LA COAGULACION - FLOCULACION EN EL PROCESO DE TRATAMIENTOINTRODUCCIONLas aguas naturales contienen sustancias tanto disueltas como en suspensin, ambas pueden ser orgnicas e inorgnicas. Las materias en suspensin pueden tener un tamao y densidad tal que pueden eliminarse del agua por simple sedimentacin, pero algunas partculas son de un tamao tan pequeo y tienen una carga elctrica superficial que las hace repelerse continuamente, impidiendo sus aglomeracin y formacin de una partcula ms pesada y poder as sedimentar. Estas partculas, con una dimensin que suele estar comprendida entre 1m y 0,2, son verdaderaspartculas coloidales.ESCALA APROXIMADA DE DIAMETROS DE DIFERENTES PARTICULAS SOLUBLES O INSOLUBLES.Los coloides generalmente son estables en solucin al predominar los factores estabilizantes sobre los desestabilizantes,se entiende por estabilidad la propiedad inherente de las partculas coloidales a permanecer en dispersin durante mucho tiempo, mientras que por inestabilidad se expresa la tendencia de dichas partculas a flocularse siempre que entren en contacto entre s.Los factores estabilizantes son aquellas fuerzas que provocan repulsin entre las partculas como son las fuerzas electrostticas y la propia hidratacin. Los factores desestabilizantes son por el contrario las fuerzas de atraccin que dan lugar a la unin, entre estas figuran el movimiento Browniano, las fuerzas de Van der Waals y tambien en menor grado las fuerzas de gravedad. La coagulacin es por tanto el proceso de desestabilizacin de las partculas coloidales con objeto de anular o disminuir las fuerzas de repulsin .En cuanto al movimiento browniano se sabe que las partculas con dimetros del orden de 10 -3 mm o menores, en el seno del agua, se encuentran en un movimiento rpido, y desordenado. La energa para dicho movimiento se obtiene por las colisiones de las partculas con las molculas de agua y por la temperatura del medio, este movimiento contribuye a la estabilidad, y al aglutinamiento de las partculas en agregados mayores. Para posibilitar las colisiones entre partculas es necesario establecer gradientes hidrulicos, recurriendo a la mezcla y agitacin.Si las fuerzas elctricas de repulsin entre las partculas se reducen en grado suficiente como para permitir que estas establezcan contactos entre s (favorecidas por el movimiento browniano), las fuerzas de London - Van der Waals (que pueden describirse como una fuerza atmica cohesiva que existe entre todos los tomos, atrayendo cada uno a todos los dems) permitirn que las partculas se adhieran unas a otras, formndose una aglomeracin progresiva de estas (floculacin).La coagulacin en el proceso de tratamiento del agua tiene por objeto preparar a las partculas dispersas en el agua (mediante la anulacin de las cargas superficiales) para lograr posteriormente, mediante la floculacin, otras partculas ms voluminosas y pesadas que puedan ser separadas ms fcilmente del agua.La neutralizacin de la carga elctrica del coloide, objeto de la coagulacin ,se realiza aplicando al agua determinadas sales de aluminio o hierro (coagulantes); generalmente se aplica sulfato de aluminio, de forma que los cationes trivalentes de aluminio o hierro neutralizan las cargas elctricas negativas que suelen rodear a las partculas coloidales dispersas en el agua.Las reacciones de coagulacin son muy rpidas duran fracciones de segundo desde que se ponen en contacto las partculas con el coagulante.La coagulacin se consigue mediante una difusin rpida de las sustancias coagulantes en el agua objeto del tratamiento, empleando medios de agitacin rpida. Tras la neutralizacin de las partculas coloidales, es decir una vez conseguida la desestabilizacin coloidal, las partculas formadas estn en disposicin de aglomerarse, esta aglomeracin de las partculas descargadas, ayudadas ahora por una agitacin lenta, es el objetivo de la floculacin. La floculacin esta relacionada con los fenmenos de transporte de las partculas dentro del liquido, que son los que ocasionan el contacto de las partculas coaguladas.La coagulacin y la floculacin tienen lugar en sucesivas etapas, de forma que una vez desestabilizadas las partculas, la colisin entre ellas permita el crecimiento de los microflculos, apenas visibles a simple vista, hasta formar mayores flculos. Al observar el agua que rodea a los microflculos, esta debera estar clara, si esto no ocurre, lo ms probable, es que todas las cargas de las partculas no han sido neutralizadas y por tanto la coagulacin no se ha completado, en este caso ser necesario aadir ms coagulante.(coagulante.jpe)En la eficacia de la coagulacin influyen diversos factores entre los que destaca el pH y otras caractersticas fsico-qumicas del agua, asi como una adecuada energia de agitacin rpida para conseguir una apropiada dispersin del coagulante y proporcionar las necesarias colisiones entre las partculas para conseguir una optima coagulacin. A continuacin de la etapa de coagulacin tiene lugar un segundo proceso llamado floculacin, este tiene lugar tras someter a los microflculos a una agitacin lenta que permite la unin de estos en agregados mayores o flculos, visibles ya a simple vista y con la suficiente coesin y densidad para someterlos a la siguiente etapa de sedimentacin. La floculacin requiere un menor gradiente de agitacin para impedir la rotura y disgregacin de los flculos ya formados. Los flculos rotos son difciles de retornar a su tamao inicial.La floculacin se ve mejorada con el empleo de coadyuvantes de esta, conocidos como polielectroltos, estos suelen se macromolculas de polmeros orgnicos (tipo poliacrilamidas).

