Naturaleza de la turbiedad y el colorTurbiedadLas sustancias responsables de la turbiedad del agua son las partculas ensuspensin, tales como arcilla, minerales, sedimentos, materia orgnica e inorgnicafinamente dividida, plancton, bacterias y otros microorganismos. Estas partculascausantes de la turbiedad pueden ser coloidales o materia insoluble de mayortamao.Los componentes ms frecuentes y comunes de las aguas turbias son lasarcillas, que constituyen un material natural, terroso, de grnulos muy finos, que sevuelve plstico cuando se mezcla con cierta cantidad de agua. Varios anlisis dearcilla han demostrado que esta se compone principalmente de slice, aluminio yagua, frecuentemente con cantidades apreciables de hierro, lcalis y tierra alcalina.ColorLa mayora de los investigadores estiman que el color orgnico en el aguaes de naturaleza coloidal. Sin embargo, algunos autores sugieren que se encuentraen solucin verdadera. La discrepancia de los investigadores puede deberse a que el color es causado por coloides hidrofbicos; es decir, por aquellos que tienen poca afinidad con el agua y causan turbiedad en la misma.

La importancia de la remocin del color en el agua est relacionada tambincon los aspectos de aceptabilidad del consumidor y usuario, sea este domsticoo industrial, lo que incluye los siguientes aspectos:

a) Esttica. Por lo general, el consumidor prefiere un agua clara y sin color.b) Sabor. El color puede impartir sabor al agua.c) Demanda de cloro. La presencia de color aumenta la cantidad de cloronecesaria.d) Nutrientes. Por su naturaleza, en algunos casos, el color puede actuarcomo nutriente de las bacterias y algas.e) Requerimientos industriales. Muchas industrias requieren un agua queno presente color o que tenga uno muy bajo.f) Resinas de intercambio. El color puede ensuciar y daar las resinas deintercambio aninico.g) Anlisis. El color puede interferir en las mediciones colorimtricas de anlisis.h) Productividad. El exceso de color puede reducir la productividad del agua.i) Quelacin. El color puede aumentar la concentracin de hierro soluble,manganeso y plomo en el agua y estabilizar su presencia por medio de laquelacin1 .

j) Salud. El color puede deberse a la presencia de desechos txicos.

PRINCIPALES OPERACIONES UNITARIAS EMPLEADAS EN ELTRATAMIENTO DEL AGUALos principales procesos de transferencia utilizados en el tratamiento delagua para consumo humano son los siguientes: transferencia de slidos; transferencia de iones; transferencia de gases, y transferencia molecular o de nutrientes. Transferencia de slidosSe consideran en esta clasificacin los procesos de cribado, sedimentacin,flotacin y filtracin. Cribado o cernidoConsiste en hacer pasar el agua a travs de rejas o tamices, los cuales retienenlos slidos de tamao mayor a la separacin de las barras, como ramas,palos y toda clase de residuos slidos. Tambin est considerado en estaclasificacin el microcernido, que consiste bsicamente en triturar las algasreduciendo su tamao para que puedan ser removidas mediante sedimentacin. SedimentacinConsiste en promover condiciones de reposo en el agua, para remover,mediante la fuerza gravitacional, las partculas en suspensin ms densas.Este proceso se realiza en los desarenadores, presedimentadores, sedimentadoresy decantadores; en estos ltimos, con el auxilio de la coagulacin. FlotacinEl objetivo de este proceso es promover condiciones de reposo, para quelos slidos cuya densidad es menor que la del agua asciendan a la superficiede la unidad de donde son retirados por desnatado. Para mejorar la eficienciadel proceso, se emplean agentes de flotacin.Mediante este proceso se remueven especialmente grasas, aceites, turbiedady color. Los agentes de flotacin empleados son sustancias espumantes ymicroburbujas de aire. FiltracinConsiste en hacer pasar el agua a travs de un medio poroso, normalmentede arena, en el cual actan una serie de mecanismos de remocin cuyaeficiencia depende de las caractersticas de la suspensin (agua mspartculas) y del medio poroso.

Naturaleza de la turbiedad y el color TurbiedadLas sustancias responsables de la turbiedad del agua son las partculas ensuspensin, tales como arcilla, minerales, sedimentos, materia orgnica e inorgnica

I. FLOCULACIN

El objetivo principal de la floculacin es reunir las partculas desestabilizadaspara formar aglomeraciones de mayor peso y tamao que sedimenten con mayoreficiencia.MECNICA DEL PROCESONormalmente, la floculacin se analiza como un proceso causado por lacolisin entre partculas. En ella intervienen, en forma secuencial, tres mecanismosde transporte:1) Floculacin pericintica o browniana. Se debe a la energa trmica del fluido.2) Floculacin ortocintica o gradiente de velocidad. Se produce en la masadel fluido en movimiento.3) Sedimentacin diferencial. Se debe a las partculas grandes, que, al precipitarse,colisionan con las ms pequeas, que van descendiendo lentamente,y ambas se aglomeran.

