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TRATAMIENTO FISICO-QUIMICO DEAGUAS RESIDUALES

Ing. Oscar Ruiz Carmona

Servi Aqua Mvil, S.A. de C.V.Matas Romero No. 116, Col. del Valle

C.P. 03100, Mi!o, ". #.$els. %%&%'(1%0, %%&%'(1%3 #a. %%&%'1)*+

INTRODUCCIN

Los procesos para el Tratamiento de aguas residuales se basan en la eliminacin de loscontaminantes hasta alcanzar los valores mximos permisibles de acuerdo a las normasy estndares nacionales o internacionales. En virtud de la diversidad de contaminantesque se pueden presentar en las aguas residuales, el nmero de procesos existentes estambin muy amplio, no obstante estos procesos se pueden agrupar de acuerdo al tipode !enmeno o principio en el cual basan su operacin.

"na clasi!icacin amplia en la que se puede agrupar los procesos de tratamientos, es

aquella que est de acuerdo al tipo de !enmeno asociado#

$%sico

&u%mico

'ioqu%mico

$%sico(qu%mico

Enzimtico

En este traba)o se presenta un anlisis de los procesos !%sico(qu%micos utilizados en eltratamiento de soluciones coloidales, las cuales se presentan con !recuencia en muchasindustrias como son# metal(mecnica, textil, lavander%a, alimenticia, automotriz,

petrolera, qu%mica, petroqu%mica, minera, galvanoplastia, agropecuaria y otras ms.

SOLUCIONES COLOIDALES

Las soluciones coloidales se caracterizan por estar constituidas por una dispersin depart%culas slidas o l%quidas en agua y que son di!%ciles de eliminar utilizandoprocedimientos como pueden ser gravedad, !iltracin y otros.

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El tama*o de las part%culas oscila entre +.+ a - micras y son bastante estables de tal!orma que pueden permanecer en dicha condicin por bastante tiempo.

Esta estabilidad se logra mediante un !enmeno !%sico(qu%mico de cargas elctricasentre las part%culas dispersas y se explica de acuerdo a la teor%a de doble capa

conocida como Teor%a L/0 1er)aquin, Landau /er2ery y 0berbee34.

5rcticamente en la mayor parte de las industrias se pueden presentar este tipo de

soluciones sobre todo cuando existen compuestos del tipo emulsi!icantes, los que

!avorecen la !ormacin de soluciones coloidalesque en el caso de ser de part%culas

l%quidas se conocen como emulsiones.

COAGULACIN FLOCULACION.

D!s!s"a#i$izaci%n.

El !enmeno mediante el cual se logra desestabilizar el coloide y su aglomeracinposterior, es lo que se conoce como coagulacin y !loculacin, de hecho es un procesoen dos etapas.

En la primera etapa de coagulacin se elimina la doble capa elctrica que caracteriza alos coloides, y la !loculacin se da a continuacin y consiste bsicamente e laaglomeracin de los coloides mediante la atraccin de las part%culas con elaglutinamiento que se logra por la presencia de sustancias conocidas como !loculantes.

La coagulacin(!loculacin de los coloides se puede lograr mediante uno o varios de lossiguientes mecanismos#

6ompresin de la doble capa

7eutralizacin de la carga

8glutinamiento

Entrampamiento.

M!canismos.

Los mecanismos que se presentan en el tratamiento de aguas, son los tres ltimos y

normalmente la coagulacin(!loculacin se logra con la presencia de dos de ellos.

La neutralizacin de la carga se logra mediante la adicin de una sustancia denominada

coagulante y que puede ser algn pol%mero inorgnico u orgnico de naturaleza catinica.

Las cantidades que normalmente se requieren son ba)as y un exceso de coagulante!avorece para que la solucin coloidal se haga ms estable.

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El aglutinamiento normalmente es un mecanismo que se desea realizar una vez que lascargas elctricas hayan sido neutralizadas. Esto se puede lograr con la adicin de unpol%mero que permita que los !lculos se vayan aglomerando.

El entrampamiento es tal vez uno de los mecanismos ms utilizados sobre todo cuando las

soluciones son muy estables. Este se logra mediante la !ormacin de un !lculo de algnhidrxido de aluminio o de !ierro, ba)o condiciones controladas de concentracin y p9. Este

!lculo arrastra los coloides y los entrampa dentro de su red para as% eliminarlos.

M!zc$a&o.En la prctica, una de las variables ms importantes para lograr la !loculacin de loscoloides es el mezclado.

En general se distinguen dos tipos de mezclado necesarios para lograr el !enmeno,primero un mezclado rpido para lograr la desestabilizacin de las part%culas y segundoun mezclado lento que !avorezca una variacin gradual del gradiente del !lu)o. Este

ltimo es el requerido para llevar a cabo la !loculacin.

