FT-PRIM-001

FT-PRIM-001
FICHAS TÉCNICAS
DE ETAPAS DE PROCESO DE
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DE LA INDUSTRIA TEXTIL
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
SERIE: TRATAMIENTOS PRIMARIOS
TÍTULO
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN (FP-PRIM-001) Fecha de elaboración
Mayo de 2015
Revisión vigente
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN (FT-PRIM-001)
Fecha
Mayo de 2015
Autores
Joaquín Suárez López
Alfredo Jácome Burgos
Pablo Ures Rodríguez
FT-PRIM-001
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN
2.- PROCESOS DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
2.1.- Los fenómenos de coagulación y floculación
2.2.- Reactivos químicos
2.2.1.-Coagulantes
2.2.2.- Floculantes
2.2.3.- Coadyuvantes
2.3.- Manejo de reactivos
2.3.1.- Almacenamiento
2.3.2.- Preparación y dosificación
2.3.3.- Uso de reactivos
3.- DISEÑO DE INSTALACIONES DE MEZCLA
3.1.- Configuración de las cámaras de coagulación y floculación
3.2.- Parámetros de diseño
3.3.- Criterios de diseño
4.- CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARTICULARES
5.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL
6.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL
7.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
BIBLIOGRAFÍA
REFERENCIAS DE TECNOLOGÍA
ANEJO 1.- COMPARATIVA DE CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO
ANEJO 2.- ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS
ANEJO 3- DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO
Pág. 1 de 25
FT-PRIM-001 COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
Pág. 2 de 25
1.- INTRODUCCIÓN
El contenido de sólidos totales de un agua, natural o residual, es uno de los parámetros físicos más importantes.
Los sólidos totales están compuestos por materias flotantes, materia en suspensión, en dispersión coloidal y en
disolución.
Los sólidos totales, o residuo seco, se pueden clasificar en sólidos suspendidos y filtrables. La fracción filtrable se
compone de sólidos coloidales y disueltos.
La fracción coloidal consiste en partículas con un diámetro que oscila de 10-3 a 1 m. Los sólidos disueltos se
componen de moléculas orgánicas, inorgánicas e iones que se encuentran presentes en disolución verdadera en
el agua.
SALES
DISUELTAS
SUSPENSIONES
COLOIDES
Sedimentables







Algas
Bacterias
Virus
Figura 1.- Clasificación e intervalo de tamaños de partículas presentes en el agua.
A los sólidos con tamaños mayores que 0,2 mm se les suele denominar arenas. Los limos, arcillas, bacterias, etc.,
quedan retenidos al filtrar el agua ya que su tamaño es superior a 0,1 m.
La fracción coloidal no puede eliminarse por sedimentación. La turbidez y el color suelen estar asociados a
partículas coloidales. En estos tamaños de partículas las propiedades superficiales y las cargas eléctricas tienen
efectos más importantes que el peso relativo de la partícula en el agua.
Las partículas coloidales presentan cargas superficiales electrostáticas que hace que existan fuerzas de repulsión
entre ellas y les impida aglomerarse para formar flóculos y facilitar su sedimentación. Estas cargas son, en general,
negativas. Un coloide puede estar en suspensión casi un tiempo infinito.
Cuando la superficie de una partícula tiene carga eléctrica, algunos iones de carga contraria se adhieren a la
superficie y quedan allí retenidos gracias a fuerzas electrostáticas y de Van der Waals. Alrededor de esta capa fija
de iones, existe otra capa difusa, que no pueden formar capa compacta debido a la agitación térmica.
Si a un agua residual con materia coloidal se le hace pasar una corriente eléctrica continua, las partículas cargadas
eléctricamente serán atraídas hacia uno u otro electrodo de acuerdo con el signo de su carga.
Se considera a las partículas coloidales como ionizadas parcialmente en su superficie y que se desplazan bajo la
acción de un campo eléctrico. Por los efectos electro-cinéticos se afirma que hay una doble capa iónica en la interfaz
coloide-líquido, con la siguiente estructura ideal:
FT-PRIM-001 COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
Pág. 3 de 25
Potencial (mV)
E
Z
e
Pared
Parte fija de la
doble capa
Parte móvil
(capa difusa)
Distancia a la pared
Figura 2.- Croquis de la estructura ideal en la capa iónica en la interfaz coloide-líquido.
Se habla de modelo de doble capa. Se supone que una parte de la doble capa se adhiere a la pared, mientras que
la otra se mueve bajo la acción del campo eléctrico, existiendo una diferencia de potencial (Zeta), de tipo
electrocinético, entre la superficie que separa la interfaz fija/móvil y el seno del líquido. Existe también un potencial
termodinámico, E, igual a la diferencia de potencial entre la pared y el seno del líquido. El potencial Z depende a la
vez de E y del espesor de la doble capa, y su valor determina la magnitud de las fuerzas electrostáticas de repulsión
entre las partículas, y, por tanto, su probabilidad de adhesión. Para medir el potencial Z se utiliza un aparato llamado
Zetámetro.
El valor del potencial Z ya que varía según la naturaleza de los componentes de la solución.
Para eliminar los coloides del seno del agua es necesario llevar a cabo una agregación de las partículas en flóculos
más grandes, y fácilmente sedimentables. Normalmente es necesario introducir en el agua un producto capaz de:

neutralizar la carga de los coloides (anular su potencial Z).