Al dispersarse el coagulante en la masa de agua y desestabilizarse las partculas,se precisa de la floculacin pericintica para que las partculas coloidalesde tamao menor de un micrmetro empiecen a aglutinarse. El movimientobrowniano acta dentro de este rango de tamao de partculas y forma elmicroflculo inicial. Recin cuando este alcanza el tamao de un micrmetroempieza a actuar la floculacin ortocintica, promoviendo un desarrollo mayor delmicroflculo. Este mecanismo ha sido estudiado en lugares donde la temperaturabaja alrededor de cero grados, rango dentro del cual el movimiento browniano seanula y, por consiguiente, tambin lo hace la floculacin pericintica. En este caso,se comprob que la floculacin ortocintica es totalmente ineficiente y no tieneimportancia alguna sobre partculas tan pequeas.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FLOCULACINLos principales factores que influyen en la eficiencia de este proceso son:La naturaleza del agua;las variaciones de caudal;la intensidad de agitacin;el tiempo de floculacin, yel nmero de compartimentos de la unidad.

Naturaleza del aguaLa coagulacin y, por consiguiente, la floculacin son extremadamente sensiblesa las caractersticas fisicoqumicas del agua cruda, tales como la alcalinidad,el pH y la turbiedad.Algunos iones presentes en el agua pueden influir en el equilibrio fisicoqumicodel sistema, en la generacin de cadenas polimricas de los hidrxidos que seforman o en la interaccin de estos polmeros con las partculas coloidales, lo queafectar el tiempo de floculacin.La concentracin y la naturaleza de las partculas que producen la turbiedadtambin tienen una notable influencia en el proceso de floculacin. En todoslos modelos matemticos de floculacin, la velocidad de formacin de flculos esproporcional a la concentracin de partculas.

Influencia del tiempo de floculacin. CompartimentalizacinEn todos los modelos propuestos para la floculacin, la velocidad de aglomeracin de las partculas es proporcional al tiempo. Bajo determinadas condiciones, existe un tiempo ptimo para la floculacin, normalmente entre 20 y 40 minutos. Mediante ensayos de prueba de jarras (jar tests), se puede determinar este tiempo, que, en la figura 6-8, result ser de alrededor de 37 minutos.La permanencia del agua en el floculador durante un tiempo inferior o superior al ptimo produce resultados inferiores, tanto ms acentuados cuanto ms se aleje este del tiempo ptimo de floculacin.Es necesario, por lo tanto, que se adopten medidas para aproximar el tiemporeal de retencin en el tanque de floculacin al tiempo nominal escogido. Estose puede obtener si se compartimentaliza el tanque de floculacin con pantallasdeflectoras. Cuanto mayor sea el nmero de compartimentos, menores sern loscortocircuitos del agua, como lo muestra la figura 6-9. Como se puede apreciar enesta figura, cerca de 40% del agua se escapa del tanque en un tiempo menor quela mitad del tiempo nominal o terico, en un tanque de un solo compartimento. Sise tuviesen cinco compartimentos en serie, por ejemplo, esta proporcin se reduciraa cerca de un 10%.Influencia del gradiente de velocidadEn todas las ecuaciones presentadas anteriormente y que caracterizan lavelocidad de aglomeracin de las partculas en la floculacin ortocintica, apareceel parmetro de gradiente de velocidad como un factor de proporcionalidad. Cuantomayor es el gradiente de velocidad, ms rpida es la velocidad de aglomeracinde las partculas. Mientras tanto, a medida que los flculos aumentan de tamao,crecen tambin las fuerzas de cizallamiento hidrodinmico, inducidas por el gradientede velocidad. Los flculos crecern hasta un tamao mximo, por encima del cuallas fuerzas de cizallamiento alcanzan una intensidad que los rompe en partculasmenores.La resistencia de los flculos depende de una serie de factores:De su tamao, forma y compactacin;del tamao, forma y naturaleza de las micropartculas; ydel nmero y forma de los ligamentos que unen a las partculas.

Influencia de la variacin del caudalEs conocido que al variarse el caudal de operacin de la planta, se modificanlos tiempos de residencia y gradientes de velocidad en los reactores.El floculador hidrulico es algo flexible a estas variaciones. Al disminuir elcaudal, aumenta el tiempo de retencin y disminuye el gradiente de velocidad. Alaumentar el caudal, el tiempo de retencin disminuye, el gradiente de velocidad seincrementa y viceversa; el nmero de Camp (Nc) vara en aproximadamente20% cuando la variacin del caudal es de 50%.En el floculador mecnico, el efecto es ms perjudicial debido a su pocaflexibilidad, ya que la velocidad permanece constante y el tiempo de residenciaaumenta o disminuye de acuerdo con la variacin del caudal.FLOCULADORESSe acostumbra clasificar a los floculadores como mecnicos o hidrulicosde acuerdo con el tipo de energa utilizada para agitar la masa de agua. Puedehacerse una clasificacin ms amplia si se tiene en cuenta el modo como se realizala aglomeracin de las partculas. De acuerdo con este principio, podemosclasificarlos del siguiente modo:

Floculadores de contacto de slidos, y floculadores de potencia o de disipacin de energa.

