Este capítulo trata sobre los procesos de coagulación y floculación que necesarios para la remoción de coloides del agua cruda o del agua residual.

1. Coagulación y Floculación
Son dos procesos unitarios que se estudian juntos pese a que son
independientes el uno del otro.
Coagulación:
Proceso químico unitario que con ayuda de aditivos busca
la desestabilización química de los compuestos para
formar flóculos mas grandes.
Floculación:
Proceso cuyo proposito es el de formar flóculos o
agregados a partir de partículas muy pequeñas o
químicamente desestabilizadas.
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Mayo / 2006

2. Floculación y Mezcla
Mezcla
Proceso unitario que busca:
1. Mezclar una sustancia con otra
2. Homegenizar dos sustancias miscibles
3. Flocular partículas
4. Mezclado continuo de líquidos en suspención
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3. Módulos de Floculación
Microfloculacion o
Floculacion
Pericinetica
— Significativa en partículas <
1µm
— Partículas se unen por
movimiento browniano
Macrofloculación o
Floculacion
Ortocinetica
• Significativa en
• 1µm < partículas < 2µm
• Provocada por:
– Gradientes de velocidad
– Sedimentacion
Diferencial
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4. Módulos de Floculación
Pericinética
Ortocinética
T=0
T=t
Gradientes
De Velocidad
Sedimentación
Diferencia
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5. Dispositivos para mezcla
Mezcladores Estaticos
< 1 seg
Adicion de Al, Fe,
Cl, polímeros
Mezcladores en línea
< 1 seg
Adicion de Al, Fe,
Cl, polímeros
Mezcladores de alta velocidad
< 1 seg
Adicion de Al, Fe,
Cl, polímeros
Turbinas y mezcladores de
propulsion
2 - 20 seg
Aplicación de
Aluminio
Bombas
< 1 seg
Bombear químicos
Otros aparatos para garantizar la
mezcla hidraulica
1 - 10 seg
saltos hidráulicos,
reboses
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6. Agitación
— La idea general es causar “turbulencia” con el fin de
obtener una mejor mezcla de los productos
— Camp & Stein (1943)
G =
P
µV
G =
P =
V =
µ =
Gradiente de velocidad, 1/ T, 1/seg
Potencia requerida, Watts
Volumen del floculador, metros cúbicos
Viscosidad dinámica, (Newton*segundos / metros cuadrados)
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7. Qué pasa con
las partículas 1µm ?
— El valor de G no es efectivo para realizar una “medición” de la mezcla en el caso de
partículas 1µm
— Kolmogoroff (1941) y Davies (1972)
— Fórmulas para medir las longitudes de los remolinos creados como forma de “medir” la
floculación
Pm = G2
ν
Pm =
G =
ν =
Potencia por unidad de masa. W/Kg [(Kg*m/s3)/Kg]
Gradiente de velocidades, 1/T
Viscosidad cinemática. [m3/s]
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8. Mezcladores Estáticos
— Potencia en los mezcladores estáticos
— Se calcula por medio de la siguiente expresión
P = γQh
γ =
Q =
h =
P =
Peso específico del agua [N /m3]
Potencia disipada, Watts
Caudal [m3/s]
Pérdida de carga del agua pasando por el mezclador, m
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9. Mezcladores de Turbina
— Pueden ser : AXIALES o RADIALES
— AXIALES
— Aspas perpendiculares al eje del rotor
— RADIALES
— Aspas curvas o planas paralelas al eje del rotor
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10. Mezcladores de Turbina
— Potencia regimen turbulento
P = Npρn3
D5
P =
Np =
ρ =
n =
D =
Potencia, W
Número de poder del impeller o rotor (adimencional)
Densidad, Kg/m3
Revoluciones/seg
Diámetro del impeller, metros
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11. Mezcladores de Turbina
— Potencia regimen laminar
=
=
=
=
=
=
D
n
N
P
DnNP
p
p
ρ
ρ 32
Potencia, W
Número de poder del impeller o rotor (adimencional)
Densidad, Kg/m3
Revoluciones/seg
Diámetro del impeller, metros
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12. Mezcladores de Paletas
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13. Mezcladores de Paletas
— Fuerza de Arrastre
FD =
CD Aρ vp( )
2
2
FD =
CD =
A =
ρ =
vp =
Fuerza de arrastre, Newtons
Coeficiente de arrastre de la paleta moviendose
perpendicularAl fluido
Area de la paleta metros cuadrados
Densidad del agua Kg/m3
Velocidad relativa de las paletas con relación al fluido
0.65-0.70 la velocidad en la punta de la paleta
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14. Mezcladores de Paletas
— Potencia
€
P = FD *vp =
CD Aρ vp( )
3
2
P=potencia , watts
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15. Coagulación
Coloides
— Partículas que en general poseen una carga eléctrica negativa
— 0.01 - 1µm
— Movimiento browniano (suspención)
— No pueden ser removidos por sedimentación (tiempos rasonables).
