020 J-Coagulación_ floculación-curso

Ing. Alejandro Juan Moreno Oscanoa

I.I. Definiciones bDefiniciones báásicas y principios de sicas y principios de coagulacicoagulacióón y floculacin y floculacióón.n.

II.II. Tipo de coagulantes empleados en el Tipo de coagulantes empleados en el tratamiento de aguas residuales.tratamiento de aguas residuales.

III.III. Unidades de coagulaciUnidades de coagulacióón y floculacin y floculacióón.n.

IV.IV. ParParáámetros bmetros báásicos de disesicos de diseññoo

1.1. CoagulaciCoagulacióón qun quíímica.mica.-- Reacciones y mecanismos en la Reacciones y mecanismos en la desestabilizacidesestabilizacióón qun quíímica de las partmica de las partíículas y la formaciculas y la formacióón de n de partpartíículas de mayor tamaculas de mayor tamañño por floculacio por floculacióón. Subprocesos n. Subprocesos son dos: la adicison dos: la adicióón y mezcla de coagulantes y la floculacin y mezcla de coagulantes y la floculacióón n posterior.posterior.

2.2. Coagulantes.Coagulantes.-- Agente quAgente quíímico (orgmico (orgáánico e inorgnico e inorgáánico) nico) utilizado para la desestabilizaciutilizado para la desestabilizacióón de los coloides de las n de los coloides de las aguas residuales.aguas residuales.

3.3. Floculante.Floculante.-- Agente quAgente quíímico (orgmico (orgáánico) utilizado para nico) utilizado para mejorar el proceso de floculacimejorar el proceso de floculacióón. Usado despun. Usado despuéés de la s de la aplicaciaplicacióón del coagulante. Mejorar la formacin del coagulante. Mejorar la formacióón del n del flocfloc

4.4. FloculaciFloculacióón.n.-- Proceso por el cual se incrementa el tamaProceso por el cual se incrementa el tamañño de o de la partla partíícula como resultado de la colisicula como resultado de la colisióón entre partn entre partíículas. culas. Tipos: floculaciTipos: floculacióón peri cinn peri cinéética y floculacitica y floculacióón orto cinn orto cinéética.tica.

SSóólidos suspendidos.lidos suspendidos.•• PartPartíículas minerales: grava, arcillas, arenas.culas minerales: grava, arcillas, arenas.

•• PartPartíículas orgculas orgáánicas: materia orgnicas: materia orgáánicanica

PartPartíículas coloidales (menor que 1 culas coloidales (menor que 1 μμm)m)••Mismo origen que SS.Mismo origen que SS.

•• Velocidad de sedimentaciVelocidad de sedimentacióón bajan baja

Sustancias disueltas (menor que algunos Sustancias disueltas (menor que algunos nannanóómetros)metros)•• Cationes, aniones, materia orgCationes, aniones, materia orgáánica disuelta.nica disuelta.

Fuente: Stumm and Morgan, 1981

�� Un coloide es un sistema Un coloide es un sistema ququíímico formado por mico formado por pequepequeññas partas partíículas culas distribuidas en un medio distribuidas en un medio homoghomogééneo. La parte neo. La parte homoghomogéénea se denomina nea se denomina fase dispersante, y el fase dispersante, y el conjunto de partconjunto de partíículas culas fase dispersafase dispersa

�� PartPartíículas cuyo tamaculas cuyo tamañño o es menor a 1 es menor a 1 umum..

�� Estabilidad coloidal.Estabilidad coloidal.�� Gran relaciGran relacióón n

áárea/volumenrea/volumen

Movimiento Browniano y DifusiMovimiento Browniano y Difusióónn PresiPresióón Osmn Osmóóticatica

Efecto TyndallEfecto Tyndall--FaradayFaraday

Fuente: Manual de Tratamiento de Agua de Degremont, 1994

Origen de la carga superficial

Partículas suspendidas tienen carga eléctrica negativa.

a. Reacciones de los grupos superficiales de los sólidos con el agua, aceptando o donando protones (inorgánicos y orgánicos).