En elel siguiente cuadro se resumela reduccin que puede conseguirse ,de determinados parmetros o sustancias presentes en el agua mediante la coagulacinEFECTOS DE LA COAGULACIN SOBRE LAS SUSTANCIAS CONTENIDAS EN EL AGUA

PARAMETROSREDUCCIN MXIMA OBTENIDA MEDIANTE LA COAGULACIN:

0: Nada de reduccin

+: de 0 a 20% de reduccin

++: 20 a 60% de reduccin

+++: > 60% de reduccin

MINERALES

TURBIDEZ+++

MATERIAS EN SUSPENSIN+++

FOSFATOS (P2O5)+++

NITRATOS0

AMONIO0

CLORUTOS0, +

SULFATOS0, +

FLUORUROS++

HIERRO+++

ALUMINIO+++

MANGANESO+

COBRE+++

ZINC++

COBALTO0

NIQUEL0

ARSNICO`+++As+5, ++As+3

CADMIO++, +++

CROMO`+Cr+6, +++Cr+3

PLOMO+++

MERCURIO++

CIANUROS0

ORGNICOS

COLOR+++

OLOR0, +

DQO+++

COT+++

DBO+++

N KJELDHAL+++

FENOLES0

HIDROC. AROMTICOS POLICICLICOS++

PESTICIDAS+++

AGENTES DE SUPERFICIE (REACCIONANDO AL AZUL DE METILENO)0,+

MICROORGANISMOS

VIRUS+++

BACTERIAS+++

ALGAS++

Turbiedad y color.-La turbiedady el color del agua son unos de los indicadores ms importantes, junto con el sabor, de la calidad del agua potable. La turbiedad en el agua se debe principalmente a las partculas coloidales y a otras sustancias insolubles de mayor tamao en suspensin tales como arcillas, minerales, plancton y otros microorganismos y materias orgnicas e inorgnicas finamente divididas.La densidad original de las partculas es cercana a 2,60. . Las partculas se presentan principalmente en estado coloidal y es necesario aadirles coagulantes qumicos y someterlas a procesos de coagulacin y floculacin para incrementar su tamao o densidad antes del proceso de sedimentacin.Las partculas en suspensin de aguas tratadas con coagulantes, consisten en flculos formados por xidos metlicos (Al2O3 o Fe2O3), agua en 85 a 95% y turbiedad y/o color con densidades variables entre 1,002 cuando predomina el color y 1,03 cuando predomina la turbiedad. En procesos de ablandamiento los flculos tienen densidades cercanas a 1,20.El dimetro de los flculos es variable desde menos de 0,001 mm hasta ms de 5 mm, dependiendo de las condiciones de mezcla y floculacin (gradientes de velocidad y tiempo de retencin). Willcomb clasifica los flculos por su tamao, tal como se indica en la tabla siguiente: ndice de Willcomb para Caracterizacin de Flculos INDICE DESCRIPCION DEL INDICE DE WILLCOMB 0 Flculo coloidal. Sin ninguna seal de aglutinacin 2 Visible. Flculo muy pequeo, casi imperceptible 4 Disperso. Flculo bien formado, pero uniformemente distribuido (sedimenta muy lento) 6 Claro. Flculo de tamao relativamente grande, pero que precipita con lentitud 8 Bueno. Flculo que se deposita fcil, pero no completamente 10 Excelente. Flculo que se deposita completamente, dejando el agua cristalina.En cuanto al color del agua suele ser de naturaleza orgnica pudiendo ser coloidal y tambin formando soluciones verdaderas, las principales sustancias causantes del color en el agua son las sustancias hmicas formadas principalmente por los cidos flvicos y hmicos, tambin puede ser originado por diversas sustancias orgnicas ms complejas. El color tambin puede deberse a hidrxidos metlicos tales como los de hierro y los de manganeso.COAGULACION - FLOCULACIONEl proceso de tratamiento del agua para su potabilizacin comprende diversas fases fundamentales que son, principalmente: la precloracin, coagulacin, floculacin, decantacin, filtracin y desinfeccin. El comportamiento del agua ante cada una de estas fases o ante el conjunto de todas ellas difiere segn las caractersticas del agua a tratar, o si el tratamiento se dirige a la produccin y acondicionamiento del agua para usos industriales especficos, o bien el tratamiento se aplica sobre aguas residuales urbanas, industriales, etc., los procesos, aunque en algunas fases son bastante anlogos, no pueden en cambio considerarse totalmente iguales. En lo que sigue nos vamos a referir al tratamiento para agua potable, aunque puede aplicarse tambin a otros tipos de tratamiento de aguas.

