Date post: | 27-Sep-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | karina-fernanda-martinez-reyes |
View: | 3 times |
Download: | 0 times |
COAGULACIN- FLOCULACIN
Coagulacin
2014
PROCESO DE COAGULACIN Y FLOCULACIN
La coagulacin-floculacin es un proceso fsico-qumico mediante el cual, al agregrsele al agua un coagulante qumico, las partculas coloidales presentes (0.2 5 m) se aglomeran entre s para formar slidos en suspensin (partculas de mayor tamao) que pueden eliminarse en procesos posteriores de decantacin y/o filtracin. Los coagulantes qumicos, tales como sales de hierro, sales de aluminio o polmeros, se agregan al agua para volver fcil la adherencia entre las partculas. Los coagulantes funcionan creando una reaccin qumica y eliminando las cargas negativas que causan que las partculas se repelan entre s.En el proceso de floculacin las partculas coloidales ya desestabilizadas (con fuerzas de adherencia) son agitadas suavemente de modo que al chocar unas contra otras se agrupan entre s para formar partculas suspendidas capaces de sedimentar.REMOCIN DE TURBIEDAD
Coagulacin y Floculacin
Decantacin
Filtracin
Al Estanque de
Agua Potable
Agua Cruda
Las impurezas del agua presentan un amplio rango de variacin de velocidades de sedimentacin. La siguiente tabla entrega el tamao aproximado de partculas que comnmente se encuentran en el agua y los tiempos requeridos para sedimentar 1 pie. ( 30 cm. )
MATERIAL DIAMETRO ( mm ) TIEMPO
Grava 10.0 0.3 seg
Arena Gruesa 0.15 1.0 3 seg
Arena Fina 0.015 0.1 38 seg
Limo 0.0015 0.01 33 min
Bacterias 0.001 35 hr
Arcillas 0.0001 230 das
Partculas Coloidales 0.00001 63 aos
PARTICULAS COLOIDALES
Se clasifica de coloide al sistema de dos fases que tiene una de ellas dispersa en la otra, en la forma de partculas finamente divididas, las cuales no son visibles en un microscopio ordinario y no tienden a depositarse por accin de la gravedad.El lmite superior del tamao de las partculas coloidales puede considerarse aproximadamente en 0,2 y el inferior en 3 a 5 m .Debido a su reducido tamao, las partculas coloidales presentan una relacin superficie/volumen muy alta. Como consecuencia, existe un predominio de fenmenos de superficie tales como adsorcin e ionizacin de grupos qumicos en su superficie.Coloides de jabn
Arcillas, generan turbiedad en el agua
En agua a pH ~5 a 7 (ros)
El potencial Z es negativo
Un Z 14 a -30 mV : aglomeracin
Y de 45 a -70 mV : buena suspensin
POTENCIAL ZETA
COAGULACION Y COAGULANTES
Los principales coagulantes empleados en el tratamiento de agua son las sales de aluminio y hierro y los coagulantes polimricos. Entre ellos cabe destacar:Alumbres:Sulfato de aluminio( Alum ) Al2(SO4)314H2O Alumbre Potsico Al2(SO4)3K2SO424H2O Alumbre Amnico Al2(SO4)3(NH4)2SO424H2OAluminato de Sodio Na2Al2O4 Sales de Hierro:Sulfato Ferroso ( copperas ) FeSO47H2OCloruro Frrico FeCl3 ( muy corrosivo )Sulfato Frrico ( ferrisul ) Fe(SO4)3 ( corrosivo)Sulfato y Cloruro Frrico ( copperas cloradas ) Fe2(SO4)3FeCl37H2O ( muy corrosivo )La accin de estos coagulantes es compleja y comprende la disolucin de la sal (la cual es capaz de reducir el potencial zeta al alterar la concentracin de iones de la capa de Stern), la formacin de compuestos hidroxi-xidos complejos del metal que pueden tener cargas muy elevadas y el atrapamiento de partculas individuales en el precipitado que se forma.