Causas

b. Reacciones de los grupos superficiales de los sólidos con otros solutos.

Causas

c. Imperfecciones dentro de la estructura de la partícula. Llamado sustitución isomorfica. Causante de la carga en la mayoría de los minerales, como las arcillas. Ejm. Sustitución de Si+4 con Al+3

d. Adsorción preferencial. Ejm. Burbujas de gas o gotas de aceite se dispersan en agua adquieren carga negativa por adsorción de aniones (OH-)

Una suspensión es estable cuando es resistente a la agregación y/o a la adherencia a una superficie.

Las fuerzas de repulsión, la cual está relacionada a la carga superficial de los coloides.

La más importante fuerza de atracción es la Vander Waals, la cual esta relacionado con la estructura y forma de los coloides y el tipo de medio (Ea)

La estabilización de la suspensión coloidal depende del balance entre las fuerzas de atracción y repulsión. Para desestabilizarla se requiere vencer la barrera de energía Es.

1.1. TeorTeoríía de Helmholtz: una capa de iones a de Helmholtz: una capa de iones positivos cubre completamente el coloide y positivos cubre completamente el coloide y neutraliza la suspensineutraliza la suspensióón coloidal (capa n coloidal (capa estacionaria).estacionaria).

2.2. TeorTeoríía de a de GouyGouy--Chapman: la capa de iones Chapman: la capa de iones positivos es espaciado no uniformemente positivos es espaciado no uniformemente alrededor del coloide (capa difusa)alrededor del coloide (capa difusa)

3.3. La teorLa teoríía de Stern: Introduce la idea de la a de Stern: Introduce la idea de la doble capa. La primera pegada al coloide. doble capa. La primera pegada al coloide. La segunda, mLa segunda, máás difusa.s difusa.

Fuente: Water treatmenthandbook. Sixth edition

Fuente: Water Qualityand treatment. Fifthedition. AWWA

�� Los coloides se mueven Los coloides se mueven con parte de su doble con parte de su doble capa, que es la capa, que es la correspondiente a la correspondiente a la capa estacionaria de capa estacionaria de Stern.Stern.

�� Cuando dos partCuando dos partíículas culas se aproxima una a otra, se aproxima una a otra, sus capas difusas sus capas difusas comienzas a solaparse y comienzas a solaparse y a interaccionarse. Se a interaccionarse. Se manifiestan fuerzas de manifiestan fuerzas de atracciatraccióón y repulsin y repulsióón.n.

�� Cuando la repulsiCuando la repulsióón n electrostelectrostáática domina tica domina durante las durante las interacciones partinteracciones partíícula cula --partpartíícula se dice que la cula se dice que la suspensisuspensióón se encuentra n se encuentra estabilizada.estabilizada.

1. Uso de iones determinantes de 1. Uso de iones determinantes de potencial.potencial.••La magnitud del efecto dependerLa magnitud del efecto dependeráá de de la concentracila concentracióón de los iones.n de los iones.••AdiciAdicióón de contran de contra--iones iones ••No es factible el uso de este tipo de No es factible el uso de este tipo de iones en el tratamiento de aguas iones en el tratamiento de aguas residuales, debido a que se demandarresiduales, debido a que se demandaríía a gran cantidad de ellos.gran cantidad de ellos.2. 2. Uso de electrolitosUso de electrolitos••Se pueden usar electrolitos indiferentes Se pueden usar electrolitos indiferentes para para parapara coagular una suspensicoagular una suspensióón n coloidal.coloidal.••El incremento de la concentraciEl incremento de la concentracióón de n de un electrolito dado, causara la un electrolito dado, causara la disminucidisminucióón del potencial Z y por ende n del potencial Z y por ende de las fuerzas repulsivas.de las fuerzas repulsivas.••Su uso no es factible en el tratamiento Su uso no es factible en el tratamiento de aguas residualesde aguas residuales

Fuente: Wastewater engineering. Treatment andreuse.Metcalf&Eddy

Especies de Al(III) hidrolizadas

Al+++

Ca++Na+

C12H25NH3+

Precipitación de Al(OH)3

Al+++

Ca++

Na+

:1

:30

:900

Fuente: Tratamiento de agua para consumo humano. Manual I. Teoría. OPS/CEPIS

�� AdsorciAdsorcióón y neutralizacin y neutralizacióón de la carga n de la carga superficial del coloide.superficial del coloide.