'ARIA(LES EN EL )ROCESO FISICO-QUIMICO.

Las operaciones que se llevan a cabo en el proceso !%sico(qu%mico para el tratamientode una solucin coloidal son#

:ezclado

6oagulacin $loculacin ;eparacin

6ada una de estas operaciones tiene sus variables de dise*o u operacin de!inidas ypara lograr un buen resultado, es necesario que las variables estn dentro de los l%mitesque establece el proceso.

Las dos primeras operaciones, mezclado < coagulacin, se deben considerar como unasola, ya que despus del mezclado se logra la coagulacin.

Las variables que intervienen y que hay que considerar para lograr una buenaoperacin son#

/ariables de las soluciones# 8ceite y=o grasas presentes 59 ;lidos suspendidos :etales presentes 8lcalinidad

/ariables del equipo#

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Tipo de equipo

5armetros espec%!icos

Ac!i"! *+o grasas.La presencia de grasas y aceites principalmente en estado de aceite libre, es

inadecuado para el tratamiento de una solucin coloidal. "na de las principales razoneses que durante el proceso !%sico(qu%mico se requiere de agitacin y el aceite librenormalmente tiende a emulsi!icarse, por lo que si el propsito del tratamiento es romperla emulsin, esto no se lograr%a totalmente si se incorpora ms aceite en la emulsin.

5or lo anterior es indispensable que antes de tratar la emulsin, se separe mediantemedios convencionales todo el aceite libre presente en la mezcla.

,.El p9 de la solucin, es muy importante y requerir normalmente de un a)uste antes deiniciar el tratamiento.

6omo se ha se*alado en el inciso anterior, una de las !ormas ms comunes de e!ectuarla coagulacin, es la utilizacin de sales de aluminio y=o !ierro, para precipitar loshidrxidos correspondientes, siguiendo el mecanismo de entrampamiento.

Esto ha sido motivo de muy diversos estudios en los cuales se ha determinado lascondiciones ba)o las cuales se logran !ormar los hidrxidos ms estables en solucin.En trminos generales el p9 es una de las variables ms importantes y los valoresdeben de ser de alrededor de - < >.- para estos compuestos.

S%$i&os Sus,!n&i&os.Los slidos suspendidos en la solucin pueden ser en muchos casos un obstculo para

utilizar los equipos en !orma e!iciente. Esto es aplicable a bombas y mezcladores en l%nea.

En algunos casos la presencia de slidos puede ayudar a obtener una !loculacin mse!ectiva, por lo que se deber considerar la opcin de mane)arlo con slidos. En casode ser atractiva esta situacin, el sistema deber dise*arse con equipo espec%!ico parael mane)o de slidos, el cual por lo general tiene un costo mayor.

5ara cualquier otra situacin es necesario eliminar los slidos mediante trampas deslidos, separadores de placa, mallas, tambores con mallas o !iltros.

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M!"a$!s )!sa&os.En el caso de tenerse metales pesados, se debern determinar las caracter%sticas de la

solucin en cuanto a su composicin y condiciones de precipitacin del metal o metales.

7ormalmente la eliminacin de los metales es prioritaria por lo que el sistema de

tratamiento se deber dise*ar en torno a sus condiciones.

Existen amplias re!erencias que se*alan las condiciones de precipitacin ptima de losmetales, por lo que es conveniente su utilizacin para !i)ar las reas de operacin.

A$ca$ini&a&.La alcalinidad presente en el agua residual, es muy importante, pues como se se*alcon anterioridad el p9 del agua tratada es clave en el resultado !inal.

0tra de las variables que es necesario controlar, es la concentracin del coagulante enel agua residual. 5ara lograr esto y al mismo tiempo cumplir con el p9 !inal, es

necesario realizar un a)uste previo mediante la adicin de cido en caso de que laalcalinidad sea alta o bien mediante la adicin de una base cuando el p9 es ba)o.

Eui,o &! M!zc$a&o.Existe una gran variedad de equipo de mezclado que puede utilizarse para e!ectuar lamezcla rpida requerida para llevar a cabo la coagulacin.

La seleccin del equipo estar en !uncin del !lu)o del agua a tratar y la econom%a del

sistema. 6uando el mezclado se realiza mediante un equipo convencional de tanque con

agitacin, el criterio para su dimensionamiento est en !uncin del gradiente de velocidad

requerido durante el mezclado, el cual se estima mediante la siguiente ecuacin#

? @ 5=/ donde# ?@ ?radiente de velocidad5@ 5otencia del agitador

/@ /olumen del tanque

@ /iscosidad cinemtica

Esta ecuacin !ue de!inida desde ABC por 6amp and ;tein y se contina utilizandocomo la me)or alternativa, habindose de!inido los valores requeridos para obtener unaoperacin e!iciente.

