Un sistema floculado reúne las partículas finas suspendidas en masas mayores llamadas flóculos, que pueden separarse del agua mediante sedimentación, flotación o filtración. Un sistema defloculado mantiene las partículas dispersas, normalmente porque sus cargas eléctricas provocan repulsión entre ellas, por lo que permanecen en suspensión durante más tiempo.
La diferencia fundamental es que la floculación favorece la aglomeración y la separación sólido-líquido, mientras que la defloculación favorece la dispersión y la estabilidad de la suspensión. La elección entre ambos estados depende del objetivo del proceso: clarificar agua y deshidratar lodos exige normalmente flocular, mientras que preparar suspensiones homogéneas puede requerir deflocular.
Qué es un sistema floculado
La floculación es un proceso clave en el tratamiento del agua donde partículas finas suspendidas en agua se agrupan en masas más grandes llamadas flóculos. Estos flóculos son más fáciles de separar del agua, haciendo que el proceso de tratamiento sea más eficaz.
La formación de flóculos se logra al agregar productos químicos específicos conocidos como floculantes, que ayudan a que las partículas se unan. La floculación ocurre cuando se introducen floculantes en el agua. Estos floculantes actúan neutralizando las cargas eléctricas que usualmente mantienen las partículas separadas, permitiéndoles juntarse y formar agregados más grandes.
Una vez que estas partículas se agrupan en flóculos, pueden ser removidas más fácilmente del agua mediante procesos como la sedimentación o la filtración. Floculantes comunes incluyen sulfato de aluminio (alumbre), sales de hierro y polímeros orgánicos, cada uno elegido en base a las características específicas del agua que se trata y la naturaleza de los contaminantes presentes.
Qué es un sistema defloculado
Muchos coloides son formados debido a peptización o defloculación. Este es un proceso químico mediante el cual un precipitado se convierte en un coloide al agitarlo con un electrolito llamado agente peptizante.
Este fenómeno ocurre cuando las partículas coloidales tienen cargas eléctricas del mismo signo, que se repelen entre sí. Esto es causado por la adición de un electrolito al sistema, por ejemplo, una solución concentrada de NaCl.
La peptización afecta negativamente a los procesos de sedimentación y filtración de sólidos suspendidos en aguas residuales. Cuando las partículas permanecen dispersas, no forman agregados suficientemente grandes y estables para depositarse con facilidad o quedar retenidos eficazmente por los medios de separación.
Diferencia entre floculación, defloculación y coagulación
La coagulación y la floculación son procesos esenciales en el tratamiento de aguas residuales, ya que permiten la separación de sólidos coloidales y suspendidos más pequeños. La coagulación es el proceso por el cual se desestabilizan las partículas coloidales presentes en el agua.
Esta desestabilización se consigue neutralizando las cargas eléctricas de la superficie de estas partículas. Esta neutralización se logra mediante agentes coagulantes, que generalmente son sales metálicas con carga positiva.
La coagulación es el proceso mediante el cual se desestabilizan las partículas suspendidas en el agua, generalmente utilizando coagulantes inorgánicos como sales de aluminio o hierro y coagulantes orgánicos como poliaminas, polydadmacs y derivados de sustancias naturales como los taninos.
Estas partículas tienen una carga negativa que las mantiene en suspensión; los coagulantes neutralizan esta carga, permitiendo que las partículas se aglutinen en pequeñas masas. La coagulación es el paso inicial donde se añaden coagulantes, como sulfato de aluminio o sales de hierro, al agua para desestabilizar y neutralizar las cargas de las partículas suspendidas.
La floculación es la etapa que sigue a la coagulación. Aquí, los floculantes, que son polímeros de cadena larga, ayudan a formar flóculos más grandes a partir de las partículas desestabilizadas, permitiendo que su separación del agua sea más fácil, ya sea por sedimentación o flotación.
La combinación de coagulación y floculación asegura una eliminación eficiente de una amplia gama de contaminantes transformando partículas dispersas y estables en grandes agregados que pueden separarse fácilmente del agua.
| Estado o proceso | Comportamiento de las partículas | Resultado principal |
|---|---|---|
| Defloculado | Las partículas se repelen y permanecen dispersas | Suspensión estable, sedimentación y filtración difíciles |
| Coagulación | Se neutralizan las cargas eléctricas | Formación de pequeñas masas o microflóculos |
| Floculado | Las partículas desestabilizadas se unen mediante floculantes | Flóculos grandes, separación por sedimentación, flotación o filtración |
Partículas suspendidas, suspensiones y coloides
Las aguas residuales suelen contener partículas sólidas de diversos tamaños y orígenes que contribuyen a su contaminación. Estos sólidos pueden ser orgánicos o inorgánicos, y su tamaño puede variar desde fracciones de micra hasta milímetros.
