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Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo
Escuela de Post Grado
Maestría en Ingeniería Ambiental.
Lambayeque. 2006.

Ingeniería

Ambiental

Flotación de Aguas Residuales
Asalde Ramos Rubén E.
Lalopú Silva, Bernardino.
Molinero Durand, Pablo A.
Moya Valdiviezo Jorge A.
Tuesta Vela José Luis.
Principios Generales:
Métodos de Separación por Burbujas Adsortivas.


Los métodos de separación por adsorción en burbujas o métodos adsolubles para particulados se
basan en la adsorción selectiva o adhesión de materiales en las superficies de burbujas de gas
que pasan a través de una solución o suspensión.



Para cualquier método adsoluble, si el material a ser removido (colectado) no tiene una superficie
activa, debe agregarse el surfactante adecuado (colector). La unión entre el colectado y el colector
puede realizarse por quelación u otra forma de complejos. Alternativamente, un colectado cargado
puede ser removido por su atracción hacia un colector de carga opuesta.

COLECTADO

+ +
+ COLECTOR
¿ Qué es la Flotación ?


Es una "operación unitaria" que se emplea para la separación de
partículas de una fase líquida.



En el tratamiento de aguas residuales se emplea para la eliminación de
la materia suspendida y para la concentración de los fangos biológicos.



Ventaja frente a la sedimentación: permite eliminar mejor y en menos
tiempo las partículas pequeñas o ligeras cuya deposición es lenta.



Uso está generalizado para las aguas industriales y no tanto para las
urbanas.



De los procesos de separación de sólidos en suspensión, la flotación
permite además la obtención de un lodo “concentrado”.
Funciones de las celdas de Flotación


Mantener en suspensión las
partículas.



Formar y diseminar
pequeñas burbujas de aire
por toda la celda.





Promover los choques entre
las partículas suspendidas y
las burbujas de aire.
Mantener las condiciones de
quietud en la columna de
espumas para favorecer su
estabilidad.

ZONA DE ESPUMA

ZONA DE SEPARACION

ZONA DE MEZCLA
Variables de Flotación
ASPECTO
Sólidos a tratar

VARIABLES

Densidad, cantidad de sales solubles, grado de oxidación.

Procesos previos de segregación y
clasificación

Tamaño de liberación, dureza de los componentes, adición de
reactivos, etc.

Agua (vertido)

Dureza, TDS, pH.

Acondicionamiento:

Densidad de pulpa, puntos de adición de reactivos químicos,
tiempo de acondicionamiento, temperatura, agitación, pH.

Flotación

Tamaño de partícula, densidad de pulpa, temperatura, pH, tiempo
de retención, carga circulante, dosis de reactivos.

Máquinas de flotación

Tipo de máquina, agitación, potencia consumida, grado de
aireación, altura de la zona de espuma.

Otros

El grado de agitación, producido por el impulsor, Aireación,
producida por la misma celda o por insuflación forzada de aire.
Nivel de pulpa que a su vez regula el nivel de espumas.
Maquinaria para flotación.
La serie FH. Gran capacidad en una unidad
compacta. Disponible en capacidades de
hasta 565 m3 por hora (2.500 GPM)

Unidades de mantenimiento mínimo que producen un
fango excepcionalmente seco. Apropiado para aguas
muy contaminadas.
Disponible en capacidades de hasta 235 m3 por hora
(1.050 GPM)
Flotación mecánica de flujo libre
Flotación mecánica en celdas divididas en
compartimientos
Flotación neumática

ALIMENTACION

DESCARGA

REBOSADERO

DIFUSOR DE AIRE
Etapas y Cinética de Flotación.


Métodos:


Empírico  R vs t



Semi empírico.  Datos experimentales → dc/dt → ∫ → ec.



Analítico. conceptos hidrodinámicos + mecanismos de la flotación = Ec. Cinética



Analógico. Ec. Cinética  Ec. Química.

 dci
 K i  i cin
dt

R = R∞ (1 – e – k t )

PROCESO BATCH

R = 1 – (1 + K λ) – N
N

R   R'  1  (1  Kd   )  N
1

PROCESO CONTINUO
Dimensionamiento de Celdas de Flotación.


Calcular caudal de pulpa Q.



