Manual técnico del agua.

Barraque. Ch., y otros

ed. Degremont. 1979.

COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN DEL AGUA

1. GENERALIDADES

La pequena dimension de las partículas coloidales presentes en un agua, así como la existencia de cargas negativas repartidas en su superficie, dan lugar a una gran estabilidad de las suspensiones coloidales 1.

En el campo del tratamiento de aguas, la coagulación es, por definición, el fenómeno de desestabilización de las partículas coloidales, que puede conseguirse especialmente por medio de la neutralización de sus cargas eléctricas. Se llama coagulante al producto utilizado para esta neutralización.

La agrupación de las partículas descargadas, al ponerse en contacto unas con otras, constituye la floculación, que da lugar a la formación de flóculos capaces de ser retenidos en una fase posterior del tratamiento del agua. Algunos productos pueden favorecer la formación del flóculo; a éstos se les llama floculantes.

La separación sólido-líquido, del flóculo formado y del agua, puede hacerse por filtración, por decantación o flotación, seguidas o no de filtración.

La coagulación y la floculación intervienen generalmente en el tratamiento de aguas destinadas al abastecimiento público y en la preparación de aguas industriales de fabricación. Con estos procedimientos se consigue la neutralización de los coloides del agua y su adsorción en la superficie de los precipitados formados en el proceso de floculación. También pueden adsorberse sobre el flóculo ciertas sustancias disueltas (materia orgánica, contaminantes diversos...).

En el tratamiento de aguas residuales urbanas, con frecuencia es tal la concentración de materia en suspensión que puede conseguirse una floculación mediante simple agitación. Con el fin de favorecer la eliminación de la contaminación coloidal, puede introducirse un coagulante.

Las aguas residuales industriales presentan composiciones muy variables, según la industria considerada. En algunos casos, el agua contiene un constituyente capaz de flocular por simple agitación o que lo hace mediante la adición de un floculante; otras veces, es necesario utilizar un coagulante que de origen a un precipitado que pueda flocularse a continuación.

1. véanse, en el capítulo 3, página 61, las bases teóricas de los procedimientos que se describen a continuación.

2. COAGULACIÓN

La coagulación consiste en introducir en el agua un producto capaz:

Este producto se conoce con el nombre de coagulante (ver pág. 61).

2.1. Principales coagulantes

Los coagulantes principalmente utilizados son sales de aluminio o de hierro. En algunos casos, pueden utilizarse igualmente productos de síntesis, tales como los polielectrólitos catiónicos.
La sal metálica actúa sobre los coloides del agua por medio del catión, que neutraliza las cargas negativas antes de precipitar.

Al polielectrólito catiónico se le llama así porque lleva cargas positivas que neutralizan directamente los coloides negativos. Los polielectrólitos catiónicos se emplean generalmente junto con una sal metálica, en cuyo caso permiten una importante reducción de la dosis de dicha sal que habría sido preciso utilizar. Puede llegarse incluso a suprimir completamente la sal metálica, con lo que se consigue reducir notablemente el volumen de fango producido.

2.1.1. SALES DE ALUMINIO
1.º Sulfato de aluminio (forma líquida o sólida):

Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 --> 3 CaSO4 + 2 Al(OH)3 + 6 CO2

Dosis: en clarificación, 10 a 150 g/m3 (expresada en producto comercial) según la calidad del agua bruta.
En tratamiento de aguas residuales, de 100 a 300 g/m3, según la calidad del agua residual y la exigencia de calidad.

2.º Cloruro de aluminio (forma líquida):
De empleo excepcional.

2 AlCl3 + 3 ca(HCO3)2 --> 2 Al(OH)3 + 3 Ca Cl2 + 6 CO2

3.º Sulfato de aluminio + cal:

Al2 (SO4)3 + 3 Ca(OH)2 --> 3 CaSO4 + 2 Al (OH)3

Dosis: en clarificación, se necesita, de cal Ca(OH)2, un tercio de la dosis de sulfato de alúmina comercial Al2 (SO4)3, 18 H2O.
En tratamiento de aguas residuales urbanas, se necesitan 100 a 200 g/m3 de cal por 150 a 500 g/m3 de sulfato de alúmina comercial.