1. Disolucin:
Al2(SO4)3 _____( 2Al(H2O)6+3 + 3SO4-2
2. Hidrlisis:
Al(H2O)6+3 + H2O ___( Al(H2O)5OH+2 + H+
Al(H2O)5(OH)+2 + H2O ___( Al(H2O)4(OH)2+1 + H+
Al(H2O)4(OH)2+1 + H2O ___( Al(H2O)3(OH)3 + H+
Al(H2O)3(OH)3 + H2O ___( Al(H2O)2(OH)4- + H+
3. Polimerizacin:
Los productos de la hidrlisis se combinan formando una serie de molculas tales como
Al6(OH)15+3
Al7(OH)17+4
Al8(OH)20+4
Al13(OH)34+5
Adyuvantes de Coagulacin
Su misin es la de mejorar la floculacin y entre los principales podemos nombrar:
Agentes oxidantes: Mejorar la coagulacin al oxidar materia orgnica que de otra forma puede interferir con el proceso. Si se utiliza cloro se dosifica ms all del punto de quiebre.Agentes gravimtricos: Se utilizan en aguas de baja turbiedad, ya que agregan peso al flculo aumentando su tasa de sedimentacin, adems de ejercer una accin de adsorcin la cual ayuda a la formacin del flculo. Entre los principales agentes tenemos las bentonitas y otras arcillas, carbn activado, slice en polvo y caliza.Polielectrolitos: Se utilizan como coagulantes o como adyuvantes de coagulacin. Su uso redunda en un flculo de mayor tamao y peso mejorando las floculacin y velocidad de sedimentacin. Permite adems reducir las dosis de coagulantes.Cuando se agrega slice activada al agua, se produce una solucin estable de carga negativa. Como adyuvante de coagulacin esta solucin coloidal tiene varias ventajas:
- En conjunto con un coagulante metlico forma un flculo ms grande, fuerte y denso lo que se traduce en una mejor tasa de sedimentacin.
- La slice activada permite reducir las dosis de coagulante, lo que redunda en una reduccin de costos en productos qumicos.
APLICACIN DE COAGULANTES
Punto de Mezcla Rpida
No adecuado como dosificador
de coagulantes.
Se utiliza para dosificar oxidantes
como hipoclorito de sodio
Equipo de Jar Test
Jar Test para
Agua Potable
Jar Test para Aguas Servidas
Efecto del pH en el proceso de coagulacin
Sistemas de Coagulacin
Mezcla Rpida
Mezcla Lenta
UNIDAD DE MEZCLA RPIDA
Tiene por objeto agitar violentamente el agua para producir una dispersin casi instantnea de las sustancias qumicas agregadas. El tiempo requerido es del orden de un minuto, siempre que la turbulencia sea suficiente. La agitacin no debe prolongarse demasiado para evitar romper el flculo en formacin. Para lograr la mezcla rpida se utilizan:Estanques o Canales con Tabiques, Resaltos Hidrulicos, Estanques de Flujo Tangencial o Espiral, Agitadores Mecnicos y Inyeccin de Aire.TIPO DE AGITADOR CARACTERISTICAS
Resalto Hidrulico Econmico. Emplea la energa
propia del fluido.
Estanques con Tabiques No son convenientes cuando
el flujo es muy variable.
Mezclador Mecnico Muy efectivo. No se ven afec-
tados por variaciones del flujo.
Inyeccin de Aire tiles cuando se necesita pre-
aireacin.
Mezclador Rpido con
Resalto Hidrulico
Resalto Hidrulico con
cambio de pendiente
Canaleta Parshall
Mezclador Rpido Tipo Canaleta Parshall
Diseo de Agitadores Mecnicos
Su anlisis se basa en los estudios de Rushton, los cuales estipulan que la energa del agua puede ser evaluada mediante la siguiente ecuacin para ( Re > 10.000 ):
g
D
n
K
=
P
5
i
3
T
g
1
en que:
KT : Contante para flujo turbulento.
n : Velocidad de rotacin en rps.