Se conocen como sólidos suspendidos totales (SST) y su presencia puede provocar obstrucciones y daños en las instalaciones por las que circula el efluente. Cuando son de naturaleza orgánica, también pueden producir biopelículas y ser fuentes de fermentación e infecciones.
Los sólidos suspendidos totales corresponden a sólidos no disueltos que permanecen dispersos en el fluido y no tienden a sedimentar. Se presentan en forma de suspensión o en forma coloidal debido a su carga eléctrica. Su concentración se mide en mg/l (ppm).
| Característica | Suspensiones | Disoluciones | Coloides |
|---|---|---|---|
| Tamaño de partícula | ≥1000 nm | 0.1 - 1 nm | 1 - 1000 nm |
| Presentan sedimentación | Sí | No | No |
| Visibilidad | Translúcidas u opacas | Transparentes | Opacas o transparentes |
| Separación por filtración | Sí | No | No |
| Efecto Tyndall | No aplicable | No | Sí |
| Fases presentes | 2 | 1 | 2 |
En una solución, todo el fluido es homogéneo y los sólidos disueltos no pueden distinguirse, mientras que en una suspensión los sólidos son evidentes, filtrables y tienden a sedimentar. En una dispersión coloidal, los sólidos no son filtrables y solo son visibles a simple vista mediante el efecto Tyndall.
El efecto Tyndall es una técnica visual para detectar la dispersión de la luz por partículas coloidales. Si una solución coloidal se ilumina con un haz de luz, las partículas dispersan la luz y hacen que la mezcla parezca turbia u opaca.
Por qué se forman los coloides
La formación de coloides se produce porque los microsólidos suspendidos dentro de soluciones acuosas no pueden separarse mediante sedimentación y filtración. Es un equilibrio delicado entre las fuerzas electrostáticas, el tamaño de las partículas y las condiciones ambientales.
Estos factores determinan la estabilidad y las propiedades de los coloides en solución. Es un proceso complejo que depende del tamaño de las partículas, la carga eléctrica, la naturaleza del disolvente, la temperatura, la naturaleza de las partículas y la agitación o mezcla.
Las partículas coloidales tienen una carga eléctrica en su superficie debido a la adsorción de iones. La repulsión electrostática entre partículas con carga del mismo signo evita que se agreguen.
La carga superficial puede modificarse mediante la adición de electrolitos o tensioactivos. En disolventes polares como el agua, las partículas coloidales tienden a dispersarse con mayor facilidad.
La temperatura afecta a la solubilidad y estabilidad de los coloides. Algunos coloides pueden coagularse o precipitar a temperaturas extremas.
La agitación mecánica favorece la dispersión de las partículas y la formación de coloides. Una mezcla adecuada es esencial para conseguir una distribución uniforme.
Cómo funciona la floculación
La floculación es un proceso cuidadosamente controlado que juega un papel crítico en el tratamiento efectivo del agua al eliminar varios contaminantes. El proceso involucra varios pasos clave.
Introducción de floculantes
Se añaden al agua productos químicos específicos conocidos como floculantes usados en el tratamiento del agua. Estas sustancias promueven la agregación de partículas finas neutralizando sus cargas eléctricas, que típicamente las hacen repelerse.
El proceso de floculación consiste en la aglomeración de las partículas desestabilizadas primero en microflóculos y después en aglomerados denominados flóculos.
Esto se consigue con la adición de productos químicos llamados floculantes de elevado peso molecular y solubles en agua que se disocian en el agua dando forma iónicas múltiples que actúan como puentes de unión entre las partículas coaguladas.
Mezcla suave
Después de agregar floculantes, el agua se mezcla suavemente para fomentar colisiones entre las partículas, llevando a la formación de masas más grandes y densas llamadas flóculos.
La intensidad y duración de la mezcla se controlan cuidadosamente para asegurar una formación óptima de flóculos sin romper los agregados recién formados. Una mezcla suave y uniforme permite que las partículas entren en contacto y formen flóculos sin hacer que se desintegren.
Una mezcla demasiado vigorosa puede desgarrar los flóculos, reduciendo su tamaño y dificultando su remoción. El tiempo de mezcla adecuado es esencial para permitir suficiente contacto entre partículas y floculantes.
