operaciones unitarias químicas en tratamiento de agua

P.N.F. Sistemas de Calidad y Ambiente

UNIDAD IIOPERACIONES UNITARIAS QUÍMICAS

Ing. Tahis Vilaín, M.Sc.

Operaciones Unitarias Químicas


aplicadas al tratamiento de agua


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)



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%



Sulfato de alúmina Al2(SO4)3 . 18H2O

Sulfato de hierro FeSO4 .7H2O

Cal Ca(OH)2

Cloruro férrico FeCl3

Sulfato férrico Fe2(SO4)3



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



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



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



Sulfato ferroso FeSO4 .7H2O

La alcalinidad requerida para que reaccione con 10 mg/L de sulfato ferroso:

La cal requerida:

El oxígeno requerido:



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


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.



¿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.



¿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


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.


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.


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


Precipitación químicaAplicación de la precipitación de fósforo


Operaciones Unitarias Químicas aplicadas al tratamiento de agua residual

DESINFECCIÓN

Radiación UV

Cloro


DESINFECCIÓNEs la destrucción selectiva de los organismos causantes de

enfermedades .

Esterilización: Destrucción de todos los organismos.


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


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)


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

operaciones unitarias químicas en tratamiento de agua

Education