Una de las fases principales en las instalaciones para el tratamiento del agua, es la eliminacin de suspensiones coloidales y partculas de impurezas suspendidas en el agua.Las operaciones mediante las cuales se facilita la sedimentacin de estas suspensiones y partculas para su posterior eliminacin se conocen con el nombre de coagulacin y floculacin. El control de la coagulacin y floculacin, en una planta de tratamiento de agua, es una de las fases ms importantes y difciles del proceso general.Para llegar a un mejor conocimiento de las operaciones de coagulacin y floculacin, creemos conveniente recordar previamente lo que se conoce con el nombre de estado coloidal.En primera aproximacin, se pueden considerar como molculas o partculas coloidales aqullas que tienen una dimensin comprendida entre 1 m y 0,2 . Dentro de los sistemas coloidales, los que ms nos interesa conocer ahora son los sstemas dispersos, en los cuales hay dos fases bien diferenciadas, la fase dspersa y el medio de dspersin.Entre los tipos de dispersiones coloidales, el que va a ocupar nuestra atencin, al estudiar la coagulacin, es aquel en que la fase dispersa es un slido y el medio de dspersin un lquido.Todas las dspersiones coloidales tienen una caracterstica comn : su gran relacin rea-volumen en las partculas dispersas; as, por ejemplo, sabemos que un cubo de un cm de lado tiene una superficie de 6 cm2, y cuando se divide en cubos de 10-6cm de lado, que ya es un tamao coloidal, entonces la superficie total para la misma cantidad de materia es ahora 6 x 106cm2.En la interfase entre la fase dispersa y el medio de dispersin hay que considerar propiedades superficiales muy importantes, tales como la adsorcin y los efectos de doble capa elctrica.Los slidos que se encuentran en el agua, tales como arcilla, materias de origen vegetal, algas y otras materias orgnicas e inorgnicas presentan diferentes tamaos, que van, generalmente, desde las partculas gruesas, que se depositan fcilmente , hasta las que por su pequeo tamao se encuentran en suspensin en estado coloidal.Son a estas ultimas partculas a las que hay que someter al proceso de coagulacin - floculacin.Adems de las caractersticas que ya hemos indicado de las partculas coloidales, de ofrecer una gran superficie total, mayor que la total de otras partculas no coloidales del mismo peso, ofrecen otra muy importante, consistente en que estn provistas de carga elctrica.La carga elctrica del mismo signo de las partculas coloidales (generalmente en el agua las partculas de arcilla y otros coloides tienen carga negativa) originan una repulsin entre ellas, impidiendo as su unin y separacin del lquido, de aqu la necesidad de adicionar un electrolito que neutralice la carga elctrica del coloide para eliminarle por decantacin.La neutralizacin de las cargas elctricas de los colides en suspensin en las aguas, es la condicin primordial para una buena depuracin por coagulacin y floculacin, aun cuando en el fenmeno de la coagulacin-foculacin influyen tambin otros factores muy importantes.En el proceso de tratamiento del agua, la coagulacin la definimos como el resultado de la accin electroqumica producida en el agua por la adicin de los coagulantes qumicos, con lo cual se reducen las cargas elctricas superficiales de las partculas coloidales, a la vez que se forman hidrxidos complejos. Estas reacciones se producen normalmente de un modo instantneo, sin otro tiempo que el de la mezcla de los reactivos con el agua.La floculacin consiste en la reunin de los cogulos formados, venciendo las fuerzas de repulsin y consiguiendo la precipitacin de los hidrxidos. Este proceso requiere un cierto perodo de tiempo.Al poner en contacto las partculas coloidales con el electrolito, que en nuestro caso son los coagulantes qumicos, los iones de signo opuesto al de la partcula coloidal, que quedan en exceso en la disolucin y que rodean ala partcula, forman con sta una doble capa elctrica. Parte de estos iones quedan fijados al slido por fuerzas electrostticas de adsorcin y los dems constituyen una zona de difusin, hasta llegar a una distribucin inica uniforme en el lquido. La diferencia de potencial de esta capa difusa se conoce como potencial electrocintico o potencial Z.La mayor parte de las sustancias que se ponen en contacto con un medio polar, como el agua, adquieren una carga elctrica superficial por ionizacin o adsorcin de iones, o ambas cosas a la vez.En un sistema en el que estn dispersas molculas o partculas coloidales cargadas, ha de haber iones con carga contraria para que exista una electroneutralidad, a estos iones se les llamacontra-iones, tambien puede haber iones del mismo signo que la partcula coloidal, a los que se llama co-iones.La teora de la doble capa elctrica se ocupa de la distribucin de los co-iones y contra-iones en la proximidad de la superficie de una partcula que se encuentra en un medio polar y, como consecuencia, se ocupa, a la vez, de los potenciales elctricos que existen en esta zona.Por una parte, los contra-iones tienden a unirse a la superficie de la partcula para neutralizar su carga, pero, por otra, la agitacin trmica impide que se forme una doble capa elctrica compacta, o sea que en las proximidades de la superficie de una partcula coloidal cargada hay un equilibrio entre las fuerzas elctricas de atraccin de contra-iones y repulsin de co-iones y la agitacin trmica que tiende a producir una distribucin de los contra-iones en el seno del lquido. Al haber un exceso de estos contra-iones prximos a la superficie de la partcula cargada, originan un apantallamiento que debilita la atraccin electrosttica hacia los contra-iones que se encuentran ms alejados de ella y, por tanto, si se observa el potencial elctrico, se notar que al principio disminuye rpidamente y despus muy lentamente, al ir siendo mayor la distancia a la partcula, hasta llegar a un potencial tericamente nulo, a la distancia infinita de la superficie de la partcula, donde ya la distribucin de las cargas es es uniforme ( Fig.1-2), es decir, se crea una "doble capa" elctrica difusa, debido al efecto combinado de las fuerzas elctricas y la agitacin trmica. Esta doble capa es llamada tambin de Gouy Chapman.

Fig.1-2Sobre esta teora , Stern consider la posibilidad de que una adsorcin inica especfica originra una capa compacta de contra-iones adheridos a la superficie por fuerzas electrostticas y de Van der Waals, con lasuficiente fuerza como para compensar la agitacin trmica, considerando, en este caso, a la doble capa dividida en dos partes que estn en equilibrio, una capa compacta (de Stern) en la cual el potencial disminuye deY0aYsy una capa difusa en la que el potencial disminuye deYsa cero (Fig.1-2). Si se aumenta la concentracin de electrolito, es decir, de los contra-iones, se aumenta tambin el apantallamiento, y, por tanto,la doble capa difusa se hace ms compacta y el potencial cae ms rpidamente . De igual modo influye el aumento de valencia de los contra-iones(Fig.3-4)

