operaciones unitarias químicas en tratamiento de agua
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P.N.F. Sistemas de Calidad y Ambiente
UNIDAD IIOPERACIONES UNITARIAS QUÍMICAS
Ing. Tahis Vilaín, M.Sc.
Operaciones Unitarias Químicas
Operaciones Unitarias Químicas
aplicadas al tratamiento de agua
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
Tratamiento secundario de agua cruda
Alterar estado de los sólidos (disueltos o en suspensión) para facilitar su eliminación.
Suspensión de pequeñas partículas de sólidos en un líquido formadas por una reacción química
Formar un precipitado voluminoso constituido por el propio coagulante
Eliminar: CH, nutrientes (N,P)
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
Comparación de la efectividad
Precipitación Química Sedimentación normalMateria total suspendida 80-90% 50-70%
DBO5 40-70%
30-40%DQO 30-60%
Bacterias 80-90%
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
Sulfato de alúmina Al2(SO4)3 . 18H2O
Sulfato de hierro FeSO4 .7H2O
Cal Ca(OH)2
Cloruro férrico FeCl3
Sulfato férrico Fe2(SO4)3
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
Sulfato de alúmina Al2(SO4)3 . 18H2O
Al2(SO4)3 .18H2O + 3Ca(HCO3)2 ↔ 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O
Floculo gelatinoso
sedimentable
Mg(HCO3)2
Alcalinidad como CaCO3
La alcalinidad requerida para que reaccione con 10 mg/L de sulfato de alúmina es:
10,0𝑚𝑔𝐿 𝑥 3 𝑥100𝑔 /𝑚𝑜𝑙
666,7𝑔 /𝑚𝑜𝑙 =4,5𝑚𝑔 /𝐿
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
Ca(OH)2 + H2CO3 ↔ CaCO3 + 2H2O
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 ↔ 2CaCO3 + 2H2O
coagulante
Si el efluente contiene ácidos minerales o sales ácidas es necesario neutralizar
Cal : Ca (OH)2
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
No hay precipitación
Sulfato ferroso FeSO4 .7H2O
FeSO2 .7H2O + Ca(HCO3)2 ↔ Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 7H2O
2Ca(OH)2 ↔ Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O No hay precipitación
+
O2 + 2H2O ↔ 4Fe(OH)3
+
Flóculo gelatinoso
Oxidación
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
Sulfato ferroso FeSO4 .7H2O
La alcalinidad requerida para que reaccione con 10 mg/L de sulfato ferroso:
La cal requerida:
El oxígeno requerido:
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
Cloruro férrico FeCl3
FeCl3 + H2 O ↔ Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-
H+ + 3HCO3 ↔ 3H2CO3
Cloruro férrico y Cal :
2FeCl3 + 3Ca(OH)2 ↔ 3CaCl2 + 2Fe(OH)3
Sulfato férrico y Cal :
Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 ↔ 3CaSO4 + 2Fe(OH)3
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación químicaPara la eliminación de fosfatos
Origen de los fosfatos en las aguas residuales
Fertilizantes eliminados del suelo por el agua o el vientoExcreciones humanas y animalesDetergentes y productos de limpieza
La carga de fosfato total se compone de ortofosfato + polifosfato + compuestos de fósforo orgánico.
la proporción de ortofosfato es la más elevada.Los fosfatos existen en forma disuelta, coloidal o sólida.
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
¿Por qué eliminar lo fosfatos en las aguas residuales?
Los compuestos del fósforo son nutrientes de las plantas y conducen al crecimiento de algas en las aguas superficiales.
Dependiendo de la concentración de fosfato existente en el agua, puede producirse la eutrofización.
Tan sólo 1 g de fosfato-fósforo (PO4-P) provoca el crecimiento de hasta 100 g de algas.
Cuando estas algas mueren, los procesos de descomposición dan como resultado una demanda de oxígeno de alrededor de 150 g.
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación química
¿Por qué eliminar lo fosfatos en las aguas residuales?
