Tratamientos del agua: decantacion, filtración, coagulación y floculación 💧💧💧

Los principales tratamientos del agua son: decantacion, filtración, coagulación y floculación. Vamos a explicar cada uno de ellos en el siguiente artículo.  💧💧💧

Tratamientos del agua físico químicos

El agua con sólidos en suspensión no es adecuada para la mayoría de los usos. Existen diferentes tipos de impurezas suspendidas. Los más comunes son limo, arcilla, productos vegetales subdivididos y sustancias de origen animal.

La distribución del tamaño de los sólidos en suspensión puede ser amplia.

Los sólidos gruesos (escombros) se asentaron rápidamente, permitiendo que el agua se detuviera. Las partículas finas, especialmente las partículas coloidales, pueden permanecer en la suspensión, haciendo que el agua se vuelva turbia y coloreada. El agua que consideramos subterránea casi siempre podemos decir que está libre de turbidez en el aspecto, excepto después de fuertes lluvias continuadas, que solo se pueden filtrar correctamente si después se hacen pasar a través de la capa eficaz de infiltración de agua debido a la infiltración de agua.

El método de separación de sólidos en suspensión depende de la cantidad de agua a tratar y el tamaño y la naturaleza de los sólidos en suspensión. Usar precipitación, coagulación y filtración.

Tratamientos del agua: Coagulación y floculación.

La coagulación y la floculación son dos procesos en la etapa de purificación del agua. Podemos resumir ambos procesos como una etapa importante  en la cual las partículas que estamos tratando se coagularán en pequeños o minúsculos pedazos, llamados flóculos, de modo que su gravedad específica será mucho más grande y superará la gravedad específica del agua y finalmente con el tiempo precipitará.

Las partículas pequeñas suspendidas en agua generalmente llevan fuerzas hidrostáticas negativas. Las cargas con el mismo signo se repelerán y, por lo tanto, las partículas.

La fuerza repulsiva es mayor que la fuerza de atracción, que estabiliza la suspensión y hace que las partículas sean menos propensas a formar aglomerados.

En la coagulación, la superficie y el entorno químco de las partículas cambian al agregar productos llamados coagulantes.

Para superar la repulsión, las partículas cargadas se neutralizan mediante la adición de iones de carga opuesta.

En el tratamiento del agua, las sales de aluminio y el hierro a menudo se usan como coagulantes. A menudo se utilizan sulfato de aluminio, aluminato de sodio y sulfato ferroso.

En la práctica, la solución coagulante se agrega en cierta cantidad al área del tanque de floculación donde la actividad de mezcla es fuerte. Si el contenido inicial de sólidos suspendidos es bajo y las partículas suspendidas son pequeñas, póngase en contacto con agua parcialmente tratada o no tratada en el tamiz. Después de la etapa de coagulación, el agua se agita ligeramente, lo que provoca la floculación.

¿Qué es la Floculación?

Es la aglomeración de partículas inestables, formando microflocs, que luego se convierten en partículas más grandes, que pueden depositarse como flóculos. Agregar otro agente llamado floculante puede promover la formación de flóculos. Con el desarrollo de flóculos gruesos, se vuelven fáciles de separar en vasos de sedimentación.

Agitar el agua a través de una mezcla hidráulica o mecánica crea un gradiente de velocidad, cuya intensidad controla el grado de floculación producida. El número de colisiones entre partículas está directamente relacionado con el gradiente de velocidad.

El tiempo de retención normal en el tanque de floculación es de 30 a 45 minutos. Para la floculación mecánica, la profundidad de la ranura es igual a 1 ⁄ o 2 diámetros de la cuchilla, y el área de la cuchilla es del 10% al 25% del área de la sección transversal de la ranura.

Podemos asegurar que los floculadores mecánicos, después de varios estudios, tienen más control sobre el proceso que los que hemos definido como floculadores hidráulicos, pero requieren más horas de mantenimiento. La floculación y la sedimentación se pueden combinar en una sola unidad.

Estudios recientes sobre precipitación y floculación han demostrado que, además de la repulsión electrostática, otros mecanismos (por ejemplo, la retención de sedimentos) también pueden participar en la aglomeración y separación de las partículas más pequeñas.

El precipitado que obtenemos en el método es similar a un gel de hidróxido de aluminio y se dedica a capturar las finas y minúsculas partículas coloidales, y prácticamente todo el material puede caer al fondo del contenedor o depósito, arrastrando la mayoría de materia suspendida, microorganismos, etc. Luego, después de un tiempo, el agua empieza a fluir a través de la capa de flóculos que previamente fue cubierta de lodo. Se puede observar que la velocidad con la que asciende el agua es demasiado lenta para arrastrar las partículas, y se obtiene un agua clara razonable.