Fig. 3 -4POTENCIAL ZEs el potencial existente en el plano de deslizamiento entre la superficie cargada y la disolucin de electrolito, o ms concretamente es la diferencia de potencial que existe entre la superficie de separacin de las partes fija y mvil y el seno del liquido.Posiblemente la superficie cargada lleva adherida una capa de agua de alrededor de una molcula de espesor, principalmente por interaccin carga-dipolo.La superficie de cizalla se encuentra inmediatamente fuera de la capa de Stern y el potencial Z suele ser ms pequeo en magnitud ques.Cuando se aumenta la concentracin de electrolito, disminuye el potencial Z , ya que la mayor parte de la cada de potencial ocurre en la parte inmvil de la doble capa.Cuando el potencial Z queda reducido a unos 10 -20 mV, es cuando los choques entre las partculas originan su unin, formando agregados mayores. Estos agregados se forman al vencer la tensin superficial la repulsin electrosttica, que ya es muy pequea. La coagulacin en la practica tiene lugar a un potencial Z que es an ligeramente negativo.En funcin de los iones que rodean a la prticula, el potencial Z disminuir por dos circunstancias: a) Por cambiar la carga de los iones adheridos por otros de mayor valencia y b) Por compresin de la doble capa, hecho que puede ocurrir al aumentar la concentracin del electrolito (coagulante), ya que al aumentar esta concentracin de iones de signo contrario en la capa difusa, esta se comprimir y disminuirn las fuerzas de repulsin y por tanto el potencial Z. A este respecto se puede sealar las conclusiones alcanzadas por Schultze y Hardy en el sentido de que la concentracin de un in cargado positivamente, que se requiere para reducir la carga superficial de una partcula ,es inversamente proporcional a la sexta potencia de la carga de los iones, es decir cuanto ms alta sea la carga, ms baja ser la concentracin requerida. La expresin de Schulze y Hardy es la siguiente. C= K / Z6, siendo C= Concentracin, Z= Carga, K= Constante.La expresin anterior es una regla terica que solo nos indica la capacidad de neutralizacin de cargas de una partcula, en la practica hay que considerar tambin otros factores como el pH, la temperatura, etc.Sabemos que la electrofresis es el movimiento de las partculas cargadas en el seno de un liquido cuando se aplica un gradiente de potencial. si la partcula colocada en un campo elctrico no experimenta movimiento hacia el ctodo o nodo, es porque el potencial Z vale cero, a este punto se le conoce con el nombre de "punto isoelctrico" y es aqu, en este punto , donde se produce la mejor floculacin, al evitarse el equilibrio de fuerzas que impiden que estas partculas coloidales continen en suspensin.El potencial Z de los coloides depende tambin de un factor muy importante, como es el pH del agua. El pH ptimo de coagulacin ser el existentecuando se alcanza elpunto isoelctrico.Aunque la medida delpotencial Z nos proporciona una importante informacin a cerca de la dosis decoagulante a emplear, para seleccionar un coagulante siguen siendo muy tiles los resultados que se obtienen mediante la pruebade jarras (jar-test).VER ESQUEMA DE COLOIDE Y CARGASEsquema del potencial ZIMPORTANCIA DEL pH EN LA COAGULACIONUsando sulfato de almina como coagulante, podemos expresar la reaccin de ionizacin enel aguaas :(SO4)3Al3==== 2Al++++ 3 SO4=Al reaccionar los iones Al+++ con los iones hidrxilo, consecuencia de la alcalinidad del agua (bicarbonatos) o por la cal apagada o sosa aadidas si era insuficiente, se formar hidrxido de aluminio:(SO4}3Al2+ 3 (CO3.H}2Ca ==== 2 Al (OH}3+ 3 SO4CA + 6 CO2(SO4}3Al2+ 3 Ca (OH}2==== 2 Al (OH}3+ 3 SO4Ca(SO4}3. Al2+ 3 CO3Na2+3H2O ==== 2 Al (OH}3+ 3 SO4Na2+ 3 CO2Para cada tipo de agua hay un pH ptimo de coagulacin en el que la precipitacin de hidrxido de aluminio es mximay el potencial Z es mnimo.Las anteriores reacciones son reversibles, y, por otra parte, si la dosis de lcali utilizado es insuficiente o excesiva, puede dar lugar a la formacin de sales bsicas o cidas de aluminio (aluminatos) bastante complejas y,adems, son solubles, motivo este por el cual el agua filtrada puede contener indicios de aluminio, mientras que el hidrxido de aluminio formado a un pH determinado no es soluble, por lo que difcilmente pasar a travsdel filtro en la fase de filtracin, subsiguiente a la coagulacin, floculacin y sedimentacin.La coagulacin depende de una serie de caractersticas fsico-qumicas del agua y muy especialmente del pH. Se sabe que para unas determinadas aguas hay una zona de pH en la que una dosis mnima de la sal deAl+++origina una coagulacin ptima, lo que dar lugar a la formacin de un buen flculo;se sabe quepara un agua determinada, enlaque se ha ido variando su pH inicial, se observa que para pH inicialescomprendidos entre 6,9 y 8,0, el pH ptimo de coagulacin (potencial zeta = 0) se sita en la regin de 6,7 a 6,9, mientras que tambin se ha observado que a medida que el pH inicial del agua se hace mayor, la dosis decoagulante requerida para la anulacin del potencial Z tambin es mayorpudiendo deducirseque para los pH iniciales ms elevados, una parte importante del sulfato de almina es empleada en la acidificacin, portanto , podra acidificarse previamente el agua, mediante cidos y economizarse as parte del sulfato de almina.