Marco legal: NORMAS PARA LA CLASIFICACIÓN Y EL CONTROL DE LA CALIDAD DE LOS CUERPOS DE AGUA Y VERTIDOS O EFLUENTES LÍQUIDOS. Gaceta Oficial Nº 5.021 Extraordinario del 18 de diciembre de 1995. Decreto 883:
Establecen los límites máximos de calidad de vertidos líquidos que sean o vayan a ser descargados, en forma directa o indirecta, a cuerpos de agua (ríos, estuarios, lagos y embalses), al medio marino-costero (sólo podrán efectuarse en zonas donde se produzca mezcla rápida del vertido con el cuerpo receptor), a redes cloacales, así como descargas o infiltración en el suelo:Artículos 10, 15 y 16:
• Fósforo total (expresado como fósforo): máx. 10 mg/L
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación químicaPara la eliminación de fosfatos
Los compuestos de ortofosfato son precipitados como fosfatos de metales difícilmente solubles con la ayuda de diversos iones metálicos polivalentes (sales de hierro o de aluminio)
Las sales se sedimentan y permanecen en el lodo de las aguas residuales.
El precipitante se puede agregar durante el tratamiento primario (pre-precipitación) o en el tanque de aireación (precipitación simultánea), o en un tanque de reacción adicional aguas abajo del tanque de aireación (postprecipitación).
El método más utilizado es la precipitación simultánea, ya que se trata de la variante más económica.
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación químicaFactores que afectan la elección de productos químicos para la
eliminación de fósforo
1. Nivel de fósforo en el efluente2. SST3. Alcalinidad4. Costes de los productos químicos5. Seguridad en el suministro de productos químicos6. Instalaciones de manipulación del fango7. Métodos de evacuación final8. Compatibilidad con otros procesos de tratamiento de la planta9. Efectos ambientales potencialmente adversos de los productos
químicos utilizados.
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación químicaReacciones básicas
Con aluminio:
Al+3 + HnPO4
3-n ↔ AlPO4 + nH+
Fe+3 + HnPO4
3-n ↔ FePO4 + nH+
Con Hierro:
Las dosis deben ser establecidas con base en pruebas a escalas in situ
Con Cal:10Ca+2
+ 6PO43- + 2OH- ↔ Ca10(PO4)6 (OH)6
Ocurre luego de reaccionar con la alcalinidad natural. La dosis de cal es independiente de la cantidad de fósforo
Operaciones Unitarias Químicas
Precipitación químicaAplicación de la precipitación de fósforo
Operaciones Unitarias Químicas
Operaciones Unitarias Químicas aplicadas al tratamiento de agua residual
DESINFECCIÓN
Radiación UV
Cloro
Operaciones Unitarias Químicas
DESINFECCIÓNEs la destrucción selectiva de los organismos causantes de
enfermedades .
Esterilización: Destrucción de todos los organismos.
Operaciones Unitarias Químicas
DESINFECCIÓN¿Por qué desinfectar en el tratamiento de aguas?
Presencia de agentes causantes de enfermedades:
BacteriasVirus
Parásitos virus
Enfermedades hídricas: fiebre tifoidea y disentería bacilar
Parásitos: giardia lamblia, Ascaris lumbricoides
Poliomielitis
Operaciones Unitarias Químicas
DESINFECCIÓNTecnologías de desinfección
Agentes químicos: Cloro y sus compuestos Bromo (para piscinas)Yodo (para piscinas)OzonoFenol y compuestos fenólicosAlcoholesMetales pesadosTinturasJabones y detergentes Peróxido de hidrógenoÁlcalis y ácidos Compuestos amoniacales cuaternarios
Agentes Físicos: Calor Luz (Radiación UV)
Operaciones Unitarias Químicas
Operaciones Unitarias Químicas
Operaciones Unitarias Químicas
DESINFECCIÓNFactores que afectan la acción de los desinfectantes
Mezcla inicial Tiempo de contactoConcentración y tipo de agente químico Intensidad y naturaleza del agente físicoTemperaturaNúmero de organismoTipo de organismosCaracterísticas del agua residual
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