El Agua. Tratamientos fisicoquímicos de las aguas

El Agua. Tratamientos fisicoquímicos de las aguas

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas
Sedimentación: separación de partículas de mayor densidad que el agua. Tipos de sustancias que pueden sedimentar: Partículas discretas (sedimentación tipo I) Partículas floculentas (sedimentación tipo II) Sedimentación tipo I: las partículas sedimentan individualmente sin que se produzca agregación.

Fuerzas que intervienen en la sedimentación: Gravedad (FM)= (rs-rl)·g Resistencia debida a viscosidad e inercia (FT) = C · rl · v /2 En condiciones de flujo laminar las partículas sedimentan siguiendo la ley de Stokes:

H V1 V0 l L V0 H > V1 L = Q H·l·L Area = Vh

Tratamientos fisicoquímicos de aguas
Sedimentación de tipo II: agregación de partículas en otras de mayor tamaño durante el proceso de sedimentación: variación de d y por tanto de V0. Eficiencia de sedimentación no sólo depende de carga superficial sino también de tiempo de retención hidráulico. Zonas de sedimentación: clarificación, zona de suspensión homogénea, zona de transición y zona de espesamiento

Curvas de velocidad de Kynch. Influencia de la carga de sólidos

Tipos de decantadores: Rectangulares Circulares Lamelares

Ventajas e inconvenientes: Requerimientos de espacio muy elevados. Consumos energéticos bajos y operación sencilla frente a otros tratamientos. Generación de fangos.

Flotación: aplicado a aquellas partículas de menor densidad que el agua. Tipos: Natural (puede ser ayudada mediante algún método externo). Inducida: cuando la densidad inicial de las partículas es mayor y es reducida artificialmente.

Flotación natural: empleada normalmente para la separación de aceites y grasa del agua. En el caso de grasas la flotación a veces se ayuda mediante la introducción de burbujas de aire

Flotación inducida: la técnica más usada es la producción de microburbujas mediante la presurización (DAF). Disolución de aire a presiones de 3-6 bares. La despresurización produce burbujas de mm que producen la flotación de Sólidos. Aplicaciones: Separación y concentración de sólidos y fangos. Separación de aceites de refinerías. Separación de fibra de papel en papeleras.

Filtración: proceso de separación basado en el paso de una mezcla sólido- líquido a través de un medio poroso (filtro) que retiene el sólido y permite el paso del líquido (filtrado). Ecuación general Variación de R con el tiempo

Parámetros: velocidad de filtración (m/h). Pérdida de carga. Filtración: diferentes opciones: Diferentes medios filtrantes: Arena, antracitas, carbon activo Membranas plásticas o cerámicas. Diferentes fuerzas conductoras de la filtración: Altura de columna de agua o presión. Filtración tangencial: conceptos de permeado y retenido. Succión.

Ventajas e inconvenientes de filtración: Eliminación de la práctica totalidad de los sólidos en suspensión. Eliminación elevada de microorganismos patógenos. Variación del caudal a través de las membranas (aumento de resistencia de las mismas): Operación discontinua. Requerimientos energéticos elevados.

Aplicaciones principales: Tratamiento terciario para la reutilización de aguas o tratamiento previo para la potabilización de aguas. Tratamiento de aguas poco cargadas. Sustitución de decantación secundaria.

Ósmosis inversa:Empleo de membranas semipermeables que permiten el paso del agua y retienen el resto de solutos. Elementos: bomba de alta presión, membrana semipermeable. Factores a considerar: Conversión (Y)(Qpermeado/Qalimentado). Factor de concentración (CF) (Conc en retenido/Conc. en alimentado). CF=1/(100-Y) Si Y Energía pero CF y CP Qret/Conc ret Qperm/Conc Perm Qalim/Conc alim

Aplicación típica en desalación de aguas de mar. Nanofiltración: variación de la ósmosis inversa: Paso de sales monovalentes de 30-60% y bivalentes de 5-15% Reducción de costes. Aplicable a la eliminación de aguas moderadamente salinas (STD <2 g/L).

Centrifugación: proceso que usa la acción de la fuerza centrífuga para promover la separación de los sólidos en una mezcla sólido líquido. Distinguimos dos fracciones fundamentales en la mezcla centrifugada: El sedimento El sobrenadante o centrifugado

Acción de fuerza centrífuga sobre partícula de peso unitario: Fc=0.011·N·R/g (rs-rl) Donde: rs;: es la densidad de la partícula y rl la del líquido. R N RPM

Campos de aplicación de la centrifugación: Separación de sólidos de suspensiones de elevadas concentraciones. Separación de suspensiones oleosas con bajos contenidos en SS

Adsorción: basada en la capacidad de determinadas sustancias en la retención de moléculas sobre su superficie de una manera más o menos reversible. La capacidad de adsorción depende de : La superficie específica del material La naturaleza del enlace entre sustancia adsorbida y adsorbente. Tiempo de contacto entre sustancia y adsorbente.