formar agregados de partículas.
El proceso que consigue los anteriores objetivos es el denominado de COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN.
El objetivo de los procesos de coagulación – floculación es la neutralización de las cargas eléctricas de los coloides
y emulsiones presentes en el agua residual, seguido de un reagrupamiento de las partículas, de tal forma que sea
factible su separación posterior ya sea por decantación o bien por flotación. Es de indicar que en el proceso de
coagulación – floculación, no tiene lugar separación alguna de contaminantes, sino una adecuación de
determinadas partículas para que puedan ser separadas fácilmente a través de otros procesos instalados a
continuación, como decantación o de flotación (SÁIZ-SASTRE, 2007).
2.- PROCESOS DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
2.1.- Los fenómenos de coagulación y floculación
Por coagulación se entiende el proceso de desestabilización de los coloides. Se eliminan las propiedades que les
hacían mantenerse en suspensión. El mecanismo básico de desestabilización es anular las cargas eléctricas. Para
ello se utilizan reactivos químicos que tienen la propiedad de producir la coagulación.
El tiempo que el reactivo requiere para producir la coagulación es menor que 1 segundo. Es muy importante que
el reactivo se mezcle rápidamente con toda el agua, pero conseguir una buena mezcla puede llevar de 30 segundos
a 3 minutos. Para alcanzar altos rendimientos en la mezcla se suelen emplear técnicas en las que se aplica mucha
energía.
Una vez desestabilizadas las partículas interesa que éstas sedimenten. Su tamaño aún no es el óptimo para que lo
hagan en períodos cortos de tiempo y es necesario aumentar de tamaño; esto se logra mediante el proceso de
floculación.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 4 de 25
Con la floculación se consigue agregar las partículas coloidales desestabilizadas (aunque no es necesario que
fuesen ex-coloides). La agregación se ve facilitada si las partículas se ponen en contacto y si hay algo que cree
enlaces entre ellas y mantenga ese contacto. Lo primero se consigue mediante la mezcla y lo segundo mediante la
adición de floculantes. El proceso de formación de enlaces y agregados es lento, se llegan a adoptar tiempos que
van desde 10 a 30 minutos.
Hay que mezclar bien el floculante con el agua, pero si se mezcla con demasiada energía se pueden romper los
flóculos ya formados. El proceso de mezcla y floculación debe ser lento.
Partículas coloidales
AGUA
coagulante-floculante
catiónico
Figura 3.- Esquema del funcionamiento de los reactivos de coagulación y floculación.
Para la eliminación de sólidos disueltos se emplea el proceso de PRECIPITACIÓN. Mediante la adición de reactivos
se busca formar sales insolubles a partir de las sales disueltas. No es lo mismo que la sedimentación o la decantación
después de la floculación.
2.2.- Reactivos químicos
Se emplean diferentes productos químicos, que se agrupan bajo la denominación de coagulantes y/o floculantes
y coadyuvantes.
2.2.1.-Coagulantes
La desestabilización de un coloide se provoca mediante la adición de un electrolito de carga opuesta a la de las
partículas coloidales y el efecto aumenta marcadamente con el número de cargas que lleva el electrolito. Cuanto
mayor es la valencia mejor actúa el coagulante.
Son coagulantes habituales:

Sulfato de aluminio: (SO4)3Al2; en el mercado se encuentra en forma granular o líquida.

Cloruro férrico: Cl3 Fe, usado en aguas residuales, pero menos en aguas potables porque da color. Se
suele encontrar de forma líquida en concentraciones al 37% - 47%

Sulfato ferroso y férrico: SO4Fe · 7H2O y (SO4)Fe2 · 3H2O; se suministran en forma sólida.

Polímeros: en coagulación se usan poco individualmente. Su uso está muy extendido en la floculación.

Policloruro de aluminio (PAC): muy utilizados actualmente, mejora las propiedades del sulfato de
aluminio, Cl3n-m(OH)mAln.
Cuando una sal metálica, fundamentalmente de aluminio o hierro se añade al agua, se originan una serie de
reacciones de hidrólisis, formándose un conjunto de sustancias de tipo complejo de cargas multivalentes, que son
los responsables del proceso de coagulación. Los reactivos utilizados generalmente son sales metálicas de cationes
con alta carga iónica, de tal forma que cuanto mayor sea la carga del catión y menor el radio iónico mejor será el
rendimiento de la operación.
Cuando se añade Al+3 como coagulante en forma de sulfato, una pequeña parte de estos iones trivalentes se dirigen
a neutralizar las cargas negativas del coloide, mientras que, simultáneamente, la mayor parte reacciona con agua
formando hidróxido insoluble, según la reacción:
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 5 de 25
( SO4 )3 Al2  6 H2O 
 2 Al(OH)3  3SO4 H2
Por un mecanismo independiente el hidróxido insoluble atrapa los coloides neutralizados y facilita su
sedimentación.
El ácido formado en la reacción anterior reacciona con la alcalinidad bicarbonatada, que normalmente está
presente, sin llegar a requerir neutralización con cal.
El sulfato férrico reacciona de forma similar. La selección del reactivo más conveniente dependerá de los resultados
de los ensayos de coagulación que previamente se realicen. El pH es un factor crítico en el proceso de coagulaciónfloculación. Siempre hay un intervalo de pH en que un coagulante específico trabaja mejor (Rigola, 1989).
2.2.2.- Floculantes
Las partículas formadas durante el proceso de coagulación pueden ser todavía de pequeño tamaño o baja
densidad y decantar con dificultad. El tamaño de las partículas se puede aumentar con la adición de productos
químicos de elevado peso molecular y solubles en agua que, por disociación electrolítica en el agua, den formas
iónicas múltiples, capaces de actuar de puentes de unión entre las partículas coaguladas.
Entre los diferentes tipos de floculantes se pueden citar:

Polímeros: Son habituales en el proceso de floculación. Son compuestos orgánicos e inorgánicos que
tienen un gran peso molecular; forman cadenas largas y pueden tener carga eléctrica (polielectrolitos);
existen polímeros aniónicos (-) y catiónicos (+). Los más utilizados son los catiónicos porque los coloides
naturales son aniónicos; los polímeros no iónicos también tienen otras aplicaciones en tratamiento de
aguas. Pueden llegar a ser tóxicos y su uso está limitado en aguas potables.
Los polielectrolitos se dividen en dos grandes familias, de acuerdo con su origen: natural, como pueden
ser el almidón, la celulosa y los alginatos, etc., o sintéticos, formados por monómeros simples que se
polimerizan formando cadenas de muy alto peso molecular.

Sílice activada: La sílice activada está constituida por una solución de ácido polisilícico (H2SiO3)4 obtenida
de procesar ácido silícico. Es poco estable, por lo que se debe preparar "in situ". Hasta el reciente
desarrollo de los polielectrolitos se le consideraba el mejor floculador en asociación con las sales de
aluminio. Se sigue utilizando con frecuencia en potables. Se suele utilizar en diluciones del 0.5% al 1%.
2.2.3.- Coadyuvantes
Tienen la función de mejorar la actuación de los coagulantes y floculantes. Los objetivos de los coadyuvantes
pueden ser varios:
a) Corrección de pH: Cada coagulante tiene un pH óptimo de trabajo. Por ejemplo, el sulfato de aluminio
tiende a acidificar el agua tratada empeorando las condiciones de coagulación, ya que actúa mejor a pH
neutro. Para corregir el pH se le añaden bases o sales alcalinas al agua (cal, hidróxido sódico, carbonato
sódico, etc.).
b) Oxidación de compuestos: Se cree que el proceso de coagulación-floculación mejora si se eliminan
por oxidación algunos compuestos orgánicos que pueden interferir en los procesos. Se pueden utilizar
como oxidantes el cloro, el permanganato potásico, el ozono, etc.
c) Dar peso a las partículas: Se utilizan los llamados agentes gravimétricos. Se utilizan en aguas con baja
turbidez inicial. Se busca mejorar las velocidades de sedimentación. Se puede usar carbón activo en polvo,
cal, arcillas, polímeros, etc. La adición de productos tales como la bentonita aumentan la densidad de las
partículas y el peso global de la suspensión, al tiempo que proporciona una superficie importante para la
adsorción de compuestos orgánicos. Algo similar ocurre cuando se añade carbón activo en polvo al
tratamiento. La dosis de arcilla puede oscilar entre 10 y 50 mg/L.
La sílice activada y los polímeros se podrían también considerar como coadyuvantes de la coagulación y la
floculación.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 6 de 25
2.3.- Manejo de reactivos
Los reactivos se pueden presentar en forma líquida o sólida. Los sólidos, a su vez, pueden presentarse en grano o
en polvo. Los reactivos en polvo y los líquidos son los que presentan mayores problemas de manejo. En el
manejo de los reactivos hay que diferenciar tres etapas: almacenamiento, preparación y dosificación.
2.3.1.- Almacenamiento
Las instalaciones de almacenamiento dependen de la forma de presentación del reactivo. La tipología básica
consiste en silos, sacos o depósitos.
Los silos son utilizados para el almacenamiento de reactivos sólidos. Deben disponer de filtros manga y sistemas
vibratorios para evitar el "efecto silo", que impide el descenso del material por la tolva.
Figura 4.- Silo con dosificador incorporado.
Los sacos son habituales en pequeñas instalaciones y para reactivos que se utilizan en dosis bajas. Se recomienda
que no se amontonen en alturas superiores a 1.5 metros. Este dato puede dar una idea de la superficie necesaria
de almacén que necesita una determinada instalación.
Los depósitos, generalmente de forma cilíndrica, están fabricados de materiales no corrosivos (plásticos, poliester,
resina y fibra de vidrio, etc.) y pueden disponerse con el eje vertical u horizontal.
Figura 5.- Depósitos de eje horizontal y vertical.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 7 de 25
En la planta de tratamiento se debe disponer de una autonomía de uso de reactivos de entre 15 y 20 días
considerando las dosis máximas y los caudales máximos.
2.3.2.- Preparación y dosificación
Algunos reactivos se suministran bien con demasiada riqueza o con una forma de presentación inadecuada para
realizar una buena dosificación o mezcla. Se realizan preparaciones de los reactivos, suspensiones o soluciones,
previo a su dosificación. Se hace en depósitos similares a los de coagulación, de un tamaño no muy grande y con
agitadores. De estos depósitos tomarán los reactivos las bombas de dosificación.
Las dosis se suelen expresar en miligramos de reactivo por litro de agua a tratar. Se utiliza la dosis que optimice el
de los reactivos y que reduzca al mínimo los costes. La dosis óptima se determina mediante ensayos denominados
“jar test”, que consiste en preparar una serie de coagulaciones y floculaciones con diferentes dosis de reactivos. Los
resultados se pueden expresar gráficamente y de ellos se obtienen las condiciones óptimas de operación.
Figura 6.- Equipo de “jar-test”.
Para la realización de preparados en forma disuelta o de suspensión, y para la dosificación final a los depósitos de
coagulación y floculación, es necesario disponer de sistemas mecánicos adecuados. Se diferencian dos tipos de
dosificación: por vía seca y por vía húmeda.
El sistema habitual de dosificación por vía seca es una tolva que puede ir complementada con un sistema
volumétrico o gravimétrico. Los volumétricos pueden consistir en bombas de paleta, de disco o tornillos. La
dosificación suele regularse con la velocidad de giro. El gravimétrico suele constar de una cinta transportadora
