólidos suspendidos del líquido sobrenadante,
ocurren una serie de reacciones químicas al agregar el coagulante que favorecen
la formación de partículas de mayor tamaño que las partículas coloidales
suspendidas. Cuando ocurre la reacción de polimerización de los agentes
coagulantes, estos atrapan las partículas coloidales y las integran a su
estructura del coagulo formado.
Algunas
de las reacciones que ocurren con el coagulante son las siguientes.
Con
el sulfato de aluminio:
Al2 (SO4)3+
6HCO3-à2Al (OH)3+ 6CO2+ 3SO4-2
(1)
Con
el sulfato ferroso el agua reacciona en una secuencia de procesos como los
descritos en las siguientes reacciones:
FeSO4
+ 2HCO3- à Fe (HCO3)2
+ SO4-2 (2)
Fe
(HCO3)2 + 2Ca (OH)2 àFe (OH)2 + 2CaCO3+2H2O
(3)
Fe
(OH)2+ H2O à Fe (OH)3+
H+ (4)
El
hidróxido de aluminio y el hidróxido de fierro formados en las reacciones 1 y 4
anteriores, forman precipitados gelatinosos que contienen un gran número de
partículas coloidales suspendidas que quedan atrapados en su red de
polimerización.
En
estas reacciones se hace evidente que la alcalinidad del agua en forma de
carbonatos y bicarbonatos así como el pH, son decisivos para que se favorezcan
las reacciones de hidrólisis del fierro y el aluminio.
Las
condiciones más adecuadas para que ocurran las reacciones de polimerización no
son predecibles ya que la composición de las aguas que se mide con parámetros
tales como; alcalinidad, pH, etc. es muy variable para diferentes tipos de
agua, por lo que las mejores condiciones para una muestra de agua especifica
pueden ser muy diferentes para otra muestra de agua de diferente composición.
La
floculación que atrapa los coágulos formados y forma partículas de mayor tamaño
y peso, también depende de características del agua así como de la carga de las
partículas. Si estas se encuentran cargadas positivamente o negativamente
deberá agregarse un floculante que neutralice las cargas. Si los coágulos no
tienen carga se deben emplear floculantes no iónicos.
Para
saber la combinación y la dosis de coagulante y floculante que debe emplearse
para tener mejores resultados en la separación de sólidos suspendidos deberán
efectuarse una serie de pruebas empíricas cambiando dosis y reactivo y
observando sus resultados. A estas pruebas se les llama “pruebas de jarras” las cuales se
realizan en laboratorio, tal y como se describe en el apéndice del texto.
Los
resultados de los experimentos se extrapolan a la planta operativa y con ellos
se establecen las condiciones de operación de la planta de tratamiento.
Por
otro lado, La alcalinidad.- Es un método de análisis, con el que se determina
el contenido de bicarbonatos (HCO3 - ); carbonatos (CO3 -2 ) e hidróxidos de un
agua natural o tratada. La alcalinidad tiene relación con el pH del agua. Ver
figura 4.
Figura
4. Principales reacciones de sulfato de aluminio con la alcalinidad el agua.
2.7.Factores que
afectan 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.
-
http://www.kurimexicana.com/agualog-septiembre-2013-tratadeshidratalodos.shtml
-
http://www.oocities.org/edrochac/sanitaria/sedimentacion.htm
-
http://www.frm.utn.edu.ar/archivos/civil/Sanitaria/Coagulaci%C3%B3n%20y%20Floculaci%C3%B3n%20del%20Agua%20Potable.pdf
-
http://www.oocities.org/edrochac/sanitaria/sedimentacion.htm
-
http://rauljudykaren.wikispaces.com/TEOR%C3%8DA+DE+LA+COAGULACI%C3%93N
-
https://www.koshland-science-museum.org/water/html/es/Treatment/Coagulation-Flocculation.html
-
http://procesosdeclarificaciondelagua.blogspot.com/
-
http://es.slideshare.net/guillermo150782/coagulacion-y-floculacion
-
http://www.elaguapotable.com/coagulacion-floculacion.htm
-
http://www.bdigital.unal.edu.co/1214/1/nestoralejandrogomezpuentes.2005.pdf
-
http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/6019/mod_resource/content/1/Tema_06_COAGULACION_Y_FLOCULACION.pdf
-
http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/curso/uni_05/u5c2s4.htm
-
http://www.lenntech.es/tratamiento-lodos-estabilizacion.htm
-
http://www.lenntech.es/tratamiento-lodos-espesamiento.htm
-
http://www.lenntech.es/tratamiento-lodos-deshidratacion.htm
-
http://www.lenntech.es/tratamiento-lodos-secado.htm
-
http://ceteme.blogspot.com/2014/02/limpiando-aguas-residuales.html
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https://www.youtube.com/watch?v=HBjKhUvfQqU
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