Coagulación (tratamiento de agua)

En el tratamiento del agua, la floculación por coagulación implica la adición de compuestos que promueven la aglutinación de finos en flóculos más grandes para que puedan separarse más fácilmente del agua. La coagulación es un proceso químico que implica la neutralización de la carga, mientras que la floculación es un proceso físico y no implica la neutralización de la carga. El proceso de coagulación-floculación se puede utilizar como paso preliminar o intermedio entre otros procesos de tratamiento de agua o aguas residuales como la filtración y la sedimentación . Las sales de hierro y aluminio son los coagulantes más utilizados, pero las sales de otros metales como el titanio y el circonio.También se ha descubierto que son muy eficaces. [1] [2]

Proceso de coagulación-floculación en un sistema de tratamiento de agua.

La coagulación se ve afectada por el tipo de coagulante utilizado, su dosis y masa; pH y turbidez inicial del agua que se está tratando; y propiedades de los contaminantes presentes. [1] [3] La eficacia del proceso de coagulación también se ve afectada por tratamientos previos como la oxidación . [1] [4]

En una suspensión coloidal, las partículas se asentarán muy lentamente o no se asentarán en absoluto porque las partículas coloidales llevan cargas eléctricas superficiales que se repelen mutuamente. Esta carga superficial se evalúa más comúnmente en términos de potencial zeta , el potencial eléctrico en el plano de deslizamiento. Para inducir la coagulación, se agrega al agua un coagulante (típicamente una sal metálica) con la carga opuesta para vencer la carga repulsiva y "desestabilizar" la suspensión. Por ejemplo, las partículas coloidales tienen carga negativa y se agrega alumbre como coagulante para crear iones con carga positiva. Una vez que las cargas repulsivas han sido neutralizadas (ya que las cargas opuestas se atraen), la fuerza de van der Waals hará que las partículas se adhieran (aglomeren) y formen micro floc. [ cita requerida ]

Prueba de tarro

Prueba de tarro para la coagulación

La dosis de coagulante que se utilizará se puede determinar mediante la prueba del frasco. [1] [5] La prueba del frasco implica exponer muestras del mismo volumen de agua a tratar a diferentes dosis del coagulante y luego mezclar simultáneamente las muestras en un tiempo de mezcla rápido constante. [5] El microfloc formado después de la coagulación sufre más floculación y se deja sedimentar. Luego se mide la turbidez de las muestras y se puede decir que la dosis con la turbidez más baja es óptima.

Pruebas de deshidratación a microescala

A pesar de su uso generalizado en la realización de los denominados "experimentos de deshidratación", la prueba de la jarra tiene una utilidad limitada debido a varias desventajas. Por ejemplo, evaluar el rendimiento de posibles coagulantes o floculantes requiere tanto volúmenes significativos de muestras de agua / aguas residuales (litros) como tiempo experimental (horas). Esto limita el alcance de los experimentos que se pueden realizar, incluida la adición de réplicas. [6] Además, el análisis de los experimentos de prueba de jarra produce resultados que a menudo son solo semicuantitativos. Junto con la amplia gama de coagulantes y floculantes químicos que existen, se ha señalado que determinar el agente deshidratante más apropiado y la dosis óptima "se considera más un 'arte' que una 'ciencia'". [7] Como tal, las pruebas de rendimiento de deshidratación, como la prueba del frasco, se prestan bien a la miniaturización. Por ejemplo, la prueba de floculación a microescala desarrollada por LaRue et al. reduce la escala de las pruebas de jarras convencionales hasta el tamaño de una microplaca estándar de múltiples pocillos , lo que produce beneficios derivados del volumen reducido de la muestra y el aumento de la paralelización; esta técnica también es adecuada para métricas de deshidratación cuantitativas, como el tiempo de succión capilar . [7]

Detector de corriente de flujo

Un dispositivo automatizado para determinar la dosis de coagulante es el Detector de corriente de flujo (SCD). El SCD mide la carga superficial neta de las partículas y muestra un valor de corriente de flujo de 0 cuando se neutralizan las cargas (los coagulantes catiónicos neutralizan los coloides aniónicos ). A este valor (0), se puede decir que la dosis de coagulante es óptima. [1]