conectada a un sistema de pesada. Estos sistemas suelen abastecer a los depósitos de preparación.
M
M
Figura 7.- Sistemas de dosificación por vía seca.
Los depósitos de preparación se suelen duplicar ya que normalmente trabajan de forma discontinua. El volumen
de la solución de trabajo debe permitir un mínimo de 24 a 48 horas de trabajo. Además, se debe disponer de una
capacidad de dosificación de, al menos, el doble del consumo máximo. Es normal disponer de una reserva de
dosificadores del 100 % si se dispone de un sólo equipo (1+1) y del 50 % si se dispone de 2 o más equipos (2+1,
4+2). Se debe, también, disponer de una capacidad de transporte horario (bombas + conducciones) superior a 1/8
del consumo máximo diario.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 8 de 25
Figura 8.- Sistema de dosificación de reactivos.
Con los reactivos líquidos también se suele realizar una preparación y se dosifica a partir de este último depósito.
Las bombas de dosificación pueden ser de tipo membrana, pistón, solenoide o peristálticas. Las bombas
centrífugas precisan de sistemas complementarios de medida de caudal como un rotámetro o un flotador.
Figura 9.- Bombas dosificadoras de membrana.
.
Figura 10.- Bomba de solenoide instalada sobre el tanque de dosificación.
FT-PRIM-001 COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
Pág. 9 de 25
2.3.3.- Uso de reactivos
PRODUCTO
ESTADO
RIQUEZA
SOLUCIÓN
TRABAJO
DOSIS
pH óptimo
SULFATO DE
ALUMINIO
grano
100%
10%
5.8 a 7.4
líquido
líquido
< 35-45
mg/L
.
< 25-35
mg/L
3.5 a 6.5 y > 8.5
ALÚMINA
NOTAS
50%
Al2(SO4)3·14H2O
CLORURO
FÉRRICO
FeCl3·6H2O
Sólida
(cristalina o
anhidra)
líquido
37%-47%
Debido a su carácter corrosivo
e higroscópico es preciso
mantenerlo en envases
seguros y bien cerrados
Tendencia a que el pH del agua
disminuya
El hidróxido férrico forma un
flóculo de color pardo,
gelatinoso.
El cloruro férrico tiene
tendencia a dejar en el agua
una tenue coloración de color
amarillo-pajizo, por lo que no es
recomendable su utilización en
aguas potables, de aportación
o recuperación.
SULFATO
FERROSO
sólido
90%-94%
< 50 mg/L
3.5 a 6.5 y > 8.5
<25 mg/L
3.5 a 7 y > 9.0
FeSO4·7H2O
SULFATO
FÉRRICO
Fe2(SO4)3·3H2O
POLÍMEROS
polvo
100%
1%
líquido
C: <5
mg/L
F: <0.5
mg/L
POLICLORURO
ALUMINIO
15-100
mg/L
Cl3n-m(OH)mAln
CAL
polvo
Ca(OH)2
0.5 Kg/L
85%-99%
lechada
10%
corrección
pH
0.39 mg/mg
alúm.
40 % dosis
sulf. Fe+3
26 % dosis
sulf. Fe+2
CARBÓN
ACTIVO
C: coagulación
polvo
grano
F: floculación
100%
suspensión
<25 mg/L
Es un sólido fácilmente soluble
en agua y su eficacia es similar
a la del Cl3Fe. La utilización de
uno u otro viene dada en gran
medida por los aniones que
acompañan al Fe3+ es decir,
por la preferencia en cuanto al
aumento de la concentración
de sulfatos o cloruros en el
agua a tratar.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 10 de 25
3.- DISEÑO DE INSTALACIONES DE MEZCLA
3.1.- Configuración de las cámaras de coagulación y floculación
El objetivo de las instalaciones de coagulación y floculación va a ser el conseguir mezclar los reactivos con el agua
a tratar y favorecer la formación de los flóculos. Existen dos sistemas básicos de mezcla: hidráulicos y mecánicos.
El proceso de coagulación precisa una mezcla rápida, mientras que la floculación necesita sistemas de mezcla lento.
La mezcla rápida se podría producir en un canal, aprovechando la turbulencia generada en un resalto hidráulico.
En tuberías se podría aprovechar la turbulencia generada en el flujo al colocar un estrechamiento o sección de
control. En un depósito se podría diseñar una entrada tangencial que crease un remolino. Los tres sistemas citados
serían hidráulicos de mezcla rápida. El más utilizado es el de la sección de control en una tubería.
Los sistemas mecánicos consisten en depósitos con un sistema de agitación, normalmente una turbina con eje
vertical u horizontal. La energía de mezcla se puede regular mediante las revoluciones del motor y el diseño de la
hélice. La velocidad periférica de la hélice suele oscilar entre 3 y 5 m/s en los sistemas de mezcla rápida. Se utilizan
potencias que van desde los 35 a los 70 CV/m3/s.
Velocidad máxima
en extremo de palas
Vp< 3 a 5 m/s
Velocidad máxima
en extremo de palas
Vp< 0.15 a 0.6 m/s
Figura 11.- Depósitos de coagulación y de floculación
La mezcla lenta se puede realizar también en depósitos con agitadores. En estos casos se suelen utilizar paletas en
vez de hélices. Se busca una gran superficie que gire a poca velocidad. Las velocidades periféricas de las paletas se
limitan a velocidades de 0.15 a 0.6 m/s. No se suelen superar los 2 ó 3 CV/m3/s. Los tiempos de retención hidráulica
van a ser altos respecto a los de coagulación, por lo que los volúmenes de depósito también van a ser mayores.
Suelen ser depósitos largos con varios agitadores de eje vertical u horizontal. Al existir varios agitadores se puede
regular la energía de mezcla entre el principio y el final. En la última fase del proceso de floculación la energía a
aplicar deberá ser menor, pues se busca mantener en suspensión los flóculos ya formados.
DEPÓSITO
DE MEZCLA
RÁPIDA
DEPÓSITO DE MEZCLA LENTA
Figura 12.- Instalación de mezcla-coagulación-floculación
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 11 de 25
Otro sistema de mezcla lenta consiste en la utilización de canales largos o depósitos laberínticos. Son habituales en
los procesos de cloración.
DEPÓSITO LABERÍNTICO EN PLANTA
Figura 13.- Sistema de mezcla lenta mediante depósito laberíntico.
3.1.- Parámetros de diseño
En todos los procesos de coagulación-floculación, es preciso la realización de ensayos en laboratorio con el fin de
determinar:

Reactivos más adecuados.

Dosis de coagulante.

Dosis de floculante.

pH óptimo de operación.

Tiempos de coagulación y floculación (tiempos de retención hidráulica).

Velocidad de sedimentación.

Volumen de fangos formados.

Calidad del agua sin tratar y tratada.
Tiempos de retención hidráulica en los reactores de coagulación y de floculación son los dos principales
parámetros.
3.2.- Criterios de diseño
Tabla 1.- Resumen de valores de diseño de la decantación lamelar/tubular
Parámetro
TRH en coagulación (minutos)
TRH en floculación (minutos)
Valores
2–3
20 – 30
Este cálculo debe realizarse para el caudal medio y máximo, siendo los tiempos de retención a aplicar, para el caudal
medio y máximo, los indicados anteriormente.
4.- CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARTICULARES
-
Atención a la seguridad en el almacenamiento y manipulación de los diferentes reactivos.
Aspectos a tener en cuenta en el dimensionamiento geométrico:


La agitación en la coagulación se puede llevar a cabo mediante agitadores mecánicos vigorosos o bien
por inyección de aire con difusores de burbuja media o gruesa. En este último caso el aire preciso es del
orden de 1 a 1,5 m3 aire /m3 *h.
En el dimensionamiento final del equipo se debe tener en cuenta un reguardo para salpicaduras (40 / 50
cm).
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 12 de 25

Si se adopta un coagulador de sección cilíndrica, es preciso la instalación de cortacorrientes, para
disminuir el efecto de vórtice generado por el agitador, lo que conllevaría a una pérdida de energía por
arrastre del agua.

Los cortacorrientes en estos reactores, se suelen poner en número de tres o cuatro y su anchura está
comprendida entre el 5 y 10% del diámetro del tanque.

Debe de tenerse en cuenta que en el proceso de coagulación pueden tener lugar precipitaciones de
tipo secundario, correspondiente a compuestos presentes en el agua residual, como pueden ser
fosfatos, carbonatos, etc. Produciendo la precipitación de los compuestos insolubles correspondientes,
que conllevan unos consumos extra de reactivos y una mayor producción de fangos sobre los
teóricamente previstos.

En el caso de utilizar cal como agente neutralizante, al tratarse de una reacción de tipo sólido - líquido
los tiempos de retención deben incrementase, al ser la velocidad de reacción considerablemente
menor.

La agitación en la floculación se puede llevar a cabo mediante agitadores de baja velocidad o bien por
inyección de aire con difusores de burbuja media. En este último caso el aire preciso es del orden de 0,5
a 0,75 m3 aire /m3 *h.

En el caso de utilizar agitación mecánica, es importante disponer de un variador de velocidad en el
proceso de floculación con el fin de ajustar la velocidad según el tipo de flóculo formado.

La alimentación y la salida deben situarse en posiciones opuestas.