Crecimiento de los flóculos
A medida que la mezcla continúa, los flóculos crecen en tamaño al capturar partículas adicionales y flóculos más pequeños. El aumento de tamaño y peso facilita que estos agregados se separen del agua en etapas de tratamiento posteriores.
Cuando las partículas suspendidas interactúan entre sí, primero se forman microflóculos y luego flóculos. Los floculantes actúan como una red y reúnen los coágulos en grupos mayores, separables mediante decantación, flotación o filtración.
Remoción de los flóculos
Una vez formados adecuadamente, los flóculos son removidos del agua a través de procesos como la sedimentación, donde los flóculos se depositan en el fondo de un tanque debido a la gravedad, y la filtración, donde el agua pasa a través de un medio que atrapa los flóculos.
Este paso elimina eficazmente sólidos suspendidos, materia orgánica y microorganismos, mejorando significativamente la claridad y calidad del agua.
La sedimentación o flotación elimina los flóculos, dependiendo del proceso. Por gravedad, el material agrupado cae al cono del clarificador, listo para su descarga.
Importancia del pH y de la mezcla
La eficiencia de la floculación en el tratamiento del agua depende en gran medida de mantener niveles óptimos de pH y condiciones de mezcla adecuadas. La acidez o alcalinidad del agua influye en la efectividad de los floculantes.
Cada floculante tiene un rango óptimo de pH donde desempeña mejor. Por ejemplo, los floculantes a base de aluminio son más efectivos en condiciones de pH ligeramente ácidas a neutras, mientras que los floculantes de hierro pueden operar efectivamente en un rango de pH más amplio.
Mantener el pH correcto asegura la máxima neutralización de cargas y una formación de flóculos eficiente. El pH es importante para verificar una buena coagulación y el pH ideal depende del tipo de coagulante que se vaya a utilizar.
Para pH tendente a la acidez, se suele utilizar FeCl3, mientras que para pH tendente a la alcalinidad se utilizan sales de aluminio del tipo PAC, y para pH neutro se suele utilizar Al2(SO4)3.
La duración óptima de la mezcla varía dependiendo de las características del agua y del tipo de floculante utilizado, pero típicamente oscila entre 15 y 45 minutos. El control adecuado del pH y las condiciones de mezcla conduce a una remoción más efectiva de contaminantes, un uso reducido de productos químicos y una mejora general en la eficiencia del proceso de tratamiento del agua.
Condiciones de mezcla en coagulación y floculación
El proceso de coagulación requiere una buena mezcla. Para alcanzar elevados rendimientos en la mezcla se utilizan técnicas en las que se aplica mucha energía. El proceso de coagulación adopta tiempos entre 30 segundos y 3 minutos.
La coagulación se lleva a cabo en una cámara con agitación rápida, aproximadamente a 1500 rpm, con hélices tipo sable y un tiempo de residencia de unos 3 - 5 minutos.
En la floculación, la agitación debe ser lenta para evitar que se rompan los flóculos formados. La consistencia y densidad de los flóculos formados, que sedimentarán en el fondo del recipiente, deben observarse durante el proceso.
Floculantes: composición y tipos
Los floculantes son polímeros solubles en agua de alto peso molecular que tienen la capacidad de aglomerar partículas finas y coloides presentes en el agua, creando flóculos más grandes y fáciles de separar.
Los más comunes son las poliacrilamidas, que combinan la acrilamida con otros monómeros. La combinación con monómeros catiónicos o aniónicos, además de darle carga iónica, le confiere propiedades específicas al polímero.
A veces se les conoce también como polielectrolitos. La estructura del polímero puede ser lineal o reticulada y generalmente antes de utilizarlos se deben disolver en agua para que la cadena polimérica se desarrolle y pueda actuar.
El proceso de floculación es clave en los tratamientos fisicoquímicos que buscan la clarificación del agua, ya sea por sedimentación o flotación, y en los tratamientos de espesado y deshidratación de los lodos.
El uso de floculantes es crítico para lograr cumplir con los estándares de descarga de agua y reducir los niveles de turbidez, sólidos en suspensión, materiales orgánicos e incluso ciertos metales pesados presentes en los efluentes.
Floculantes en polvo
Los floculantes en polvo, aunque ampliamente utilizados, requieren una preparación extensa antes de su aplicación. Estos productos suelen disolverse en agua antes de ser dosificados, lo que implica tiempos de preparación prolongados y la necesidad de equipos especializados.
Son comunes en aplicaciones industriales y municipales, pero su manejo y preparación pueden ser complejos y costosos.
