Revista de descontaminación industrial, recursos energéticos y sustentabilidad.

Floculación Vital

Floculación Vital

Principales aspectos relacionados con este proceso físico-químico, clave en el tratamiento de aguas.



Por César Muñoz D.
Ingeniero Químico
Inquinat

Una etapa bien relevante en el tratamiento de aguas residuales es la floculación, proceso físico-químico que a través de la adición de determinados compuestos permite aglutinar las partículas sólidas más pequeñas (coloidales) presentes en el agua para facilitar su decantación y posterior filtración y remoción.

Esta fase se desarrolla prácticamente en conjunto con la coagulación que, en términos simples, es la desestabilización de dichas partículas cargadas electrostáticamente, las que al colisionar y adherirse con otras forman moléculas más grandes y de mayor peso (flóculos) que pueden precipitar más rápidamente. Este último fenómeno es lo que se conoce como floculación.

Remoción de Coloides

La coagulación y la floculación son los métodos más importantes para remover los coloides suspendidos, alcanzando una efectividad de 80% a 90%. A través de este proceso, también se elimina el color y las bacterias generadas por dichas partículas presentes en el agua.

Los coloides forman suspensiones estables, por lo que es imposible su sedimentación natural y son responsables de la turbiedad y coloración en el agua. Un material coloidal puede tardar 755 días en sedimentar, por lo tanto, es importante cambiar esta condición. Los límites de tamaño son difíciles de especificar, pero las partículas dispersadas se encuentran entre 1 [μm] y 1 [nm].

Floculación Vital 3 300x471Con el Test de Jarra se puede establecer la dosis óptima de coagulante, floculante y pH.

En el proceso de floculación existen tres mecanismos de transporte:

•    Pericinético: Se produce por el movimiento natural de las moléculas del agua y está inducido por la energía térmica. Se conoce como movimiento Browniano.
•    Ortocinético o gradiente de velocidad: Se basa en las colisiones de las partículas debido al movimiento del agua, el cual es provocado por una energía exterior que puede ser de origen mecánico o hidráulico.
•    Sedimentación diferencial: Se genera por la precipitación de las partículas grandes que colisionan con las más pequeñas, las cuales van descendiendo lentamente para luego aglomerarse con las otras.

La aglomeración de las partículas desestabilizadas se da de manera muy lenta y los flóculos formados no son suficientemente grandes como para sedimentar con la rapidez deseada. Además, la velocidad de mezcla hidráulica o mecánica no debe ser intensa para no romper los flóculos, ya que, si esto ocurre, raramente se volverán a formar con el mismo tamaño y fuerza.

Tipos de Floculantes

La velocidad de formación de los flóculos se puede mejorar con la adición de un reactivo o de un coadyuvante de la coagulación. Estos compuestos permiten aumentar el volumen y también el peso de las partículas aglomeradas para su rápida sedimentación o separación por flotación.

Los floculantes que se agregan son polímeros o polielectrolitos con pesos moleculares muy elevados. Corresponden a moléculas orgánicas solubles en agua formada por bloques monoméricos repetidos de cadenas largas.

De acuerdo a su naturaleza, los floculantes se pueden clasificar en:

•    Minerales: Fueron utilizados en los años 70 y 80 para el tratamiento de aguas. Se encuentran en la sílice activada. Se deben preparar antes de usarlos y su elaboración es muy delicada, presentando riesgos de gelatinización. Además, muestran una neutralización parcial de la alcalinidad del silicato de sodio en solución.
•    Orgánicos naturales: Son polímeros naturales extraídos de sustancias animales o vegetales.
•    Orgánicos de síntesis (polielectrolitos): Son los más utilizados. Corresponden a macromoléculas de una gran cadena, obtenidos por la asociación de monómeros sintéticos con masa molecular elevada de 106 a 107 gr/mol. De acuerdo a la carga iónica de los polímeros se clasifican en aniónicos (copolímeros de la acrilamida y del ácido acrílico), neutros o no iónicos (poliacrilamida), y catiónicos (copolímero de acrilamidas + monómero catiónico).

Floculación Vital 2 OK horizontalEl proceso de coagulación-floculación permite remover turbidez que no puede sedimentar fácilmente.