Tanto el coagulador como el floculador, suelen sobredimensionarse entre un 15 – 20% del volumen
teórico obtenido por cálculo.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 13 de 25
5.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL
Los procesos de coagulación floculación son utilizados de forma frecuente en el tratamiento de las aguas residuales
industriales y se ha puesto de manifiesto su bondad para la reducción del color. La existencia de nuevos
coagulantes, tales como Polyaluminium chloride (PACl), Polyaluminium ferric chloride (PAFCl), Polyferrous sulphate
(PFS) y Polyferric chloride (PFCL) permite alcanzar mayores eficiencias en la decoloración de aguas residuales
textiles. Por otra parte, el uso de coagulantes naturales para el tratamiento de las aguas residuales textiles también
supone un nuevo, y viable, campo de experimentación como la alternativa debido a su carácter ecológico (Verma
et alt.; 2012)
El efluente de las industrias textiles contiene diferentes tipos de colorantes, los cuales, debido a alto peso molecular
y estructuras complejas, tienen muy baja biodegradabilidad (Hsu y Chiang, 1997; Pala y Tokat, 2002; Kim et al, 2004;.
Gao et al, 2007).
En la bibliografía se pueden encontrar un gran número de métodos de decoloración convencionales, de uso ya
consolidado, que implican etapas físico-químicas, procesos químicos y biológicos, así como algunas de las nuevas
técnicas emergentes como procesos de oxidación avanzados. Sin embargo, no existe una solución única viable
económica y técnicamente, y por lo general es necesario combinar dos o tres métodos (Kang y Chen, 1997;
Robinson et al, 2001.). Las etapas de coagulación química/floculación se muestran como técnicas robustas y muy
frecuentemente utilizadas.
Debido a que el mecanismo de coagulación útil en la decoloración de las aguas residuales todavía no está
absolutamente claro, en la eliminación del color por coagulación se encuentra en algunos casos muy eficaces,
mientras que en otros se ha fracasado completamente
La adición de algunos productos químicos (polielectrolitos) mejora coagulation mediante la promoción del
crecimiento de las grandes flóculos que permiten una rápida sedimentación. Los polielectrolitos son polímeros de
alto peso molecular, que contienen grupos absorbibles y cuando se añaden pequeñas dosis de polielectrolito (1
mg/L a 5 mg/L) en conjunto con coagulante, éstos también se les conoce como coadyuvantes. La acción del
polielectrolito se ve sustancialmente afectado por las variaciones de pH.
Las etapas de coagulación-floculación representan una tecnología rentable y proporciona una excelente
eliminación del color para una amplia variedad de colorantes, convirtiéndose en una tecnología prometedora para
la decoloración de las aguas residuales textiles.
La producción de lodos también puede ser minimizado mediante la optimización de los parámetros del proceso y
la selección adecuada de coagulante y floculante.
La coagulación por medio de biopolímeros es método muy eficaz para el tratamiento de aguas residuales
industriales. El Chitosan como un bio-floculante puede aplicarse con éxito para la eliminación de tanto partículas y
sustancias disueltas (Renault et al., 2009). Las principales razones para el éxito de este biopolímero en el tratamiento
de aguas residuales mediante la coagulación / floculación son que tiene la ventaja de ser un material no tóxico, no
corrosivo y seguro de manejar (producto no peligroso, no irritante para la piel y los ojos) (Bolto y Gregory, 2007;
Bratby, 2007). Además, el Chitosan es también eficiente en agua fría y a una concentración mucho más baja que las
sales de metales. La menor concentración de polímeros reduce el volumen de producción de lodos en comparación
con lodo obtenido con alumbre. Además, como los biopolímeros son biodegradables, el lodo puede ser
estabilizado por vía biológica.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 14 de 25
Figura 14.-Categorías de coagulantes químicos utilizados en la industria textil de acuerdo a su efectividad.
Las experiencias informan de que las sales metálicas pre-hidrolizadas, tales como sulfato de aluminio (alumbre), el
cloruro férrico y el sulfato férrico, son eficientes (Jiang y Graham, 1998). Los coagulantes pre-hidrolizados tales
como policloruro de alumnio (PACl), policloruro de alumnio-hiero (PAFCl), polisulfato de hierro (PFS) y cloruro de
Polyferric (PFCL) parecen dar mejor eliminación del color incluso a baja temperatura y también pueden producir
un menor volumen de los lodos.
A este respecto, Gregory y Rossi (2001) han estudiado la eficacia de diversos coagulantes pre-hidrolizar para el
tratamiento de aguas residuales, e informó que los productos PACL dan más coagulación rápida y fuerte que la de
alumbre en dosis equivalente. Esto se puede atribuir al hecho de que estos coagulantes son pre-neutralizado,
tienen menor efecto en el pH del agua y se reduce así la necesidad de la corrección del pH.
La mayoría de los colorantes utilizados en la industria textil están cargados negativamente y, por lo tanto, se
prefiere polímero catiónico sobre polímeros aniónicos y no iónicos. Sin embargo, los mecanismos que rigen el
funcionamiento de estos productos no están bien establecidos aún.
Varios autores han sugerido que los parámetros más importantes para optimizar la coagulación son el pH y la
concentración de iones metálicos aplicados.
Experiencias: con el alumbre (El-Gohary y Taw fi k, 2009), FeCl3 (Kim et al., 2003; Bidhendi et al, 2007), MgCl2 (Tan et
al, 2000; Semerjian y Ayoub, 2003; Gao et al, 2007), policloruro de aluminio (PACl) (Sanghi y Bhattacharya, 2005;.
Choo et al, 2007), cal y sulfato ferroso y coagulantes poliméricos orgánicos (Mishra et al, 2002; Bidhendi et al, 2007)
(Mishra et al, 2002 Georgiou et al, 2003) ( Gurses et al, 2003).
Aparte de éstos, la velocidad y el tiempo de mezclado, temperatura y tiempo de retención; también influir en la
eliminación del color (Ong et al, 2005. Naimabadi et al, 2009.).
A continuación se presentan diversas referencias con experiencias en el uso de coagulantes en aguas residuales de
la industria textil.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 15 de 25
Tabla 2.- Efectividad de diferentes coagulantes químicos estudiados, y referencias, para el tratamiento de
aguas residuales de la industria textil.
Los estudios realizados por diversos investigadores como se describe en la tabla anterior muestran que el pH
natural de solución de cloruro férrico es ácido. Sin embargo, la eliminación de color efectiva se puede lograr cuando
el pH se mantiene cerca de neutral, sino que depende de nuevo del tipo de colorantes a ser eliminado (Kim et al,
2004; Guendy, 2010; Moghaddam et al, 2010.). Por lo tanto, la adición de una base para mantener el pH se convierte
en requisito primordial. Cal o NaOH se pueden utilizar para este propósito. Sin embargo, la adición de cal puede
producir un importante incremento de fangos.
Considerando que la adición de polielectrolito es un coadyuvante de coagulación que generalmente mejora el
rendimiento de coagulante, se puede observar de la anterior que el pH óptimo para el alumbre es cerca de neutro
y por lo tanto mayor la eliminación del color.
Los PAC son coagulantes con base de aluminio similares a la alúmina pero con algunas diferencias importantes:

Están parcialmente pre-neutralizado.

Contiene Cl- en lugar de SO42
Contiene hasta tres veces más de aluminio.

Velocidad de agregación rápida, con flóculos mayores y más pesados.
Por otra parte, PAC muestra una mejor eliminación de color en un rango de pH más amplio de 7 a10.
El pH óptimo para FeSO4 es alcalina en el rango de 7 - 9 y proporciona una mayor eliminación del color en este
rango de pH.
Varios investigadores también han puesto de manifiesto que la adición de polielectrolito generalmente aumenta
la turbidez y el volumen de lodo sedimentado. Este efecto no deseado puede ser eliminado si la concentración de
polielectrolito utilizado es inferior a 2 mg / L (Bidhendi et al., 2007).
El pH óptimo para el cloruro de magnesio varía entre 9 y 12 (Gao et al, 2007; El-Gohary y Tawfik, 2009). Da muy
buena capacidad de eliminación de color si se usa con cal. Sin embargo, genera gran cantidad de lodo lo que
implica un costo adicional en la gestión y disposición final de los mismos.
Aunque tanto el cloruro férrico como el alumbre dan más o menos una alta eficiencia, a baja concentración, de
eliminación de color, la del cloruro férrico parece ser menor (Kim et al, 2004; Golob et al, 2005; Bidhendi et al, 2007.).
Sin embargo, si se utiliza con una pequeña dosis de polímero catiónico (Suksaroj et al., 2005) la eficiencia mejora
enormemente.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 16 de 25
Hay muy poca información disponible sobre la eficiencia de los coagulantes PFS. El PFS es atractivo como
coagulante porque es prácticamente soluble en agua, y forma gran cantidad de iones complejos polinucleicos
como (Fe2(OH)3)3+, (Fe2(OH)2)2+, (Fe8(OH)20)4+, que son propensos a la coagulación.
Es ventajoso por los siguientes aspectos:
Sedimentación rápida de los flóculos.
Amplio rango de pH para funcionar.
Baja contaminación por hierro.
Alta tasa de eliminación de metales pesados.
Rápida degradación en el fango.
El mecanismo principal para la coagulación es similar a la PACl es decir, adsorción y neutralización de carga.
Gao et al. (2001) han investigado la aplicación de PAFCl para la decoloración de las aguas residuales petroquímica
e informó que PAFCl da una mejor eliminación de la turbidez en el rango de pH 7.0 - 8.4, y una buena eliminación
de color para tintes de suspensión sobre el otros coagulantes seleccionados, como SLP y PACl. La capacidad de
formación rápida de los flóculos y superior eliminación de color puede ser debido a la razón que PAFCl combina las
ventajas de ambos procoagulantes: sales de aluminio y de hierro y, por tanto, capaces de formar flóculos
rápidamente sedimentables, más voluminosos. No hay referencias de su uso en aguas residuales de la industria
textil.
Coagulación con la ayuda de coagulantes naturales
Los compuestos poliméricos orgánicos presentan como ventaja, respecto a los materiales inorgánicos, que tienen
capacidad para producir grandes flóculos, densos y compactos, con buenas características de sedimentación
(Renault et al., 2009). En contraste con algunos coagulantes utilizado tradicionalmente, como alumbre, los
polímeros orgánicos precisan dosis inferiores, eficiencia a baja temperatura y producen pequeño volumen de lodo,
más biodegradable y con menos toxicidad (los polímeros aniónicos y no iónicos son generalmente menos tóxicos
en comparación con polímeros catiónicos); el efluente después del tratamiento con polímero natural puede ser
tratado por medios biológicos, si es necesario.
En la vista de ello, muchos investigadores han estudiado la efectividad de diversos coagulantes naturales (Joshi y
Nanoti, 1999) extraídos de plantas o animales (Christman, 1967) para el tratamiento de aguas residuales textiles.
Estos coagulantes naturales también pueden probar su eficacia si se utilizan de forma conjunta a los coagulantes
químicos. La mayoría de los coagulantes naturales entran en la categoría de los polisacáridos, por lo tanto, también
son coagulantes poliméricos.
Figura 15.-Categorías de coagulantes naturales.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 17 de 25
A diferencia de los coagulantes sintéticos, los coagulantes naturales presentan generalmente dos tipos de
mecanismos:
i)
la adsorción y la neutralización de carga
ii)
la adsorción y puente entre partículas.
Polímeros de origen vegetal como coagulantes:
Varios polímeros extraídos de plantas, tales como almidón, “gam guar”, goma arábiga, semillas de Nirmali, tanino,
Moringa oleífera y cactus, etc., son bien conocidos como coagulantes en la comunidad científica.
Estos polímeros tienen gran número de aplicaciones industriales ya que estos son los polisacáridos y poseen
diversas aplicaciones comerciales.
6.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL


Atención al cumplimiento de TRH.
Atención a la energía de agitación en cada cámara.
7.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
Este apartado está en blanco de forma intencionada.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 18 de 25
BIBLIOGRAFÍA
AWWA; (1975); "Control de calidad y tratamiento de agua"; American Water Works Association; Instituto de Estudios
de la Administración Local; Madrid.
AWWA; (1990); "Water Quality and Treatment”; American Water Works Association. McGraw-Hill, 4ª edición.
AWWA -ASCE; (1998); "Water Treatment Plant Design”; American Water Works Association. – American Society of
Civil Engineering. McGraw-Hill, 3ª edición. ISBN 0-07-001643-7.
FAIR, G.M.; GEYER, J.C.; OKUN, D.A.; (1971); "Ingeniería sanitaria y de aguas residuales"; 2 vol., Editorial Limusa Willey; México.
GOMELLA, C.; GUERREE, H.; (1977); "Tratamiento de aguas para abastecimiento público"; Editores Técnicos
Asociados; S.A.; Barcelona.
METCALF-EDDY; (1985); "Ingeniería sanitaria. Tratamiento, evacuación y reutilización de aguas residuales"; Editorial
Labor; Barcelona; ISBN 84-335-6421-8.
NALCO CHEMICAL, Co.; (1993); "Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones"; McGraw-Hill; Méjico;
ISBN 968-451-290-2.
RIGOLA LAPEÑA, M.; (1989); " Tratamiento de aguas industriales: aguas de proceso y residuales"; Colección
Prodúctica; Editorial Marcombo; Barcelona; 158 págs.; ISBN: 84-267-0740-8.
STEEL, E.W.; McGHEE, T.; (1981); "Abastecimiento de agua y alcantarillado"; Editorial Gustavo Gili, S.A.; Barcelona;
636 págs.; ISBN 84-252-0094-6.
TEBBUTT; T.H.Y.; (1990); "Fundamentos de ccontrol de la calidad del agua"; Editorial Limusa; México; 240 págs.; ISBN:
968-18-3317-1.
WEBER, W.J.; (1979); " Control de la calidad del agua. Procesos fisico químicos"; Editorial Reverté, 654 pgs.; ISBN 84291-7522-9.
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
ANEJO 1
COMPARATIVA DE CRITERIOS DE
DIMENSIONAMIENTO
Este apartado está en blanco de forma intencionada.
FT-PRIM-001 Pág. 19 de 25
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 20 de 25
ANEJO 2
ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS
ESTIMACIÓN DE SUPERFICIE NECESARIA PARA PROCESO DE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICA (MINUTOS) Coagulación 2 a 5 minutos Rango
Floculación 20‐30 minutos Tiempo total 25 Tiempo total 40 Valor adoptado
minutos minutos SUPERFICIE NECESARIA (m2) CAUDAL (m3/h) (2 metros de calado) 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1
2
4
6
8
10
13
15
17
19
21
2
3
7
10
13
17
20
23
27
30
33
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
FT-PRIM-001 Pág. 21 de 25
ANEJO 3
DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE
PROCESO
Figura 1
Croquis básico de un sistema de coagulación-floculación.
Figura 2
Croquis de los sentidos de flujo en una cámara de floculación. Los sistemas de agitación tendrían
velocidades decrecientes.
Figura 3
Estaciones de preparación de polímeros (manual y de flujo continuo (Ultromat®)
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
Figura 4
Motores para agitación en cámaras de coagulación.
Figura 5
Sistema de mezcla y coagulación mediante resalto hidráulico.
FT-PRIM-001 Pág. 22 de 25
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
Figura 6
Hélices de floculación de perfil delgado.
Figura 7
Palas de agitación en floculadores.
http://www.westech-inc.com/.
FT-PRIM-001 Pág. 23 de 25
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
Figura 8
Palas de agitación lenta en cámara de floculación de eje horizontal.
http://www.westech-inc.com/.
.
Figura 9
Palas de agitación lenta en cámara de floculación de eje horizontal.
http://www.westech-inc.com/.
FT-PRIM-001 Pág. 24 de 25
COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN
Figura 10
Coagulación-floculación en tubería.
http://www.iqdinvesquia.com/?page_id=539
FT-PRIM-001 Pág. 25 de 25