Fig. 6Por otra parte, la superdosis de sulfato de almina, con objeto de bajar el pH, puede, a la vez, originar la formacin de un abundante precipitado de hidrxido de aluminio, menos denso que el flculo formado en la neutralizacin de los coloides por las cantidades requeridas de sulfato de almina y la acidificacin previa si es necesario.La hidrlisis del sulfato de almina debe ser total, para asegurarse que nada pase al agua filtrada. Siendo el pH de hidrlisis total del sulfato de almina del orden de 6,5- 7,0, a pH inferiores o superiores, puede quedar en solucin y encontrarse por tanto en el agua filtrada. El pH es el parmetro que ms influye en la solubilidad del hidrxido de aluminio formado en la hidrlisis de las sales de aluminio empleadas como coagulantes.En el grfico siguiente, fig.6, se representa el diagrama de las concentraciones de varios monmeros complejos de hidrxido de aluminio en equilibriocon el Al(OH)3.De los anteriores conceptos se deduce que para obtener una buena coagulacin se debe trabajar a un pH comprendido entre el de hidrlisis y el de coagulacin, y, por otra parte, para que la coagulacin origine una buena floculacin se deber usar la menor dosis posible de sulfato de almina. .Vemos, pues, que estos tres factores de hidrlisis, coagulacin y floculacin se deben controlar continuamente, podemos decir entonces que de la naturaleza del agua depender el pH con el cual se produce la mejor coagulacin, y para que el agua filtrada contenga los menores indicios posibles de Al+++se deber operar a un pH comprendido en el de hidrlisis total.Lgicamente, por la hidrlisis del sulfato de almina el pH del agua disminuye, pudiendo llegar a ser agresiva, y entonces es posible que sea necesario incorporar un reactivo que eleve este pH, generalmente se suele utilizar hidrxido clcico, esta elevacin del pH se debe realizar despus de adicionado el coagulante, pues en, caso contrario puede dar lugar a la disolucin de algunas materias slidas, generalmente orgnicas, con lo que podran escapar a la filtracin y pasar al agua filtrada.Tambin es posible que el pH ptimo para una buena coagulacin comunique al agua ya decantada un cierto carcter agresivo, por lo que debemos aumentar, posteriormente, este pH.Como la coagulacin resulta de la neutralizacin de las cargas elctricas de los coloides y con sales de aluminio o de hierro (por ejemplo sulfato de almina empleado como coagulante ), puede ocurrir que si despus de coagulada el agua, se eleva el pH, la carga elctrica de los hidrxidos se invierta, originndose una repulsin entre los hidrxidos y los hidrxidos-coloides, al cargarse negativamente ambos, con lo cual los flculos formados se deshacen pasando todo a su primitivo estado de coloide. Para evitar este inconveniente, el pH de un agua coagulada no se debe elevar antes de haberle eliminado los flculos.La dosis de coagulante depende por supuesto de la turbidez del agua y como ya se ha venido indicando del pH, pero no hay que olvidar que el rango o intervalo de pH est muy relacionado con la dosis de coagulante, as a mayor dosis de coagulante mayor ser el intervalo de pH eficaz, mientras que el valor optimo de pH se mantiene practicamente constante,puede tambin considerarse tambin que cuanto menor sea la dosis de coagulante, la sensibilidad de los flculos a los cambios de pH ser mayor.Hay que tener presente que los coagulantes metlicos son muy sensibles al pH y a la alcalinidad, estose aprecia en el siguiente grfico de la fig.7, donde se comprueba igualmente que la turbidez de un agua coagulada con un determinado coagulante presenta un mnimo (en este caso para sulfato de aluminio el mnimo es ligeramente inferior a pH = 7).Fig.- 7La optima coagulacin se ve influenciada por:1) pH del agua que se somete a coagulacin .2) Duracin de la dispersin del coagulante, ya que la hidrlisis del coagulante es muy rpida y formara rapidamente complejos del metal, las especies inicas deben estar uniformemente dispersas en el agua bruta entre 1 y 1,5 minutos despus de incorporar el coagulante y as conseguir una efectiva coagulacin antes de la floculacin.3) No incorpora a la vez y junto con el coagulante otros productos que reaccionen con l ya que se reducira la efectividad del coagulante.En la coagulacin-floculacin se estn empleando actualmente coadyuvantes para favorecer principalmente la floculacin con el sulfato de almina, al formar flculos ms cohesionados y densos.El sulfato de almina da lugar, por hidrlisis, a un precipitado de hidrxido de aluminio, que tiene una carga elctrica positiva ( en la zona de pH bajo al que se trabaja), que, como ya se indica, neutraliza a las partculas de signo opuesto que existen en el agua, pero al ser adsorbidas estas partculas del agua por el coagulante suele quedar una carga elctrica positiva residual en la superficie de los agregados formados entre coagulante y partcula, que origina una repulsin entre estos agregados (flculos), que puede ser superior a las fuerzas de cohesin, con lo cual se impide que la aglomeracin contine, en esta situacin juega un papel fundamental los polielectrolitos empleados como coadyuvantes de la floculacin.Los coadyuvantes de floculacin son polimeros de alto peso molecular e incrementan el tamao del flculo y la velocida de sedimentacin y filtrabilidad. Es muy importante el tiempo y punto de su aplicacin, debiendo aplicarse una vez que los flculos se han formado, en el caso del empleo de alumina como coagulante el tiempo suele ser unos 3 minutos despus de la adicin de la alumina.Cuando el agua se trata nicamente con sulfato de almina, slo se consume una parte del sulfato de almina para realizar la precipitacin de color y de la materia coloidal, actuando el resto como floculante de una eficacia relativamente baja, formando un gel de hidrxido de aluminio que va englobando a los coagulos formados, originando una especie de coagulacin de barrido (sweep coagulation).Esta masa o gel de hidrxido de aluminio es muy util al atrapar pequeas partculas e incluso sustancias orgnicas e inorgnicas disueltas. Por otra parte hay que procurar que la menor cantidad posible de aluminio o hierro, procedentes del coagulante queden en solucin, para lograr esto, la coagulacin-floculacin debe tener lugar al pH para el cual tanto el aluminio como el hierro tengan el menor grado de solubilidad. El control del pH es muy importante si se emplea la coagulacin de barrido. En el grfico de la fig.8 se muestra el aluminio residual en funcin del pH a diferentes temperaturas, y en el de la fig.9, se presentan los resultados de un ensayo de coagulacin en el que se determin el contenido de aluminio residual del agua coagulada y filtrada por dos membranas de 0,05 y 0,45 m, incluyendo tres rangos de aluminio, desde 0,02 mg./l. a 0,2 mg./l. y los pH a los que habra que operar para no sobrepasar estas concentraciones de aluminio, por ejemplo para encontrar 0,2 mg./l. el pH debera estar entre 5,5 y 7,4, mientras que para un aluminio residual de 0,05 se debera operar a un rango de pH entre 5,9 y 6,6.Fig.- 8Fig.- 9El uso de los coadyuvantes de floculacin permite reducir la dosis de sulfato de almina hasta la cantidad suficiente para eliminar la materia coloidal y el color, ya que el poder floculante del coadyuvante es superior al del sulfato de almina.En ensayos realizados con objeto de observar la reduccin en la turbiedad del agua, despus de floculada y decantada, sin el empleo de coadyuvante alguno y con el empleo de alguno de ellos, se ha llegado a obtener una reduccin en la turbiedad de hasta el 60 % ms que en los ensayos en que se emple slo sulfato de almina sin coadyuvante alguno.CONSIDERACIONES EN EL EMPLEO DE LA ALUMINA COMO COAGULANTE EN EL TRATAMIENTO DEL AGUAEl uso de almina como coagulante en el tratamiento del agua potable incrementa la concentracin de aluminio en el agua. En un estudio realizado por la USEPA en 186 plantas de tratamiento se comprob concentraciones de aluminio que variaron entre 0,01 a 2,37 mg/l. Aproximadamente el 11 % del aluminio incorporado, ms el contenido en el agua bruta, permanece en el agua tratada. En general la turbiedad del agua tratada se incrementa, cuando aumentan los niveles de aluminio. Altos contenidos de aluminio total en el agua tratada coinciden con bajas relaciones almina /COD. Se ha comprobado que cuando el COD aumenta (relaciones almina /COD < 7), una insuficiente dosificacin de alumina conduce a una coagulacin incompleta, resultando una gran parte de materia coloidal formada por complejos orgnicos de aluminio en forma insoluble.Los fenmenos de coagulacin con la almina se retrasan a bajas temperaturas al ser ms lentas las reacciones de hidrlisis y por tanto ms escasa la formacin de flocs y a la vez pueden escaparse pequeos flculos durante la filtracin , incrementndose por tanto el aluminio total en el agua