�� BarridoBarrido

�� AdsorciAdsorcióón y puente n y puente interparticularinterparticular..

A. Sulfato de aluminio (forma líquida o sólida).

AI2(S04 )3 + 3 Ca (HC03)2⇒3 CaS04 + 2 AI(OH)3 + 6 CO2

Dosis en el tratamiento de aguas residuales: 100 a 300 g/m3 (Degremont)

B. Sulfato de aluminio + Cal

AI2(S04 )3 + 3 Ca(OH )2⇒ 3 CaS04 + 2 Al (OH)3

Dosis: En tratamiento de aguas residuales urbanas, se necesitan 100 a 200 g/m3

de cal por 150 a 500 g/m3 de sulfato de alúmina comercial (Degremont)

1. Sales de aluminio

C. Sulfato de aluminio + soda caustica

AI2(S04 )3+ 6 NaOH ⇒2Al (OH)3 + 3 Na2S04

Dosis: En clarificación se necesita, de sosa cáustica NaOH, el 36 % de la dosis de sulfato de aluminio comercial AI2(S04 )3.18 H2O

2. Sales de Hierro

2 FeCI3 + 3 Ca(HCO3)2⇒3 CaCI2 + 2 Fe(OH)3 + 6 CO2

A. Cloruro férrico

Dosis: en clarificación, 5 a 150 g/m3 de cloruro férrico comercial FeCI3. 6 H2O.En tratamiento de aguas residuales urbanas, 100 a 500 g/m3 de cloruro férrico comercial FeCI3. 6 H2O

B. Cloruro férrico + Cal

Dosis: En tratamiento de aguas residuales urbanas, se necesitan 100 a 800 g/m3

de cal para dosis de 100 a 600 g/m3 de cloruro férrico comercial FeCI3. 6 H2O.

2 FeCI3 + 3 Ca (OH)2 ⇒3 CaCI2 + 2 Fe(O H)3

C. Sulfato férrico

Fe (SO4)3 + 3 Ca (HCO3)2⇒ 3 Ca (SO4) + 2 Fe(OH)3 + 6 CO2

D. Sulfato férrico + Cal:

Fe (SO4)3+ 3 Ca(OH)2⇒ 2 Fe(OH)3 + 3 Ca (SO4)

Dosis: En clarificación, se necesita, de cal Ca (OH)2 el 40 % de la dosis de sulfato férrico Fe (SO4)3 .9 H2O.

Fuente: Water Quality and treatment. Fifth edition. AWWA

Si hay en el sistema una cantidad suficiente de iones metálicos, las especies mononucleares simples pueden formar especies polinuclearescomplejas, los cuales a su vez pueden formar micro cristales y precipitados del hidróxido metálico

Productos de hidrólisis mononucleares mas importantes:Al(OH)2+, Al(OH)3, Al(OH)2

+, Al(OH)4-

Ejemplo de especies polinucleares:Al8 (OH)20

+4, Al13O4(OH)24+7

, Al14(OH)32+10

Fuente: Quimica del agua.Jenkins

Concentraciones de equilibrio de los complejos hidro aluminio III en una solución en contacto con Al(OH)3 recién precipitado a 25ºC

Concentraciones de equilibrio de los complejos hidro hierro III en una solución en contacto con Fe(OH)3 recién precipitado a 25ºC

Reacción (adsorción) de productos de hidrólisis con sitios activos (afines) sobre la superficie de los contaminantes (minerales, microorganismos). Neutralización de la carga de los coloides. No se producen grandes floculos sedimentablesReacción

de hidrolisis

Producción del precipitado de hidróxido metálico después que la demanda de coagulante por adsorción haya sido satisfecha. Formación de un precipitado inestable (floculento) conduce a la formación de un floculo visible. Interacción entre partículas del hidróxido precipitado y con las partículas coloidales contaminantes.