En el mercado se encuentran diferentes tipos de floculantes:

•    Polielectrolitos aniónicos: Tienen la función de acelerar la sedimentación y actúan como elementos clarificantes en un proceso de decantación estática.
•    Polímeros catiónicos sólidos con alto peso molecular: Actúan como aceleradores en la formación de flóculos en sistemas de flotación y como agentes de separación de aguas y lodos. Estos compuestos mejoran los procesos de deshidratación de lodos que desarrollan tecnologías como sistemas centrífugos y filtros banda, entre otros.
•    Polímeros líquidos reticulados: Gracias a su estructura orgánica ramificada, dentro del polímero acrilamida, presenta una mayor capacidad de entrecruzamiento y una mayor eficiencia en la separación de componentes orgánicos más voluminosos como aceites y grasas.

Condiciones y Recomendaciones

La floculación está condicionada por una serie de factores que determinan su eficacia en el proceso de separación de la fase sólido/líquido.

El peso molecular del polímero es muy importante. Cuando se utiliza un polímero de bajo peso molecular, existe una tendencia por parte de cada molécula a ser adsorbida por una única partícula. En cambio, con otro del mismo tipo, pero de mayor peso molecular mejora el resultado, es decir, más moléculas pueden ser adsorbidas y utilizadas por varias partículas.

Con un aumento del peso molecular, además, se optimiza la dosis de polímero y se incrementa la velocidad de decantación.

También es muy importante que el polímero seleccionado tenga diferentes densidades de carga.

Para la selección y aplicación efectiva de los productos a utilizar en los procesos de coagulación y floculación, primero se debe determinar la dosis y el tipo de coagulante requerido para eliminar los coloides.

El Test de Jarra es un método que permite determinar y simular estos procesos y la sedimentación de las partículas coloidales. Su objetivo principal es establecer la dosis de coagulante, floculante y pH óptimo.

Asimismo, es de suma importancia conocer la naturaleza o caracterización del residuo líquido industrial (Ril) para definir el tipo de coagulante y floculante a utilizar.

Impactos y Ventajas

El uso de productos asociados a la floculación puede generar impactos medioambientales que hay que tener presentes.

En ese contexto, cabe señalar que los floculantes de origen natural no tienen efectos en el entorno, ya que son biodegradables. Los productos sintéticos, en cambio, demoran más en su proceso de degradación.

Floculación Vital 4 550x350La coagulación y la floculación son los métodos más importantes para remover los coloides suspendidos, alcanzando una efectividad de 80% a 90%.

Además, como parte de los sistemas de tratamiento de aguas residuales, su aplicación genera un residuo o rechazo que debe cumplir con las normativas que regulan las descargas, ya sea a alcantarillado (DS Nº 609), cuerpos o cursos de aguas superficiales (DS Nº 90) o aguas subterráneas (DS Nº 49).

Por otra parte, la aplicación del proceso de coagulación-floculación tiene ventajas ambientales como las siguientes:

•    Genera un lodo artificial que puede ser tratado y dispuesto con mayor facilidad y eficiencia.
•    Permite remover turbidez orgánica o inorgánica que no puede sedimentar fácilmente.
•    Elimina el color verdadero y aparente del agua residual.
•    Elimina patógenos.
•    Tiene costos bajos de operación.
•    Controla la proliferación de algas y plancton.
•    Elimina sustancias productoras de sabor y olor.
•    Disminuye la DBO.

Productos Químicos

Para los procesos de coagulación y floculación, los productos químicos más utilizados son ácidos o bases. Esto dependerá de la regulación del pH que se establezca para el agua residual, ya que se debe fijar un valor óptimo de acuerdo al floculante que se requiera aplicar.

En sistemas de oxidación avanzada, la coagulación y floculación se ocupan como tratamiento secundario. La oxidación mediante el reactivo Fenton (generación de radicales hidroxilos usando peróxido de hidrógeno con catalizador Fe (III) en medio ácido, pH 3-4) ayuda mucho en el saneamiento de residuos líquidos industriales (riles) muy cargados orgánicamente, con un alto contenido de DBO.

Artículo publicado en InduAmbiente N° 161 (noviembre-diciembre 2019), págs. 80-82.