tratada.Las sustancias orgnicas disueltas a moderadas y elevadas concentraciones interfieren fuertemente en el proceso de coagulacin con almina y s la dosis de almina es baja, puede encontrase aluminio residual en forma de complejos orgnicos en el agua tratada.En algunas aguas se han encontrado unas relaciones crticas de Al+++ / COD < 20 m molg.COD.Dada la relacin que suele existir entre la turbiedad del agua tratada y el contenido de aluminio o bien la correlacin existente entre el aluminio del agua tratada y el porcentaje de turbidez eliminada, se ha comprobado en muchos casos que para limitar el contenido de aluminio del agua tratada a 50g / l., al menos un 90 - 95 % de eliminacin de turbidez debe ser conseguida.El aluminio es altamente soluble a pH alcalinos, debido a la formacin del in aluminato Al(OH)-4la coagulacin con alumina es un efectivo medio de eliminar materia orgnica, especialmente sustancias hmicas, que son precursores de la formacin de subproductos de la desinfeccin. La coagulacin preferentemente elimina la materia orgnica natural de ms alto peso molecular, en este sentido son mejor eliminados los cidos hmicos que los flvicos, no obstante suelen eliminarse ms del 60% de la mayora de precursores..Est comprobado que el pH de coagulacin tiene una gran influencia en la eliminacin de materia orgnica, mayor eliminacin a pH < 7.CINETICA DELA FLOCULACIONLa velocidad de floculacln de una dispersin coloidal o sol, depende de la frecuencia del choque de las partculas entre s y de la probabilidad de que su energa trmica sea lo suficientemente grande como para superar a la energa potencial de repulsin para la floculacin cuando los encuentros entre las partculas tienen lugar.La floculacin ocurre mediante dos mecanismos: la floculacin ortocintica y pericintica a los cuales se ven sometidas las partculas sometidas a la desestabilizacin, influyendo en gran medida el tamao de las partculas, as en las partculas pequeas (menores de 1 m) juega un papel ms importante la floculacin pericintica influida por efecto trmico que da lugar al movimiento browniano que distribuye uniformemente las partculas en la solucin, y en el caso de partculas de mayor tamao tiene una gran importancia el gradiente de velocidad del liquido(G), predominando la floculacin ortocintica. En definitiva en el fenmeno de la floculacin el nmero de choques entre partculas es proporcional a la concentracin de estas, a su tamao y al gradiente de velocidad.Considerando que no haya barrera de energa potencial y que cada choque entre las partculas d lugar a un contacto permanente, Smoluchowski desarroll una teora de floculacin rpida. Supone que la floculacin slo est controlada por la difusin, en el caso de un sol mono-disperso en que las partculas sean esfricas se tendr:n = no/(1 + 4. D. a .no. t) dondenes el nmero de partculas por mililitro al cabo de un tiempo de floculacint, n0el nmero inicial de partculas por mililitro,a,el radio efectivo de las partculas y D, el coeficiente de difusin.Conociendo el valor del coeficiente D, resulta posible, por medio de la anterior ecuacin, calcular, por ejemplo, el tiempo necesario para que el nmero de partculas llegue a ser la mitad, un tercio, etc., del nmero inicial de partculas.Podemos actuar sobre el gradiente de velocidad G, en la floculacin y de ah su importancia. Camp estim el valor de G para varias plantas en Estados Unidos y concluy que su valor se mueve en el rango de 20 74 seg-1. Se considera un valor inferior de G ya que mientras mayor es G hay mayor probabilidad de floculacin y por otro lado se toma un valor superior debido a que un valor muy grande de G puede generar ruptura de los flocs ya formados por la accin de fuerzas de corte del lquido. As cada tipo de agua contiene un valor de G dependiendo del tipo de partculas contenidas en ellas.La cintica de la floculacin se puede estudiar al estabilizar la dispersin coloidal por medio de gelatina en un momento dado y a ciertos intervalos de tiempo y contar entonces las partculas con la ayuda de un ultramicroscopio.En el caso de existir una barrera de energa potencial de repulsin, slo algunos de los choques entre las partculas darn lugar a contactos permanentes, no pudindose, por tanto, aplicar las frmulas anteriores, es decir, la energa potencial retrasa la velocidad de floculacin.Debido a la complejidad de las reacciones entre las sustancias del agua y los reactivos aadidos, la influencia del pH, temperatura, grado de agitacin, etc., es difcil hallar la dosis de reactivos exacta, necesaria para obtener una buena coagulacin, an cuando se conozcan las sustancias presentes en el agua.En la prctica, para conocer la dosis ptima de sulfato de almina, hidrxido clcico u otro reactivo, as como el pH ptimo, se recurre a los ensayos de floculacin en laboratorio, con los cuales, y mediante tanteos, llegamos a conocer las dosis ptimas de reactivo, segn el perodo y grado de agitacin escogido.Para realizar estos ensayos de floculacin, se utiliza un floculador, que en esencia es un agitador formado por una serie de vasos, en cada uno de los cuales se introduce una paleta agitadora, accionada por un motor elctrico, que comunica las mismas revoluciones a todas las paletas. En los vasos, generalmente de un litro de capacidad, se introduce el agua con los reactivos correspondientes. Para que los resultados de los vasos sean comparables, la velocidad de rotacin de cada paleta, como ya hemos dicho, deber ser igual. Las paletas debern poder girar entre 20 y 200 rpm.El modo de proceder es el siguiente :-Se toma un litro de agua a ensayar en cada uno de los vasos del agitador, habindose determinado previamente algunas de las caractersticas ms importantes del agua, tales como turbiedad, color, pH y alguna otra que tambin interese, segn el tratamiento al que posteriormente se va a someter.-Puesta en marcha la agitacin, se van aadiendo a cada vaso las dosis de los reactivos a emplear que, como primera aproximacin, se hayan escogido.A mayor escala, dentro ya de la Estacin de Tratamiento, generalmente el coagulante se suele introducir antes que el lcali, de igual modo que el cloro usado en precloracin puede ser ms eficaz adicionndolo antes que el coagulante, de todas formas, los ensayos de laboratorio son los que permiten ver el orden en la dosificacin.-La agitacin se mantendr durante 20 minutos, siendo conveniente los dos primeros minutos agitar a la mxima velocidad y los restantes, a la velocidad que se haya escogido, generalmente 50 r /m.-Se anota el momento en que en cada vaso aparece el primer flculo visible, de igual modo, al final de la agitacin se anota el aspecto, cantidad y tamao de los copos y cualquier observacin que, posteriormente, nos pueda servir para diferenciar un vaso de otro.-Finalizada la agitacin se dejan en reposo todos los vasos un determinado tiempo, generalmente 10 minutos, para que sedimenten los flculos formados-A continuacin se decanta una porcin de agua de las partes superiores de cada vaso, midiendo en estas muestras de agua decantada el color, turbiedad y pH principalmente. Tambin puede hacerse ms completo el ensayo pasando una parte del agua decantada de cada vaso por un filtro de papel y medir despus el color y turbiedad del agua filtrada.-Por ltimo, se interpretan los resultados obtenidos, de forma tal que las dosis de reactivos aadidos a la muestra en la cual la reduccin del color y turbiedad del agua decantada sea mayor, las consideremos como las dosis ptimas.Generalmente, estos ensayos deben realizarse manteniendo constante, ya sea el p H, y variando las dosis de coagulante y coadyuvante o a la inversa. Tambin deben ensayarse diversos perodos y velocidades de agitacin.En el cuadro siguiente resumimos los resultados de un ensayo de coagulacin-floculacin en vaso, en el que el pH ptimo de coagulacin y ladosis de coadyuvante polielectrolito se ha comprobado por ensayos anteriores de tanteo, que eran 6, 9 y 0,1 respectivamente. Tratamos ahora de conocer la dosis ptima mnima de coagulante y la del lcali.A la vista del resultado visual y el anlisis del agua decantada, vemos que una dosis de 20 ppm es, en este caso, lams ptima para 0,1 ppm de polielectrolito y un pH de coagulacin de 6,9.Las dosis de reactivos vienen dadas en ppm (partes de milln), equivalente a mg de reactivo por litro de agua. La unidad de medida usada para el color es la unidad AlIen.Hazen ( cloroplatinato potsico-cloruro de cobalto) y la unidad de medida para la turbiedad la NTU (Unidad Nefelomtrica de Turbided).Obtenida la dosis ptima aproximada del coagulante, se tratar por medio de otro ensayo ajustar ms esta dosis, realizando otra serie con dosis, por ejemplo, de 18, 19, 20, 21 y 22 ppm de sulfato de almina. VASO,DOSIS DESULFATO DE ALUMINADOSIS DE CALDOSIS DE POLIELECTROLITO Resultado visual floculacin AGUA DECANTADA

