Fenómenos tales como la turbidez y el color del agua son causados por la presencia de partículas coloidales presentes en el recurso; estas partículas permanecen en suspensión en el agua por intervalos de tiempo prolongados y pueden atravesar medios filtrantes muy finos. Para poder eliminar este tipo de partículas, en el tratamiento de agua, se recurre a los procesos de coagulación y floculación, donde la coagulación tiene por objeto, facilitar la aglomeración de las partículas coloidales mientras que la floculación tiene por objetivo, favorecer mediante la mezcla lenta el contacto entre las partículas desestabilizadas. Cuando estas partículas se aglutinan, se genera un flóculo, el cual permite ser fácilmente removido mediante procesos de decantación y filtración.
La coagulación – floculación permite remover partículas coloidales presentes en el agua a tratar.
¿Qué Es La Coagulación?
Este proceso tiene como objetivo principal, desestabilizar de manera química, mediante la anulación de cargas superficiales, las partículas coloidales presentes en el recurso a tratar por medio de la adición de coagulantes químicos y la aplicación de energía de mezclado, para que posteriormente, mediante el proceso de floculación, dichas partículas puedan ser removidas fácilmente del agua. Las reacciones que ocurren durante el proceso de coagulación son muy rápidas, duran fracciones de segundo desde que se ponen en contacto las partículas coloidales con el químico coagulante.
Este método, es el tratamiento más eficaz para la remoción de partículas coloidales, siendo considerado como un método universal debido a que con un menor costo operativo en comparación con otros métodos de separación, la coagulación elimina una gran cantidad de partículas sin importar su origen, peso y densidad, que se encuentran presentes en sustancias que requieren remover dichas partículas, pero también es el método que representa un mayor gasto económico cuando no se realiza de manera adecuada ya que puede generar la rápida degradación de la calidad del agua, produciendo que se realicen más tratamientos y aumenten los gastos operativos para recuperar el recurso; por esta razón, se considera que la dosis aplicada del coagulante condiciona el funcionamiento de las unidades de decantación y que es imposible de realizar una clarificación, si la cantidad de coagulante se encuentra mal ajustada.
Mecanismos de Coagulación:
La desestabilización de las partículas coloidales se puede obtener mediante los siguientes mecanismos físico – químicos:
Compresión de la Doble Capa
Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan, generando una fuerza de repulsión, cuyo potencial de repulsión depende de la distancia que los separa y cae de manera rápida con el incremento de iones de carga opuesta al de las partículas, los cuales, corresponden a los iones del químico coagulante.
Por otra parte, existen unas fuerzas de atracción entre las partículas, conocidas como fuerzas Van der Walls, las cuales dependen tanto de los átomos que conforman las partículas como de la densidad de las mismas; estas fuerzas, a diferencia de las fuerzas de repulsión, no se ven afectadas por las características de la solución.
Absorción y Neutralización de Cargas
Hacia la superficie de las partículas coloidales se presentan cargas negativas, las cuales se conocen como cargas primarias y son las encargadas de atraer los iones positivos presentes en solución dentro del recurso a tratar y que conforman la primera capa adherida al coloide generado en el proceso de coagulación.
La teoría de la doble capa que se genera a partir del proceso de coagulación, se considera como la anulación del potencial de carga de las partículas y se obtiene mediante la adición de productos químicos de coagulación – floculación en el recurso a tratar, produciendo que la fuerza natural de mezcla de la sustancia no sea suficiente y que la sustancia requiera la adición de energía adicional, como, por ejemplo, añadir agitación mecánica al proceso.
Atrapamiento de Partículas dentro de un Precipitado
Las partículas que se desestabilizan durante la coagulación, son atrapadas dentro de un floc, es decir, un conglomerado de partículas sólidas, cuando se adiciona una cantidad suficiente de químicos coagulantes; la presencia en la sustancia de ciertos aniones y de partículas coloidales, ayudan a acelerar la generación del precipitado.
