tratamineto de agua

1. TRATAMIENTO FISICO-QUIMICO DE
AGUAS RESIDUALES
Ing. Oscar Ruiz Carmona
Servi Aqua Móvil, S.A. de C.V.
Matías Romero No. 116, Col. del Valle
C.P. 03100, México, D. F.
Tels. 5575-8150, 5575-8153 Fax. 5575-1924
INTRODUCCIÓN
Los procesos para el Tratamiento de aguas residuales se basan en la eliminación de los
contaminantes hasta alcanzar los valores máximos permisibles de acuerdo a las normas y
estándares nacionales o internacionales. En virtud de la diversidad de contaminantes que
se pueden presentar en las aguas residuales, el número de procesos existentes es
también muy amplio, no obstante estos procesos se pueden agrupar de acuerdo al tipo de
fenómeno o principio en el cual basan su operación.
Una clasificación amplia en la que se puede agrupar los procesos de tratamientos, es
aquella que está de acuerdo al tipo de fenómeno asociado:
Ø Físico
Ø Químico
Ø Bioquímico
Ø Físico-químico
Ø Enzimático
En este trabajo se presenta un análisis de los procesos físico-químicos utilizados en el
tratamiento de soluciones coloidales, las cuales se presentan con frecuencia en muchas
industrias como son: metal-mecánica, textil, lavandería, alimenticia, automotriz, petrolera,
química, petroquímica, minera, galvanoplastia, agropecuaria y otras más.
SOLUCIONES COLOIDALES
Las soluciones coloidales se caracterizan por estar constituidas por una dispersión de
partículas sólidas o líquidas en agua y que son difíciles de eliminar utilizando
procedimientos como pueden ser gravedad, filtración y otros.

2. El tamaño de las partículas oscila entre 0.01 a 5 micras y son bastante estables de tal
forma que pueden permanecer en dicha condición por bastante tiempo.
Esta estabilidad se logra mediante un fenómeno físico-químico de cargas eléctricas entre
las partículas dispersas y se explica de acuerdo a la teoría de doble capa conocida como
Teoría DLVO (Derjaquin, Landau Verwery y Oberbeek).
Prácticamente en la mayor parte de las industrias se pueden presentar este tipo de
soluciones sobre todo cuando existen compuestos del tipo emulsificantes, los que
favorecen la formación de soluciones coloidales que en el caso de ser de partículas
líquidas se conocen como emulsiones.
COAGULACIÓN Y FLOCULACION.
Desestabilización.
El fenómeno mediante el cual se logra desestabilizar el coloide y su aglomeración
posterior, es lo que se conoce como coagulación y floculación, de hecho es un proceso en
dos etapas.
En la primera etapa de coagulación se elimina la doble capa eléctrica que caracteriza a
los coloides, y la floculación se da a continuación y consiste básicamente e la
aglomeración de los coloides mediante la atracción de las partículas con el aglutinamiento
que se logra por la presencia de sustancias conocidas como floculantes.
La coagulación-floculación de los coloides se puede lograr mediante uno o varios de los
siguientes mecanismos:
Ø Compresión de la doble capa
Ø Neutralización de la carga
Ø Aglutinamiento
Ø Entrampamiento.
Mecanismos.
Los mecanismos que se presentan en el tratamiento de aguas, son los tres últimos y
normalmente la coagulación-floculación se logra con la presencia de dos de ellos.
La neutralización de la carga se logra mediante la adición de una sustancia denominada
coagulante y que puede ser algún polímero inorgánico u orgánico de naturaleza catiónica.
Las cantidades que normalmente se requieren son bajas y un exceso de coagulante
favorece para que la solución coloidal se haga más estable.

3. El aglutinamiento normalmente es un mecanismo que se desea realizar una vez que las
cargas eléctricas hayan sido neutralizadas. Esto se puede lograr con la adición de un
polímero que permita que los flóculos se vayan aglomerando.
El entrampamiento es tal vez uno de los mecanismos más utilizados sobre todo cuando
las soluciones son muy estables. Este se logra mediante la formación de un flóculo de
algún hidróxido de aluminio o de fierro, bajo condiciones controladas de concentración y
pH. Este flóculo arrastra los coloides y los entrampa dentro de su red para así eliminarlos.
Mezclado.
En la práctica, una de las variables más importantes para lograr la floculación de los
coloides es el mezclado.
En general se distinguen dos tipos de mezclado necesarios para lograr el fenómeno,
primero un mezclado rápido para lograr la desestabilización de las partículas y segundo un
mezclado lento que favorezca una variación gradual del gradiente del flujo. Este último es
el requerido para llevar a cabo la floculación.
VARIABLES EN EL PROCESO FISICO-QUIMICO.
Las operaciones que se llevan a cabo en el proceso físico-químico para el tratamiento de
una solución coloidal son:
• Mezclado
• Coagulación
• Floculación
• Separación
Cada una de estas operaciones tiene sus variables de diseño u operación definidas y
para lograr un buen resultado, es necesario que las variables estén dentro de los límites
que establece el proceso.
Las dos primeras operaciones, mezclado – coagulación, se deben considerar como una
sola, ya que después del mezclado se logra la coagulación.
Las variables que intervienen y que hay que considerar para lograr una buena operación
son:
Variables de las soluciones:
• Aceite y/o grasas presentes
• PH
• Sólidos suspendidos
• Metales presentes
• Alcalinidad
Variables del equipo:

4. • Tipo de equipo
• Parámetros específicos
Aceite y/o grasas.
La presencia de grasas y aceites principalmente en estado de aceite libre, es inadecuado
para el tratamiento de una solución coloidal. Una de las principales razones es que
durante el proceso físico-químico se requiere de agitación y el aceite libre normalmente
tiende a emulsificarse, por lo que si el propósito del tratamiento es romper la emulsión,
esto no se lograría totalmente si se incorpora más aceite en la emulsión.
Por lo anterior es indispensable que antes de tratar la emulsión, se separe mediante
medios convencionales todo el aceite libre presente en la mezcla.
pH.
El pH de la solución, es muy importante y requerirá normalmente de un ajuste antes de
iniciar el tratamiento.
Como se ha señalado en el inciso anterior, una de las formas más comunes de efectuar la
coagulación, es la utilización de sales de aluminio y/o fierro, para precipitar los hidróxidos
correspondientes, siguiendo el mecanismo de entrampamiento.
Esto ha sido motivo de muy diversos estudios en los cuales se ha determinado las
condiciones bajo las cuales se logran formar los hidróxidos más estables en solución. En
términos generales el pH es una de las variables más importantes y los valores deben de
ser de alrededor de 5 – 7.5 para estos compuestos.
Sólidos Suspendidos.
Los sólidos suspendidos en la solución pueden ser en muchos casos un obstáculo para
utilizar los equipos en forma eficiente. Esto es aplicable a bombas y mezcladores en línea.
En algunos casos la presencia de sólidos puede ayudar a obtener una floculación más
efectiva, por lo que se deberá considerar la opción de manejarlo con sólidos. En caso de
ser atractiva esta situación, el sistema deberá diseñarse con equipo específico para el
manejo de sólidos, el cual por lo general tiene un costo mayor.
Para cualquier otra situación es necesario eliminar los sólidos mediante trampas de
sólidos, separadores de placa, mallas, tambores con mallas o filtros.

5. Metales Pesados.
En el caso de tenerse metales pesados, se deberán determinar las características de la
solución en cuanto a su composición y condiciones de precipitación del metal o metales.
Normalmente la eliminación de los metales es prioritaria por lo que el sistema de
tratamiento se deberá diseñar en torno a sus condiciones.
Existen amplias referencias que señalan las condiciones de precipitación óptima de los
metales, por lo que es conveniente su utilización para fijar las áreas de operación.
Alcalinidad.
La alcalinidad presente en el agua residual, es muy importante, pues como se señaló con
anterioridad el pH del agua tratada es clave en el resultado final.
Otra de las variables que es necesario controlar, es la concentración del coagulante en el
agua residual. Para lograr esto y al mismo tiempo cumplir con el pH final, es necesario
realizar un ajuste previo mediante la adición de ácido en caso de que la alcalinidad sea
alta o bien mediante la adición de una base cuando el pH es bajo.
Equipo de Mezclado.
Existe una gran variedad de equipo de mezclado que puede utilizarse para efectuar la
mezcla rápida requerida para llevar a cabo la coagulación.
La selección del equipo estará en función del flujo del agua a tratar y la economía del
sistema. Cuando el mezclado se realiza mediante un equipo convencional de tanque con
agitación, el criterio para su dimensionamiento está en función del gradiente de velocidad
requerido durante el mezclado, el cual se estima mediante la siguiente ecuación:
G = P/Vν donde: G= Gradiente de velocidad
P= Potencia del agitador
V= Volumen del tanque
ν= Viscosidad cinemática
Esta ecuación fue definida desde 1943 por Camp and Stein y se continúa utilizando como
la mejor alternativa, habiéndose definido los valores requeridos para obtener una
operación eficiente.
Existe bastante información experimental y en manuales de diseño donde se dan valores
recomendados para los diversos tipos de mezclado.
Los principales sistemas de mezclado rápido que se utilizan son:
• Tanques con agitadores
• Inyección de reactivos en tubería mediante tobera
• Turbina en línea
• Mezcladores en línea
• Mezcladores estáticos