Las sales de hierro funcionan de manera similar. Estas sales son más baratas que las sales de aluminio y producirán flóculos más fuertes. Sin embargo, las sales de hierro pueden causar problemas: pueden decolorar el agua, son corrosivas y catalizan reacciones bioquímicas dañinas.

Los polielectrolitos a menudo se usan como coagulantes en combinación con reactivos inorgánicos, pero ahora están recibiendo mucha atención como coagulantes. Son más caros que las sales inorgánicas, pero requieren dosis más bajas y producen menos lodo. 

¿Qué Tipos de decantadores existen?

En el decantador para sólidos relativamente pesados, es importante que la recolección esté bien cerca de la entrada de alimentación vertical, que es donde la cantidad de sedimentación es mayor. Usualmente funcionan continuamente, y la entrada y la salida deben estar dispuestas para evitar cortocircuitos en el suministro de agua. Para el tratamiento de volúmenes pequeños y medianos, los decantadores circulares son más económicos, pero para los decantadores rectangulares de gran flujo, debido a su forma geométrica, pueden hacer un mejor uso del espacio y reducir la carga de trabajo requerida para las paredes ordinarias.

Los sedimentadores cónicos son más profundos y se alimentan a través del fondo, utilizan la capa de lodo como una especie de filtro en la suspensión. 

En un rectángulo, la velocidad de desplazamiento horizontal es constante, pero no en círculo. En todos los casos, requieren un mecanismo para recolectar y extraer el lodo decantado. En el lodo rectangular, el lodo se recoge arrastrando previamente el lodo usando un raspador montado en un mecanismo de cadena o un puente móvil giratorio. En la cuchilla circular, el rascador está conectado al brazo giratorio.

Para sólidos relativamente pesados, es importante que la recolección esté bien cerca de la entrada de alimentación vertical, que es donde la cantidad de sedimentación es mayor. Usualmente funcionan continuamente, y la entrada y la salida deben estar dispuestas para evitar cortocircuitos en el suministro de agua. Si vamos a tratar volúmenes pequeños y volúmenes medianos, los decantadores que llamamos circulares son más económicos y sencillos, pero para los decantadores que hemos llamado rectangulares de gran flujo, debido principalmente a su forma geométrica, pueden hacer un mejor uso del espacio y reducir la carga de trabajo requerida para las paredes ordinarias.

Los sedimentadores cónicos son más profundos y se alimentan a través del fondo, utilizan la capa de lodo como una especie de filtro en la suspensión.

Debido a las ventajas que proporcionan, los decantadores de película delgada ahora se usan cada vez más en instalaciones industriales, lo que puede reducir el espacio requerido y lograr directamente una buena concentración de lodo decantado.

Cuando realizamos el tratamiento previo mediante precipitación química, el separador de membrana puede volver a integrar el lodo, mediante varias etapas, para reciclarlo para mejorar el crecimiento de partículas y micropartículas, de modo que se pueda usar la capa inferior del lodo para producir un efecto de filtrado, agregar partículas y mejorar la sedimentación.

¿Qués es la técnica de Flotación para el tratamiento del agua?

Esta es una técnica de clarificación alternativa, que es particularmente atractiva cuando se trata de partículas pequeñas y partículas con una densidad cercana al agua. Con esta técnica, la copa de carga no está directamente relacionada con las características de la suspensión; por esta razón, el tiempo de retención puede ser relativamente corto y aún se puede obtener una buena claridad.

Este método requiere la adición de un agente de flotación, que generalmente es muy pequeño, burbujas finas en la parte inferior del dispositivo. De esta manera, es posible saturar una porción de la corriente tratada (reciclar) con aire a alta presión atmosférica, y el exceso de aire deja la solución en forma de burbujas finas. Las burbujas de aire se adhieren o se entrelazan con partículas suspendidas, debido a su baja densidad, las burbujas de aire suben a la superficie.

Tratamiento del agua mediante Filtración

Tamizado

Si el agua contiene partículas suspendidas de más de 1 mm, es posible que se requiera un cribado preliminar, y también contiene restos flotantes, vegetación, etc. Además del lodo, también puede ser necesario usar una variedad de diferentes tipos y diferentes tamices de apertura.