Calcular del volumen neto necesario:




Tiempo t’ = t x f,




V = Q x t,

f: factor para pasar de proceso batch a
continuo.

Calcular número de celdas por la relación:


N = (Q x t) / (Vo x h),



N: número de celdas necesarias
Vo: volumen total de una celda
h: factor que depende de la celda y el
volumen que ocuparán el agitador,
estabilizador, aire, etc.



Técnicas de flotación


Aireación a presión atmosférica (flotación
por aireación).



Saturación con aire a la presión
atmosférica, seguido de la aplicación del
vacío al líquido (flotación por vacío).



Inyección de aire en el líquido sometido a
presión y posterior liberación de la presión
a que está sometido el líquido (flotación
por aire disuelto FAD).
Flotación FAD
Ventajas e inconvenientes del Sistema
FAD.
Ventajas


Alta eficiencia (incluyendo cinética) en la
remoción de sólidos.



Menor área requerida para instalación. El
equipo de flotación ocupa apenas una
fracción del área ocupada por unidades de
sedimentación (para capacidades similares).



Mayor eficiencia en la remoción de DBO
que otros procesos de separación.



Alta tasa de separación (o flujo superficial).
Existen unidades FAD modernas con
capacidad hasta de 40 m/h (m3/m2/h). Esto
permite su aplicación en efluentes
voluminosos.



Remoción de microorganismos y
precipitados difíciles de sedimentar y filtrar.

Desventajas.


Comparada con la sedimentación, la FAD
es más sensible a variaciones de
temperatura, concentración de sólidos en
suspensión (> 3-4 %), recargas hidráulicas y
principalmente a variaciones en las
características químicas y físico químicas de
los sólidos en suspensión.



Costos operacionales elevados,
principalmente cuando existe necesidad de
un riguroso control automático, de
parámetros y dosis de reactivos.
Flotación a nivel laboratorio.
Modulo demostrativo – ilustrativo para los sistemas de flotación por aereación y FAD.
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

Dos recipientes de material resistente, en
función del procedimiento a utilizar,
cilíndrico o similar de relación diámetro –
altura aproximadamente igual a 2.



Manguera de plástico de calibre y diámetro
en función de los juegos de válvulas y
presiones de trabajo. Preferible
transparente.



Una válvula Check.



Anillos Rasching para el tanque de
saturación.



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

Dos difusores.



Válvulas y conexiones en T.
VALVULA DE
ALIVIO

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INGRESO DE
AGUA (2)

CAMARA DE
FLOTACION

COMPRESOR

CAMARA DE
SATURACION /
EXPANSION

DATOS DEL COMPRESOR
Capacidad de
aire.
1.5 L / min.

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(manométrica)
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motor

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Características

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50 Hz

DISTRIBUIDOR
DE AIRE
Detalle

Saturador de aire Lecho de
percolación con anillos Rasching.
Descripción de las pruebas realizadas.


Vertido: mezcla de hojas de té (filtrante).



Prueba 1.





Prueba 2.





Flotación por aireación, burbuja de tamaño grande (1mm o más)
Id. + adición de promotor (detergente - espuma / aceite de pino)

Flotación por aireación, burbuja de tamaño Chico (1mm o menos)
Id. + adición de promotor (detergente - espuma / aceite pino)

Prueba 3. Flotación FAD. Con y sin promotor.
Resultados.
PRUEBA
PRUEBA 1.
F. AIREACION
BURBUJA GRANDE
PRUEBA 2.
F. AIREACION.
BURBUJA CHICA.
PRUEBA 3.
FAD.
BURBUJA CHICA.

VARIABLE

OBSERVACIONES

SIN PROMOTOR

Flotación mínima o nula.

CON PROMOTOR

Flotación regular.

SIN PROMOTOR

Flotación mínima.

CON PROMOTOR

Flotación de partículas observable.

SIN PROMOTOR

Presión insuficiente.

CON PROMOTOR

Id. Anterior.