Floculantes en emulsión
Los floculantes en emulsión se presentan en una fase líquida oleosa, lo que permite una disolución más rápida que los floculantes en polvo. Sin embargo, presentan limitaciones importantes debido a su alta viscosidad, lo que dificulta su manipulación y requiere equipos de dosificación más sofisticados y costosos.
Además, debido a la presencia de solventes y aceites minerales, dificulta el reaprovechamiento de los lodos tratados para usos como agricultura o mejoradores de suelo. El rendimiento tanto de las emulsiones como del polvo es muy dependiente de la calidad del agua empleada en su disolución.
Floculantes en dispersión acuosa
Los floculantes en dispersión acuosa ofrecen claras ventajas sobre las otras opciones. Esta tecnología destaca por su baja viscosidad y ausencia de disolventes, lo que la hace más respetuosa con el medio ambiente y mucho más fácil de aplicar.
A diferencia de los floculantes en emulsión o en polvo, los productos en dispersión no requieren dilución previa ni tiempos de preparación prolongados, lo que reduce significativamente los costos operativos y mejora la eficiencia.
- Su baja viscosidad permite su manejo con equipos más simples y de bajo coste.
- Con tiempos de preparación de entre 10 y 15 minutos, estos floculantes están listos para su uso mucho más rápido que las emulsiones o los polvos.
- Al no contener disolventes ni aceites, no incrementan la DQO y DBO de las aguas tratadas, mejorando así el perfil ambiental de los procesos.
- Son aplicables en una amplia gama de industrias, desde la automotriz hasta la alimentaria.
Suspensiones floculadas y defloculadas
Son sustancias que se añaden a las suspensiones que hacen que las partículas sólidas formen “flóculos” o aglomeraciones de partículas que necesitan una gran cantidad de agua para mantenerse sin decantar.
Tienen carácter ácido, con iones ácidos, cuando se disuelven en agua y promueven aún más la atracción entre las partículas de arcilla. Aumentan la viscosidad de la suspensión sin modificar su densidad.
Una suspensión floculada en reposo decanta en el fondo del recipiente formando un amasijo esponjoso, quedando agua limpia por encima del sedimento. Al contener mucha agua, el sedimento floculado se deshace fácilmente por agitación.
Los floculantes facilitan que se mantengan las partículas pegadas entre sí, por lo que pueden hacer que una suspensión adquiera el aspecto de gel. La suspensión puede parecer una especie de crema densa o gelatina aunque su densidad siga siendo la de un líquido.
En este estado de “gelación”, la suspensión adquiere la propiedad de tixotropía, que consiste en que en reposo es sólida y cuando se agita obtiene la fluidez de un líquido.
La gelación ocurre de forma espontánea en ciertos esmaltes que contienen materiales solubles o parcialmente solubles que actúan como floculantes de la suspensión, como ocurre con esmaltes de alto contenido en boratos o en nefelina sienita.
También se puede obtener añadiendo sal inglesa, sulfato magnésico MgSO4·7H2O, o vinagre a cualquier esmalte que tenga una densidad baja.
Floculación en esmaltes, barbotinas y engobes
La gelación de un esmalte es útil si se va a aplicar con pincel porque aporta homogeneidad y evita el goteo, pero es un problema si se va a aplicar por vertido o por inmersión, ya que el esmalte no escurre bien y forma mucho grosor de capa.
Por otro lado, un esmalte gelificado retiene mucha agua y tiene mucha contracción durante el secado, por lo que pueden producirse grietas, además de tener un periodo de secado más largo.
En las barbotinas, la gelación es muy útil ya que mejora la adherencia. Es muy común añadir unas gotas de vinagre a una barbotina que se emplea para pegar piezas modeladas.
Los engobes se floculan y se gelifican cuando se quieren aplicar en capa gruesa sin que goteen. En todos los casos, la floculación y la gelación conllevan una mayor cantidad de agua retenida, por lo que el secado es más lento y con mayor contracción.
Sales de Epsom
Las sales de Epsom o también “sal inglesa” son sulfato de magnesio heptahidratado, con fórmula MgSO4(H2O)7, que se emplea como floculante.
Es más efectivo que el vinagre y un poco menos que el cloruro de calcio. Se suele añadir a engobes que vayan a aplicarse sobre superficies poco porosas y en esmaltes para evitar que escurran sobre el bizcocho.
Basta con añadir 2 gramos de sales de Epsom por cada 4 litros de esmalte.
Cloruro de calcio
El cloruro de calcio, CaCl2, es el floculante más activo y se utiliza mucho con esmaltes que vayan a aplicarse sobre superficies poco porosas.