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Prueba de jarra: Mezcla de diferentes dosis de coagulante con muestras del agua a tratar

La coagulación en sí da como resultado la formación de flóculos, pero se requiere floculación para ayudar a que el flóculo se agregue y se asiente más. El proceso de coagulación-floculación en sí mismo elimina solo alrededor del 60% -70% de la materia orgánica natural (NOM) y, por lo tanto, otros procesos como la oxidación, filtración y sedimentación son necesarios para el tratamiento completo del agua cruda o de las aguas residuales . [4] Las ayudas coagulantes (polímeros que unen los coloides) también se utilizan a menudo para aumentar la eficiencia del proceso. [8]

  1. ↑ a b c d e Jiang, Jia-Qian (1 de mayo de 2015). "El papel de la coagulación en el tratamiento del agua". Opinión Actual en Ingeniería Química . 8 : 36–44. doi : 10.1016 / j.coche.2015.01.008 .
  2. ^ Chekli, L .; Eripret, C .; Park, SH; Tabatabai, SAA; Vronska, O .; Tamburic, B .; Kim, JH; Shon, HK (24 de marzo de 2017). "Rendimiento de coagulación y características de flóculo del tetracloruro de polititanio (PTC) en comparación con el tetracloruro de titanio (TiCl4) y el cloruro férrico (FeCl3) en agua turbia de algas". Tecnología de separación y purificación . 175 : 99-106. doi : 10.1016 / j.seppur.2016.11.019 . hdl : 10453/67246 .
  3. ^ Ramavandi, Bahman (1 de agosto de 2014). "Tratamiento de la turbidez del agua y bacterias mediante el uso de un coagulante extraído de Plantago ovata" . Recursos hídricos e industria . 6 : 36–50. doi : 10.1016 / j.wri.2014.07.001 .
  4. ^ a b Ayekoe, Chia Yvette Prisca; Robert, Didier; Lanciné, Droh Gone (1 de marzo de 2017). "Combinación de coagulación-floculación y fotocatálisis heterogénea para mejorar la eliminación de sustancias húmicas en aguas reales tratadas del río Agbô (Costa de Marfil)". Catálisis hoy . 281 : 2-13. doi : 10.1016 / j.cattod.2016.09.024 .
  5. ^ a b Aragonés-Beltrán, P .; Mendoza-Roca, JA; Bes-Piá, A .; García-Melón, M .; Parra-Ruiz, E. (15 de mayo de 2009). "Aplicación de análisis de decisiones multicriterio a resultados de ensayos de jarras para la selección de productos químicos en el tratamiento físico-químico de aguas residuales textiles". Revista de materiales peligrosos . 164 (1): 288–295. doi : 10.1016 / j.jhazmat.2008.08.046 . PMID  18829168 .
  6. ^ Atrayendo, M .; Pessoa Noyma, N .; de Magalhaes, L .; Miranda, M .; Mucci, M .; van Oosterhout, F .; Huszar, VLM; Manzi Marinho, M. (junio de 2017). "Evaluación crítica del quitosano como coagulante para eliminar cianobacterias". Algas nocivas . 66 : 1-12. doi : 10.1016 / j.hal.2017.04.011 . PMID  28602248 .
  7. ^ a b LaRue, RJ; Cobbledick, J .; Aubry, N .; Cranston, ED; Latulippe, RD (2016). "La prueba de floculación a microescala (MFT): una técnica de alto rendimiento para optimizar el rendimiento de la separación". Investigación y Diseño de Ingeniería Química . 105 : 85–93. doi : 10.1016 / j.cherd.2015.10.045 . hdl : 11375/22240 .
  8. ^ Oladoja, Nurudeen Abiola (1 de junio de 2016). "Avances en la búsqueda de sustitutos de polielectrolitos orgánicos sintéticos como coagulantes coagulantes en operaciones de tratamiento de aguas y aguas residuales". Farmacia y Química Sostenible . 3 : 47–58. doi : 10.1016 / j.scp.2016.04.001 .