La coagulación del agua se refiere a los métodos físicos y químicos preliminares de su purificación. La esencia del proceso radica en la ampliación y precipitación de impurezas mecánicas o sustancias emulsionadas. Esta tecnología se utiliza en modernas plantas de tratamiento de agua y aguas residuales.
Fundamentos físicos
La coagulación del agua, o en otras palabras su clarificación, es un proceso en el que pequeñas partículas en suspensión se combinan en conglomerados más grandes. Llevar a cabo este procedimiento le permite eliminar las impurezas finamente dispersas del líquido durante su posterior sedimentación, filtrado o flotación.
Para que las partículas se "peguen entre sí", es necesario vencer las fuerzas de repulsión mutua entre ellas, que aseguran la estabilidad de la solución coloidal. Muy a menudo, las impurezas tienen una carga negativa débil. Por lo tanto, para purificar el agua por coagulación, se introducen sustancias con cargas opuestas. Como resultado, las partículas de las suspensiones se vuelven eléctricamente neutras, pierden sus fuerzas de repulsión mutua y comienzan a adherirse y luego se caen.en el sedimento.
Materiales utilizados
2 tipos de reactivos químicos se utilizan como coagulantes: inorgánicos y orgánicos. Del primer grupo de sustancias, las más comunes son las sales de aluminio, hierro y sus mezclas; sales de titanio, magnesio y zinc. El segundo grupo incluye polielectrolitos (melamina-formaldehído, epiclorhidrindimetilamina, policlorodialildimetilamonio).
En condiciones industriales, las aguas residuales suelen coagularse con sales de aluminio y hierro:
- Cloruro de aluminio AlCl3∙6H2O;
- cloruro férrico FeCl3∙6H2O;
- Al sulfato 2O;
- sulfato de hierro FeSO4 7H2O;
- aluminato de sodio NaAl(OH)4 y otros.
Los coagulantes forman escamas con una gran superficie específica, lo que asegura su buena capacidad de adsorción. La elección del tipo óptimo de sustancia y su dosis se realiza en condiciones de laboratorio, teniendo en cuenta las propiedades del líquido objeto de tratamiento. Para la clarificación de aguas naturales, la concentración de coagulantes suele estar en el rango de 25-80 mg/l.
Prácticamente todos estos reactivos pertenecen a la tercera o cuarta clase de peligro. Por lo tanto, las áreas donde se utilicen deben ser en habitaciones aisladas o edificios separados.
Destino
El proceso de coagulación se utiliza tanto en sistemas de tratamiento de agua como para limpieza industrial yaguas residuales domésticas. Esta tecnología ayuda a reducir la cantidad de impurezas nocivas:
- hierro y manganeso - hasta 80%;
- tensioactivos sintéticos - en un 30-100 %;
- plomo, cromo - en un 30%;
- productos derivados del petróleo: entre un 10 % y un 90 %;
- cobre y níquel - en un 50%;
- contaminación orgánica - en un 50-65%;
- sustancias radiactivas - en un 70-90 % (excepto el yodo, el bario y el estroncio difíciles de eliminar; su concentración solo puede reducirse en un tercio);
- pesticidas - en un 10-90%.
La purificación del agua por coagulación seguida de sedimentación permite reducir el contenido de bacterias y virus en ella en 1-2 órdenes de magnitud, y la concentración de los microorganismos más simples en 2-3 órdenes de magnitud. La tecnología es efectiva contra los siguientes patógenos:
- Virus Coxsackie;
- enterovirus;
- virus de la hepatitis A;
- E.coli y sus bacteriófagos;
- quistes de giardia.
Factores clave
La velocidad y la eficacia de la coagulación del agua dependen de varias condiciones:
- Grado de finura y concentración de impurezas. El aumento de la turbidez requiere dosis más altas de coagulante.
- Acidez del ambiente. La purificación de líquidos saturados con ácidos húmicos y fúlvicos ocurre mejor a valores de pH más bajos. Con una clarificación normal del agua, el proceso es más activo a un pH elevado. Para aumentar la alcalinidad agregue cal, soda, sosa cáustica.
- Composición iónica. A baja concentraciónmezcla de electrolitos, se reduce la eficacia de la coagulación del agua.