Basta añadir entre 1 y 3% para provocar la gelación. Funciona muy bien con esmaltes que contienen carbonatos.
Vinagre
El vinagre se utiliza en esmaltes, engobes y barbotinas como floculante. Si hay carbonatos, el vinagre reacciona con ellos produciendo CO2 y neutralizando la gelación.
Añadido en pastas provoca mayor plasticidad, ya que se neutralizan los iones de sodio que tienden a deflocular la pasta.
Defectos de una floculación inadecuada
En ocasiones puede formarse pin floc, también conocido como “pin-point floc”. Este fenómeno se produce en el contexto del tratamiento de aguas residuales y de los procesos de lodos activados y se caracteriza por la formación de pequeños flóculos con estructura puntual.
Estos flóculos son frágiles y presentan dificultad para sedimentar y llegar al fondo del tanque o clarificador. También tienen dificultad para separarse del líquido y formar un manto denso en un flotador.
Tienden a romperse si se producen fugas y el efluente tratado puede parecer turbio debido a la presencia de estos sólidos. Estos pinflóculos suelen generarse en lodos antiguos o en algunos vertidos industriales con características dispersantes.
También tienden a aparecer durante la puesta en marcha de las instalaciones de tratamiento de efluentes y desaparecen en cuanto se estabiliza la floculación.
Test de jarras para ajustar el sistema
El “jar-test” es el ensayo más utilizado para determinar y ajustar los reactivos coagulantes y floculantes que deben dosificarse en el agua. Tiene la ventaja de realizarse en un aparato portátil que puede utilizarse en el punto de vertido.
Es una técnica fundamental en el tratamiento del agua en general y en el tratamiento de aguas residuales en particular. El ensayo se realiza en un equipo de laboratorio que contiene vasos, y cada vaso representa una etapa del proceso de tratamiento del agua.
Durante un “jar-test”, se añaden diferentes dosis de coagulantes y floculantes a los vasos para simular las condiciones reales de tratamiento.
Procedimiento del jar-test
Dependiendo del coagulante que se vaya a dosificar, se ajusta el pH del efluente y se pone en marcha el agitador para homogeneizarlo. A continuación, se añade el reactivo seleccionado, comenzando con pequeñas dosis que pueden incrementarse hasta observar la presencia de pequeños flóculos.
La agitación se realiza a velocidad rápida. Después se dosifica el floculante seleccionado, que puede ser catiónico, aniónico o no iónico, dependiendo de la polaridad esperada en el conjunto de coagulados obtenido.
Los floculantes deben estar muy diluidos, aproximadamente al 0.1%, debido a su alta viscosidad y baja dosificación. Es habitual aportar más coagulante, entre 10 - 20 ppm, que floculantes, entre 0.5 - 2 ppm.
En la floculación, la agitación debe ser lenta para evitar que se rompan los flóculos formados. Se observarán la consistencia y la densidad de los flóculos formados, que sedimentarán en el fondo del recipiente.
Es normal realizar varios ensayos con diferentes coagulantes y floculantes para optimizar el proceso. El aspecto del flóculo formado puede dar una idea del mejor proceso de separación que se debe aplicar.
Si el flóculo es denso y precipita fácilmente, la decantación puede ser el proceso más adecuado, mientras que si tiene dificultad para precipitar o es muy esponjoso o graso, la flotación puede ser la tecnología más adecuada.
En cualquier caso, esto solo constituye una primera indicación que debe tenerse en cuenta al definir la línea de tratamiento más adecuada.
Medición de la estabilidad de los coloides
La medición de las cargas eléctricas superficiales de las partículas coloidales es esencial para comprender su comportamiento y estabilidad. El efecto Tyndall permite observar la refracción de la luz en las partículas.
El potencial zeta es una medida cuantitativa de la carga eléctrica en la doble capa eléctrica alrededor de las partículas coloidales. Se mide mediante técnicas como la electroforesis o la microscopía de fuerza atómica.
La electroforesis consiste en aplicar un campo eléctrico a una solución coloidal y medir la velocidad de movimiento de las partículas. El potencial zeta se calcula a partir de esta velocidad mediante dispositivos llamados zetámetros.
Esta medición tiene en cuenta el pH del medio, que para aguas naturales oscila entre -14 y -30 mV a pH 5 a 8. Cuanto más negativo es este valor, expresado en mV, mayor es la carga eléctrica de las partículas.
La microscopía de fuerza atómica permite visualizar y medir las fuerzas repulsivas o atractivas entre partículas coloidales sobre una superficie sólida. La turbidez es la única medición continua.