Floculadores de contacto de slidos

Los floculadores de contacto de slidos o de manto de lodos son controladospor la concentracin de slidos (C). Como esta vara continuamente, es necesariauna constante atencin del operador.Usualmente, los floculadores de contacto de slidos no son utilizados ennuestros proyectos de plantas de tratamiento. Han sido desarrollados y son ofertadosgeneralmente por fabricantes de equipos, cada uno con sus caractersticas propias, que siempre resaltan sus ventajas ms aparentes. Normalmente forman partede los tanques de decantacin de flujo vertical y constituyen unidades relativamentecompactas. Antes de que aparecieran los decantadores de placas, paraleloso tubulares, presentaban precios inferiores a los proyectos convencionales,pero actualmente ya no tienen una ventaja muy significativa de precio. Por estemotivo, y por ser unidades cuyo control y operacin son muy difciles, no serntratadas con ms detalle. De ser considerados como alternativa de proyecto, ademsdel costo, debern examinarse los siguientes puntos:

En cuanto al tamao de la instalacin, no son aconsejables para pequeas comunidades, carentes de personal altamente calificado, necesario para su operacin. El rgimen de operacin debe ser continuo o, por lo menos, por un periodo diario bastante largo, y no debe estar sujeto a variaciones de caudal, por la dificultad de formar y mantener un manto de lodos. Por el mismo motivo, se recomienda para aguas que mantengan ms o menos constantes sus caractersticas

Floculadores de potenciaEn los floculadores de potencia, las partculas son arrastradas por el flujode agua a travs del tanque de floculacin sin que prcticamente exista concentracinde slidos. Normalmente, los gradientes son prefijados en el proyecto. Enalgunos casos, pueden ser ajustados por el operador. De acuerdo con la forma dedisipacin de energa, se pueden clasificar en hidrulicos y mecnicos.

Hidrulicos

Los floculadores hidrulicos utilizan la energa hidrulica disponible a travsde una prdida de carga general o especfica. De pantallasLos floculadores hidrulicos ms utilizados son los de pantallas, de flujohorizontal o de flujo vertical. En los primeros, el agua circula con un movimientode vaivn, y en los segundos, la corriente sube y baja sucesivamente, contorneandolas diversas pantallas

Floculador AlabamaEl floculador Alabama est constituido por compartimentos ligados entre spor la parte inferior a travs de curvas de 90volteadas hacia arriba. El flujo esascendente y descendente en el interior del mismo compartimento. Las boquillaspermiten ajustar la velocidad a las condiciones de clculo o de operacin (figura 6-13). Estas unidades son muy vulnerables a las variaciones de caudal. Fcilmentese pueden generar espacios muertos y cortocircuitos.

HelicoidalEn el proyecto ilustrado en la figura el agua es admitida tangencialmente por la parte superior y sale de la cmara de floculacin a travs de una curva dotada de unas guas paralelas como una turbina Francis, lo que ayuda a generar el movimiento helicoidal De medio porosoLa floculacin en medios porosos se est aplicando principalmente en pequeasinstalaciones, debido a su elevada eficiencia y bajo costo.

MecnicosLos floculadores mecnicos utilizan energa de una fuente externa, normalmente un motor elctrico acoplado a un intercambiador de velocidades, que hace posible la pronta variacin de la intensidad de agitacin.

II. SEDIMENTACIN

Se entiende por sedimentacin la remocin por efecto gravitacional de laspartculas en suspensin presentes en el agua. Estas partculas debern tener unpeso especfico mayor que el fluido.

Cuando existe turbiedad, los microorganismos adheridos a las partculas quedan protegidos y no son afectados por la accin del cloro.

La remocin de partculas en suspensin en el agua puede conseguirse porsedimentacin o filtracin. De all que ambos procesos se consideren como complementarios.La sedimentacin remueve las partculas ms densas, mientras quela filtracin remueve aquellas partculas que tienen una densidad muy cercana ala del agua o que han sido resuspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidasen el proceso anterior.

