Floculación y Precipitación PDF

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Facultad de Educación En Línea Protección del Medio Ambiente TEMA DE INVESTIGACIÓN: Floculación y Precipitación Presentado por: Nidia Rocío Cabrera Torres Sección: Nocturna Materia: Control de contaminación del agua Docente: Ing. Marcelo Cabrera Nueva Loja, 01 de junio de 2024  LA FLOCULACIÓN Coagulación. – Es el proceso por el que los componentes de una suspensión o disolución estable son desestabilizados por superación de las fuerzas que mantienen su estabilidad. (Aguilar, 2002) Mediante el proceso de coagulación se neutraliza la carga eléctrica del coloide anulando las fuerzas electrostáticas repulsivas, esta neutralización suele realizarse aplicando al agua determinadas sales de aluminio o hierro (coagulantes), de forma que neutralizan las cargas eléctricas negativas que suelen rodear a las partículas coloidales dispersas en el agua. La coagulación y floculación tiene lugar en sucesivas etapas, de forma que, una vez estabilizadas las partículas, la colisión entre ellas permita el crecimiento de los micro flóculos, apenas visibles a simple vista, hasta formar mayores flóculos. (Lorenzo - Acosta, 2006) Son dos procesos que a menudo se usan juntos para eliminar impurezas y contaminantes. 1. En que consiste este tratamiento – floculación. La floculación consiste en la aglomeración, mediante la agitación moderada del agua, de las partículas que se desestabilizaron durante la coagulación, formando otras de mayor tamaño y peso específico – flóculos. Los objetivos básicos de la floculación son reunir microflóculos para formar partículas con peso específico superior al del agua y compactar el flóculo disminuyendo su grado de hidratación para producir baja concentración volumétrica, lo cual produce una alta eficiencia en los procesos posteriores como sedimentación y filtración. (Restrepo Osorno, 2009)  En la floculación los contactos pueden realizarse por dos modos distintos: la Floculación Pericinética y Floculación Ortocinética. 1.1 La Floculación Pericinética. –Se caracteriza por los contactos por bombardeo de las partículas producidos por el movimiento de las moléculas del líquido (movimiento browniano) que solo influye en partículas de tamaños menores a un micrón. Solo actúa al comienzo del proceso, en los primeros 6 a 10 segundos y es independiente del tamaño de la partícula. 1.2 La Floculación Ortocinética. – Se caracteriza por los contactos por turbulencia del líquido, esta turbulencia causa el movimiento de las partículas a diferentes velocidades y direcciones, lo cual aumenta notablemente la probabilidad de colisión. Efectivo sólo con partículas mayores a un micrón. Actúa durante el resto del proceso, de 20 a 30 minutos. (Restrepo Osorno, 2009) Neutralizando las cargas electrostáticas, Coagulación y floculación. (Peréz de la Cruz hace que las partículas tiendan a unirse Francisco Javier, 2012) entre sí. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) 2. Condiciones de operación de uso. El paso siguiente a la coagulación es la floculación, etapa donde se realiza una mezcla suave, que aumenta el tamaño de las partículas de microflóculos submicroscópicos a partículas suspendidas visibles. Estos microflóculos se ponen en contacto entre sí mediante el proceso de mezcla lenta. El choque de las partículas de microflóculos hace que se unan para producir flóculos más grandes y visibles. El tamaño del flóculo continúa creciendo a través de choques o colisiones adicionales y la interacción con polímeros inorgánicos formados por el coagulante o polímeros orgánicos añadidos, formando así los llamados macroflóculos. Se pueden agregar polímeros de alto peso molecular, llamados floculantes, durante este paso para ayudar no solo a unir y fortalecer el flóculo, sino también para aumentar el peso y la velocidad de sedimentación. Una vez que el flóculo ha alcanzado su tamaño y resistencia óptimos, el agua está lista para el proceso de separación (sedimentación, flotación o filtración). Los tiempos de contacto de diseño para la floculación varían de 15 o 20 minutos a una hora o más. (Mazille, 2018) Como se menciona anteriormente los polímeros de alto peso molecular llamados floculantes: son productos que favorecen el proceso de formación del flóculo, actuando de puente o unión para captar mecánicamente las partículas de suspensión. La diferencia básica entre coagulante y floculante reside en que el coagulante anula las fuerzas repulsivas entre las partículas coloidales, iniciando la formación de microflóculos, en cambio el floculante engloba estos microflóculos aumentando su tamaño y densidad de modo que sedimenten más fácil y rápidamente. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) Los floculantes más empleados son los siguientes: - Agentes adsorbentes: Su misión consiste en dar mayor peso a los flóculos ligeros. Otra función de estos agentes consiste en adsorber partículas coloidales, generando un preflóculo, que rápidamente aumenta de volumen. - Sílice activa: Se obtiene a partir del silicato sódico (Na2SiO3) en disolución, a la cual se le neutraliza con ácido una parte importante de alcalinidad, en cuyo momento se dice que se ha activado. - Polielectrolitos: En la actualidad son compuestos más utilizados en la floculación. Son polímeros de alto peso molecular, naturales o sintéticos. Contienen unidades de bajo peso molecular combinadas químicamente para formar una molécula de tamaño coloidal en las que cada una de ellas tiene una o más cargas o grupos ionizables. Los polímeros pueden actuar solos (coagulantes) o como coadyuvantes de la floculación, aumentando considerablemente el tamaño de los flóculos. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) Proceso de coagulación-floculación en una planta potabilizadora. Fuente: (Mazille, 2018) 3. Restricciones para la operación La floculación está condicionada por una serie de factores que determinan su eficacia en el proceso de separación de la fase sólido / líquido. Dichos factores son: - Dosis óptima de polímero: Se refiere a la cantidad máxima de polímero que puede ser adsorbido sobre sólidos para producir un sistema floculado sin romper enlaces superficiales. A medida que se desarrolla la floculación, la formación de flóculos disminuye la superficie disponible, lo que puede resultar en la formación de una ligera niebla en suspensión. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) - Agitación: Una adecuada agitación es necesaria para la dispersión homogénea el polímero en el agua, favoreciendo la formación homogénea de flóculos. La agitación rápida aumenta el número de colisiones entre las partículas y cadenas de polímeros, asegurando la floculación total de los coágulos. Sin embargo, una vez iniciada la floculación, se debe reducir la velocidad de agitación para evitar la rotura mecánica de los flóculos. De cualquier modo, es necesario siempre un óptimo estado de agitación para lograr que las partículas se acerquen lo suficiente para formar puentes de enlace y formar los agregados. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) - Peso molecular: El peso molecular afecta su eficacia en la floculación. Los polímeros de mayor peso molecular permiten una mayor adsorción por parte de las partículas sólidas y optimizan la dosis de polímero, lo que resulta en una mayor velocidad de decantación. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) - Concentración de sólidos: La estabilidad de los flóculos aumenta con la densidad de los sólidos, debido al aumento de la probabilidad de unión de los fragmentos de los flóculos rotos. No obstante, para suspensiones muy concentradas, la velocidad de sedimentación puede ser muy pequeña debido a la corriente ascendente del fluido desalojado, generándose un equilibrio entre la sedimentación y la corriente ascendente. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) - Superficie de los sólidos: La dosis óptima de floculante es proporcional a la superficie específica del sólido. A medida que aumenta el tamaño o la superficie de la partícula se reduce la dosis de floculante. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) - Efecto de la temperatura: Existe la creencia general de que un aumento de temperatura mejora la floculación. Esto no siempre es así, ya que, si bien la velocidad de difusión del floculante y de colisión de partículas es mayor, adsorción es menor por ser exotérmica. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) - Efecto del pH: El pH puede afectar a la cantidad y tipo de cargas presentes en la superficie de los sólidos, así como la cantidad de carga libre que configura el polímero en disolución. (Peréz de la Cruz Francisco Javier, 2012) 4. Ejemplo 1 de cada uno en el ecuador o en el mundo En Perú, en la zona industrial de la bahía de Chimbote se encuentra ubicada la empresa Genesis EIRL, dedicada a la conserva de pescado, la cual realiza el proceso de coagulación y floculación en los efluentes líquidos de la fábrica. (Espinoza, 2023) LA PRECIPITACIÓN 1. En que consiste este tratamiento La precipitación se basa en la utilización de reacciones químicas (con compuestos químicos) para la obtención de productos de muy baja solubilidad. La especie contaminante a eliminar pasa a formar parte de esa sustancia insoluble, que precipita y puede ser separada por sedimentación y filtración. También se utiliza para eliminar la dureza del agua cuyo nombre es ablandamiento. Mediante la precipitación química, es posible eliminar del 80% al 90% de los sólidos en suspensión, del 70% al 80% de la DBO (demanda biológica de oxígeno), y del 80% al 90% de las bacterias. (Cliver, 2020) Durante la precipitación, los sólidos se separan del liquido normalmente por sedimentación, lo que debe resultar en dos capas claramente visibles: una sólida y una líquida, que puedan separarse fácilmente. 