La turbidez suele expresarse en NTU, unidad nefelométrica de turbidez, y puede establecerse una correlación con la concentración de SST, aunque siempre es necesario obtener valores en laboratorio para establecer la correlación matemática.
La conductancia superficial también proporciona información sobre las cargas eléctricas. Se basa en la distribución de iones en la doble capa eléctrica y evalúa cómo afecta al campo eléctrico.
Si la conductancia es alta, el potencial zeta se subestima. El análisis de la doble capa eléctrica proporciona información sobre las cargas superficiales alrededor de una partícula coloidal.
Micelas coloidales y floculación
Las micelas coloidales están estrechamente relacionadas con los procesos de coagulación y floculación en el tratamiento de aguas residuales. Son agregados de moléculas con una parte hidrofílica y otra hidrofóbica, es decir, anfipática, que se forman en soluciones acuosas.
Estas micelas tienen una estructura esférica o cilíndrica, donde las cabezas hidrofílicas se encuentran en la superficie y las colas hidrofóbicas se agrupan en el interior.
Las micelas pueden transportar y mantener en suspensión sustancias insolubles en agua, como grasas y aceites, e incluso aumentar la solubilidad de ciertos contaminantes no deseados.
Las micelas coloidales también pueden desestabilizarse mediante coagulantes, ya que las cabezas hidrofílicas de las micelas pueden interactuar con los iones del coagulante.
Durante la floculación, las micelas coloidales pueden adsorberse sobre la superficie de los flóculos formados. Esto contribuye a la estabilidad de estos flóculos y facilita su retención en procesos de filtración o sedimentación.
La estabilidad de estas micelas se puede medir mediante el potencial zeta en la interfaz partícula-líquido, que es proporcional a la estabilidad del coloide.
Plantas y sistemas de floculación
Una planta de floculación es un dispositivo técnico para llevar a cabo el proceso de floculación. En esta planta se añaden floculantes para agregar los sólidos en suspensión más pequeños o las impurezas del agua y formar flóculos, que luego pueden eliminarse por sedimentación, flotación o filtración.
Las plantas de floculación suelen formar parte de las depuradoras de aguas residuales o de las plantas de tratamiento de agua potable y desempeñan un papel importante en la eliminación de la turbidez, los compuestos orgánicos y los metales pesados.
Un ejemplo es la planta de floculación de una depuradora, que se utiliza antes de la sedimentación para mejorar el rendimiento de la depuración.
Un sistema de dosificación de floculantes o coagulantes es el equipamiento formado por tanques, bombas, mezcladores y tuberías ubicados entre la fosa de recogida de aguas sucias y el sistema de clarificación del agua del silo.
Su función es inyectar en la tubería de impulsión de aguas sucias una dosis de polielectrolitos para que los sólidos suspendidos en el agua se depositen rápidamente.
Componentes de una estación de dosificación
Incluye una bomba dosificadora instalada sobre un tanque graduado, con filtro de fondo, mezclador motorizado y válvulas de aspiración y de impulsión con inyector.
La clarifloculación es un tratamiento químico-físico aplicado a aguas turbias para tratarse por clarificación. Consiste principalmente en inyectar una solución química en el circuito de aguas residuales que se dirige al clarificador.
Este proceso desestabiliza las partículas suspendidas libres, formando gradualmente agregados de lodo o flóculos que, al aumentar de peso, precipitan más rápido hasta el fondo del clarificador, permitiendo que el agua limpia suba hacia la parte superior.
La estación puede ser semiautomática o completamente automática, equipada con agitador para mantener la solución floculante bien mezclada, bomba dosificadora de membrana de alta precisión y conexión al cuadro de control principal del sistema de tratamiento del agua.
Preparación automática del floculante
Una estación completamente automática tiene dos tanques. El primero sirve para la preparación y maduración del floculante: se llena automáticamente con agua limpia y el floculante granulado puro se dosifica desde la tolva mediante un tornillo sinfín para mezclarlo correctamente.
Tras el tiempo necesario de maduración química, una bomba transfiere automáticamente la solución del tanque 1 al tanque 2, que es el tanque de dosificación listo para el uso.
Desde el tanque 2, la solución se inyecta directamente en la tubería de envío del agua sucia mediante una bomba dosificadora.
Separación por flotación DAF
Un sistema de flotación por aire disuelto, DAF, es una tecnología altamente eficiente para el tratamiento de aguas residuales con presencia de coloides una vez coagulados y floculados.