- Presencia de compuestos orgánicos.
- Temperatura. Con su disminución, la velocidad de las reacciones químicas disminuye. El modo óptimo es calentar hasta 30-40 ° С.
Proceso tecnológico
Hay 2 métodos principales de coagulación utilizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales:
- En volumen libre. Para ello se utilizan mezcladores y cámaras de floculación.
- Aclarado de contacto. Primero se agrega un coagulante al agua y luego se pasa a través de una capa de materiales granulares.
El último método de coagulación del agua es el más utilizado debido a las siguientes ventajas:
- Alta velocidad de limpieza.
- Dosis más pequeñas de coagulantes.
- Sin fuerte influencia del factor de temperatura.
- No es necesario alcalinizar el líquido.
El proceso tecnológico de tratamiento de aguas residuales por coagulación comprende 3 etapas principales:
- Dosificación de reactivos y mezcla con agua. Los coagulantes se introducen en el líquido en forma de soluciones o suspensiones al 10-17%. La mezcla en recipientes se realiza mecánicamente o por aireación con aire comprimido.
- Formación de flóculos en cámaras especiales (contacto, capa fina, eyección o recirculación).
- Decantación en tanques de decantación.
La sedimentación de aguas residuales es más eficiente con un método de dos etapas, cuando primero se lleva a cabo sin coagulantes y luego después del tratamiento con productos químicosreactivos.
Diseños de grifos tradicionales
La introducción de la solución coagulante en el agua tratada se realiza mediante varios tipos de mezcladores:
- Tubular. Los elementos estáticos en forma de conos, diafragmas, tornillos se instalan dentro de la tubería de presión. El reactivo se suministra a través de un venturi.
- Hidráulico: cloisonné, perforado, vórtice, arandela. La mezcla se produce debido a la creación de un flujo turbulento de agua que pasa a lo largo de las particiones, a través de agujeros, una capa de sedimento coagulante suspendido o un inserto en forma de arandela (diafragma) con un agujero.
- Mecánica (pala y hélice).
Combinación con flotación
El tratamiento de aguas residuales por coagulación es un proceso difícil de controlar debido al cambio constante en la calidad del líquido. Para estabilizar este fenómeno, se utiliza la flotación, la separación de partículas suspendidas en forma de espuma. Junto con los coagulantes, los floculantes se introducen en el agua purificada. Reducen la humectabilidad de las suspensiones y mejoran la adherencia de estas últimas con burbujas de aire. La saturación de gas se realiza en plantas de flotación.
Esta técnica es ampliamente utilizada para la coagulación de agua contaminada con productos de las siguientes industrias:
- industria de refinación;
- producción de fibras artificiales;
- industrias de la pulpa y el papel, del cuero y química;
- ingeniería mecánica;
- produccióncomida.
3 tipos de floculantes se utilizan:
- de origen natural (almidón, levadura forrajera hidrolizada, bagazo);
- sintético (poliacrilamida, VA-2, VA-3);
- inorgánicos (silicato de sodio, dióxido de silicio).
Estas sustancias permiten reducir la dosis necesaria de coagulantes, acortar la duración de la limpieza y aumentar la velocidad de sedimentación de las escamas. La adición de poliacrilamida, incluso en cantidades muy pequeñas (0,5-2,0 mg/kg), reduce significativamente el peso de las escamas sedimentadas, lo que aumenta la tasa de ascenso del agua en los clarificadores de tipo vertical.
Métodos de intensificación de procesos
La mejora del proceso de coagulación del agua se lleva a cabo en varias direcciones:
- Cambiar el modo de procesamiento (coagulación fraccional, separada e intermitente).
- Regulación de la acidez del agua.
- Uso de opacificantes minerales, cuyas partículas desempeñan el papel de centros adicionales para la formación de conglomerados, materiales de sorción (arcilla, clinoptilolita, saponita).
- Procesamiento combinado. Combinación de coagulación con magnetización del agua, aplicación de un campo eléctrico, exposición a ultrasonidos.
- Con una mezcla de cloruro férrico y sulfato de aluminio.
- El uso de agitación mecánica, que reduce la dosis de coagulantes en un 30-50% y mejora la calidad de la limpieza.
- Introducción de oxidantes (cloro y ozono).
