La flotación es un proceso de clarificación primaria particularmente efectivo para tratar aguas con baja turbiedad, altamente coloreadas y con gran contenido de algas. Consiste en la separación de las partículas naturales presentes en el agua cruda, coaguladas o floculadas, mediante el uso de sales de aluminio o de hierro y de polímeros. La flotación es un sistema de separación sólido-líquido o líquido-líquido basado en la diferencia de densidades, es decir, se pretenden separar aquellos elementos sólidos o líquidos que pueden flotar (por su menor densidad respecto al líquido) o son susceptibles de flotar, bajo ciertas condiciones, sobre el líquido.

Las aplicaciones de la flotación, en el campo del tratamiento del agua son múltiples entre ellas citaremos la separación de grasas y aceites, separación de materias floculadas en la clarificación, espesamiento de fangos activos procedentes del tratamiento de aguas residuales urbanas, separación de hidróxidos metálicos o de pigmentos en las aguas residuales industriales, etc.

Los sistemas de flotación se pueden clasificar en procesos de flotación natural y procesos de flotación provocada o acelerada.

La flotación natural se produce cuando la densidad de los elementos sólidos o líquidos son menores que las del agua. Su utilidad principal es el desengrasado y desaceitado de las aguas residuales de pequeñas depuradoras y el predesaceitado de aguas residuales industriales.

Los desengrasadores estáticos, flotación natural, se diseñan en función de la velocidad de flujo y el tiempo de retención hidráulico, ya que todo dispositivo que ofrezca una superficie tranquila actuara como separador de aceites y grasas.

La flotación provocada aprovecha la actitud que tienen ciertas partículas sólidas o líquidas de unirse a burbujas de gas, normalmente aire, formando conjuntos "partícula-gas" menos densos que el líquido que constituye la fase dispersa. De esta forma es posible ascender a la superficie partículas de densidad mayor que la del líquido, además de acelerar la ascensión de partículas de menor densidad, como el aceite.

La eficacia de la separación no depende tanto del tamaño y la densidad relativa de las partículas como de aquellas propiedades superficiales que permiten la adherencia de las burbujas a la estructura de las partículas, además del diferente efecto que ejerce los diferentes tamaños de la burbuja sobre la flotación.

Para que sea factible la flotación es preciso que la adherencia de las partículas a las burbujas de gas sea mayor que la tendencia a establecer contacto entre las partículas y el líquido. Este contacto entre el líquido y el sólido se determina mediante el ángulo formado por la superficie del sólido y la burbuja de gas. Figura 1

Si el θ=0 es imposible la adherencia solido-gas, debido a que el contacto es perfecto. Si el θ=180° la adherencia es óptima pero esta es una condición ideal porque se trata de un caso que nunca se da en la práctica puesto que ningún liquido da un angulo mayor a 110°.

El ángulo θ se puede aumentar mediante el uso de sustancias que forman una película hidrófoba

alrededor de las partículas. Tales sustancias poseen en sus moléculas una parte no polar (hidrófoba) que es atraída por las burbujas de aire en ascensión y otra polar (hidrófila), que es atraída por la fase dispersa.

En algunos casos se adicionan compuestos químicos (sales de hierro o aluminio, sílice activada, etc.) De manera que rompan el equilibrio coloidal que las mantienen dispersas y se agreguen creando una estructura que facilite la absorción de las burbujas de aire. También son utilizados polímeros orgánicos que modifican la naturaleza entre la interfase sólido-líquido y aire -líquido favoreciendo los cambios deseados.

Cualquier sistema de flotación debe presentar las siguientes características:

a) Generación de bolas de tamaño apropiado en relación con las partículas que se desea remover.

b) Adherencia eficiente entre las bolas de aire y las partículas en suspensión.

c) Separación adecuada del material flotante.

Entre estos procesos de flotación con microburbujas destacaremos: la aireación a presión atmosférica, la flotación por aire disuelto (FAD) y la flotación a vacío. Existen otros procesos de electrotlotacion basados en el desprendimiento de microburbujas por electrolisis.

La flotación a presión atmosférica es en realidad una flotación natural mejorada por inyección en el líquido de pequeñas burbujas de aire de unos pocos milímetros de diámetro. Estos sistemas constan de dos partes: una zona con flotación forzada donde la suspensión se agita y se mezcla con aire y otra zona de flotación natural donde se separan y se recogen las materias flotantes.

En la flotación con aire disuelto (FAD) el aire se disuelve en el agua residual sometida a una presión de varias atmósferas para conseguir la saturación en aire del agua. A continuación se libera la presión hasta alcanzar la atmosférica, liberándose el aire disuelto en forma de microburbujas. Las principales aplicaciones del FAD son el tratamiento de vertidos industriales y el espesamiento de fangos.

Hay tres tipos básicos de sistemas de flotación:

a) con presurización parcial del afluente. Figura 2

b) con presurización total del afluente. Figura 3

c) con presurización de la recirculación. Figura 4

La flotación a vacío consiste en saturar el agua de aire presurizándola y aplicar posteriormente el vacío parcial en la superficie de la masa líquida. De esta forma el aire disuelto abandona la solución en forma de microburbujas, arrastrando con ello las partículas adheridas. La separación efectiva de los líquidos y sólidos del agua residual, así como la concentración de los sólidos separados, depende de la generación de suficientes burbujas de aire por unidad de sólidos.

El sistema de electroflotación se realiza en un tanque por el que pasa el efluente a tratar. En el fondo de éste, se localizan los electrodos de modo que el cátodo queda por encima del ánodo. A través de estos electrodos, circula una corriente eléctrica que provoca la electrólisis del agua con la consiguiente formación de pequeñas burbujas de oxígeno (en el ánodo) y de hidrógeno (en el cátodo. Dichas burbujas arrastrarán en su trayectoria

ascendente hacia la superficie, las pequeñas partículas que se encuentren en suspensión en el efluente a tratar. Para favorecer la eliminación de los contaminantes se utilizan floculantes antes de tratar el agua en el sistema de electroflotación.

La separación efectiva de los líquidos y sólidos del agua residual, así como la concentración de los sólidos separados, depende de la generación de suficientes burbujas de aire por unidad de sólidos.

AS

= cantidad deaire disueltocantidadde materia flotante

La eficiencia de la flotación depende del pretratamiento realizado y este, a su vez, está relacionado con la calidad del agua cruda. La realización de investigaciones piloto, aunque no sean de escurrimiento continuo, pueden proporcionar información fundamental en cuanto al tipo de coagulante primario, la dosis y el pH de coagulación, el tipo y la dosis de polímero. Además de la mezcla rápida, un tiempo de floculación comprendido entre 5 y 20 minutos puede ser necesario para que los flóculos alcancen un tamaño de 0,5 y 1 mm, considerado ideal para la flotación.