Estas partículas coloidales generan durante la formación del floc, un fenómeno conocido como rol de anillo, el cual tiene relación inversa entre la turbidez del recurso y la cantidad de coagulante que el mismo requiere, es decir, si el recurso presenta una concentración significativa de partículas en suspensión, el proceso de coagulación puede requerir menos cantidad de coagulante.
Químicos Coagulantes Empleados En El Tratamiento de Agua:
Las sustancias químicas que generalmente se usan durante la coagulación en el tratamiento de aguas, son las sales ya sean de aluminio o de hierro; en algunos casos, se pueden utilizar productos sintéticos, como polielectrolitos catiónicos, donde la sal metálica actúa sobre los coloides presentes en la sustancia por medio del catión, el cual neutraliza las cargas negativas antes de precipitar la sustancia.
Las principales sustancias coagulantes que se pueden ser empleadas para desestabilizar las partículas y producir el floc en el proceso de coagulación son:
Sales de Aluminio:
Este compuesto químico se emplea de diversas formas como, por ejemplo:
- Sulfato de Aluminio (Al2(SO4)3) en forma líquida o sólida, además puede adicionarse en el tratamiento cal, soda caustica o carbonato sódico para mejorar el efecto de coagulación de las partículas.
- Cloruro de Aluminio (AlCl3) en su forma líquida.
- Aluminato sódico (NaAlO2).
- Polímeros de Aluminio, los cuales se generan a partir de la condensación de las sales de Aluminio.
Sales de Hierro:
Generando compuestos tales como:
- Cloruro Férrico (FeCl3), empleado en su forma líquida o cristalizada; para mejorar el efecto de coagulación de las partículas se adiciona cal.
- Sulfato férrico (Fe2 (SO4)3), el cual se puede combinar con cal para mejorar la calidad del tratamiento.
- Sulfato ferroso (FeSO4); este compuesto puede ser combinado con cal o cloro para aumentar la capacidad de coagulación de las partículas.
- Cloruro férrico (FeCl3) + aluminato sódico (NaAlO2).
Otros Coagulantes:
- Polielectrolitos.
- Sulfato Cúprico (CuSO4).
- Ozono.
Los polielectrolitos son productos sintéticos que generan la coagulación de partículas coloides presentes en el recurso a tratar.
Factores que Influyen en la Coagulación:
A continuación, se definen los factores más importantes que influyen en el proceso de coagulación en el tratamiento de agua:
Influencia del Potencial de Hidrógeno (pH)
El pH es el factor más importante que se debe tener en cuenta durante el proceso de coagulación debido a que cada tipo de agua a tratar, presenta un rango de pH admisible diferente que si no se tiene en cuenta puede generar una afectación en la calidad del recurso, es así como el rango de pH depende tanto del tipo de químico coagulante empleado como de la naturaleza del recurso a tratar.
Si la coagulación se realiza fuera del rango de pH óptimo del recurso, entonces se debe aumentar la cantidad del coagulante para que el agua presente los niveles de pH admisibles; cuando se emplean sales de aluminio como químico coagulante, el rango de pH admitido para el proceso está entre 6.5 a 8.0, mientras que, para las sales de hierro, el rango de pH está entre 5.5 a 8.5 unidades.
Concentración del coagulante empleado
Tanto la selección del químico coagulante como la dosis requerida en el tratamiento del agua juegan un rol muy importante sobre la calidad del recurso tratado y el funcionamiento de las unidades de decantación. La dosis del coagulante empleado en el proceso de coagulación se determina mediante ensayos de pruebas de jarra y este factor tiene influencia directa en la eficiencia del proceso si:
- Si se añade poca cantidad de coagulante, no se neutraliza completamente la carga de las partículas, generando que la formación de floc sea escasa y por lo tanto haya un aumento de la turbiedad residual.
- En situaciones donde se añaden altas concentraciones de coagulante, se produce la inversión de la carga de las partículas, conduciendo a la formación de gran cantidad de micro flóculos de tamaños muy pequeños con velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto, se genera que al igual que el caso anterior, la turbiedad residual sea elevada.