Floculos

Coagulación por adsorción y neutralización de la carga

Coagulación por barrido

Coagulación por adsorción y neutralización de la carga


Coagulación por barrido


1.1. HidrHidróólisis de los iones metlisis de los iones metáálicos multivalentes y su licos multivalentes y su consecuente polimerizaciconsecuente polimerizacióón hasta llegar a especies n hasta llegar a especies hidrolhidrolííticasticas multinucleadasmultinucleadas..

2.2. AdsorciAdsorcióón de las especies n de las especies hidrolhidrolííticasticas en la interfaz de en la interfaz de la solucila solucióón sn sóólida para lograr la desestabilizacilida para lograr la desestabilizacióón del n del coloide.coloide.

3.3. AglomeraciAglomeracióón de las partn de las partíículas desestabilizadas culas desestabilizadas mediante un puente entre las partmediante un puente entre las partíículas que involucra culas que involucra el transporte de estas y las interacciones quel transporte de estas y las interacciones quíímicas.micas.

4.4. AglomeraciAglomeracióón de las partn de las partíículas desestabilizadas culas desestabilizadas mediante el transporte de las mismas y las fuerzas de mediante el transporte de las mismas y las fuerzas de Van Van derder Waals.Waals.

5.5. FormaciFormacióón de los fln de los flóóculos.culos.6.6. PrecipitaciPrecipitacióón del hidrn del hidróóxido metxido metáálicolico

1. POLIMEROS NO IONICOS

Poliacrilamida

• Aplicable principalmente en el tratamiento de aguas superficiales en combinación con un coagulante inorgánico.

• Dosis entre 0.05-0.5 g/m3.• Cuando el agua es muy turbia hasta 2 g/m3.

2. POLIELECTROLITOS ANIONICOS

Acido poli acrílico Poliacrilamida Hidrolizada

• Son co polímeros de acrilamida y acido acrílico. También se forma por la polimerización de la acrilamida seguida de hidrólisis.

• En el tratamiento de aguas residuales industriales, en combinación con un coagulante primario, el de mayor eficacia el polímero aniónico (hasta 2 g/m3).

• Para el tratamiento de aguas servidas, en dosis superiores a 2 g/m3, en combinación con coagulante inorgánico

3. POLIELECTROLITOS CATIONICOS

Cat-floc (polidialil-dimetil-amonio)POLYDADMAC

epichlorydrin dimethylamine(epiDMA)

• Se forma por polimerización del cloruro de dialil-dimetil-amonio.

• Forman polímeros con amonio y aminas (primarias y secundarias). Sitios activos son grupos amino cuaternarios

• Puede utilizarse como coagulante orgánico primario.• Disponible en forma liquida. Se utiliza como coagulante orgánico.• La variación de pH se puede despreciar• En el tratamiento de aguas residuales industriales, 5-50 g/m3.• Se reduce la producción de lodos.

3. POLIELECTROLITOS CATIONICOS (continuación) Poliacrilamida catiónica

• Polimerización de la acrilamida con un monómero catiónico: DMAEM (dimethylaminoethylmethacrylate) or DMAEA (dimethyl-aminoethyl-acrylate).

• Disponible en la forma solida, emulsión (con solvente orgánico y en solución. Se utiliza como floculante.

• En el tratamiento de aguas residuales industriales (industria metálicas), 0.5-5.0 g/m3.

• Son mejores en el tratamiento de lodos de origen orgánico: 0.5-7.0 kg/tonelada de lodo seco.

1.1. NeutralizaciNeutralizacióón de la carga.n de la carga.�� PolPolíímero se adsorbe en la mero se adsorbe en la

superficie de la partsuperficie de la partíícula cula y la coagulaciy la coagulacióón se n se favorece con una elevada favorece con una elevada concentraciconcentracióón de n de coloides.coloides.