Conclusión: el diseño del difusor, influenciará el tamaño de burbuja, siendo
mayor la remoción para burbujas de bajo diámetro, formando una burbuja de
flotación de diámetro grande.
Fotos (1): montaje del equipo.
Fotos (2): difusor de tubo perforado.
Fotos (3): difusor de piedra porosa.
Fotos (4): Proceso Flotación y Accesorios.
Tanque de Flotación escala industrial.
GRACIAS
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Separación por flotación

  • 1. Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo Escuela de Post Grado Maestría en Ingeniería Ambiental. Lambayeque. 2006. Ingeniería Ambiental Flotación de Aguas Residuales Asalde Ramos Rubén E. Lalopú Silva, Bernardino. Molinero Durand, Pablo A. Moya Valdiviezo Jorge A. Tuesta Vela José Luis.
  • 2. Principios Generales: Métodos de Separación por Burbujas Adsortivas.  Los métodos de separación por adsorción en burbujas o métodos adsolubles para particulados se basan en la adsorción selectiva o adhesión de materiales en las superficies de burbujas de gas que pasan a través de una solución o suspensión.  Para cualquier método adsoluble, si el material a ser removido (colectado) no tiene una superficie activa, debe agregarse el surfactante adecuado (colector). La unión entre el colectado y el colector puede realizarse por quelación u otra forma de complejos. Alternativamente, un colectado cargado puede ser removido por su atracción hacia un colector de carga opuesta. COLECTADO + + + COLECTOR
  • 3.
  • 4. ¿ Qué es la Flotación ?  Es una "operación unitaria" que se emplea para la separación de partículas de una fase líquida.  En el tratamiento de aguas residuales se emplea para la eliminación de la materia suspendida y para la concentración de los fangos biológicos.  Ventaja frente a la sedimentación: permite eliminar mejor y en menos tiempo las partículas pequeñas o ligeras cuya deposición es lenta.  Uso está generalizado para las aguas industriales y no tanto para las urbanas.  De los procesos de separación de sólidos en suspensión, la flotación permite además la obtención de un lodo “concentrado”.
  • 5. Funciones de las celdas de Flotación  Mantener en suspensión las partículas.  Formar y diseminar pequeñas burbujas de aire por toda la celda.   Promover los choques entre las partículas suspendidas y las burbujas de aire. Mantener las condiciones de quietud en la columna de espumas para favorecer su estabilidad. ZONA DE ESPUMA ZONA DE SEPARACION ZONA DE MEZCLA
  • 6. Variables de Flotación ASPECTO Sólidos a tratar VARIABLES Densidad, cantidad de sales solubles, grado de oxidación. Procesos previos de segregación y clasificación Tamaño de liberación, dureza de los componentes, adición de reactivos, etc. Agua (vertido) Dureza, TDS, pH. Acondicionamiento: Densidad de pulpa, puntos de adición de reactivos químicos, tiempo de acondicionamiento, temperatura, agitación, pH. Flotación Tamaño de partícula, densidad de pulpa, temperatura, pH, tiempo de retención, carga circulante, dosis de reactivos. Máquinas de flotación Tipo de máquina, agitación, potencia consumida, grado de aireación, altura de la zona de espuma. Otros El grado de agitación, producido por el impulsor, Aireación, producida por la misma celda o por insuflación forzada de aire. Nivel de pulpa que a su vez regula el nivel de espumas.
  • 7. Maquinaria para flotación. La serie FH. Gran capacidad en una unidad compacta. Disponible en capacidades de hasta 565 m3 por hora (2.500 GPM) Unidades de mantenimiento mínimo que producen un fango excepcionalmente seco. Apropiado para aguas muy contaminadas. Disponible en capacidades de hasta 235 m3 por hora (1.050 GPM)
  • 9. Flotación mecánica en celdas divididas en compartimientos
  • 11. Etapas y Cinética de Flotación.  Métodos:  Empírico  R vs t  Semi empírico.  Datos experimentales → dc/dt → ∫ → ec.  Analítico. conceptos hidrodinámicos + mecanismos de la flotación = Ec. Cinética  Analógico. Ec. Cinética  Ec. Química.  dci  K i  i cin dt R = R∞ (1 – e – k t ) PROCESO BATCH R = 1 – (1 + K λ) – N N R   R'  1  (1  Kd   )  N 1 PROCESO CONTINUO