Existe bastante in!ormacin experimental y en manuales de dise*o donde se danvalores recomendados para los diversos tipos de mezclado.

Los principales sistemas de mezclado rpido que se utilizan son# Tanques con agitadores Dnyeccin de reactivos en tuber%a mediante tobera Turbina en l%nea :ezcladores en l%nea :ezcladores estticos

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5ara todos estos sistemas se ha derivado las ecuaciones para estimar los valores delos ?radientes de /elocidad ? y poder aplicar los criterios de!inidos.

Eui,o &! M!zc$a&o /F$ocu$aci%n0

La !loculacin, como se se*ala en uno de los incisos anteriores, es el proceso en el cuallas peque*as part%culas que se han !ormado durante la desestabilizacin de la solucinaumentan de tama*o mediante la unin de varias part%culas de todo el sistema.

Esto se logra mediante un proceso de agitacin lenta a lo largo de varios minutos decontacto. "na agitacin violenta destruir los !lculos !irmados en un principio por lo quela agitacin se deber mantener dentro de ciertos valores. 7uevamente una medida dela agitacin est dado por el gradiente de velocidad ? y los valores ?t han sidodeterminados por diversos investigadores.

Los sistemas utilizados para e!ectuar la !loculacn son esencialmente de dos tipos#

9idrulicos :ecnicos

idr-uli!os

Los sistemas hidrulicos mantienen, mediante un !lu)o por gravedad con variacionesen rea y direccin, el gradiente de velocidad necesario para realizar la !loculacin.

Entre los principales sistemas se encuentran los !loculadores con mamparas dediversos dise*os y camas empacadas.

Me!-i!os

En estos sistemas el gradiente de velocidad requerido se proporciona mediante laagitacin lenta que se realiza en el agua parcialmente tratada. El equipo utilizado esdiversos, agitadores con aspas de dimensiones grandes, agitadores tipo rueda conpaletas.

Separacin

La separacin de los slidos que se han !ormado en el proceso coagulacin(!loculacin,se logra mediante procesos convencionales o combinacin de varios. Entre losprincipales estn# ;edimentacin por gravedad.

Pla!as se/aradoras

$iltros

6entr%!ugas.

El proceso de separacin es tambin clave para lograr una buena operacin por lo querequiere de un anlisis detallado para seleccionar el sistema a utilizar dentro de unagama muy abundante.

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EQUI)O INTEGRAL.

En equipos que mane)an !lu)os altos de agua, normalmente los componentes del sistema se

tienen per!ectamente delimitados y su secuencia es con!orme el diagrama de !lu)o.

5ara equipos de menor !lu)o 1alrededor de -++ mC=d%a y menores4 y sobre todo paraequipos de aguas aceitosas, los sistemas de tratamiento se dise*an de !orma integral ycompacta. 1/ase iagrama de $lu)o y 5lano de Localizacin anexos.4

Esto es prcticamente todos los componentes se integran en una sola unidad. Existendiversos equipos con estas caracter%sticas como son#

Equipos de !lotacin con aire disuelto.

Equipos de !lotacin inducida

Equipo mezclado(contacto tipo 5remix.

Eui,o &! 1$o"aci%n con air! &isu!$"o * con air! in&uci&o.

Este equipo ha sido utilizado durante varios a*os y se ha convertido en un sistema parael procesamiento de soluciones con material disperso, entre sus principalesaplicaciones ha sido la separacin de aceite en aguas residuales.

"na de las partes esenciales del equipo es el sistema de disolucin de aire a presin ysu desorcin cuando se libera la presin en el tanque de !lotacin.

:ediante este mecanismo el aire disuelto a presin 1alrededor de + psig4 se desorbe!ormando peque*as microburbu)as que sirven para !ormar los medios de la coagulaciny las part%culas de aceite liberadas se llevan a la super!icie por !lotacin.

Las e!iciencias de un sistema de este tipo son altas y el aceite residual puede ser delorden de F+(C+ ppm.

En el equipo de un sistema de !lotacin mediante aire inducido, el aire se introducemediante eductores que se encuentran a la succin de las bombas y que se liberan enlas cmaras de !lotacin. 7ormalmente se cuentan con tres o cuatro cmaras de!lotacin operando en serie. La e!iciencia de separacin es similar a las del aire disuelto.

DI'ERSAS A)LICACIONES EN M23ICO.

;e han tenido diversas aplicaciones prcticas utilizando tratamiento !%sico(qu%micoG acontinuacin presentamos cuatro casos de instalaciones en :xico.

Mina &! Ar!na.8gua residual con !inos de arcilla !ormada durante el proceso hidroneumtico desegregacin de arenas en una mina.

