Turbiedad, floculacion y sedimentacion de aguas: TURBIEDAD, FLOCULACIÒN Y SEDIMENTACIÓN.

TURBIEDAD.

Se entiende por turbidez o turbiedad la falta de transparencia de un líquido debida a la presencia de partículas en suspensión. Cuantos más sólidos en suspensión haya en el líquido (generalmente se hace referencia al agua), más sucia parecerá ésta y más alta será la turbidez. La turbidez es considerada una buena medida de la calidad del agua, cuanto más turbia, menor será su calidad.

ORIGEN DE LA TURBIEDAD.

Hay varios parámetros que influyen en la turbidez del agua. Algunos de estos son:

Presencia de fito-plancton, y / o crecimiento de las algas;
Presencia de sedimentos procedentes de la erosión.
Presencia de sedimentos re-suspendidos del fondo (frecuentemente revueltos por peces)
Descarga de efluentes, como por ejemplo escorrentías urbanas.

Las características del agua cambian radicalmente de acuerdo a los niveles de turbiedad que se presenten, de acuerdo a esto se procede a aplicar distintos procesos de clarificacion y tratamiento para reducir esta característica a parámetros legales para aguas de consumo.

Según la OMS (Organización Mundial para la Salud), la turbidez del agua para consumo humano no debe superar en ningún caso las 5 NTU, y estará idealmente por debajo de 1 NTU.

Los sistemas filtrantes, de las plantas de tratamiento del agua para consumo humano deben asegurar que la turbidez no supere 1 NTU* (0.6NTU para filtración convencional o directa) en por lo menos 95% de las muestras diarias de cualquier mes.

*NTU :Unidad nefelometrica de turbidez.

según la legislación colombiana estipulada en las leyes 09 de1979 y 145 de 1994 los limites de turbidez para agua de consumo humano no debe sobrepasar las 5 NTU y se especifican otros parámetros de control para garantizar la calidad del agua como son olor, color/sabor, sedimentos, sólidos totales, conductividad, entre otros.

Efectos de una alta turbidez en el agua.

Las partículas suspendidas absorben calor de la luz del sol, haciendo que las aguas turbias se vuelvan más calientes, y reduciendo así la concentración de oxígeno en el agua (el oxígeno se disuelve mejor en el agua más fría). Además algunos organismos no pueden sobrevivir en agua más caliente, mientras que se favorece la multiplicación de otros.

Fig 1. Corriente de agua turbia.

Las partículas en suspensión dispersan la luz, de esta forma decreciendo la actividad fotosintética en plantas y algas, que contribuye a bajar la concentración de oxígeno más aún.

Fig 2. Actividad fotosintetica del agua.

Como consecuencia de la sedimentación de las partículas en el fondo, los lagos poco profundos se colmatan más rápido, los huevos de peces y las larvas de los insectos son cubiertas y sofocadas, las agallas de los peces se tupen o dañan.

Fig 3. Sedimentos

El principal impacto de una alta turbidez es meramente estético: a nadie le gusta el aspecto del agua sucia. Pero además, es esencial eliminar la turbidez para desinfectar efectivamente el agua que desea ser bebida. Esto añade costes extra para el tratamiento de las aguas superficiales. Las partículas suspendidas también ayudan a la adhesión de metales pesados y muchos otros compuestos orgánicos tóxicos y pesticidas.

FLOCULACIÓN.

La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado.

objetivo principal: reunir partículas desestabilizadas formando aglomeraciones.

Mayor peso y tamaño → sedimenten con mayor eficiencia.
Potabilización de aguas superficiales.
Tratamiento de aguas servidas domésticas e industriales
Minería.

No obstante la floculación depende de ciertos factores que son determinados por la naturaleza del agua que se va a tratar, algunos de ellos son:

Naturaleza del agua.
Variaciones de caudal.
Intensidad de agitación.
Tiempo de floculación.
Número de compartimentos de la unidad.
Gradiente de velocidad.
Dureza y alcalinidad del agua.
pH.

Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser:

Sólidos en suspensión;
Partículas coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento browniano; y,
Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).

El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso se suele hablar de los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de las partículas coloidales.

Por lo anteriormente dicho es importante diferenciar los procesos de coagulación y floculación, sin olvidar que son al final un proceso que facilita la formación y aglomeración de los flocs.

Fig 4. Tanques de floculación.

La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí Ej:

KAl(SO₄)₂·12H₂O.
Alumbre de hierro (férrico).
Alumbre sódico.
Alumbre de cromo.

Todos estos utilizados como coagulantes, y son aplicados mediante mezcla rápida en corrientes de agua a las cuales se le requiera remover sedimentos, como por ejemplo la potabilizacion de agua, proceso llevado a cabo en los acueductos o plantas de tratamiento.