�� La La desorcidesorcióónn del poldel políímero mero es casi imposiblees casi imposible

�� Moderada intensidad de Moderada intensidad de mezcla.mezcla.

�� Tres tipos de adsorciTres tipos de adsorcióón: n: interacciinteraccióón electrostn electrostáática, tica, enlace de hidrogeno, enlace de hidrogeno, enlace ienlace ióóniconico

Modelo de una cadena polimérica adsorbida. (Bolton y Gregory, 2007)

Cadena polimérica en una configuración aleatoria (Bolton,200/)

2. Puente 2. Puente interparticularinterparticular..�� Funciona con polFunciona con políímeros animeros anióónicos y no inicos y no ióónicosnicos

�� AdsorciAdsorcióón en sitios disponibles de coloides.n en sitios disponibles de coloides.

�� El puente se forma cuando dos o mas partEl puente se forma cuando dos o mas partíículas culas son adheridas a lo largo de la longitud del son adheridas a lo largo de la longitud del polpolíímero.mero.

�� Puentes formados interactPuentes formados interactúúan durante la an durante la floculacifloculacióón.n.

�� Como los polComo los políímeros ya estmeros ya estáán formados, no se n formados, no se requiere una mezcla inicial instantrequiere una mezcla inicial instantáánea, con una nea, con una intensidad suficiente para llevar el polintensidad suficiente para llevar el políímero mero hacia la superficie de los coloides.hacia la superficie de los coloides.

Floculación

Orto cinética y peri cinética

Agitación

Prolongada o intensa

Fuente: Water treatment handbook. Sixth edition

1.1. Calidad del agua cruda: turbidez, Calidad del agua cruda: turbidez, PhPh y y alcalinidad. Se presentan cuatro casos:alcalinidad. Se presentan cuatro casos:•• Alta concentraciAlta concentracióón de coloides y alcalinidad baja.n de coloides y alcalinidad baja.

•• Alta concentraciAlta concentracióón de coloides y alcalinidad alta.n de coloides y alcalinidad alta.

•• Baja concentraciBaja concentracióón de coloides y alcalinidad altan de coloides y alcalinidad alta

•• Baja concentraciBaja concentracióón coloidal y alcalinidad bajan coloidal y alcalinidad baja

2.2. TemperaturaTemperatura

3.3. Variables quVariables quíímicasmicas–– Dosis optimaDosis optima

–– PH optimoPH optimo

–– ConcentraciConcentracióón optiman optima

�� Dosis optima.Dosis optima.

�� pH optimopH optimo

�� ConcentraciConcentracióón n optima.optima.

�� Tiempo optimo de Tiempo optimo de floculacifloculacióón.n.

�� Gradiente optimo de Gradiente optimo de floculacifloculacióón.n.

Se denomina Se denomina mezcla rmezcla ráápida a las condiciones de pida a las condiciones de intensidad de agitaciintensidad de agitacióón y n y tiempo de retencitiempo de retencióón n que debe reunir la masa de agua en el que debe reunir la masa de agua en el momento en que se dosifica el coagulante, con momento en que se dosifica el coagulante, con la finalidad de que las reacciones de la finalidad de que las reacciones de coagulacicoagulacióón se den en las condiciones n se den en las condiciones óóptimas ptimas correspondientes al mecanismo de coagulacicorrespondientes al mecanismo de coagulacióón n predominante.predominante.

V

PG

µ=

G = gradiente promedio de velocidad (1/s).P = requerimientos de energia (W).μ = viscosidad dinámica (N.s/m2)V = volumen del reactor (m3).

Q

VT =

T = tiempo de mezclaV = volumenQ = caudal

�� Es importante la interacciEs importante la interaccióón entre los n entre los coloides del agua y los productos de las coloides del agua y los productos de las reacciones de hidrreacciones de hidróólisis en incipiente lisis en incipiente formaciformacióón.n.