Para pantallas gruesas, generalmente se usa una rejilla que consiste en varillas metálicas verticales de aproximadamente 25 mm de espesor y espaciadas entre 25 y 100 mm. En las instalaciones de tratamiento de agua de gran capacidad, estos filtros suelen estar equipados con equipos de limpieza automática. Si falta una gran cantidad de materia suspendida, el agua puede fluir directamente al filtro intermedio, y para el agua superficial, incluso puede fluir al filtro fino.

La pantalla intermedia suele ser una pantalla de correa. Este tipo de pantalla consiste en una correa que se mueve en la dirección vertical y el agua fluye en la dirección vertical. Estos tamices son muy fáciles de cubrir y generalmente están equipados con chorros de agua limpia que eliminarán los desechos que pueden obstruir el tamiz.

La pantalla fina suele ser una pantalla cilíndrica giratoria.

Su superficie generalmente está hecha de malla de acero inoxidable. La superficie de la pantalla se bloquea fácilmente, por lo que se debe agregar un chorro de agua para limpiar y eliminar automáticamente los restos restantes. La apertura de la malla seleccionada depende del tamaño del material en partículas que se eliminará, y generalmente está en el rango de 20-5,000 μm. En la industria del tratamiento del agua, las pantallas de tambor se utilizan para eliminar las partículas más pequeñas en el rango anterior, llamadas "microfiltros".

La tasa de filtración en uso normal es de 750 a 2500 m3 / m2D. El diseño del equipo de microdetección se basa en la determinación del laboratorio de las características empíricas de la suspensión (llamado índice de filtrabilidad). Este parámetro mide el comportamiento de la suspensión en función de las características de obstrucción de la suspensión y se puede utilizar para determinar la obstrucción excesiva para evitar daños en la rejilla.

Tratamiento del agua mediante Filtro de presión y gravedad

Los tipos de filtros utilizados para la filtración de agua son casi todos los diseños que utilizan materiales en partículas como medios filtrantes, como arena fina o ántrax, y el agua se filtra a través de los medios filtrantes en un flujo descendente. Estos tipos de filtros se denominan filtros de arena. Estos filtros se pueden dividir en dos categorías: presión y gravedad.

En equipos industriales, el tipo de presión casi siempre se usa, pero cuando se manejan grandes cantidades de agua, se usa el tipo de gravedad.

Filtros de presión: son verticales y horizontales.

Ambos tipos consisten en una carcasa metálica cilíndrica con una cubierta que sobresale, que contiene una capa de medio filtrante (arena o antiincrustante), que está soportada por la capa de arena o antiincrustante y está equipada con filtrado y retrolavado. Y accesorios necesarios para las operaciones de lavado. Los filtros verticales varían de 30 cm a 3 m. El diámetro y la altura suelen ser de 1,60 m. En la parte cilíndrica, aunque a veces se usa 1.20.

En estos dispositivos, la filtración se realiza haciendo fluir agua hacia abajo a través de un lecho de arena fina sostenido por grava graduada.

El material más utilizado y más antiguo también es la arena. La ventaja de usar medios de filtro granulares es que durante la operación de lavado, el lecho se hincha, liberando así la materia insoluble que queda en el filtrado.

El sistema de drenaje consiste en un deflector cuyo borde inferior se encuentra a una fracción de pulgada por encima de la superficie del domo en la parte inferior del filtro.

En un filtro vertical presurizado, el flujo de agua en la entrada está amortiguado por un deflector colocado en la parte superior del filtro. El objetivo del deflector es evitar que el agua golpee directamente la superficie del lecho de arena y evitar la aspereza; durante el proceso de retrolavado, el agua se acumulará en la parte superior del deflector. El filtro horizontal utiliza un distribuidor para dispersar el agua que ingresa al filtro y eliminar el agua de retrolavado durante el proceso de filtración. 

Los filtros horizontales utilizan un distribuidor poroso para dispersar el agua que ingresa al filtro durante el proceso de filtración y eliminar el agua de retrolavado.

Durante el proceso de retrolavado, se inyectará agua a alta presión, que liberará el material adherido a la arena, de modo que el agua de retrolavado pueda suspender el material desintegrado y arrastrarlo al desagüe.

Cuando el filtro se coloca en la lámina de filtro durante unos minutos, debido a la incapacidad de garantizar una buena filtración, el agua filtrada no se envía al drenaje hasta que se compacta el lecho del filtro y se deposita una pequeña cantidad de sedimento en su superficie.

La experiencia de filtrado se puede verificar fácilmente mediante el muestreo y la comprobación de su claridad. Cuando se clarifica el efluente, el agua ya no se envía al drenaje y el filtro pasa a través de la operación normal.