La sedimentacin es, en esencia, un fenmeno netamente fsico y constituyeuno de los procesos utilizados en el tratamiento del agua para conseguir suclarificacin. Est relacionada exclusivamente con las propiedades de cada delas partculas en el agua. Cuando se produce sedimentacin de una suspensin departculas, el resultado final ser siempre un fluido clarificado y una suspensinms concentrada. A menudo se utilizan para designar la sedimentacin los trminosde clarificacin y espesamiento. Se habla de clarificacin cuando hay unespecial inters en el fluido clarificado, y de espesamiento cuando el inters estpuesto en la suspensin concentrada.Las partculas en suspensin sedimentan en diferente forma, dependiendode las caractersticas de las partculas, as como de su concentracin. Es as quepodemos referirnos a la sedimentacin de partculas discretas, sedimentacin departculas floculentas y sedimentacin de partculas por cada libre e interferida.

Sedimentacin de partculas discretas

Se llama partculas discretas a aquellas partculas que no cambian de caractersticas(forma, tamao, densidad) durante la cada.Se denomina sedimentacin o sedimentacin simple al proceso de depsitode partculas discretas. Este tipo de partculas y esta forma de sedimentacinse presentan en los desarenadores, en los sedimentadores y en los presedimentadores como paso previo a la coagulacin en las plantas de filtracin rpida y tambin en sedimentadores como paso previo a la filtracin lenta.

Sedimentacin de partculas floculentasPartculas floculentas son aquellas producidas por la aglomeracin de partculascoloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicacin de agentes qumicos.A diferencia de las partculas discretas, las caractersticas de este tipo departculas forma, tamao, densidad s cambian durante la cada.Se denomina sedimentacin floculenta o decantacin al proceso de depsitode partculas floculentas. Este tipo de sedimentacin se presenta en la clarificacinde aguas, como proceso intermedio entre la coagulacin-floculacin y lafiltracin rpida. Sedimentacin por cada libre e interferidaCuando existe una baja concentracin de partculas en el agua, stas sedepositan sin interferir. Se denomina a este fenmeno cada libre. En cambio,cuando hay altas concentraciones de partculas, se producen colisiones que lasmantienen en una posicin fija y ocurre un depsito masivo en lugar de individual.A este proceso de sedimentacin se le denomina depsito o cada interferidao sedimentacin zonal.Cuando las partculas ya en contacto forman una masa compacta que inhibeuna mayor consolidacin, se produce una compresin o zona de compresin. Estetipo de sedimentacin se presenta en los concentradores de lodos de las unidadesde decantacin con manto de lodos.Expresiones de velocidad de sedimentacin1.4.1 Partculas discretas con cada libreEl fenmeno de sedimentacin de partculas discretas por cada libre, tambindenominado en soluciones diluidas, puede describirse por medio de la mecnicaclsica.Factores que influyen en el proceso

Los siguientes factores influyen en el proceso de sedimentacin o decantacin:

Calidad de agua

Las variaciones de concentracin de materias en suspensin modifican, enprimer lugar, la forma de sedimentacin de las partculas (con cada libre o interferida),as como las propiedades de las partculas modifican la forma de depsito(sedimentacin para partculas discretas y decantacin para partculas floculentas).Adicionalmente, variaciones de concentracin de partculas o de temperaturaproducen variaciones de densidad del agua y originan corrientes cinticas otrmicas que, a su vez, generan cortocircuitos hidrulicos en las unidades.Condiciones hidrulicasLos criterios y parmetros hidrulicos de diseo tienen gran influencia en laeficiencia de los sedimentadores o decantadores. A continuacin se detallan losprincipales:En la zona de sedimentacin

En esta zona se debe tener un nmero de Reynolds lo ms bajo posible y el nmerode Froude ms elevado para tender a un flujo laminar y estabilizar el flujo. En esta zona las lneas de flujo no deben encontrarse con ningn tipo de obstrucciones que alteren su trayectoria.

En la zona de entrada

La zona de entrada en un sedimentador es un conjunto de estructuras quedebe permitir una distribucin uniforme del flujo de agua hacia la zona de sedimentacin.En una unidad de sedimentacin convencional de flujo horizontal,esta distribucin uniforme debe darse a todo lo ancho de la unidad y en profundidad.Las alteraciones del flujo en la zona de entrada deben evitarse y su presenciapuede deberse a una velocidad excesiva del flujo en la entrada del sedimentador,o a que los orificios de ingreso sean muy grandes y el movimiento de las paletasdel floculador sea tal que comunica demasiada energa al flujo. Al no haber disipacinde esta energa en el tabique divisorio (caso de unidades convencionalesde flujo horizontal), las masas de agua entran con diferente gradiente de velocidad,creando turbulencias que pueden extenderse dentro de la zona de sedimentacin.

En la zona de salida

Esta zona se caracteriza por permitir una recoleccin uniforme de aguasedimentada a una velocidad tal que evite arrastrar flculos en el efluente. Canaletasde pequea longitud, mal ubicadas, mal niveladas o impropiamente diseadas producencortocircuitos hidrulicos y zonas muertas que pueden inutilizar grandesreas de los sedimentadores.