ColorTurbiedad pH

1 2 3 4 5 8 12 16 20 24 0 2 4 6 8 0,10,10,10,10,1MalRegularBienMuy bienRegular40302051512 8 6 376,96,86,86,96,9

Observaciones.- Los primeros flculos aparecen a los tres minutos de agitacin en el vaso N 3.En el N 1 apenas hay floculacin, yen el N 2, los flculos son tan pequeos, que pueden considerarse microflculos.En la figura siguiente de representa el esquema de un agitador-floculador de laboratorio con los vasos correspondientes, en los cuales hemos representado lo que de una forma visual se ha obtenido en el ensayo que anteriormente hemos expuesto.

En el vaso n 1, (de izquierda a derecha) para el que indicbamos que el resultado de la floculacin era "mal ", observamos cmo los flculos son muy pequeos y sedimentan muy difcilmente; en el n 2, que indicbamos floculacin "regular", ya se ven flculos algo mayores, an cuando en la parte superior los hay tambin pequeos; En el n 3, floculacin " bien ", los flculos son ya mayores y ms densos, quedando en la parte superior, el agua ms clarificada; En n 4, indicado como floculacin " muy bien ", la mayor cohesin y densidad de los flculos, les hace aglomerarse en el fondo del vaso, quedando ms zona clarificada en la parte superior del vaso; en el vaso n 5, floculacin " regular ", es bastante similar al n 2.Para evaluar el tamao del flculo en funcin de su tamao, en mm, puede utilizarse el comparadorideado por al Water Research Institute de Inglaterra, o tambin el Indice de Wilcomb descrito al principio.Se suele escoger como dosis optima la correspondiente al vaso con partcula de mayor tamao y que produzca un agua entre los flculos ms cristalina. Comparador de WRA para evaluar el tamao del floculoOtro medio de conocer y controlar el proceso de coagulacin, muy practico, es el del filtro piloto, consistente en tomar una muestra de agua, y siguiendo el mismo proceso de adicin de reactivos que el de la propia planta, filtrar a continuacin por un filtro piloto en las mismas condiciones, controlando diversas caractersticas del efluente, principalmente el color, la turbiedad y el contenido de aluminio.Para que las partculas que se encuentran en el agua y las del coagulante puedan reaccionar, ser preciso que estn en contacto unas con otras, por lo tanto ser necesaria una agitacin del liquido para mantener este contacto. Esta agitacin deber ser rpida durante un breve perodo inicial para dispersar bien la coagulacin y favorecer las reacciones de coagulacin, y ms lenta durante el perodo de floculacin.El contacto entre las partculas se ver aumentado a medida que aumenta su concentracin en el agua, con este objeto es conveniente que en el liquido se conserve una determinada cantidad de flculos que anteriormente se han formado. Durante la floculacin la agitacin deber ser lo suficientemente lenta para no deshacer los flculos formados, dando entonces nuevamente lugar a una suspensin coloidal.Las instalaciones de floculacin son actualmente muy variadas, abarcando desde sencillos depsitos de floculacin, con placas deflectoras, hasta las instalaciones provistas de agitadores mecnicos de paletas, mantenindose en parte de estas instalaciones, el contacto entre las partculas formadas en tratamientos anteriores y las que se estn formando en cualquier momento. Existen instalaciones en las que en una misma instalacin se realiza la mezcla, coagulacin, floculacin, sedimentacin y eliminacin de los precipitados, son estos en general los floculadores-decantadores. ESQUEMA DE LOS FENOMENOS Y DE LA TERMINOLOGIA ASOCIADA A LAS DIFERENTES ETAPAS DE LACOAGULACION-FLOCULACION

EtapasFenmenosTerminologa

1.-Funcin del reactivo-Coagulante-Floculanteo ayudante de floculacin si interviene a partir de la fase 2.41.1Preparacin: Disolucin, ionizacin, polimerizacin ...DILUCION