Esta operación continuará hasta que el indicador de caída de presión muestre que los filtros deben lavarse a contracorriente, y estos filtros se desactivan antes del lavado a contracorriente, luego lo ponen en funcionamiento, drenan el agua al alcantarillado y finalmente lo ponen en uso. Estas operaciones duran aproximadamente 15 minutos. Los filtros generalmente funcionan con baterías de 2 o más unidades. Esta batería está diseñada para que cuando una unidad esté limpiando la otra, pueda absorber todo el flujo.

Si se usan baterías con 4 o más filtros, deben lavarse por etapas, y cada unidad debe enjuagarse con efluentes entre sí; en otros casos, el filtro debe usar agua filtrada de un tanque o tanque elevado, Agua de precipitación del tanque de sedimentación, agua cruda (solo se usa cuando casi no hay materia suspendida en la fuente de suministro) retrolavado. La operación de retrolavado solo dura 8-10 minutos.

Las altas concentraciones de sólidos en suspensión, los altos niveles de filtración y el bajo flujo de retrolavado son factores que pueden afectar la falla del filtro, lo que lleva a la necesidad de reemplazar el lecho del filtro.

Obviamente, el ciclo de filtración depende de la naturaleza y la cantidad de insolubles presentes. Una buena coagulación y decantación inicial eliminarán la mayor parte del material insoluble, aumentando así el ciclo de filtración.

Los filtros de gravedad no se usan tanto en la industria como los filtros de presión. Sin embargo, también se usan. Estos filtros pueden estar hechos de concreto, acero o madera, pero el cemento es el material más utilizado. Este tipo de filtro se instala en el tanque de agua, y el agua se toma del tanque de agua para el lavado a contracorriente.

El canal de limpieza ubicado sobre el filtro tiene dos propósitos: 1 para dispensar agua filtrada y 2 para recoger el agua de retrolavado cada vez que se realiza una operación. En la parte inferior del filtro hay un sistema de recolección, que se utiliza para recolectar agua durante el proceso de filtración y distribuirla durante la operación de retrolavado.

Filtro automático sin válvula:

Este tipo se introdujo hace 5 años. Este tipo de filtro realiza automáticamente todas las operaciones del ciclo sin el uso de nanoválvulas, indicadores u otros controles eléctricos. Como se muestra en la figura, el sistema de recolección consiste en un fondo falso. Para este tipo de sistema de recolección, no es necesario usar una capa de grava y una capa de arena gruesa, solo se necesita una capa de arena de filtro o una capa de ósmosis inversa.

El agua condensada y vertida ingresa al filtro a través de tuberías, llega a la parte superior del compartimento del filtro y penetra en la arena. El agua filtrada se recoge en el fondo del filtro y luego se eleva hacia afuera. Durante el ciclo de filtración, cuando los flóculos en el tanque del filtro alcanzan una cierta altura (entre 4 y 5 pies) por encima de la salida de agua filtrada, los flóculos acumulados en el lecho del filtro generarán contrapresión, lo que hará que el agua en la tubería de retrolavado se eleve gradualmente , El sistema automático (no mostrado) evacua rápidamente el aire del tubo de retrolavado y comienza la acción de vacío (sifón) del filtro de retrolavado.

Filtro de carbón activado:

Estos son ampliamente utilizados para eliminar el olor y el sabor en el agua. En la industria que usa coagulación, precipitación y filtración, para lograr estos propósitos, es necesario usar carbón activado en polvo en una forma de dosificación cuidadosa en el equipo de precipitación y coagulación. La estructura del filtro de carbón activado es similar a un filtro de arena. Contienen una capa de carbón activado con un grosor de 24 a 36 pulgadas y están soportados por una capa de grava y arena. Para mantener el lecho filtrante en buenas condiciones, debe lavarse a contracorriente regularmente.

La capacidad del carbón activado es muy alta, en circunstancias normales, una sola carga es suficiente durante un año. Algunas grandes instalaciones han sido reactivadas, pero el análisis económico muestra que esto no es deseable. Debido a que la naturaleza y la cantidad de estos compuestos cambian con el tiempo, es difícil calcular el ciclo de vida o la capacidad de los filtros de carbón activado. El filtro de carbón activado solo se usa para eliminar el calor y el sabor.

Tratamiento del agua mediante Microfiltración

El microfiltro funciona a bajas cargas, con un desnivel mínimo, y se basa en una pantalla giratoria hecha de malla de acero o plástico, en la que gira el agua. Las partículas sólidas permanecen en la superficie interna del microfiltro con un sistema de limpieza continua para mantener limpia la pantalla. Se han utilizado eficazmente para separar las algas del agua superficial y como un tratamiento de tercer nivel en el tratamiento de aguas residuales. Según la aplicación, seleccione el tamaño de cuadrícula indicado. Con malla de acero, su envergadura puede ser del orden de 30 micras; mientras que para malla de poliéster, el tamaño puede alcanzar 6 micras, puede lograr buenos rendimientos.