Principales adsorbentes: Carbon activo capaz de adsorber moléculas ligeramente polares y sustancias de elevados pesos moleculares. Otros adsorbentes inorgánicos: alúmina y otros oxidos metálicos con elevadas superficies específicas ( m2 g-1) Adsorbentes orgánicos : resinas macromoleculares. Adsorbentes naturales: bentonitas, silices, etc-

Desorción: principio teórico: ley de Henry: p= xH Importancia de: Existencia de un gradiente de concentración importante entre la interfase gas / líquido. Existencia de una superficie de intercambio importante (normalmente promovida mediante agitación o turbulencia).

Coagulación- floculación: facilita la eliminación de sólidos en suspensión y partículas coloidales (menos de 1mm). Partículas coloidales: estabilidad y no decantación (suma de atracción (Van der Waals) y repulsión electrostática. La función de la coagulación es desestabilizar este balance.

Floculación: una vez desestabilizadas las partículas se facilita su agregación en partículas mayores que puedan separarse por otro medio (sedimentación, flotación...)

Reactivos: compensación de cargas negativas mediante la adición de cationes (a mayor valencia, mayor efectividad): sales inorgánicas de Al3+ y Fe3+. Floculantes polímeros inorgánicos u orgánicos Importancia del grado de mezcla y tiempo de contacto.(mezcla rápida+ mezcla lenta).

Precipitación química: mediante la adición de reactivos, que contaminantes solubles se transformen en formas insolubles o de menor solubilidad. Principales aplicaciones: Ablandamiento de aguas: eliminación por precipitación de sales de calcio y magnesio que tienden a producir precipitados en conducciones.

Ablandamiento: principios: Adición de cal: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2  2CaCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2  2MgCO3 + 2H2O Adición de sosa: NaOH + Ca(HCO3)2  CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O Parámetros de control en el proceso: pH (necesidad de rectificación posterior) Presencia de núcleos de agregación (sólidos en suspensión).

Precipitación de sílice con hidróxidos de Al, Mg o Fe. Precipitación de metales pesados a través de la formación de sulfuros (difícilmente solubles): Na2S con hidróxidos que ayudan a la precipitación. Precipitación de sulfatos: Ca2+ (como cal)+ SO4 2- CaSO4 ·2H2O Precipitación de fosfatos con cal, Fe3+ o Al3+:

Reactivo pH Necesidades Precipitado Ca(OH)2 9-12 +floculante Hidroxiapatita Fe 5 Exceso de hidróxido Fosfatos e hidróxido del metal Al 6

Intercambio iónico:sustancias que tienen en su estructura molecular radicales ácidos o básicos que pueden intercambiar con iones del mismo signo del líquido en contacto sin una alteración física de su apariencia.  Resinas de intercambio iónico (anionicas o catiónicas). Aplicaciones típicas: Ablandamiento de aguas Desilicación de aguas Desmineralización de aguas Tratamiento de aguas residuales con metales.

Necesidad de regeneración de las resinas Selección de resinas en base a anión/catión, y diferentes selectividades sobre los iones a eliminar.

Oxidación – Reducción: fundamentos: capacidad de que las sustancias cambien entre un estado oxidado y reducido mediante la ganancia (reducción) o pérdida (oxidación) de electrones. Esta posibilidad está determinada por el concepto de potencial de oxidación / reducción (potencial redox):

Si definimos como potencial de referencia el del hidrógeno, comparando los de otras sustancias veremos la tendencia relativa a ser oxidados o reducidos (mayor potencial, mayor tendencia a reducirse, oxidando otra sustancia) aOx1+bRed2  aRed1 + bOx2 (Eo1>Eo2) Distinción agentes oxidantes y reductores.

Empleo de la oxidación reducción en tratamientos de aguas: Desinfección Conversión de un elemento de un estado disuelto a un estado poco soluble. Oxidación de compuestos orgánicos refractarios (Procesos de oxidación avanzada).

Agentes oxidantes utilizados: Cloro: Cl2 +H2O  HClO + HCl HClO ClO- +H+ A pH= 5 todo el cloro está como HClO. A pH=10 todo el cloro está en forma de ClO-. El efecto desinfectante (oxidante) máximo se da con la forma HClO (cloro libre disponible). Reacciones secundarias con compuestos orgánicos y amonio (THM y cloraminas).

Ozono: acción directa sobre moléculas o generación de radicales libres OH· que provocan rupturas de moléculas. El ozono puede combinarse con luz ultravioleta que cataliza la formación de radicales OH·. Dióxido de cloro: alta capacidad oxidante: ClO2+ 5 e-  Cl- + 2O2- es sensible a la ruptura fotoquímica.

Peróxido de hidrógeno:generación de radicales OH·. Los costes son elevados por lo que su uso está limitado a la oxidación de compuestos refractarios. Puede combinarse con el ozono.

Desinfección: factores a tener en cuenta: Tiempo de contacto con el desinfectante e intensidad del desinfectante: el tiempo necesario para matar a un microorganismo es inversamente proporcional a la intensidad del desinfectante Edad de los microorganismos (mayor edad  mayor resistencia) Naturaleza del líquido desinfectante: la presencia de determinados elementos que puedan interaccionar con el desinfectante, pueden alterar la efectividad del mismo. Temperatura.

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