�� En este caso, el coagulante debe En este caso, el coagulante debe dispersarse en forma instantdispersarse en forma instantáánea en toda nea en toda la masa de agua antes de que la hidrla masa de agua antes de que la hidróólisis lisis del coagulante se completedel coagulante se complete

�� AdecuaciAdecuacióón de tiempo de mezcla y n de tiempo de mezcla y gradiente es de vital importancia.gradiente es de vital importancia.

�� InteracciInteraccióón entre los coloides del agua y los n entre los coloides del agua y los precipitados de hidrprecipitados de hidróóxido de fierro o aluminio.xido de fierro o aluminio.

�� Mas importante son las condiciones quMas importante son las condiciones quíímicas micas para lograr una buena precipitacipara lograr una buena precipitacióón y n y subsecuente floculacisubsecuente floculacióón de las partn de las partíículas.culas.

�� Menos importante son las interacciones de Menos importante son las interacciones de transporte entre el coloide y los productos transporte entre el coloide y los productos hidrolhidrolííticosticos durante la desestabilizacidurante la desestabilizacióón.n.

�� Condiciones de mezcla no afectan los Condiciones de mezcla no afectan los resultados.resultados.

�� Solo es necesaria una dispersiSolo es necesaria una dispersióón homogn homogéénea.nea.

�� Los mecanismos de coagulaciLos mecanismos de coagulacióón n predominantes con los polpredominantes con los políímeros orgmeros orgáánicos nicos son los de neutralizacison los de neutralizacióón de la carga y n de la carga y puente puente interparticularinterparticular..

�� Estudios efectuados recomiendan gradientes Estudios efectuados recomiendan gradientes de velocidad de 400 a 800 sde velocidad de 400 a 800 s--11 y tiempos de y tiempos de retenciretencióón de 60 a 30 segundos, n de 60 a 30 segundos, respectivamente.respectivamente.

�� Con polCon políímeros de peso molecular bajo, se ha meros de peso molecular bajo, se ha identificado un rango de gradiente de identificado un rango de gradiente de velocidad de 300 a 650 svelocidad de 300 a 650 s--11 para optimizar el para optimizar el proceso.proceso.

�� Todos los productos quTodos los productos quíímicos que alteran el micos que alteran el pH (cal, soda, pH (cal, soda, áácido, cloro y otros) se aplican cido, cloro y otros) se aplican aguas arriba del punto de aplicaciaguas arriba del punto de aplicacióón del n del sulfato de aluminio, a una distancia sulfato de aluminio, a una distancia suficiente que asegure una completa suficiente que asegure una completa disolucidisolucióón y mezcla.n y mezcla.

�� AplicaciAplicacióón a tasa constante y uniformemente n a tasa constante y uniformemente dispersado.dispersado.

�� Es preferible la utilizaciEs preferible la utilizacióón de tubern de tuberíías as difusoras en lugar de mecanismo de difusoras en lugar de mecanismo de aplicaciaplicacióón puntual.n puntual.

Gradiente

700 -1000 s-1

3000-5000 s-1

Tiempo deretención < 1 seg

Mezcladores resalto hidráulico

Mezcladores en línea

Coagulacion poradsorcion-neutralizacion de la carga.

1-7 seg Coagulacion porbarrido

Alta

Turbidez

Baja

Turbidez

500 -1000 s-1 Difusores e inyectores

1500-3000 s-1 Baja eficiencia del proceso.

>5000 s-1 Fuerte retardo de formación del floculo

Mezclador Rápido tipo Vertedero

Mezclador canal con cambio de pendiente


Difusores en canal

Difusores

en tubería


�� Flujo axial.Flujo axial.�� Flujo radialFlujo radial�� Potencia = F (forma y Potencia = F (forma y

volumen cvolumen cáámara, mara, velocidad de giro y tipo velocidad de giro y tipo de impulsor).de impulsor).

�� G=500G=500--1000 s1000 s--11..�� T= 1 a 7 T= 1 a 7 segseg


�� Es la Es la aglomeracionaglomeracion de de particulasparticulas desestabilizadasdesestabilizadas en en microfloculosmicrofloculos, y , y posteriormenteposteriormente en en floculosfloculosvoluminososvoluminosos los los cualescuales puedenpueden sedimentarsedimentar..