Temperatura
Las diversas variaciones en la temperatura del recurso a tratar, generan la formación de corrientes de densidad de diferentes grados que pueden afectar la energía cinética de las partículas en suspensión, causando que el proceso de coagulación se haga más lento, por ejemplo, si la temperatura del recurso disminuye en la unidad de decantación (unidad donde generalmente ocurre el proceso de coagulación – floculación) se genera un aumento de viscosidad, dificultando el proceso de sedimentación de los flocs presentes en el agua.
Al disminuir la temperatura, la viscosidad aumenta, dificultando el proceso de sedimentación de los floc.
Tipos de Coagulación:
En el proceso de tratamiento de aguas mediante coagulación, se presentan dos tipos básicos de este proceso, los cuales se definen a continuación:
Coagulación Por Adsorción
Este tipo de coagulación se presenta en casos donde el recurso contiene altas concentraciones de partículas coloidales y al realizarse la adición del químico coagulante los coloides absorben la sustancia y generan los flóculos de manera casi instantánea.
Coagulación por Barrido
La coagulación mediante barrido se genera cuando el recurso presenta una baja concentración de partículas coloidales, en este caso, estas partículas son entrampadas por el químico coagulante y se genera una sobresaturación de precipitado en el recurso a tratar.
Efectos De La Coagulación Sobre Las Sustancias Contenidas En El Agua
La tabla que se muestra a continuación, resume la reducción que se puede conseguir de determinados parámetros o sustancias presentes en el recurso a tratar mediante el proceso de coagulación:
Principales sustancias presentes en el agua y porcentaje de reducción por medio de la coagulación.
¿Qué es la Floculación?
La floculación es el siguiente proceso que se realiza en el tratamiento de aguas, es posterior al proceso de coagulación, y consiste en la agitación de la masa coagulada; este método se emplea para permitir el crecimiento y aglomeración de los flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso de los mismos para que la sedimentación y posterior remoción de los flóculos presentes en el recurso sea más fácil y efectiva.
Tipos de Floculación:
Se presentan dos tipos de floculación, los cuales serán descritos a continuación:
Floculación Pericinética
Este tipo de floculación consiste en el movimiento de partículas que se produce por medio del movimiento browniano; la floculación Pericinética sólo influye en partículas con tamaños inferiores a un micrón, es decir que sólo actúa al inicio del proceso de floculación.
Floculación Ortocinética
Este tipo de floculación se genera a partir del movimiento que las partículas realizan a diferentes direcciones y velocidades, lo cual aumenta la probabilidad de colisión entre las mismas; la floculación ortocinética ocurre después de la pericinética.
Factores Que Influyen En La Floculación:
Tiempo de detención
La velocidad de aglomeración de las partículas se encuentra directamente relacionada con el tiempo de detención de las mismas.
Gradiente de velocidad
El gradiente de velocidad es un factor que depende de la velocidad de aglomeración de las partículas objetivo del tratamiento y tiene un límite máximo permitido que evita el rompimiento del floc.
Concentración y naturaleza de las partículas
La velocidad como se genere el floc, es directamente proporcional tanto a la concentración de partículas presentes en el recurso a tratar como del tamaño inicial de las mismas.
Floculantes empleados en el proceso de Floculación:
Los floculantes empleados en el proceso son polímeros que presentan pesos moleculares muy elevados, así como moléculas orgánicas solubles en agua conformadas por monómeros. Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y orgánico de síntesis.
Floculantes Minerales
La sílice activada es el principal floculante mineral, se introduce después de la adición del coagulante.
Floculantes Orgánicos Naturales
Son polímeros que se extraen de sustancias animales o vegetales; los ácidos manuránicos y glucónicos son los floculantes naturales más conocidos.
Floculantes Orgánicos de Síntesis
Estos floculantes son los más utilizados en el proceso de floculación; se obtienen mediante asociación de monómeros sintéticos.
La coagulación – floculación atrapan las partículas presentes en el agua, para ayudar con la eliminación de las mismas en otros procesos de tratamiento.
COAGULACION Y FLOCULACION: DEFINICION, TIPOS Y FACTORES
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