Coagulacion

Marco Teórico

En la depuración de aguas residuales industriales, es habitual someter a estas a un tratamiento físico-químico previo a su descarga a la red de alcantarillados o a los receptores (ríos, lagos, pantanos, etc.) siendo el más utilizado la coagulación-floculación, la eficacia de las operaciones posteriores de tratamiento depende del éxito de este proceso.

Para mejorar el proceso de coagulación-floculación, a fin de conseguir una mayor cantidad del efluente y una buena y rápida sedimentación, se emplea una serie de productos llamados coadyuvantes que actúan sobre los elementos que producen interferencias en la coagulación, o mejoran el proceso de floculación favoreciendo la formación de flóculos de mayor tamaño y densidad, aumentando, por tanto, la velocidad de sedimentación. (Aguilar, Sáez, Lloréns et al, 2002)

En los coloides, cada partícula se encuentra estabilizada por una serie de cargas de igual signo sobre su superficie, haciendo que se repelan dos partículas vecinas como se repelen dos polos magnéticos. Puesto que esto impide el choque de las partículas y que formen así masas mayores, llamadas flóculos, las partículas no sedimentan. Las operaciones de coagulación y floculación desestabilizan los coloides y consiguen su sedimentación. Esto se logra por lo general con la adición de agentes químicos y aplicando energía de mezclado. (Andía, 2000)

Conceptos de coagulación y floculación

Los conceptos términos coagulación y floculación han tenido diversas interpretaciones dependiendo del autor que los utilizase. En los últimos años se ha hecho un esfuerzo por estandarizar ambos conceptos y se ha llegado a la aceptación general de la siguiente diferenciación:

• Coagulación: es el proceso por el que los componentes de una suspensión o disolución estable son desestabilizados por superación de las fuerzas que mantienen su estabilidad.

• Floculación: es el proceso por el que las partículas desestabilizadas se unen para formar grandes partículas estables o aglomerados.

Desestabilización de coloides

Diferentes coagulantes químicos pueden llevar a cabo la desestabilización por distintos caminos. Sin embargo, según las condiciones de uso, algunos materiales pueden funcionar como coagulantes o ayuda para la coagulación. (Aguilar, Sáez, Lloréns et al, 2002)

Compresión de la doble capa difusa

Carga eléctrica y doble capa

Dentro del Agua Superficial, las partículas coloidales, son las causantes de la turbiedad y del color por lo que el tratamiento del agua está orientado a la remoción de estas partículas; estas poseen normalmente una carga eléctrica negativa situado sobre su superficie. Estas cargas llamadas cargas primarias, atraen los iones positivos del agua, los cuales se adhieren fuertemente a las partículas y atraen a su alrededor iones negativos acompañados de una débil cantidad de iones positivos (fig. 1).

Figura 1. Doble Capa de Una Partícula coloidal.

Los iones que se adhieren fuertemente a la partícula y se desplazan con ella, forman la capa adherida o comprimida, mientras que los iones que se adhieren débilmente constituyen la capa difusa, por lo tanto hay un gradiente o potencial electrostático entre la superficie de la partícula y la solución, llamado Potencial Zeta (Andía, 2000).

El potencial Z es una medida de esta fuerza de repulsión. Para coloides en fuentes de agua natural, con un pH entre 5 y 8, oscila entre -15 y -30 mV. Cuanto mayor es, en valor absoluto, mayor es la carga de la partícula. A medida que disminuye el potencial Z las partículas pueden aproximarse aumentando la posibilidad de una colisión. Los coagulantes proporcionan cargas de signo contrario para eliminar ese potencial.

La coagulación se puede presentar con un potencial pequeño sin necesidad de neutralizarlo por completo. Si se añade demasiado coagulante las partículas se cargan ahora con el signo contrario y pueden volver a dispersarse (Guía laboratorio Coagulación-Floculación-Sedimentación, 2012)

Las interacciones de algunas especies de coagulante con una partícula coloidal son puramente electroestáticas; los iones de carga similar a la carga primaria del coloide son repelidos y los contraiones son atraídos. Los coagulantes que actúan así reciben el nombre de electrolitos indiferentes.

La desestabilización de un coloide por un electrolito indiferente es realizada por los contraiones y la eficacia del proceso de coagulación por estos iones aumenta mucho por la carga.

La coagulación se produce por la compresión de la capa difusiva que rodea a las partículas coloidales. Concentraciones elevadas de electrolito en la disolución dan elevadas concentraciones de contraiones en la capa difusiva. El volumen en la capa difusiva necesario para mantener la electroneutralidad baja y, por tanto, el espesor de la capa difusiva se reduce. El alcance de la interacción repulsiva entre partículas similares coloidales disminuye. (Aguilar, Sáez, Lloréns et al, 2002)

Figura 2. Desestabilización del coloide y compresión de la capa difusa.

La figura 2, muestra como los coagulantes cancelan las cargas eléctricas sobre la superficie del coloide permitiendo la aglomeración y la formación de flóculos. Estos flóculos inicialmente son pequeños, pero se juntan y forman aglomerados mayores capaces de sedimentar. Para favorecer la formación de aglomerados de mayor tamaño se adicionan un grupo de productos denominados floculantes. Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan y generan una fuerza de repulsión, cuyo potencial de repulsión está en función de la distancia que los separa y cae rápidamente con el incremento

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