Factores externos

Paradjicamente, los factores externos al proceso de sedimentacin acondicionamientoprevio (procesos previos a la sedimentacin), prcticas operacionalesy factores ambientales son los que tienen ms influencia en la eficienciade un sedimentador o decantador.Buena o inadecuada coagulacin y floculacin ocasionan, respectivamente,altas o bajas eficiencias en los decantadores. Idntico comentario cabe realizaracerca de la operacin y el estado de la unidad, as como sobre los programas demantenimiento existentes. A la vez, el viento, al soplar sobre la superficie de lossedimentadores, puede producir corrientes de suficiente intensidad como para inducircambios en la direccin del flujo y alterar el precario equilibrio de las masasde agua.

CLASIFICACIN DE UNIDADES

La sedimentacin o la decantacin se realizan en reactores denominadossedimentadores o decantadores, de acuerdo con el tipo de partcula que se remuevaen cada unidad. La clasificacin ms recomendable es la siguiente:

- Sedimentadores o decantadores estticos- Decantadores dinmicos- Decantadores laminares.A continuacin se analizarn las diversas unidades.

Sedimentadores y decantadores estticos

En este tipo de unidades puede producirse sedimentacin o decantacin,normalmente con cada libre, en rgimen laminar turbulento o de transicin.En estas unidades la masa lquida se traslada de un punto a otro con movimientouniforme y velocidad VH constante. Cualquier partcula que se encuentre en suspensin en el lquido en movimiento, se mover segn la resultante de dos velocidades componentes:la velocidad horizontal del lquido (VH) y su propia velocidad de sedimentacin (VS).

Decantadores dinmicos

La teora de la decantacin interferida se aplica a este tipo de unidades. Serequiere una alta concentracin de partculas para incrementar las posibilidadesde contacto en un manto de lodos que tiene una concentracin de partculas de 10a 20% en volumen.En el proceso, el flculo no conserva su peso especfico, su tamao ni suforma constante. Las partculas pequeas que entran por el fondo son arrastradas por el flujo. Al chocar estas con otras, incrementan su tamao de acuerdo con la ecuacin de Von Smoluchowski. Se entiende que en la zona del manto de lodos se promueve la floculacin y en la parte superior a ella ocurre la decantacin.

Decantadores laminares

Como se analiz anteriormente, la eficiencia de los decantadores clsicosde flujo horizontal depende, principalmente, del rea. De este modo, si se introduceun piso intermedio a una altura (h) a partir de la superficie, las partculas conuna velocidad de sedimentacin VSb < VSC seran removidas, como lo demuestra lafigura 7-28, cosa que antes no ocurra.

III. FLOTACIN

La flotacin es un proceso de clarificacin primaria particularmente efectivopara tratar aguas con baja turbiedad, altamente coloreadas y con gran contenidode algas.Consiste en la separacin de las partculas naturales presentes en el aguacruda, coaguladas o floculadas, mediante el uso de sales de aluminio o de hierroy de polmeros.CONCEPTOS TERICOSEn la flotacin interviene la diferencia entre la masa volumtrica de losslidos o flculos y la del lquido en que se encuentran en suspensin. Sin embargo,contrariamente a lo que ocurre en la decantacin, este proceso de separacinslido lquido nicamente se aplica a partculas que tienen una masa volumtricareal (flotacin natural) o aparente (flotacin provocada) inferior a la del liquidoque la contiene.En la flotacin provocada, se aprovecha la capacidad que tienen ciertaspartculas slidas o lquidas para unirse a burbujas de gas (generalmente, aire) yformar conjuntos partculagas menos densos que el lquido que constituye lafase dispersa.La resultante de las fuerzas (gravedad, empuje de Arqumedes, fuerza deresistencia) conduce a un desplazamiento ascendente de los conjuntos partculagas que se concentran en la superficie libre del lquido.Para que sea factible la flotacin de partculas slidas o lquidas ms densasque el lquido, es preciso que la adherencia de las partculas a las burbujas degas sea mayor que la tendencia a establecer un contacto entre las partculas y ellquido. Este contacto entre un slido y un lquido se determina mediante la medidadel ngulo formado por la superficie del slido y la burbuja de gas (figura 8-1).

Si = 0, el contactoentre el slido y el lquido se realiza de formaperfecta; es imposible laadherencia slido-gas.Si = 180, el contactoentre el slido y ellquido es nulo; es ptimoel contacto slidogas.Se trata de un casolmite que nunca se da enla prctica, puesto queningn lquido da un ngulo mayor de 110 (caso del mercurio).Entre estos dos valores, la adherencia partculagas aumenta con el valordel ngulo . Puede considerarse este tipo de flotacin de una partcula en el casode partculas slidas o lquidas (aceites) que tienen una forma relativamente simpley una naturaleza conocida. En el caso de partculas floculadas, a los fenmenosde superficie se suman las adherencias mecnicas ligadas a la estructura delos flculos, especialmente inclusiones de gas en los flculos.