Di : Dimetro del impulsor.
: peso especfico del agua.
g : aceleracin de gravedad.
Re : Nmero de Reynolds
con W = P /
En que:
W: Potencia media terica requerida por unidad de volumen.: Viscosidad del agua.Valores tpicos de tiempos de retencin y gradientes de velocidad G para unidades de mezcla rpida se encuentran en la siguiente tabla: Tiempo de retencin (seg) G (seg-1) 20 1.000 30 900 40 790 50 o ms 700Turbina
Eje de la Turbina
Sombra de un
estudiante
UNIDAD DE FLOCULACIN
Una vez que las partculas han sido desestabilizadas se debe inducir el contacto entre ellas de modo que se formen flculos factibles de sedimentar en un tiempo relativamente corto. El diseo de este tipo de estanques se basa en las teoras de Camp, quien entrega los siguientes valores: Gtr : 20.000 - 210.000 G : 20 - 75 seg-1 tr : 20 - 60 min.En que Gtr. indica el nmero de colisiones que tiene lugar durante el proceso. NOTA: Estos valores no son restrictivos. Solo corresponden a valores tomados de plantas en funcionamiento con un rendimiento aceptable. Langelier demostr que la suma de valores de Gtr obtenidos en un sistema en serie de corresponder a los de un nico estanque, pero con tiempo de retencin menor, lo que implica un costo menor.DISEO DE FLOCULADORES
FLOCULADORES DE ESCURRIMIENTO EN ZIG -ZAG.La floculacin se logra mediante cambios de direccin sucesivos. Los criterios de diseo son los siguientes.velocidad de flujo : 10 - 40 cm/seggradiente ptimo : 20 seg-1tiempo de retencin: 15 - 45 minFloculadores de Tabiques Horizontales
Planta Vitacura
Planta Vitacura
Planta Los Domnicos
Las ecuaciones que se usan para el diseo son:
W
=
G
m
4
en que W es la Funcin Disipacin y es igual a:
"
L
L
Q
=
t
=
W
T
r
T
g
g
5
en que:
W : Funcin Disipacin
Q : Gasto de diseo
T : Prdida de carga total
T = H friccin + H singular
Hf = J x L
J = V2 n2 / RH4/3 (Manning)
Hs = KNV2/2g
K: Coef. prdida por cambio de direccin en 180. Toma valores entre 2 - 3.5
N: Nmero de cambios de direccin
FLOCULADORES MECANICOS
A.- FLOCULADORES DE PALETAS ROTATORIAS: El sistema ms utilizado es el de paletas rotatorias, las cuales pueden estar montadas sobre un eje horizontal o vertical. Las paletas al girar mueven el agua y la nica resistencia que encuentran es la fuerza de arrastre.FD = CD A vr2/2g
en que:FD :Fuerza de arrastreCD :Coeficiente de arrastre. Depende de la geometra del cuerpo sumergido. A :rea del objeto sumergido que enfrenta el escurrimiento.vr :Velocidad relativa del objeto con respecto al fluido.con W = P /
en que P es la potencia terica entregada al agua y est definida como:
P = FD vr
La velocidad relativa de las paletas con respecto al lquido es difcil de determinar. Se sabe que un agitador rotatorio imprime al lquido un movimiento en espiral con una velocidad angular promedio menor que la velocidad de los rotores
vr = ( 1 - K ) v
v :velocidad perifrica de rotacin de las paletas.
v = 2 r n n en rps
K*v : velocidad del agua en rps.
La funcin disipacin de energa queda
Del anlisis de las ecuaciones anteriores se deduce que la velocidad relativa promedio entre las paletas y el agua que las rodea es la misma que la velocidad relativa promedio entre las paletas y la cmara.
