El tratamiento físico-químico de las plantas de tratamiento de aguas tiene como finalidad, mediante la adición de productos químicos, la alteración del estado físico de sustancias que permanecen por tiempo indefinido de forma estable, convirtiéndolas en partículas susceptibles de separación por sedimentación o flotación.
Un buen control sobre estas etapas tiene como resultado una optimización del tratamiento físico-químico y, por consiguiente, del procesamiento final de las aguas, favoreciendo la producción de agua de la más alta calidad. Del mismo modo, se consigue un ahorro en el consumo de los productos coagulantes y floculantes, pero también prolongar la vida de los filtros y, en general, reducir costes operativos en planta.
El tratamiento físico-químico al detalle
Podemos dividir en tres, las etapas del tratamiento físico-químico:
Coagulación
Las partículas coloidales que suelen presentar un tamaño entre 10-3 y 10-6 son estables durante períodos largos de tiempo, aportando turbidez y color al agua. En condiciones normales, no es posible eliminarlas mediante sedimentación/flotación debido a que las fuerzas electrostáticas impiden que se agreguen las partículas por repulsión y el movimiento Browniano mantiene las partículas en suspensión.
La coagulación consiste en la desestabilización de las partículas coloidales cargadas electrostáticamente mediante la adición de un compuesto químico denominado coagulante (FeCl3, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3 y Ca(OH)2). Además, la coagulación se ayuda de polímeros orgánicos sintéticos de viscosidad elevada denominados polielectrolitos. Es necesario conseguir una mezcla rápida generando turbulencia para dispersar rápida y uniformemente el coagulante en el agua.
Floculación
Alrededor del coagulante se forman agregados de partículas conocidas con el nombre de microflóculos. Estos microflóculos aún no tienen tamaño suficiente como para poderse sedimentar. Por tanto, mediante la floculación, se producirá una aglomeración de materia coloidal coagulada y de materia finamente dividida en suspensión como resultado de la colisión y adherencia entre partículas, generando flóculos más grandes que ya se podrán eliminar por sedimentación o flotación.
Este proceso físico se potencia mediante una mezcla lenta que tiene que ser lo suficientemente alta para eludir la sedimentación y lo suficientemente baja para evitar la rotura de los flóculos ya formados. Pueden añadirse una serie de reactivos para favorecer el proceso. Estos aditivos son los coadyuvantes de la coagulación, capaces de incrementar el tamaño de los flóculos generados y mejorar la sedimentación y clarificado del agua. Normalmente, los reactivos inorgánicos generan mayor volumen de fango y necesitan un mayor volumen de sosa para neutralizar la mezcla.
La adición adecuada de polielectrolito como ayudante de coagulación y floculación puede contribuir a bajar costos de tratamiento por las pequeñas dosis que se emplean y el aumento de la eficiencia. Por otro lado, si se elige el tipo adecuado de polielectrolito, el flóculo que se obtiene permite una formación de lodos más homogénea y compacta.
Sedimentación, flotación y filtración
Una vez incrementado el tamaño de las partículas en la floculación, es posible separarlas de la fase líquida mediante uno de los siguientes procesos:
- Sedimentación: Se elimina la materia suspendida de una fase líquida por decantación utilizando el hecho de su mayor densidad con respecto al líquido. Es decir, por fuerzas gravitatorias.
- Flotación: Proceso de separación de partículas y líquidos de poca densidad de la fase líquida en la que se encuentra. Normalmente, se efectúa por introducción de gas en el líquido.
- Filtración: Es un proceso ampliamente utilizado para la eliminación de partículas que se encuentran normalmente en el agua. El agua pasa a través del medio filtrante, quedando las partículas acumuladas en la superficie del medio o bien a lo largo de todo su espesor
En todo este proceso físico-químico es prioritario tener una medida y control sobre el pH, ya que es un parámetro indispensable en esta parte del tratamiento.
Controlador Serie 46 y electrodo de pH “Electrode Plus”
Ensayo “Jar test”
Para el diseño de un proceso de coagulación-floculación es necesario llevar a cabo la prueba de jarras, comúnmente denominada ensayo “Jar Test”. La finalidad es determinar el tipo de coagulante óptimo, su dosis, el pH adecuado para el tratamiento, el tiempo de retención y la velocidad de agitación necesaria que asegure una buena mezcla en el proceso de coagulación y un buen contacto entre las partículas en el proceso de floculación.
El equipo de “Jar Tester” se compone de un sistema de ejes giratorios con una paleta en la base de cada eje, las cuales serán las responsables de agitar la muestra. Dichos ejes están conectados a un motor eléctrico que los hace girar simultáneamente. A su vez, existe la posibilidad de modificar la velocidad de giro de las paletas y el tiempo deseado de funcionamiento.
La correcta ejecución de un “Jar Test” permite la comparación y evaluación de la efectividad de una serie de coagulantes y floculantes y, por extensión, oxidantes, alcalinizantes, etc., aplicados a un agua concreta (a potabilizar o a depurar) en unas condiciones experimentales dadas y perfectamente acotadas.
Recipiente B-KER2 para “Jar Tester” Sistema de filtración por columnas CFS
Las interferencias al método que pueden dificultar la determinación de las condiciones óptimas del ensayo son:
- Cambios en la temperatura del agua: puede provocar corrientes de convección que interferirían en la normal sedimentación de los flóculos.
- Intercambio gaseoso: formación de burbujas debido a la agitación mecánica, cambios de temperatura o a consecuencia de reacciones químicas, lo cual podría dar lugar a la flotación de los flóculos.
- Período transcurrido entre la toma de muestras y el ensayo: tanto la actividad biológica desarrollada en el agua, como otras reacciones físico-químicas, podrían afectar la coagulación-floculación y posterior sedimentación del agua, así como la oxidación de las sustancias presentes en ella.
La dosis óptima de un “Jar-Test” es una dosis muy orientativa que, efectivamente, servirá para ir ajustando el proceso y lograr el funcionamiento óptimo y el máximo rendimiento.
Sistema de monitorización “Jar FlocCam”
El “Jar FlocCam”, es un instrumento que monitoriza la formación de partículas de flóculos y proporciona medidas en tiempo real.
Este producto, incorpora un software que es capaz de generar gráficos comparativos entre varios sistemas “Jar FlocCam” trabajando al mismo tiempo.
De esta manera, es posible cuantificar los efectos de las condiciones de cada recipiente y comprender la progresión presente durante el funcionamiento de la planta de tratamiento a gran escala.
“Jar FloCam” “Jar FloCam” en funcionamiento
Este sistema de monitorización existe también como versión online, a través del “Basin FlocCam”, el cual iría instalado mediante una pértiga en la propia balsa de tratamiento. Este instrumento envía los datos a un software, el cual nos permite tener la medida en tiempo real de los diferentes parámetros (hasta 15): volumen, tamaño medio de los flóculos, …
LabProcess pone a vuestra disposición todos los productos y accesorios necesarios, así como nuestro conocimiento y experiencia para poder realizar este control sobre el tratamiento físico-químico, tanto a nivel de laboratorio como on-line.