— 106 -1012 particulas coloidales/mL
— Esféricas, semiesfericas, elipsoidales, (forma)
— La forma afecta la interrelación entre partículas
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16. Coagulación
Coloides ( 10-6m)
— Tres tipo de coloides
— Hidrofóbicas (odian el agua): FÁCILES DE REMOVER
— Hidrofílicas (aman el agua): DIFÍCILES DE REMOVER
— Coloidales asociadas (Detergentes, jabones, tintes que se agregan a las
párticulas para formar micellos)
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17. Teoria
del
Equilibrio
Particula
cargada
negativamente
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
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18. Interacción entre partículas
— Repulsión electrostática
— En muchas aguas superficiales las particulas coloidades están cargadas
negativamente
— Cargas similares se repelen
— Fuerzas de Van der Waals
— Es una fuerza de atracción (contraria a la repulsión electroestatica)
— Decae mas rapidamente con la distancia que las fuerza electroestáticas.
— Es más fuerte en distancias cortas (radio de van der waals)
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19. Teoria
del Equilibrio
1. Partícula cargada
2. Capa de counteriones (adheridos por fuezas electroestáticas
y de Van der Waals)
3. Capa difusa de electrones y protones
Esta doble capa toma el nombre de se denomina la CAPA DE STERN
el potencial electrico disminuye de:
• ψ0 a ψs en la capa de contraiones
• ψS a O en la capa difusa (Potencial de Stern)
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20. Teoria
del Equilibrio
Medición del potencial en la superficie
Si una particula es colocada en una solucion electrolítica y una
corriente electrica es pasada a traves de la solucion, la particula
dependiendo de su carga sera atraida a uno y otro electrodo.
Atras de esta partícula ira una nube de iones
El potencial eléctrico medido en la superficie de la nube es llamado
superficie es llamado el Potencial Zeta
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21. Desestabilizacion
de las particulas
Si lo que queremos es desestabilizar las partículas,
Entonces que tenemos que hacer?
1. Adicionar iones o electrolitos que reduzcan el espesor de la
Capa Difusa y por lo tanto se reducir el Potencial Zeta
2. Adicionar moléculas organicas de cadena larga
(POLIMEROS) que sean ionizables
3. Adicionar productos químicos que formen
iones metálicos hidrolizados
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22. Estabilidad de la suspension
Efecto del pH
Añadir ácidos o bases al agua causa la pérdida de
La estabilidad de la suspención
Fuerza iónica
Concentracion de coloides
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23. Coagulantes
Producto
Químico
Fórmula
Peso molecular
(g/mol)
Sulfato de
Alumina
Al2(SO4)3*18H2O
666.7
Cloruro Férrico
FeCl3
162.1
Sulfato Ferrico
Fe2(SO4)3
400
Sulfato Ferroso
FeSO4*7H2O
278.0
Cal
Ca(OH)2
56 como CaO
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24. Coagulantes
Sulfato de Alumina
Al2(SO4)3*18H2O
666.7 gramos/ mol
Al2(SO4)3*18H2O + 3Ca(HCO3)2 = 3CaSO4 + 2Al(OH)3+6CO2 +18H2O
Bicarbonato
de calcio
Sulfato de
calcio
Hidróxido de
Aluminio
Dioxido de
Carbono
Hidróxido de Aluminio
Floculo gelatinoso que
arrastra la materia
suspendida
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25. Coagulantes
Cal (hidróxido de calcio)
Ca(OH)2
56 como CaO
Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2H2O
Acido
Carbonico
Carbonato
De Calcio
Coagulante
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26. Coagulantes
Cloruro de Hierro
FeCl3
162.1gramos/mol
Bicarbonato
de calcio
2FeCl3 +3Ca(HCO3)2 = 2Fe (OH)3 +3CaC;2 +6CO2
hidróxido
de férrico
Hidroxido Ferrico
Forma floculo gelatinoso
Cloruro
de calcio
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27. Ejemplo de Planta de Tratamiento
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28. Ensayo de Jarras (Coagulación/Floculación)
http://www.velp.com/files_dyn/img_fotoProd/636_d.jpg
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