4.º Sulfato de aluminio + sosa cáustica:

Al2 (SO4)3 + 6 NaOH --> 2 Al (OH)3 + 3 Na2SO4

Dosis: En clarificación, se necesita, de sosa cáustica NaOH, el 36 % de la dosis de sulfato de aluminio comercial Al2 (SO4)3, 18 H2O.

5.º Sulfato de aluminio + carbonato sódico:

Al2 (SO4)3+ 3 Na2CO3 + 3 H2O --> 2 Al(OH)3 + 3 NaSO4 + 3 CO2
Al2 (SO4)3+ 6 Na2CO3 + 6 H2O --> 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 6 NaHCO3

Dosis: Se necesita, de sosa Solvay, entre el 50 y el 100% de la dosis de sulfato de aluminio comercial Al2 (SO4)3, 18 H2O.

6.º Aluminato sódico:

NaAlO2 + Ca(HCO3)2 + H2O --> Al(OH)3 + CaCO3 + NaHCO3
2 NaAlO2 + 2 CO2 + 4 H2O --> 2 NaHCO3 + Al(OH)3

Dosis: En clarificación, 5 a 50 g/m3 de reactivo comercial del 50 % de Al2O3.
7.º Polímeros de aluminio:

En ciertas condiciones, las sales de aluminio pueden condensarse,llegando a la formación de polímeros capaces de coagular y flocular. Se forma así el policloruro básico de aluminio (PCBA), neutralizando progresivamente con sosa una solución de cloruro de aluminio.

Se obtienen polímeros de la forma Al6(OH)6+12 a Al54(OH)8+144, cuyas propiedades coagulantes y floculantes son excepcionales. El PCBA ha de prepararse en el mismo lugar de su utilización (procedimiento patentado). Por el contrario, otros productos (comercializados con diversas marcas, tales como WAC) pueden prepararse y almacenarse durante un largo período, como consecuencia de la estabilidad aportada al polímero por la adición de diversos productos (aniones de ácidos fuertes, como SO2-4...).

2.1.2. SALES DE HIERRO

1.º Cloruro férrico (generalmente en forma líquida, a veces cristalizado)

2 FeCl3 + 3 Ca(HCO3)2 --> 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3 + 6 CO2

Dosis: En clarificación, 5 a 150 g/m3 de cloruro férrico comercial FeCl3, 6 H2O. En tratamiento de aguas residuales urbanas, 100 a 500 g/m3 de cloruro férrico comercial FeCl3, 6 H2O.

2.º Cloruro férrico + cal:

2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 --> 3 CaCl2 + 2 Fe (OH)3

Dosis: En tratamiento de aguas residuales urbanas, se necesitan 100 a 800 g/m3 de cal para dosis de 100 a 600 g/m3 de cloruro férrico comercial FeCl3, 6 H2O.

3.º Sulfato férrico:

Fe2 (SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 --> 2 Fe (OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2

Dosis: En clarificación, se necesitan 10 a 150 g/m3 de reactivo comercial Fe2(SO4)3, 9 H2O.

4.º Sulfato férrico + cal:

Fe2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 --> 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4

Dosis: En clarificación, se necesita, de cal Ca(OH)2, el 40 % de la dosis de sulfato férrico Fe2(SO4)3, 9 H2O.

5.º Sulfato ferroso:

FeSO4 + Ca(HCO3)2 --> Fe (OH)2 + CaSO4 + 2 CO2

Dosis: En clarificación, se necesitan de 10 a 100 g/m3 de reactivo comercial FeSO4, 7 H2O.
En tratamiento de aguas residuales, se necesitan de 200 a 400 g/m3 de reactivo comercial FeSO4, 7 H2O.
En aguas aireadas, el hidróxido ferroso se oxida a hidróxido férrico:

2 Fe (OH)2 + 1/2 O2 + H2O --> 2 Fe (OH)3

6.º Sulfato ferroso + cloro:

2 Fe SO4 + Cl2 + 3 Ca(HCO3)2 --> 2 Fe(OH)3 + 2 CaSO4 + CaCl2 + 6 CO2

Dosis: Se necesita, de cloro, el 12 % de la dosis de sulfato ferroso FeSO4, 7 H2O.