0b)etivo# Hecuperar el agua, mediante la separacin de las part%culas dispersas y evitarla descarga de aguas lodosas que pueden a!ectar poblaciones cercanas.

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Tratamiento utilizado# 6oagulacin($loculacin utilizando pol%mero orgnico, el cual seinyecta en la l%nea con una tobera interna. La !loculacin se e!ecta en tanques conba!les de ori!icios alternos. La separacin !inal se e!ecta con separador de placas.

6aracter%sticas del agua# 6apacidad 1max.4 FF,-++ mC=d%a en cuatro trenes deseparacin.

Par-metro En"ra&a Sa$i&a

p9 E.F .F

;lidos ;uspendidos mg=litro --,A++ -I

;lidos totales mg=litro ->,-A+ ,>BI

Turbiedad mg=litro B.B

Agua R!si&ua$ &! In&us"rias &! A$im!n"os.8gua residual procedente de diversos procesos y aguas de lavado en una planta deproduccin de polvos alimenticios y aromatizantes.

0b)etivo# Tratamiento primario para reducir el contenido de grasas y aceites,detergentes, slidos suspendidos para acondicionar el agua a un tratamiento biolgicosecundario.

Tratamiento utilizado# 6oagulacin($loculacin utilizando sul!ato de aluminio como

coagulante y un pol%mero orgnico. :ezclado mediante un mezclador en l%nea. $loculacin

en tanques con inyeccin de aire y separacin !inal con separador de placas.

6aracter%sticas del 8gua#

6apacidad# C.E mC por hora.

Tiempo normal de operacin# I horas.

Par-metro En"ra&a Sa$i&ap9 B.- >.+

?rasas y 8ceites mg=litro I-.+ FF.C

;lidos ;uspendidos mg=litro FC-.+ FF.+

;lidos totales mg=litro ABB ,>C,

Par-metro En"ra&a Sa$i&aemanda &u%mica de 0x%geno mg=litro -F+ ,+I+

;88: mg=litro A.F F.C

Los valores son 5romedio.

Aguas R!si&ua$!s Ac!i"osas.

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8gua residual procedente de taller mecnico.

0b)etivo# Tratamiento primario para reducir el contenido de grasas y aceites,detergentes, slidos suspendidos para acondicionar el agua a un tratamiento biolgicosecundario o descargar al alcantarillado.

Tratamiento utilizado# 5roceso intermitente por lotes, 6oagulacin($loculacin,utilizando sul!ato de aluminio y pol%mero orgnico.

:ezclador en l%nea, $loculacin en tanque, !loculador con inyeccin de aire yseparacin por gravedad y !iltracin.

6aracter%sticas#6apacidad# C mC por lote

Tiempo de procesamiento# C horas

Par-metro En"ra&a Sa$i&a

p9 I.- >.+?rasas y 8ceites mg=litro CE+ CF

;lidos ;uspendidos mg=litro ,>E FI

;lidos totales mg=litro IE- >,>

emanda 'iolgica de 0x%geno mg=litro FC+ >A-

;88: mg=litro E.- ,.A

8guas Hesiduales de ?ran)as.8guas residuales de gran)as porc%colas con ms de ++ puercos.

0b)etivo# Tratamiento primario para reducir el contenido de slidos dispersos y obtenerun agua con compuestos nutrientes de menor demanda biolgica de ox%geno quepudiera emplearse en riego o bien enviarse a tratamiento biolgico secundario.

Tratamiento utilizado# 6oagulacin($loculacin utilizando sul!ato de aluminio como

coagulante.

El mezclado se hace mediante un mezclador esttico, la !loculacin en tanques conagitacin e inyeccin de aire, sedimentacin y !iltracin con !iltro de arena.

6aracter%sticas#

6apacidad# .I mC por hora

Par-metro En"ra&a Sa$i&ap9 I.C >.F

;lidos ;uspendidos mg=litro -B+ C-

emanda 'iolgica de 0x%geno mg=litro F,F+ F,++

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CONCLUSIONES

Existen un buen nmero de aguas residuales que se presentan en !orma de solucionescoloidales.

El tratamiento !%sico(qu%mico que utiliza productos qu%micos para desestabilizar lassoluciones, es un proceso e!ectivo.

:ediante este proceso se eliminaron los contaminantes txicos y en algunas ocasionesse reduce considerablemente la emanda 'iolgica de 0x%geno.

Es importante para una buena operacin el que se vigilen las variables del proceso.

En principio el equipo involucrado no es de grandes dimensiones por metro cbico de aguatratada por lo que en general los costos mediante este tratamiento no son elevados.

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ALUMNO4

5ILLAM 'ILLANUE'A (OLA6OS

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