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En el tratamiento del agua , la coagulación y floculación implican la adición de compuestos que promueven la agrupación de flóculos finos en flóculos más grandes para que puedan separarse más fácilmente del agua. La coagulación es un proceso químico que implica la neutralización de la carga, mientras que la floculación es un proceso físico y no implica la neutralización de la carga. El proceso de coagulación-floculación se puede utilizar como paso preliminar o intermedio entre otros procesos de tratamiento de agua o aguas residuales como la filtración y la sedimentación . Las sales de hierro y aluminio son los coagulantes más utilizados, pero también se ha descubierto que las sales de otros metales como el titanio y el circonio son muy eficaces. [1] [2]
La coagulación se ve afectada por el tipo de coagulante utilizado, su dosis y masa; pH y turbidez inicial del agua que se está tratando; y propiedades de los contaminantes presentes. [1] [3] La eficacia del proceso de coagulación también se ve afectada por tratamientos previos como la oxidación . [1] [4]
En una suspensión coloidal, las partículas se sedimentarán muy lentamente o no se sedimentarán en absoluto porque las partículas coloidales transportan cargas eléctricas superficiales que se repelen mutuamente. Esta carga superficial se evalúa más comúnmente en términos de potencial zeta , el potencial eléctrico en el plano de deslizamiento. Para inducir la coagulación, se añade al agua un coagulante (normalmente una sal metálica) con la carga opuesta para superar la carga repulsiva y "desestabilizar" la suspensión. Por ejemplo, las partículas coloidales tienen carga negativa y se añade alumbre como coagulante para crear iones con carga positiva. Una vez que las cargas repulsivas se han neutralizado (ya que las cargas opuestas se atraen), la fuerza de van der Waals hará que las partículas se adhieran (aglomeren) y formen microflóculos. [ cita necesaria ]
La dosis de coagulante a utilizar se puede determinar mediante la prueba del frasco. [1] [5] La prueba de la jarra implica exponer muestras del mismo volumen de agua a tratar a diferentes dosis del coagulante y luego mezclar simultáneamente las muestras en un tiempo de mezcla rápido y constante. [5] El microfloc formado después de la coagulación sufre más floculación y se deja sedimentar. Luego se mide la turbidez de las muestras y se puede decir que la dosis con la turbidez más baja es óptima.
A pesar de su uso generalizado en la realización de los llamados "experimentos de deshidratación", la prueba del frasco tiene una utilidad limitada debido a varias desventajas. Por ejemplo, evaluar el desempeño de posibles coagulantes o floculantes requiere tanto volúmenes significativos de muestras de agua/aguas residuales (litros) como tiempo experimental (horas). Esto limita el alcance de los experimentos que se pueden realizar, incluida la adición de réplicas. [6] Además, el análisis de los experimentos de prueba de tarros produce resultados que a menudo son sólo semicuantitativos. Junto con la amplia gama de coagulantes y floculantes químicos que existen, se ha observado que determinar el agente deshidratante más apropiado, así como la dosis óptima, "se considera en general más un 'arte' que una 'ciencia'". [7] Como tal, las pruebas de rendimiento de deshidratación, como la prueba de jarra, se prestan bien a la miniaturización. Por ejemplo, la prueba de floculación a microescala desarrollada por LaRue et al. reduce la escala de las pruebas de frascos convencionales al tamaño de una microplaca multipocillo estándar , lo que genera beneficios derivados del volumen reducido de muestra y una mayor paralelización; Esta técnica también se presta a métricas de deshidratación cuantitativas, como el tiempo de succión capilar. [7]
Un dispositivo automatizado para determinar la dosis de coagulante es el Streaming Current Detector (SCD). El SCD mide la carga superficial neta de las partículas y muestra un valor de corriente de flujo de 0 cuando las cargas están neutralizadas ( los coagulantes catiónicos neutralizan los coloides aniónicos ). Con este valor (0), se puede decir que la dosis de coagulante es óptima. [1]
La coagulación en sí misma da como resultado la formación de flóculos, pero se requiere floculación para ayudar a que los flóculos se agreguen y sedimenten aún más. El proceso de coagulación-floculación en sí elimina solo alrededor del 60%-70% de la Materia Orgánica Natural (NOM) y, por lo tanto, otros procesos como la oxidación, la filtración y la sedimentación son necesarios para el tratamiento completo del agua cruda o de las aguas residuales. [4] Los coadyuvantes coagulantes (polímeros que unen los coloides) también se utilizan a menudo para aumentar la eficiencia del proceso. [8]