FLOCULACIÓN PERICINÉTICA

FLOCULACIÓN ORTOCINÉTICA

Esta producido por el movimiento natural de las moléculas del agua y esta inducida por la energía térmica, este movimiento es conocido como el movimiento browniano (microfloculosmenores a 1 micra)

Se basa en las colisiones de las partículas debido al movimiento del agua, el que es inducido por una energía exterior a la masa de agua y que puede ser de origen mecánico o hidráulico

PRIMERO SE PRODUCE LA

FLOCULACIÓN PERICINÉTICA

LUEGO SE PRODUCE LA

FLOCULACIÓN ORTOCINÉTICA

AGLOMERACIÓN DE PARTÍCULAS

SEDIMENTACION DIFERENCIAL

Precipitación de partículas grandes arrastran y aglomeran a las pequeñas

�� La naturaleza del agua (alcalinidad, pH, La naturaleza del agua (alcalinidad, pH, turbidez)turbidez)

�� Las variaciones de caudal.Las variaciones de caudal.

�� La intensidad de agitaciLa intensidad de agitacióón (100n (100--10 s10 s--1)1)

�� El tiempo de floculaciEl tiempo de floculacióón (20 a 40 n (20 a 40 minmin))

�� El nEl núúmero de compartimentos de la mero de compartimentos de la unidadunidad

Frecuencia de colisiones(régimen laminar)

(Camp and Stain)

Donde:N = número de colisiones por unidad de tiempo por unidad de volumen (l/(m3.s)).ni = numero de flocs en diámetro di (m) por unidad de volumen (l/m3).nj = numero de flocs en diámetro dj(m) por unidad de volumen (l/m3).Φm = potencia por unidad de volumen por unidad de tiempo por unidad de área.U = coeficiente de viscosidad (kg/(l/m.s)).G = gradiente de velocidad (1/s): varia con la temperatura del agua.

Proporcional al cuadrado de la concentración de partículas floculantes (numero de partículas por unidad de volumen.

Proporcional al cuadrado de la concentración de partículas floculantes (numero de partículas por unidad de volumen.

Proporcional al tamaño del floc, es decir, el cubo del tamaño de partícula

Proporcional al tamaño del floc, es decir, el cubo del tamaño de partícula

Proporcional al valor del gradienteProporcional al valor del gradiente

�� Turbidez, pH, alcalinidad y temperatura del Turbidez, pH, alcalinidad y temperatura del agua.agua.

�� Velocidad de formaciVelocidad de formacióón del floculo es n del floculo es proporcional a la concentraciproporcional a la concentracióón de partn de partíículas culas y depende del tamay depende del tamañño de las mismas. o de las mismas.

�� Es mEs máás fs fáácil flocular aguas con elevada cil flocular aguas con elevada turbiedad y que presenten una amplia turbiedad y que presenten una amplia distribucidistribucióón de taman de tamañños de partos de partíículas.culas.

�� La presencia de partLa presencia de partíículas grandes como las culas grandes como las arenas finas puede inhibir el proceso de arenas finas puede inhibir el proceso de floculacifloculacióón.n.

�� La velocidad de La velocidad de aglomeraciaglomeracióón es n es proporcional al tiempo.proporcional al tiempo.

�� Tiempo optimo entre 40 Tiempo optimo entre 40 y 20 minutos.y 20 minutos.

�� Tiempos mayores o Tiempos mayores o menores al optimo se menores al optimo se reduce la eficacia del reduce la eficacia del proceso.proceso.

�� Ensayos de jarras para Ensayos de jarras para determinar el tiempo determinar el tiempo optimo de optimo de floculacionfloculacionpara determinadas para determinadas condiciones.condiciones. Fuente: Tratamiento de agua para consumo

humano. Manual I. Teoría. OPS/CEPIS

�� Se debe procurar que el HRT Se debe procurar que el HRT teteóórico coincida con el HRT rico coincida con el HRT real.real.