2. Condiciones de operación de uso. La precipitación encuentra aplicación en la separación de un componente de una mezcla de compuestos, ya sea por reactividad o bien por distinta solubilidad en un determinado disolvente. Posteriormente se utilizará la decantación o la filtración para aislamiento, y se aplicarán técnicas de purificación (cristalización, cromatografía en columna) hasta obtener el compuesto puro. La decantación puede utilizarse para separar mezclas de sólidos y líquidos cuando no se utilice la filtración. Consiste en dejar reposar la suspensión hasta que, por gravedad, de depositen las partículas sólidas en el fondo del recipiente. Después se trasvasa con cuidado el líquido a otro recipiente procurando que no pasen las partículas sólidas. Purificación de compuestos sólidos. (Amparo Caubet, 2024) - Cristalización: Es un proceso de formación de un sólido cristalino a partir de un producto fundido o a partir de una solución. Los cristales se obtienen al enfriar una disolución saturada en caliente del compuesto sólido en un disolvente adecuado. - Cromatografía: Comprende un conjunto de técnicas que tienen como finalidad la separación de mezclas basándose en la diferente capacidad de interacción de cada componente en otra sustancia. Consiste en pasar una fase móvil (una muestra  constituida por una mezcla que contiene el compuesto deseado en el disolvente) a través de una fase estacionaria fija sólida. (Amparo Caubet, 2024) En aguas provenientes de algunas industrias contienen contaminantes en altas concentraciones, como hierro, cromo, cadmio, plomo y arsénico, que resultan tóxicos para los seres vivos. Por medio de reacciones de precipitación, se pueden formar sales insolubles y atrapar estos agentes tóxicos de las aguas contaminadas. Tal es el caso del plomo. El yoduro de sodio es una sal soluble que actúa como agente precipitante. En presencia de iones de plomo, el ion yoduro forma sales que precipitan. La reacción del ion yodo con plomo produce un precipitado amarillo, que sirve para detectar la presencia de plomo en aguas contaminadas. (Fernandes, 2023) Proceso: Precipitación de hidróxido de hierro disuelto. Fuente: (Fernandes, 2023) 3. Restricciones para la operación Para reconocer una reacción de precipitación, debemos predecir si el producto que se forma es soluble o insoluble en agua. Para esto, existen las siguientes reglas:  1. El compuesto sólido debe tener carga igual a cero. Por eso, dos aniones o iones con carga negativa no pueden combinarse, así como tampoco dos cationes o iones con carga positiva. 2. Para el compuesto no tenga carga, debe combinarse un catión y un anión que compensen sus cargas entre sí. 3. La mayoría de las sales de nitrato NO3 son solubles. 4. La mayoría de las sales que contienen iones metales alcalinos (litio, sodio, potasio, cesio, rubidio) y el ión amonio son solubles. 5. La mayoría de las sales con cloro, bromo o yodo son solubles, excepto cuando están presentes los iones plata, plomo y mercurio. 6. La mayoría de las sales de sulfato son solubles, excepto el sulfato de bario, el sulfato de plomo, el sulfato de mercurio y el sulfato de calcio. 7. Los hidróxidos solubles son el hidróxido de sodio y el hidróxido de potasio. Los compuestos medianamente solubles son el hidróxido de bario, hidróxido de estroncio y el hidróxido de calcio. 8. La mayoría de los sulfuros, carbonatos, cromatos y fosfatos son ligeramente solubles, con excepción de las sales con los iones de la regla 4. (Fernandes, 2023) 4. Ejemplo 1 de cada uno en el ecuador o en el mundo En Ecuador, la principal actividad minera se la realiza a escala pequeña y artesanal, especialmente en el sector de Zaruma-Portovelo, en la provincia de El Oro, donde las plantas de beneficios descargan sus residuos a los ríos, por lo cual se ha aplicado la precipitación para remover los metales pesados. (Carina Stael, 2015)  Bibliografía Aguilar, M. (2002). Tratamiento físico - químico de aguas residuales coagulación -Floculación. Editum. Amparo Caubet, N. L. (2024). Universidad de Barcelona. Obtenido de Operaciones básicas en laboratorio de química: https://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/index.html# Carina Stael, J. F. (2015). Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPE. Obtenido de Remoción de cianuro y metales pesados empleando clorinación alcalina y co-precipitación con cloruro férrico en relaves líquidos procedentes de plantas de beneficio del sector de Zaruma– Portovelo, El Oro, Ecuador: chrome- extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.researchgate.net/profile/Luis- Cumbal/publication/277588762_Remocion_de_cianuro_y_metales_pesados_empleando_cl orinacion_alcalina_y_co-precipitacion_con_cloruro_ferrico_en_relaves_liquidos_proc Cliver, S. T. (2020). Scribd. 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