SISTEMAS DE FLOTACIN

Cualquier sistema de flotacin debe presentar las siguientes caractersticas:

a) Generacin de bolas de tamao apropiado en relacin con las partculasque se desea remover.b) Adherencia eficiente entre las bolas de aire y las partculas en suspensin.c) Separacin adecuada del material flotante.

La flotacin puede ser realizada por aire disperso, por bolas generadas atravs del proceso electroltico y por aire disuelto, cuyas caractersticas principalesson presentadas a continuacin.Flotacin por aire disperso

En estos sistemas usualmente se emplean rotores que promueven, simultneamente,dispersin, aereacin y agitacin de la suspensin, con produccin debolas de aire que tienen cerca de un m de dimetro. Es posible, tambin, el usode un medio poroso para difundir el aire, aunque las bolas resultan con un dimetromayor (~50 m). La flotacin por aire disperso comnmente es utilizada en laindustria minera.

3.2 Flotacin electroltica

La oxidacin andica del ion cloreto de una suspensin con pH alrededorde 7,5 con produccin de ion hipoclorito y oxgeno ha sido investigada comounidad de generacin de las bolas en la flotacin de suspensiones en las quefueron usados cloruro frrico como coagulante primario y polmero orgnico comoauxiliar de floculacin. Este sistema requiere investigaciones futuras que tenganen cuenta, principalmente, la calidad del agua por tratar.

3.3 Flotacin por aire disuelto

La flotacin por aire disuelto ha sido uno de los procesos ms estudiados en el tratamiento de las aguas residuales. Actualmente, tambin ha sido muy investigado en el tratamiento de aguas de abastecimiento.

Hay tres tipos bsicos de sistemas de flotacin:

a) con presurizacin parcial del afluente (figura 8-4);b) con presurizacin total del afluente (figura 8-5);c) con presurizacin de la recirculacin (figura 8-6).

Entre los tipos de flotacin mostrados en las figuras 8-4 a la 8-6, aquella con presurizacin de la recirculacin es la ms aconsejable en el tratamiento de las aguas, pues los flculos podran romperse en la bomba.

IV. FILTRACIN

La filtracin consiste en la remocin de partculas suspendidas y coloidalespresentes en una suspensin acuosa que escurre a travs de un medio poroso. Engeneral, la filtracin es la operacin final de clarificacin que se realiza en unaplanta de tratamiento de agua y, por consiguiente, es la responsable principal de laproduccin de agua de calidad coincidente con los estndares de potabilidad.El avance logrado por la tcnica de filtracin es el resultado de un esfuerzoconjunto dirigido a lograr que la teora exprese los resultados de las investigacionesexperimentales, de tal modo que sea posible prever, en el diseo, cmo va aoperar la unidad de filtracin en la prctica.

Como las fuerzas que mantienen a las partculas removidas de la suspensinadheridas a las superficies de los granos del medio filtrante son activas paradistancias relativamente pequeas (algunos ngstroms), la filtracin usualmentees considerada como el resultado de dos mecanismos distintos pero complementarios:transporte y adherencia. Inicialmente, las partculas por remover son transportadasde la suspensin a la superficie de los granos del medio filtrante. Ellaspermanecen adheridas a los granos, siempre que resistan la accin de las fuerzasde cizallamiento debidas a las condiciones hidrodinmicas del escurrimiento.El transporte de partculas es un fenmeno fsico e hidrulico, afectadoprincipalmente por los parmetros que gobiernan la transferencia de masas. Laadherencia entre partculas y granos es bsicamente un fenmeno de accin superficial, que es influenciado por parmetros fsicos y qumicos.

Los mecanismos que pueden realizar transporte son los siguientes:a) cernido;b) sedimentacin;c) intercepcin;d) difusin;e) impacto inercial;f) accin hidrodinmica, yg) mecanismos de transporte combinados.

Los mecanismos de adherencia son los siguientes:

a) fuerzas de Van der Waals;b) fuerzas electroqumicas;c) puente qumico.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACIN

La eficiencia de la filtracin est relacionada con las caractersticas de lasuspensin, del medio filtrante, de la hidrulica de la filtracin y la calidad delefluente. Por ejemplo, la filtracin de agua cruda en filtros lentos de arena, y la deagua coagulada en filtros rpidos de arena resultan de interacciones distintas entrelos granos del medio filtrante y las partculas suspendidas, pues un factor importanteen la filtracin lenta puede, muchas veces, no ser importante para lafiltracin rpida.Se presentan a continuacin los principales factores que influyen en la filtracinrpida.