El DAF es un proceso de clarificación que utiliza microburbujas de aire para separar partículas coloidales y sólidos suspendidos del agua. Se basa en la capacidad de las burbujas de aire para adherirse a las partículas de microsólidos y elevarlas a la superficie, formando una espuma flotante.
Un sistema DAF es especialmente eficaz para eliminar aceites, grasas, sólidos suspendidos y materia floculada.
En un flotador DAF, el agua contaminada se introduce en un tanque de flotación, al que se inyectan microburbujas de aire prepresurizado. Estas microburbujas se expanden dentro del líquido y se adhieren a las partículas coloidales, que flotan hacia la superficie y forman una capa de espuma que es conducida a una tolva mediante un sistema mecánico de barrido.
En comparación con el proceso convencional de sedimentación, la clarificación mediante un flotador DAF ofrece ventajas importantes, como una eliminación muy elevada de sólidos suspendidos totales, aceites y grasas, ≥95%, y una concentración de sólidos en el lodo del orden de 3 - 4 %, frente al 1 % que suele alcanzarse en el proceso de sedimentación.
Equipo de flotación DAF compacto con una unidad de coagulación floculación integrada - Animación 3D
Floculación y filtración por membranas
Con la creciente demanda de procesos que faciliten la reutilización de las aguas residuales, la tecnología DAF se ha adoptado ampliamente debido a su eficacia para clarificar el agua que posteriormente será tratada mediante tecnologías de filtración por membranas.
El proceso de filtración por membranas es un método físico que permite separar moléculas de diferentes tamaños y características. Se basa en el uso de membranas con permeabilidad selectiva para distribuir los componentes en dos corrientes diferentes.
El transporte a través de la membrana se efectúa por la acción de una fuerza impulsora, como un potencial eléctrico o un gradiente de concentración o presión.
- La filtración utiliza membranas con poros de diferentes tamaños para separar las partículas según su tamaño.
- La microfiltración, MF, funciona a baja presión para separar partículas de alto peso molecular, coloides en suspensión o sólidos disueltos.
- La ultrafiltración, UF, permite separar macromoléculas y coloides.
- La diálisis utiliza membranas semipermeables para eliminar sustancias no deseadas de una solución.
El material coloidal tiene una influencia negativa sobre las membranas, ya que provoca ensuciamiento y obstrucción. El SDI, índice de densidad de sedimentos, o Fouling Index, se utiliza para medir la eficiencia de un sistema de separación de sólidos suspendidos totales.
El cálculo consiste en hacer pasar una corriente del agua analizada a través de un filtro de 0.45 micras y 47 mm de diámetro, situado dentro de un soporte específico, a una presión constante de 2.1 bar.
En este ensayo se mide el tiempo necesario para llenar un recipiente de 500 cc antes y después de hacer pasar el agua por el papel de filtro durante 15 minutos.
Índice SDI = (100 * (1 - (t1 / t2)) / T
Aplicaciones de la floculación
Tratamiento de agua potable
La floculación en el tratamiento del agua juega un papel crucial en la producción de agua potable segura. Al reducir la turbidez, la floculación ayuda a eliminar partículas suspendidas que pueden albergar microorganismos dañinos o contribuir a un sabor y olor desagradables.
El proceso agrega estas partículas finas en flóculos más grandes, que luego son fácilmente removidos mediante sedimentación o filtración. Este paso asegura que el agua cumpla con estrictos estándares de seguridad y calidad antes de ser distribuida a los consumidores.
Tratamiento de aguas residuales
En el contexto del tratamiento de aguas residuales, los floculantes son vitales para agregar y remover una variedad de contaminantes de las aguas residuales industriales y municipales.
Estos contaminantes a menudo incluyen metales pesados, materia orgánica y otras sustancias peligrosas que pueden representar serios riesgos ambientales y para la salud si se liberan sin tratamiento.
La floculación ayuda a concentrar estos contaminantes en flóculos, que pueden separarse eficazmente del agua, reduciendo la carga de contaminantes en general y haciendo que el agua tratada sea más segura para su descarga o reutilización.
Gestión de aguas pluviales
La floculación también es una herramienta importante en la gestión de aguas pluviales, donde se usa para controlar y reducir la carga de contaminantes en el agua de escorrentía antes de ser liberada de nuevo en cuerpos de agua natural.
Las aguas pluviales pueden transportar una amplia gama de contaminantes, incluidos sedimentos, aceites, metales pesados y nutrientes de áreas urbanas.
