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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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:

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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

Tratamientos fisicoquímicos de aguas Curvas de velocidad de Kynch. Influencia de la carga de sólidos

Tratamientos fisicoquímicos de aguas Tipos de decantadores: Rectangulares Circulares Lamelares

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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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 40-70 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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).

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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

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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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 (300-400 m2 g-1) Adsorbentes orgánicos : resinas macromoleculares. Adsorbentes naturales: bentonitas, silices, etc-

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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).

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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).

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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).

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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+:

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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

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

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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):

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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).

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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).

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.

Tratamientos fisicoquímicos de las aguas 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.