Caractersticas de la suspensin

De modo general, la eficiencia de remocin de partculas suspendidas en unmedio filtrante est relacionada con las siguientes caractersticas de la suspensin:

a) tipo de partculas suspendidas;b) tamao de partculas suspendidas;c) densidad de partculas suspendidas;d) resistencia o dureza de las partculas suspendidas (flculos);e) temperatura del agua por filtrar;g) potencial zeta de la suspensin; y

h) pH del afluente.

a. Tipos de partculas suspendidasLa filtracin de flculos que no sedimentan en una planta de ablandamientodifiere sustancialmente del caso en que se tienen flculos provenientes de unpretratamiento con un coagulante de una sal de hierro o aluminio. Por otro lado, eltipo de partculas primarias presentes en el agua cruda influye en la eficiencia dela filtracin. Por ejemplo, la existencia de algas en el afluente influye en la formacinde curvas de prdida de carga de manera ms acentuada que aquellos casosen que el afluente solo posee partculas suspendidas coaguladas de arcilla o slice.

b. Tamao de las partculas suspendidas

Existe un tamao crtico de partculas suspendidas, del orden de 1 m, elcual genera menos oportunidad de contacto entre la partcula suspendida y elgrano del medio filtrante. Este hecho se puede observar desde el principio, cuandoel medio filtrante est limpio, hasta el final de la carrera de filtracin. Algunosproductos qumicos, como los coagulantes tradicionales y los polmeros, puedenusarse para ajustar el tamao de las partculas suspendidas de modo de obteneruna eficiencia mayor. Las partculas menores que el tamao crtico sern removidaseficientemente, debido, principalmente, a la difusin; mientras que las mayorestambin sern removidas eficientemente debido a la accin de otros mecanismos,como la intercepcin y la sedimentacin.

c. Densidad de las partculas suspendidas

Cuanto mayor sea la densidad de las partculas suspendidas, mayor ser laeficiencia de remocin de las partculas de tamao superior al tamao crtico,mencionado anteriormente.

d. Resistencia o dureza de los flculos

La dureza de los flculos es otro factor importante en la filtracin rpida,pues los flculos dbiles tienden a fragmentarse y penetrar fcilmente en el interiordel medio filtrante, lo que favorece el traspaso final de la turbiedad lmite,mientras que los flculos duros o resistentes no se fragmentan fcilmente, peroproducen una prdida de carga mayor.e. Temperatura del agua por filtrar

En general, el aumento de temperatura conduce a una eficiencia mayor,pues se tiene un aumento de energa termodinmica en las partculas del agua y,consecuentemente, la difusin se vuelve un mecanismo importante cuando se tienenpartculas suspendidas menores de un micrmetro. Por otro lado, la disminucinde la viscosidad facilita la accin del mecanismo de sedimentacin de partculasmayores de un micrmetro.f. Concentracin de partculas suspendidas en el afluenteCuando el medio filtrante se encuentra limpio, la eficiencia de remocindepende de la concentracin de partculas suspendidas en el afluente.Despus de algn tiempo de filtracin, la eficiencia de remocin aumentacon el aumento de la concentracin de las partculas suspendidas en el afluente,pues las partculas retenidas hacen de colectoras de otras partculas suspendidas.g. Potencial zeta de la suspensinCuando las partculas suspendidas y los granos del medio filtrante tienenpotencial zeta del mismo signo, la interaccin entre las capas dificulta la adherencia,lo cual reduce la eficiencia de remocin. Como los materiales filtrantes usualespresentan potenciales zeta negativos, sera conveniente que las partculas suspendidastuviesen potencial zeta neutro o positivo.

h. pH del afluente

El pH influye en la capacidad de intercambio inico entre las partculassuspendidas y los granos del medio filtrante. Para valores de pH inferiores a 7,0,disminuye el intercambio de cationes y aumenta el intercambio de aniones sobrelas superficies positivas; mientras que, para valores de pH superiores a 7,0, seproduce un aumento en el intercambio de cationes y una disminucin en el intercambiode aniones sobre las superficies negativas.Caractersticas del medio filtrante

Entre las caractersticas del medio filtrante que influyen en la filtracin,destacan:

a) tipo del medio filtrante;b) caractersticas granulomtricas del material filtrante;c) peso especfico del material filtrante; yd) espesor de la capa filtrante.

TIPOS DE UNIDADES DE FILTRACIN

ClasificacinLos sistemas de filtracin pueden ser clasificados teniendo en cuenta lossiguientes parmetros: el lecho filtrante, el sentido del flujo durante la filtracin, laforma de aplicar la carga de agua sobre el medio filtrante y la forma de controloperacional.

