Práctica 4 Coagulación-Floculación PDF

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DEPARTAMENTO DE ENXEÑERÍA QUÍMICA TECNOLOXÍA MEDIOAMBIENTAL

PRÁCTICA 4: COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN FUNDAMENTO TEÓRICO Las impurezas del agua varían en tamaño aproximadamente en 6 órdenes de magnitud, desde unos pocos angstroms, para sustancias solubles, hasta unos cientos de micras, para materia en suspensión. La eliminación de una gran parte de estas impurezas se elimina por sedimentación, es decir, la separación se hace por gravedad. Sin embargo, cuando el tamaño de la partícula es excesivamente pequeño, la sedimentación no es una técnica válida y es preciso buscar métodos alternativos. Uno de ellos es la técnica de coagulación-floculación, consistente en provocar la unión de las partículas en agregados de mayor tamaño –flóculos- mediante la adición de ciertos compuestos químicos –floculantesy en su posterior separación por sedimentación. La finalidad de este proceso es la eliminación de las partículas coloidales presentes en el agua, las cuales no se pueden eliminar por sedimentación, debido a su pequeño tamaño y a que están estabilizadas por presentar cargas electrostáticas superficiales –adsorción de iones- que originan fuerzas de repulsión entre ellas e impiden su aglomeración. La coagulación consiste en la neutralización de dichas cargas superficiales por adición de electrolitos – coagulantes-, lo que provoca la desestabilización de las partículas coloidales y permite su posterior aglomeración. Los coagulantes más utilizados son sales de aluminio o sales férricas aunque, en ocasiones, se emplean iones H+ por su gran movilidad. La adición del coagulante debe realizarse de forma que posibilite una mezcla rápida del coagulante con el agua, por ello es recomendable trabajar en equipos dotados de un sistema de agitación rápida, operando a velocidades de giro en torno a 100-200 rpm. Los dos factores determinantes en el proceso de coagulación son el pH y la dosis de coagulante, existiendo siempre un intervalo de pH en el que un coagulante específico trabaja mejor, y ese valor debe quedar en la zona de mínima solubilidad de los iones metálicos del coagulante. Por su parte, la dosis óptima se obtiene experimentalmente por mediciones de turbidez residual. En cuanto a la floculación, es decir, a la agrupación de las partículas coloidales desestabilizadas en partículas de mayor tamaño que sedimentan fácilmente, cabe resaltar que debe realizarse en equipos dotados de un sistema de agitación lenta, en torno a 1-50 rpm. De este modo, los flóculos ya formados no se romperán y, además, se favorecerá la aglomeración progresiva de los mismos.

OBJETIVO Se pretende seleccionar, de un grupo de tres coagulantes, aquel que resulte más eficaz, así como establecer la dosis y las condiciones de pH idóneas.

MATERIAL Y REACTIVOS En el desarrollo de la práctica se utilizará el siguiente material: Material de laboratorio 1 Floculador de 4-6 puestos 3 Vasos de precipitados de 250 ml 3 Probetas de 25 ml 2 Pipeta Pasteur 1 Cronómetro Papel indicador de pH

Reactivos Agua residual Sulfato férrico (30 g/l) Cloruro férrico (30 g/l) Cloruro de aluminio (30 g/l) HCl (ac) NH3 (ac ) 1

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Los ensayos a realizar se planifican siguiendo la metodología propuesta por W. W. ECKENFELDER que consiste en las siguientes etapas: 1. Selección del mejor coagulante a un pH previamente establecido. 2. Optimización del valor de pH para el coagulante seleccionado en la etapa 1 3. Optimización de la dosis de coagulante en las condiciones de pH establecidas en la etapa 2

Etapa 1. Selección del mejor coagulante a un pH previamente establecido. Se inicia la práctica vertiendo, en cada uno de los 3 vasos de precipitados, 200 ml de agua residual y midiendo su pH. Seguidamente, se seleccionan los coagulantes a estudiar y se añaden, simultáneamente, a cada uno de los vasos de precipitado la misma dosis de coagulante (5 ml).

AlCl3 (5 ml)

Fe 2(SO4)3 (5ml)

FeCl3 (5 ml)

(1)

(2)

(3)

El contenido de cada vaso de precipitados se agita durante 1 minuto a 100 rpm., para homogeneizar la mezcla y provocar la coagulación, y durante 3 minutos a 50 rpm. para conseguir la posible floculación. Transcurrido ese tiempo, se deja de agitar y se produce la sedimentación de los flóculos formados. Finalmente se selecciona el mejor coagulante por evaluación visual, es decir, en función de la formación de flóculos, del tamaño y abundancia de los mismos, de la claridad del agua al final del proceso y de la velocidad del proceso de sedimentación.

Etapa 2. Optimización del valor de pH para el coagulante seleccionado. Después de vaciar, en el correspondiente bidón de residuos, el contenido de los vasos de precipitados, de lavarlos y de secarlos convenientemente, se procederá a realizar una segunda serie de experiencias con la finalidad de estimar el pH óptimo. Para ello, se echan 200 ml de agua residual en cada uno de los vasos de precipitados y se mide el pH. Seguidamente, a uno de los vasos de precipitados se le añade HCl(ac) hasta conseguir un pH sensiblemente menor que el inicial, mientras que a otro de los vasos se le añaden NH3(ac) hasta conseguir un pH mayor que el inicial. HCl(ac)

NH 3(ac)

PH 1 < pH inicial

pH inicial

PH 2 > pH inicial

(2)

(1)

(3) 2

Establecido el pH de trabajo se añaden, simultáneamente, 5 ml del coagulante seleccionado en la etapa 1 a cada uno de los vasos de precipitados. Se agita la mezcla resultante durante 3 minutos, a 100 rpm., y durante 12 minutos, a 50 rpm. Transcurrido ese tiempo se deja de agitar y comienza el proceso de sedimentación. Mediante evaluación visual del proceso, se determina para cual de los 3 valores del pH el proceso es mejor y, a continuación, se repite la experiencia anterior para otros valores del pH. Así por ejemplo, si el pH1 fuese el mejor se procedería como sigue: NH3(ac)

HCl(ac)

pH < PH1 (2)

pH1 (1)

PH 1 < pH < pH inicial (3)

Se repite la experiencia tantas veces como sea necesario, hasta conseguir el valor óptimo del pH. En ese momento se vacía el contenido de los vasos de precipitados en el bidón de residuos, se lavan, se secan y se comienza con la tercera parte de la práctica.

Etapa 3. Optimización de la dosis de coagulante en las condiciones de pH establecidas. Para llevar a cabo esta parte, se toman tres muestras de 200 ml de agua residual, se ajusta el pH al valor óptimo (etapa 2) y se añade una dosis de coagulante diferente en cada vaso.

Coagul. (< 5 ml)

Coagul. (5 ml)

Coagul. ( > 5ml)

pH optimo

pH optimo

pH optimo

(2)

(1)

(3)

Se agita durante 3 minutos, a 100 rpm, para conseguir la coagulación y durante 12 minutos, a 50 rpm, para alcanzar la floculación. Se dejan sedimentar los flóculos formados, y se determina cuál de las tres dosis es la que conduce a mejores resultados. Se repite la experiencia con otras dosis de coagulante hasta obtener el valor óptimo. En ese momento, se limpia y se recoge el material utilizado y se da por concluida la práctica.

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