  • 12. Dimensionamiento de Celdas de Flotación.  Calcular caudal de pulpa Q.  Calcular del volumen neto necesario:   Tiempo t’ = t x f,   V = Q x t, f: factor para pasar de proceso batch a continuo. Calcular número de celdas por la relación:  N = (Q x t) / (Vo x h),  N: número de celdas necesarias Vo: volumen total de una celda h: factor que depende de la celda y el volumen que ocuparán el agitador, estabilizador, aire, etc.  
  • 13. Técnicas de flotación  Aireación a presión atmosférica (flotación por aireación).  Saturación con aire a la presión atmosférica, seguido de la aplicación del vacío al líquido (flotación por vacío).  Inyección de aire en el líquido sometido a presión y posterior liberación de la presión a que está sometido el líquido (flotación por aire disuelto FAD).
  • 15. Ventajas e inconvenientes del Sistema FAD. Ventajas  Alta eficiencia (incluyendo cinética) en la remoción de sólidos.  Menor área requerida para instalación. El equipo de flotación ocupa apenas una fracción del área ocupada por unidades de sedimentación (para capacidades similares).  Mayor eficiencia en la remoción de DBO que otros procesos de separación.  Alta tasa de separación (o flujo superficial). Existen unidades FAD modernas con capacidad hasta de 40 m/h (m3/m2/h). Esto permite su aplicación en efluentes voluminosos.  Remoción de microorganismos y precipitados difíciles de sedimentar y filtrar. Desventajas.  Comparada con la sedimentación, la FAD es más sensible a variaciones de temperatura, concentración de sólidos en suspensión (> 3-4 %), recargas hidráulicas y principalmente a variaciones en las características químicas y físico químicas de los sólidos en suspensión.  Costos operacionales elevados, principalmente cuando existe necesidad de un riguroso control automático, de parámetros y dosis de reactivos.
  • 16. Flotación a nivel laboratorio. Modulo demostrativo – ilustrativo para los sistemas de flotación por aereación y FAD. Materiales utilizados  Dos recipientes de material resistente, en función del procedimiento a utilizar, cilíndrico o similar de relación diámetro – altura aproximadamente igual a 2.  Manguera de plástico de calibre y diámetro en función de los juegos de válvulas y presiones de trabajo. Preferible transparente.  Una válvula Check.  Anillos Rasching para el tanque de saturación.  Un compresor de aire  Dos difusores.  Válvulas y conexiones en T.
  • 17. VALVULA DE ALIVIO MANOMETRO INGRESO DE AGUA (2) CAMARA DE FLOTACION COMPRESOR CAMARA DE SATURACION / EXPANSION DATOS DEL COMPRESOR Capacidad de aire. 1.5 L / min. Presión máxima (manométrica) > 0.01 MPa > 1.45 psi > 0.10 atm Tipo de motor Potencia Otras Características DC 2.5 W 220 V 50 Hz DISTRIBUIDOR DE AIRE
  • 18. Detalle Saturador de aire Lecho de percolación con anillos Rasching.
  • 19. Descripción de las pruebas realizadas.  Vertido: mezcla de hojas de té (filtrante).  Prueba 1.    Prueba 2.    Flotación por aireación, burbuja de tamaño grande (1mm o más) Id. + adición de promotor (detergente - espuma / aceite de pino) Flotación por aireación, burbuja de tamaño Chico (1mm o menos) Id. + adición de promotor (detergente - espuma / aceite pino) Prueba 3. Flotación FAD. Con y sin promotor.
  • 20. Resultados. PRUEBA PRUEBA 1. F. AIREACION BURBUJA GRANDE PRUEBA 2. F. AIREACION. BURBUJA CHICA. PRUEBA 3. FAD. BURBUJA CHICA. VARIABLE OBSERVACIONES SIN PROMOTOR Flotación mínima o nula. CON PROMOTOR Flotación regular. SIN PROMOTOR Flotación mínima. CON PROMOTOR Flotación de partículas observable. SIN PROMOTOR Presión insuficiente. CON PROMOTOR Id. Anterior. Conclusión: el diseño del difusor, influenciará el tamaño de burbuja, siendo mayor la remoción para burbujas de bajo diámetro, formando una burbuja de flotación de diámetro grande.
  • 21. Fotos (1): montaje del equipo.
  • 22. Fotos (2): difusor de tubo perforado.
  • 23. Fotos (3): difusor de piedra porosa.
  • 24. Fotos (4): Proceso Flotación y Accesorios.
  • 25. Tanque de Flotación escala industrial.