Filtracin por gravedad

La filtracin rpida, realizada por gravedad, usualmente se emplea en lasplantas de tratamiento para fines de abastecimiento pblico. El factor econmicoes la variable que define su preferencia de uso. Estas unidades pueden ser de flujoascendente (filtro ruso) y ser operadas con tasa de filtracin constante o declinante.Cuando es de flujo descendente, la filtracin rpida puede realizarse contasa declinante o constante en filtros de lecho nico de arena o de lechos mltiples. Filtracin ascendenteLa filtracin ascendente presenta la ventaja de que el agua afluente escurreen el sentido en que los granos del medio filtrante disminuyen de tamao, loque hace posible que todo el medio filtrante, constituido por arena, sea efectivo enla remocin de partculas suspendidas.Aunque en la filtracin ascendente de agua decantada las carreras de filtracinresultan ms largas si se las compara con la filtracin descendente enlecho de arena, la carga hidrulica necesaria aguas arriba de los filtros y el mayorespesor de la capa han limitado mucho el uso de la filtracin ascendente.La aplicacin ms ventajosa de este tipo de unidades es la filtracin directa,en la que los productos qumicos se aplican y dispersan en el agua cruda antes dela filtracin. En seguida, el agua es conducida a los filtros por la parte inferior.Este tipo de unidades estn siendo muy utilizadas en algunos pases de Europa, deAmrica del Sur y de Centroamrica.

Las principales caractersticas comunes a estas unidades son las siguientes:

a) Tasa de filtracin: 120 a 200 m3/m2/da.b) Fondo de los filtros: tipo Leopold, tuberas perforadas y placas perforadasson los ms comunes.c) Distribucin de agua a los filtros: caja provista de vertederos, de la cualparten tuberas individuales o tuberas individuales provistas de medidores yreguladores de caudal.

Filtracin descendente

Hasta hace pocos aos, los filtros descendentes por gravedad eran diseadospara funcionar nicamente con tasa constante, y generalmente iban provistosde dispositivos automticos de control de caudal y nivel. En los ltimos aos sehan desarrollado tecnologas que han simplificado sensiblemente la forma de operacinde los filtros de gravedad, como la operacin mediante tasa declinante.

Filtracin ascendente-descendenteLa idea de realizar la filtracin ascendente y descendente surgi despusde constatar la posibilidad de fluidificacin del medio filtrante al momento de lafiltracin ascendente y del consecuente perjuicio de la calidad del agua filtrada.Surgieron los filtros denominados Bi-Flow, donde parte del agua cruda coaguladaes introducida en la parte superior, y la restante en la parte inferior delfiltro. La coleccin se hace por medio de tuberas provistas de bocas e instaladasen el interior del medio filtrante.

A pesar de evitar los inconvenientes de posibles problemas derivados de lafluidificacin del medio filtrante, este tipo de instalacin presenta el inconvenientede que la coleccin del agua se hace en el interior del medio filtrante, donde lasbocas se pueden obstruir con el tiempo, por lo que requieren un mantenimientorutinario.Para controlar esta situacin, aparecieron los superfiltros, los cuales realizanla filtracin ascendente y descendente.

FILTRACIN DIRECTALa solucin adecuada para tratar aguas superficiales de baja turbiedad ycolor es aquella conocida como filtracin directa. En general, la unidad de filtracinest precedida por la mezcla rpida y la prefloculacin o solamente por lamezcla rpida. Cuando la fuente de abastecimiento es un lago, la presencia dealgas en cantidades superiores a 1.000 unidades por mililitro puede reducirsignificativamente la carrera de filtracin.

Este tipo de filtracin tiene una mayor capacidad de remocin que uno deflujo descendente y la explicacin est en que la filtracin se realiza en el sentidodecreciente de la granulometra, con lo que se aprovecha mejor toda la capafiltrante. Adicionalmente, este tipo de filtracin presenta un crecimiento menosacentuado de la prdida de carga a lo largo de la carrera de filtracin.La filtracin directa ascendente-descendente tiene como procesos la mezclarpida y la filtracin ascendente seguida de la filtracin descendente. Este tipode unidades tienen una doble barrera para la remocin de partculas. Por lo tanto,pueden operar con cargas mayores a las de los filtros de flujo ascendente.

Ventajas de la filtracin directa

a) El costo de construccin de la planta de tratamiento puede disminuir hastaen 50% con respecto al de una planta convencional.b) Menor costo de operacin y mantenimiento.c) Reduccin sustancial del consumo de coagulante.d) Menor volumen de lodo producido en la planta.e) Facilidad en el tratamiento de agua cruda con baja turbiedad.

Desventajas de la filtracin directa

a) Dificultad en el tratamiento de agua con alto contenido de color o turbiedad.b) Necesidad de monitoreo continuo o control riguroso de los principalesparmetros de calidad del agua cruda y tratada.c) El tiempo de retencin total para el tratamiento es relativamente corto, loque implica que debe reaccionarse rpidamente ante las modificaciones decalidad del agua cruda.d) Posibilidad de paralizacin