Las impurezas del agua presentan un amplio rango de variacin de
velocidades de sedimentacin. La siguiente tabla entrega el tamao
aproximado de partculas que comnmente se encuentran en el agua y los
tiempos requeridos para sedimentar 1 pie. ( 30 cm. )
MATERIAL DIAMETRO ( mm ) TIEMPO
Grava 10.0 0.3 seg
Arena Gruesa 0.15 - 1.0 3 seg
Arena Fina 0.015 - 0.1 38 seg
Limo 0.0015 - 0.01 33 min
Bacterias 0.001 35 hr
Arcillas 0.0001 230 das
Partculas Coloidales 0.00001 63 aos
La accin de estos coagulantes es compleja y comprende la disolucin de la sal (la cual
es capaz de reducir el potencial zeta al alterar la concentracin de iones de la capa de
Stern), la formacin de compuestos hidroxi -xidos complejos del metal que puede n tener
cargas muy elevadas y el atrapamiento de partculas individuales en el precipitado que
se forma.
1. Disolucin:
Al
2
(SO
4
)
3
_____ 2Al(H
2
O)
6
+3
+ 3SO
4
-2
2. Hidrlisis:
Al(H
2
O)
6
+3
+ H
2
O ___ Al(H
2
O)
5
OH
+2
+ H
+
Al(H
2
O)
5
(OH)
+2
+ H
2
O ___ Al(H
2
O)
4
(OH)
2
+1
+ H
+
Al(H
2
O)
4
(OH)
2
+1
+ H
2
O ___ Al(H
2
O)
3
(OH)
3
+ H
+
Al(H
2
O)
3
(OH)
3
+ H
2
O ___ Al(H
2
O)
2
(OH)
4
-
+ H
+
3. Polimerizacin:
Los productos de la hidrlisis se c ombinan formando una serie de molculas tales
como
Al
6
(OH)
15
+3
Al
7
(OH)
17
+4
Al
8
(OH)
20
+4
Al
13
(OH)
34
+5
TIPO DE AGITADOR CARACTERISTICAS
Resalto Hidrulico Econmico. Emplea la energa
propia del fluido.
Estanques con Tabiques No son convenientes cuando
el flujo es muy variable.
Mezclador Mecnico Muy efectivo. No se ven afec -
tados por variaciones del flujo.
Inyeccin de Aire tiles cuando se necesita pre -
aireacin.
Su anlisis se basa en los estudios de Rushton, los cuales
estipulan que la energa del agua puede ser evaluada mediante la
siguiente ecuacin para ( R
e
> 10.000 ):
en que:
K
T
: Contante para flujo turbulento.
n : Velocidad de rotacin en rps.
D
i
: Dimetro del impulsor.
: peso especfico del agua.
g : aceleracin de gravedad.
R
e
: Nmero de Reynolds
g
D
n
K
= P
5
i
3
T
Las ecuaciones que se usan para el diseo son:
en que W es la Funcin Disipa cin y es igual a:
en que:
W : Funcin Disipacin
Q : Gasto de diseo
T
: Prdida de carga total
W
=G
Q
=
t
= W
T
r
T
T
= H friccin + H singular
H
f
= J x L
J = V
2
n
2
/ R
H
4/3
(Manning)
H
s
= KNV
2
/2g
K: Coef. prdida por cambio de direccin en 180. Toma
valores entre 2 - 3.5
N: Nmero de cambios de direccin
W
=
G
m
ds
F
2
=
T
D
0
D
p
dt
v
v
2g
A
C
2
=
T
2
D
0
D
g
p
n
2
d
v
A
C
g
=
T
3
0
D
D
p
q
g
p
q
p
q
p
g
p
d
n
2
)
sen
n
r
(2
A
g
=
T
3
0
D
q
q
p
g
p
d
sen
A
n
D
C
2g
=
T
3
0
2
3
D
2
D
A
n
D
C
2g
=
T
2
3
2
D
D
p
g
"
"
A
n
D
C
=
n
T
=
W
3
3
2
D
D
p
r