Tratamiento del agua mediante Ultrafiltración

Esta tecnología de membrana representa un método absoluto de retención de sólidos en suspensión. El tamaño de poro de la membrana puede ser tan pequeño como 0.001 a 0.02 micras, y puede manejar concentraciones relativamente altas de agua sólida. Intenta retener coloides y grandes moléculas orgánicas. El flujo poroso y viscoso a través de la membrana, por lo que su estructura física determinará la velocidad de flujo y la repulsión de partículas.

En comparación con las membranas de ósmosis inversa, su porosidad es demasiado fuerte para desalinizar, ni pueden soportar una presión osmótica significativa. El tamaño de poro se caracteriza por una disminución en el peso molecular que puede pasar o no a través de la membrana. Varían entre 1,000 y 80,000, aunque la forma de las partículas se verá afectada.

El fenómeno de polarización que impide el paso se debe a la alta concentración de micromoléculas y coloides en la superficie de la membrana, formando así una capa de gel que aumenta la resistencia al flujo. La circulación a alta velocidad del líquido a filtrar a lo largo de la membrana tiende a reducir la capa de polarización y aumentar la productividad, pero representa un costo de bombeo más alto.

Las membranas pueden estar hechas de diferentes materiales, siempre que sean compatibles con la solución de alimentación y los agentes de limpieza utilizados regularmente. Están hechos de acetato de celulosa, PVC, poliacrilonitrilo, policarbonato y polisulfona. La polifusona es particularmente atractiva porque puede resistir hasta 93ºC, un pH de 0,5 a 13 y muchos reactivos químicos.

Debido a la forma de la membrana, puede ser tubular, espiral o fibra hueca. Estos diseños son muy similares al diseño de ósmosis inversa.

Tiene múltiples aplicaciones utilizadas antes o después de otras computadoras. Se puede usar para separar el agua para la ósmosis inversa del ácido húmico y el ácido fúlvico. Separación de sustancias coloidales, sustancias de alto peso molecular y microorganismos que no han sido separados por intercambio iónico. Su aplicación no permite la separación de sustancias disueltas.

Tratamiento del agua con Sílice

Hay tres formas de sílice: suspendida (arena), coloidal (no reactiva) y disuelta (reactiva). La sílice disuelta se llama sílice reactiva porque pasa la prueba colorimétrica de respuesta de molibdato y obtiene el color azul típico.

La eliminación de sílice no reactiva es similar a la eliminación de cualquier coloide. Como en el proceso de purificación, el agua se flocula, se decanta y se filtra con arena u otros métodos.

La regla generalmente seguida es que la sílice coloidal se encuentra en las aguas superficiales (como ríos y diques), al igual que otros contaminantes orgánicos o sustancias formadoras de coloides. En contraste, el agua de pozo rara vez contiene sílice coloidal. La razón de esto es que el suelo actúa como un medio de filtro. Aunque la solubilidad del silicato es pobre, generalmente se encuentra que el acuífero contiene 50 partes por millón o más de sílice disuelta. Especialmente en esas capas bajo suelo arenoso.

En términos más descriptivos: el contenido de sílice disuelta en las aguas de los ríos Paraná o La Plata es de aproximadamente 15 partes por millón. El agua de pozo en las principales áreas de producción de Argentina rara vez cae por debajo de 50 ppm.

Cuando se genera vapor en la caldera o el agua se evapora en la torre de enfriamiento, las impurezas disueltas se concentran y, en el caso del agua de pozo, el contenido de sílice alcanza rápidamente la saturación, que es de 120 ppm a un pH neutro. Por lo tanto, la sílice disuelta debe eliminarse antes de estas aplicaciones.

Por lo tanto, bajo la condición de pH 10.6 utilizado en calderas, torres de enfriamiento o membranas permeables, incluso si la precipitación ocurre a un valor de pH neutro, la solubilidad de la sílice puede ser incluso 7 veces mayor.

Aunque la sílice no parece ser tan molesta, el problema es que debe trabajar a un pH muy alto, lo que significa que debe resolverse otra deficiencia: evite la precipitación de iones duros. En otras palabras, para evitar la "inundación" de carbonato de calcio, es necesario ablandar el agua antes de aumentar su pH.