La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores.

En esta parte del proceso, luego de aplicar la cantidad de coagulante necesaria, se procede a separar los flocs del agua, mediante tanques sedimentadores, que permiten que por gravedad (peso del floc) este se valla al fondo del tanque al disminuir la velocidad de movimiento de las partículas, esto se denomina separación mecánica por gravedad.

Para el proceso anterior de coagulación es necesario llevar practicas en laboratorios para saber de acuerdo a las características físico-químicas del agua que tipo de coagulante se debe utilizar, para ellos se utiliza una técnica que se denomina prueba de jarras.

Fig 5. Prueba de jarras.

Esta prueba es realizada en muestras de agua cruda, tomada directamente de la fuente de agua a tratar, se homogeniza y se separa en cuatro vasos de un litro de volumen, a estos vasos se les adiciona cantidades diferentes de coagulante de acuerdo a su alcalinidad y mezclar por tiempo determinado, la prueba nos mostrara que dosis es la optima calificando el vaso mediante parámetros definidos como:

Calidad de flocs(tamaño).
tiempo de formación.
cantidad de formaciòn.
velocidad de sedimentación.
costos de reactivos.

Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de la velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.

Video proceso de tratamiento de aguas residuales.

La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión con el fin de conseguir aguas decantadas limpias y la formación de lodos espesos se determina por pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo.

En la minería, los floculantes utilizados son polímeros sintéticos de alto peso molecular, cuyas moléculas son de cadena larga y con gran afinidad por las superficies sólidas. Estas macromoléculas se fijan por adsorción a las partículas y provocan así la floculación por formación de puentes interpartículas.

Aqui se muestra como es el proceso de tratamiento de aguas residuales a grandes rasgos.

En el se puede observar el tratamiento y utilización de coagulantes.

SEDIMENTACIÓN.

La sedimentación es el proceso por el cual el material sólido, transportado por una corriente de agua, se deposita en el fondo de un río,embalse, canal artificial, o dispositivo construido especialmente para tal fin. Toda corriente de agua, caracterizada por su caudal, tirante de agua, velocidad y forma de la sección tiene una capacidad de transportar material sólido en suspensión. El cambio de alguna de estas características de la corriente puede hacer que el material transportado se sedimente; o el material existente en el fondo o márgenes del cauce sea erosionado.

Fig 6. Tanques sedimentadores.

El sedimento es un material sólido, acumulado sobre la superficie terrestre (litosfera) derivado de las acciones de fenómenos y procesos que actúan en la atmósfera, en la hidrosfera y en la biosfera (vientos, variaciones de temperatura, precipitaciones meteorológicas, circulación de aguas superficiales o subterráneas, desplazamiento de masas de agua en ambiente marino o lacustre, acciones de agentes químicos, acciones de organismos vivos).

Puesto que la mayor parte de los procesos de sedimentación se producen bajo la acción de la gravedad, las áreas elevadas de la litosfera terrestre tienden a ser sujetas prevalentemente a fenómenos erosivos, mientras que las zonas deprimidas están sujetas prevalentemente a la sedimentación. Las depresiones de la litosfera en la que se acumulan sedimentos, son llamadas cuencas sedimentarias.

El proceso de sedimentación.

El proceso de sedimentación puede ser benéfico, cuando se piensa en el tratamiento del agua, o perjudicial, cuando se piensa en la reducción del volumen útil de los embalses, o en la reducción de la capacidad de un canal de riego o drenaje.

La sedimentación es un proceso que forma parte de la potabilización del agua y de la depuración de aguas residuales.

Potabilización del agua.

En la potabilización del agua, el proceso de sedimentación está gobernado por la ley de Stokes, que indica que las partículas sedimentan más fácilmente cuanto mayor es su diámetro, su peso específico comparado con el del líquido, y cuanto menor es la viscosidad del mismo. Por ello, cuando se quiere favorecer la sedimentación se trata de aumentar el diámetro de las partículas, haciendo que se agreguen unas a otras, proceso denominado coagulación y floculación.

Tratamiento de las aguas residuales.

En el tratamiento de las aguas residuales, este proceso se realiza para retirar la materia sólida fina, orgánica o no, de las aguas residuales, aquí el agua pasa por un dispositivo de sedimentación donde se depositan los materiales para su posterior eliminación, el proceso de sedimentación puede reducir de un 20 a un 40% la DBO y de un 40 a un 60% los sólidos en suspensión.

Dispositivos sedimentadores.

Los dispositivos construidos para que se produzca la sedimentación en ellos son:

Desarenador: diseñado para que se sedimenten y retengan sólo partículas mayores de un cierto diámetro nominal y en general de alto peso específico (arena).