1.2Introduccin: Dispersin, difusin, contacto reactivo-partculaMEZCLA RAPIDA

1.3Reaccin con el agua:Ionizacin, hidrlisis, polimerizacin, formacin de hidrxidos complejos con las sales de aluminioHIDROLISIS

2.Desestabilizacin de la particula2.1 Compresin de la doble capa elctrica por iones opuestos, que no se hidrolizan (Interacciones electroestticas)COAGULACIONCOAGULACIONAGREGACION

2.2 Disminucin del potencial de superficie por adsorcin de iones en la superficie de la partcula

2.3 Englobamiento en un precipitadoMICROFLO-CULACION

2.4 Unin entre partculas por adsorcin especfica de especies (polimricas de coagulante o de floculante. Agregacin mutua.

3.Transporte de la partcula(Contacto entre partculas)3.1 Movimiento Browniano (Para partculas inferiores a 1Fm)FLOCULACION PERICINETICA

3.2 Movimiento del aguaFLOCULACION ORTOCINETICA

3.3 Movimiento (diferencial) de partculas (sedimentacin, flotacin ...)

4.SeparacinSedimentacin, decantacin, flotacin, filtracin ....

F.Ramrez Quirs

Polidacmas en el proceso de coagulacin-floculacin del agua.Slice activada en la coagulacin- floculacin.GRAFICOS COMPARATIVOS DE LABORATORIO CON EMPLEO DE SILICE ACTIVADA Y SIN ELLA EN LA TURBIEDAD DEL AGUA FLOCULADA Y DECANTADA Y EN LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACIN DEL LODOPoliacrilamida empleada como ayudante de floculacin.Nota en la que se expone el riesgo de la presencia del monmero de acrilamida al emplear poliacrilamidas tanto en el tratamiento del agua como en el tratamiento de los lodos y la subsiguiente recuperacin del agua de estos.Informacin sobre Nitrosodimetilamina (NDMA).Extraccin traducida de:Nitrosodimethylamine (NDMA) InformationPublished: 12/05/2007 |Updated: 05/28/2010 Published By:Water QualityPotencial Z como una herramienta para determinar la aglomeracin de las prticulas en la reduccin del volumen del lodo a disponer. Artculo de Luciano Sandoval y otros autores. Instituto Mexicano de Tecnolgia del Agua. Recogido en las pginas de CEPI -OPS-OMS. Trata la relacin del potencial Z con la neutralizacin de las cargas de las particulas coloidales , para llegar a una optima coagulacin y generar la menor cantidad de lodo posible.Efectividad y mejora de la coagulacin respecto a otras tcnicas de tratamiento en la reduccin de diversas materias orgnicas. Articulo ( en ingls) de S.D.Freese y otros, publicado por Umgeni Water y recogido por Water Science Technology. Se exponen los ensayos y resultados obtenidos sobre varias muestras de agua para comprobar la efectividad de una optima coagulacin en relacin con otras tcnicas de tratamiento( Ozonizacin y filtracin por carbn activo ), en la reduccin tanto de precursores y formacin de THM como de otros micropoluantes orgnicos del agua. As mismo se comprob la mayor efectividad de los coagulantes inorgnicos respecto a otros coagulantes polimricos, en la eliminacin de materia orgnicaExperiencia en el uso de coagulante sinttico polimrico, comparado con el coagulante inorgnico.Articulo, en ingls, de varios autores de Ugeni WaterPolmeros en la coagulacin-floculacin, filtracin....Pgina, en ingls,de la empresa Tramfloc.INCNUEVO PROCESO FSICO-QUMICO PARA LA POTABILIZACIN DE AGUA SIN LA UTILIZACIN DE POLIACRILAMIDAS1 VEOLIA WATER Solutions & Technologies2 CANAL DE ISABELAccin de distintos coagulantes para la eliminacin del cryptosporidium en el proceso de potabilizacin del agua.B. ABRAMOVICH1*, M.C. LURA2, E. CARRERA3, M.I. GILLI1, M.A. HAYE1, S. VAIRA3 - Revista Argentina de Microbiologa (2004) 36: 92-96.EFFECTS OF DIFFERENT MODES OF COAGULATION AS PRETREATMENT TO MEMBRANE FILTRATION FOR DRINKING WATER PRODUCTION INSMALL SYSTEMS.Department of Chemical and Environmental Engineering University of ToledoPRODUCTOS QUMICOS UTILIZADOS EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA DESTINADA AL CONSUMO HUMANO SULFATO DE ALUMINIO. Norma europea (EN 878:2004) preparada por el Comit Tcnico CEN/TC 164 "Suministro de agua" cuya Secretara desempea AFNOR.Aluminium as a risk factor in Alzheimers disease, with emphasis on drinking water.Trond Peder Flaten .Department of Chemistry, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway.Uso de laMoringa oleiferacomo coagulante en la potabilizacin de las aguas.Ivn Mendoza1, Nola Fernndez2, Gretty Ettiene3* y Altamira Daz21Departamento de Qumica, Ciclo Bsico, Facultad de Ingeniera.2Departamento de Ingeniera Sanitaria, Facultad de Ingeniera..3Laboratorio Ambiental, Instituto para la Conservacin del Lago de Maracaibo (ICLAM).Maracaibo-Venezuela.Recibido: 02-12-98. Aceptado: 25-04-2000.Efectividad de un coagulante extrado deStenocereus griseus(Haw.) Buxb. en la potabilizacin del agua.Lorena del C. Fuentes S.*, Ivn A. Mendoza S., Angela M. Lpez M.,Mara F. Castro V., Carlos J. Urdaneta M.Programa Ingeniera, Universidad del Zulia, Ncleo Costa Oriental del Lago. Cabimas 4013, Venezuela.Relation between Aluminum Concentrations in Drinking Water and Alzheimers Disease: An 8-year Follow-up Study.Virginie Rondeau, Daniel Commenges, Hlne Jacqmin-Gadda, and Jean-Franois DartiguesAmerican Journal of Epidemiology . Copyright 2000 by The Johns Hopkins University School of Hygiene and Public Health.Am J EpidemiolVol. 152, No. 1, 2000._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________(PubMed .Epidemiology.1997 May;8(3):281-6.Aluminum concentrations in drinking water and risk of Alzheimer's disease.

http://www.elaguapotable.com/coagulacion-floculacion.htm