6. Para todos estos sistemas se ha derivado las ecuaciones para estimar los valores de los
Gradientes de Velocidad G y poder aplicar los criterios definidos.
Equipo de Mezclado (Floculación)
La floculación, como se señala en uno de los incisos anteriores, es el proceso en el cual
las pequeñas partículas que se han formado durante la desestabilización de la solución
aumentan de tamaño mediante la unión de varias partículas de todo el sistema.
Esto se logra mediante un proceso de agitación lenta a lo largo de varios minutos de
contacto. Una agitación violenta destruirá los flóculos firmados en un principio por lo que
la agitación se deberá mantener dentro de ciertos valores. Nuevamente una medida de la
agitación está dado por el gradiente de velocidad G y los valores Gt han sido
determinados por diversos investigadores.
Los sistemas utilizados para efectuar la floculacón son esencialmente de dos tipos:
• Hidráulicos
• Mecánicos
Hidráulicos
Los sistemas hidráulicos mantienen, mediante un flujo por gravedad con variaciones en
área y dirección, el gradiente de velocidad necesario para realizar la floculación.
Entre los principales sistemas se encuentran los floculadores con mamparas de
diversos diseños y camas empacadas.
Mecánicos
En estos sistemas el gradiente de velocidad requerido se proporciona mediante la
agitación lenta que se realiza en el agua parcialmente tratada. El equipo utilizado es
diversos, agitadores con aspas de dimensiones grandes, agitadores tipo rueda con
paletas.
Separación
La separación de los sólidos que se han formado en el proceso coagulación-floculación,
se logra mediante procesos convencionales o combinación de varios. Entre los
principales están: Sedimentación por gravedad.
Placas separadoras
Filtros
Centrífugas.
El proceso de separación es también clave para lograr una buena operación por lo que
requiere de un análisis detallado para seleccionar el sistema a utilizar dentro de una gama
muy abundante.

7. EQUIPO INTEGRAL.
En equipos que manejan flujos altos de agua, normalmente los componentes del sistema
se tienen perfectamente delimitados y su secuencia es conforme el diagrama de flujo.
Para equipos de menor flujo (alrededor de 500 m3/día y menores) y sobre todo para
equipos de aguas aceitosas, los sistemas de tratamiento se diseñan de forma integral y
compacta. (Véase Diagrama de Flujo y Plano de Localización anexos.)
Esto es prácticamente todos los componentes se integran en una sola unidad. Existen
diversos equipos con estas características como son:
Ø Equipos de flotación con aire disuelto.
Ø Equipos de flotación inducida
Ø Equipo mezclado-contacto tipo Premix.
Equipo de flotación con aire disuelto y con aire inducido.
Este equipo ha sido utilizado durante varios años y se ha convertido en un sistema para el
procesamiento de soluciones con material disperso, entre sus principales aplicaciones ha
sido la separación de aceite en aguas residuales.
Una de las partes esenciales del equipo es el sistema de disolución de aire a presión y su
desorción cuando se libera la presión en el tanque de flotación.
Mediante este mecanismo el aire disuelto a presión (alrededor de 60 psig) se desorbe
formando pequeñas microburbujas que sirven para formar los medios de la coagulación y
las partículas de aceite liberadas se llevan a la superficie por flotación.
Las eficiencias de un sistema de este tipo son altas y el aceite residual puede ser del
orden de 20-30 ppm.
En el equipo de un sistema de flotación mediante aire inducido, el aire se introduce
mediante eductores que se encuentran a la succión de las bombas y que se liberan en las
cámaras de flotación. Normalmente se cuentan con tres o cuatro cámaras de flotación
operando en serie. La eficiencia de separación es similar a las del aire disuelto.
DIVERSAS APLICACIONES EN MÉXICO.
Se han tenido diversas aplicaciones prácticas utilizando tratamiento físico-químico; a
continuación presentamos cuatro casos de instalaciones en México.
Mina de Arena.
Agua residual con finos de arcilla formada durante el proceso hidroneumático de
segregación de arenas en una mina.
Objetivo: Recuperar el agua, mediante la separación de las partículas dispersas y
evitar la descarga de aguas lodosas que pueden afectar poblaciones cercanas.