El sulfato ferroso y el cloro pueden introducirse separadamente en el agua a tratar, o bien puede oxidarse una solución de sulfato ferroso con cloro, antes de su utilización. Se obtiene entonces una mezcla de sulfato y cloruro férrico, a la que se le conoce comercialmente con el nombre de clorosulfato férrico, según la reacción:

3 FeSO4 + 3/2 Cl2 --> Fe2 (SO4)3 + FeCl3

7.º Sulfato ferroso + cal:

FeSO4 + Ca(OH)2 --> Fe(OH)2 + CaSO4

Dosis: En clarificación, se necesita, de cal Ca(OH)2, el 26 % de la dosis de sulfato de hierro FeSO4, 7 H2O.
En tratamiento de aguas residuales, se necesitan de 100 a 150 g/m3 de cal para dosis de 250 a 350 g/m3 de sulfato ferroso.

8.º Cloruro férrico + aluminato sódico:

3 NaAlO2 + FeCl3 + 6 H2O --> 3 Al(OH)3 + Fe(OH)3 + 3 NaCl

Dosis: Se necesita tanto aluminato sódico comercial del 50 % de Al2O3 como cloruro férrico comercial FeCl3, 6 H2O.

2.1.3. OTROS COAGULANTES
1.º Sulfato cúprico:

CuSO4 + Ca(HCO3)2 --> Cu(OH)2 + CaSO4 + 2 CO2.

Dosis: 5 a 20 g/m3 (empleo excepcional).

2.º Sulfato cúprico + cal:

CuSO4 + Ca(OH)2 = Cu(OH)2 + SaSO4.

Dosis: se necesitan 30 g de cal Ca(OH)2 por cada 100 g de sulfato cúprico CuSO4, 5 H2O (empleo excepcional).

3.º Ozono:
El ozono no es coagulante en el sentido propio de la palabra, puesto que no ejerce acción alguna sobre las cargas eléctricas de los coloides del agua.

Sin embargo, en algunos casos bien definidos, cuando una agua contiene complejos que ligan las materias orgánicas al hierro o al manganeso, puede suceder que el ozono actúe como ayudante de coagulación. Por una parte, se comprueba la destrucción por el ozono de estos complejos, y, por otra, la oxidación de los iones metálicos así liberados. Si se alcanzan las condiciones de pH requeridas, se formará un precipitado, generalmente frágil y poco voluminoso. Las características de densidad y de cohesión del flóculo formado son insuficientes para que se consiga una decantación aceptable, pero puede realizarse una coagulación sobre filtro.

2.2. Práctica de la coagulación

2.2.1. ELECcIÓN DEL COAGULANTE
La elección del coagulante se efectuará después de un estudio del agua en laboratorio, mediante la técnica de ensayos de floculación (v. capítulo 27, pág. 949). En esta elección deben tenerse en cuenta diversos factores:

2.2.2. INTRODUCCIÓN DEL COAGULANTE
Teniendo en cuenta que la neutralización de los coloides es el principal objetivo que se pretende en el momento de la introducción del coagulante, es conveniente que el reactivo utilizado se difunda con la mayor rapidez posible.

En efecto, el tiempo de coagulación es extraordinariamente breve (inferior al segundo) y la utilización óptima del coagulante exige que la neutralizacion de los coloides sea total antes de que una parte del coagulante haya comenzado a precipitar (por ejemplo, en forma de hidróxido metálico).
Para la mezcla de los reactivos, se utiliza a veces únicamente la turbulencia creada por un vertedero, pero conviene disponer de un sistema que permita esta mezcla rápida, sistema denominado mezclador rápido o coagulador, y que sea capaz de crear un gradiente de velocidad comprendido entre 100 y 1000s-1.

No son indispensables los mezcladores rápidos cuando se utiliza un decantador por contacto de fango, mientras que sí lo son en caso de floculación difusa.

Se distinguen varios tipos de mezcladores:

Se trata de dispositivos colocados en el interior de una tubería (sistema helicoidal, diafragma, cono...) que crean una turbulencia suficiente para permitir la difusión instantánea del coagulante.

Estos mezcladores producen una pérdida de carga a veces importante. Son muy eficaces al caudal nominal, pero su eficacia decrece cuando disminuye el caudal que pasa por la tubería.

Se trata de un agitador rápido del tipo de hélice o de palas (turbina), colocado en una cámara de mezcla especial (ver figura 69).



Fig. 69. Cámara de mezcla con agitador rápido.
1 - Entrada de agua.
2 - Salida de agua.
3 - Reactivo.
4 - Vaciado.

 

                                                                                                                                            

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