Al aplicar floculación, estos contaminantes se agregan en flóculos, que pueden ser eliminados mediante sistemas de sedimentación o filtración. Este proceso ayuda a proteger ríos, lagos y áreas costeras de la contaminación, contribuyendo a la preservación de los ecosistemas acuáticos y la calidad del agua.
Industria alimentaria
La industria alimentaria genera aguas residuales con altos niveles de sólidos en suspensión, grasas y otros contaminantes orgánicos.
En particular, las industrias láctea y cárnica utilizan floculantes para mejorar la clarificación, facilitar la eliminación de contaminantes y la deshidratación de los lodos generados en la depuradora.
- Clarificación de efluentes ricos en sólidos.
- Reducción de grasas y proteínas en el agua residual.
- Optimización de las etapas de flotación y decantación.
- Deshidratación de lodos.
EDAR municipales
Las EDAR son instalaciones clave para la gestión del agua en cualquier población. Estas depuradoras dependen del uso de floculantes para asegurar la eliminación eficiente de sólidos en suspensión, grasas y contaminantes orgánicos, así como para garantizar que el agua tratada cumpla con las normativas de vertido a dominio público.
Los floculantes permiten la eliminación de sólidos finos y partículas suspendidas en las etapas de decantación y flotación. En las EDAR, los floculantes mejoran la separación del agua de los lodos generados, reduciendo el volumen total de residuos y facilitando su disposición final.
La aplicación de floculantes garantiza que las empresas cumplan con los límites normativos de vertido, evitando sanciones y daños ambientales.
Minería, fabricación de papel y petróleo
Los floculantes para el tratamiento de aguas residuales son esenciales para minimizar el impacto ambiental y permitir la depuración del agua de manera segura y eficiente.
Estos productos químicos especializados desempeñan un papel vital al aglomerar las partículas suspendidas en el agua, facilitando la separación sólido-líquido.
Su uso es fundamental en una amplia gama de sectores industriales además del tratamiento de aguas residuales municipales e industriales, como la minería, la fabricación de papel y la industria del petróleo.
Optimización mediante el potencial zeta
Para lograr los mejores resultados en floculación en el tratamiento del agua, es esencial ajustar las condiciones bajo las cuales ocurre la floculación. Esta optimización es crucial para asegurar que el proceso sea tanto eficiente como rentable.
El potencial zeta es un indicador crítico de la estabilidad de las dispersiones coloidales, lo que afecta directamente a la forma en que las partículas interactuarán con los floculantes.
Al evaluar el potencial zeta, se obtienen datos sobre la carga electrostática de las partículas en el agua. Esta información es crucial para entender y predecir el comportamiento de las partículas durante la floculación, permitiendo ajustar el tipo y la cantidad de floculantes utilizados, así como otras condiciones de tratamiento.
Dosificación optimizada
La medición del potencial zeta permite identificar la cantidad exacta de floculante necesaria para neutralizar las cargas de las partículas, lo que lleva a una formación efectiva de flóculos sin un uso excesivo de productos químicos.
Esta optimización mejora la eficiencia del proceso de floculación, reduce los costos químicos y minimiza el impacto ambiental.
Ajuste del pH
La efectividad de la floculación a menudo está influenciada por el pH del agua. Los datos del potencial zeta pueden utilizarse para ajustar los niveles de pH al rango ideal para el rendimiento del floculante.
Al asegurar que el pH esté correctamente equilibrado, el proceso de floculación se vuelve más eficiente, llevando a una mejor agregación de partículas y una mayor claridad del agua tratada.
Ajuste de la mezcla
La medición del comportamiento de las partículas y de los flóculos en diferentes condiciones ayuda a optimizar los protocolos de mezcla. Una mezcla adecuada es esencial para promover una efectiva formación de flóculos sin romper los flóculos una vez que se han formado.
Al ajustar finamente la intensidad y duración de la mezcla basándose en datos del comportamiento de las partículas, las instalaciones de tratamiento de agua pueden asegurar que el proceso de floculación sea tanto efectivo como consistente.
Beneficios del proceso de coagulación y floculación
- Reducción significativa de sólidos en suspensión.
- Mejora de la claridad del agua.
- Reducción de metales pesados y otros contaminantes.
- Mayor eficiencia en los sistemas de tratamiento de aguas residuales.
- Reducción de los costos operativos del tratamiento de lodos.
- Optimización del proceso de reutilización del agua en procesos industriales.
- Mejora de la separación sólido-líquido.
- Facilitación de la sedimentación, flotación y filtración.
- Reducción de la turbidez y de la carga contaminante.
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