�� Un mUn méétodo eficaz es formando todo eficaz es formando compartimientos en el tanque compartimientos en el tanque de floculacide floculacióón.n.

�� Los gradientes variables, de Los gradientes variables, de mayor a menor en direccimayor a menor en direccióón del n del flujo.flujo.

�� Por razones del tipo econPor razones del tipo econóómico mico no es recomendable construir no es recomendable construir mas de 6 compartimientos, una mas de 6 compartimientos, una cantidad adecuada 3.cantidad adecuada 3. Fuente: Tratamiento de agua para consumo

humano. Manual I. Teoría. OPS/CEPIS

�� Cuanto mayor es el Cuanto mayor es el gradiente de velocidad, gradiente de velocidad, mmáás rs ráápida es la velocidad pida es la velocidad de aglomeracide aglomeracióón de las n de las partpartíículas culas

�� A medida que los flA medida que los flóóculos culos aumentan de tamaaumentan de tamañño, o, crecen tambicrecen tambiéén las fuerzas n las fuerzas de cizallamiento de cizallamiento hidrodinhidrodináámico, inducidas mico, inducidas por el gradiente de por el gradiente de velocidad.velocidad.

�� G= 10 G= 10 –– 75 s75 s--1 1 (Camp)(Camp)�� Los valores de gradiente Los valores de gradiente

descienden a travdescienden a travéés de los s de los compartimientos de un compartimientos de un floculadorfloculador..


Caso a: Tf= 1,35-1,40 ntu Caso a: Tf= 1,65-2,70 ntu Caso a: Tf= 0,15-0,37 ntu


�� Al variarse el caudal cambia el tiempo de Al variarse el caudal cambia el tiempo de retenciretencióón y el gradiente.n y el gradiente.

�� Si el caudal aumenta disminuye el tiempo Si el caudal aumenta disminuye el tiempo de retencide retencióón y aumenta el gradiente.n y aumenta el gradiente.

�� Si el caudal disminuye aumenta el tiempo Si el caudal disminuye aumenta el tiempo de retencide retencióón y disminuye el gradiente.n y disminuye el gradiente.

Dosis=10 mg/L Al2 (SO

4 )3

Dosis=20 mg/L Al2 (SO4 )

3

Dosis=50 mg/L Al2 (SO4 )

3

n=1

GT: 23 000-210 000

Fuente: Water purification plants. JWWA.

2.FLOCULACIÓN: (CLASIFICACIÓN DE FLOCULADORES)

CC

FLOCULADORES DE CONTACTO DE SÓLIDOS

FLOCULADORES DE POTENCIA

HIDRÁULICASMECÁNICAS

VERTICAL HORIZONTAL

�� FloculadoresFloculadores de pantalla:de pantalla:

Fuente: Tratamiento de agua para consumo humano. Manual I. Diseño. OPS/CEPIS

Fuente: Tratamiento de agua para consumo humano. Manual I. Diseño. OPS/CEPIS

Fuente: Sedapal

Fuente: Sedapal

Fuente: Water treatment handbook. Sixth edition

�� Los gradientes de velocidad que optimizan el proceso Los gradientes de velocidad que optimizan el proceso normalmente varnormalmente varíían entre 70 y 20 san entre 70 y 20 s--1.1.

�� El gradiente de velocidad debe variar en forma El gradiente de velocidad debe variar en forma uniformemente decreciente, desde que la masa de uniformemente decreciente, desde que la masa de agua ingresa a la unidad hasta que sale.agua ingresa a la unidad hasta que sale.

�� El tiempo de retenciEl tiempo de retencióón puede variar de 10 a 30 n puede variar de 10 a 30 minutos, dependiendo del tipo de unidad y de la minutos, dependiendo del tipo de unidad y de la temperatura del agua.temperatura del agua.

�� Para que el periodo de retenciPara que el periodo de retencióón real de la unidad n real de la unidad coincida con el de disecoincida con el de diseñño, ella debe tener el mayor o, ella debe tener el mayor

020 J-Coagulación_ floculación-curso

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