8. Tratamiento utilizado: Coagulación-Floculación utilizando polímero orgánico, el cual
se inyecta en la línea con una tobera interna. La floculación se efectúa en tanques con
bafles de orificios alternos. La separación final se efectúa con separador de placas.
Características del agua: Capacidad (max.) 22,500 m3/día en cuatro trenes de
separación.
Parámetro Entrada Salida
pH 6.2 6.2
Sólidos Suspendidos mg/litro 55,900 58
Sólidos totales mg/litro 57,590 1,748
Turbiedad mg/litro 14.4 6
Agua Residual de Industrias de Alimentos.
Agua residual procedente de diversos procesos y aguas de lavado en una planta de
producción de polvos alimenticios y aromatizantes.
Objetivo: Tratamiento primario para reducir el contenido de grasas y aceites,
detergentes, sólidos suspendidos para acondicionar el agua a un tratamiento biológico
secundario.
Tratamiento utilizado: Coagulación-Floculación utilizando sulfato de aluminio como
coagulante y un polímero orgánico. Mezclado mediante un mezclador en línea.
Floculación en tanques con inyección de aire y separación final con separador de placas.
Características del Agua:
Capacidad: 3.6 m3 por hora.
Tiempo normal de operación: 8 horas.
Parámetro Entrada Salida
pH 4.5 7.0
Grasas y Aceites mg/litro 85.0 22.3
Sólidos Suspendidos mg/litro 235.0 22.0
Sólidos totales mg/litro 1944 1731
Parámetro Entrada Salida
Demanda Química de Oxígeno mg/litro 1520 1080
SAAM mg/litro 9.2 2.3
Los valores son Promedio.
Aguas Residuales Aceitosas.

9. Agua residual procedente de taller mecánico.
Objetivo: Tratamiento primario para reducir el contenido de grasas y aceites,
detergentes, sólidos suspendidos para acondicionar el agua a un tratamiento biológico
secundario o descargar al alcantarillado.
Tratamiento utilizado: Proceso intermitente por lotes, Coagulación-Floculación,
utilizando sulfato de aluminio y polímero orgánico.
Mezclador en línea, Floculación en tanque, floculador con inyección de aire y separación
por gravedad y filtración.
Características:
Capacidad: 3 m3 por lote
Tiempo de procesamiento: 3 horas
Parámetro Entrada Salida
pH 8.5 7.0
Grasas y Aceites mg/litro 360 32
Sólidos Suspendidos mg/litro 176 28
Sólidos totales mg/litro 865 717
Demanda Biológica de Oxígeno mg/litro 1230 795
SAAM mg/litro 6.5 1.9
Aguas Residuales de Granjas.
Aguas residuales de granjas porcícolas con más de 100 puercos.
Objetivo: Tratamiento primario para reducir el contenido de sólidos dispersos y
obtener un agua con compuestos nutrientes de menor demanda biológica de oxígeno que
pudiera emplearse en riego o bien enviarse a tratamiento biológico secundario.
Tratamiento utilizado: Coagulación-Floculación utilizando sulfato de aluminio como
coagulante.
El mezclado se hace mediante un mezclador estático, la floculación en tanques con
agitación e inyección de aire, sedimentación y filtración con filtro de arena.
Características:
Capacidad: 1.8 m3 por hora
Parámetro Entrada Salida
pH 8.3 7.2
Sólidos Suspendidos mg/litro 1540 35
Demanda Biológica de Oxígeno mg/litro 12,210 2,100

10. CONCLUSIONES
Existen un buen número de aguas residuales que se presentan en forma de soluciones
coloidales.
El tratamiento físico-químico que utiliza productos químicos para desestabilizar las
soluciones, es un proceso efectivo.
Mediante este proceso se eliminaron los contaminantes tóxicos y en algunas ocasiones se
reduce considerablemente la Demanda Biológica de Oxígeno.
Es importante para una buena operación el que se vigilen las variables del proceso.
En principio el equipo involucrado no es de grandes dimensiones por metro cúbico de
agua tratada por lo que en general los costos mediante este tratamiento no son elevados.
RESUMEN
Actualmente uno de los procedimientos más comunes para el tratamiento de aguas, es el
tratamiento físico-químico de soluciones coloidales.
La formación de este tipo de soluciones es muy común en diversas industrias, por lo que
es muy conveniente conocer la forma en que se realiza la operación.
En este trabajo se describen los elementos de una solución coloidal y se presentan los
mecanismos bajo los cuales se desestabilizan para lograr la separación de las fases.
También se revisan las etapas en el proceso, esto es: Mezclado, Coagulación,
Floculación y Separación y para cada una de ellas de analizan las variables de diseño y
operación.
Finalmente se presentan a manera ilustrativa, los datos reales de la operación de diversos
sistemas de tratamiento físico-químico, en los cuales participa el autor en el diseño e
inicio de operación.