PROCESO DE AIREACIONEs el proceso mediante el cual el agua es puesta en contacto íntimo con el aire con el fin de modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella.

FUNCIONES DE LA AIREACION: en potabilización tenemos las siguientes1- Transferir oxígeno al agua para aumentar el oxígeno disuelto2- Disminuir la concentración de CO2 4,5 ppm3- Disminuir la concentración de H2S 0,02 ppm4- Remover gases como metano, cloro y amoniaco5- Oxidar hierro y manganeso – se utiliza carbón coque como catalizador 6- Remover COV7- Remover sustancias volátiles productoras de olores y sabores

En el TTO de AR’S la función más común del sistema de aireación es la de transferir oxígeno al líquido, a las tasas requeridas para que el oxígeno no limite la utilización de la materia Orgánica y las funciones metabólicas de los microorganismos.

El agua aireada tiene como característica muy importante y es que es agradable al paladar.

MODELO DE LA AIRECION Ley de la difusión de fickLa tasa de cambio en la concentración con respecto al tiempo es igual a:

dcdt

=−k AV

(Cs−C)

K: coeficiente de transferencia de la sustancia volátil (=) mlsA: area de contacto entre la fase gaseosa y la fase liquida (m2)Cs: concentración de saturación del gas en el liquido (mg/lt)C: concentración del gas en el liquido en cualquier momentodc/dt: tasa de cambio en la concentración de una sustancia volátil

Absorción de gasesIntegrando la ecuación anterior

C= Cs – (Cs-Co)e−KATV

Desorcion de gases o stripping

C= Cs+(Co-Cs) e−KATV

Todo esto se puede resumir en:1. La tasa de transferencia es directamente proporcional al coeficiente de transferencia del gas2. La cantidad de gas transferido es mayor a medida que aumenta el tiempo de aireación 3. La temperatura y la presión son factores importantes porque afectan los valores de la

concentración de saturación, de la difusividad y el coeficiente del gas.

Los factores mas importantes en el diseño de los aireadores son:1. El tiempo de retención lt2. La relación entre el área del contacto, entre la fase gaseosa y la liquida y el volumen de la

fase liquida a/v.3. Ventilación apropiada.

TIPOS DE AIREADORES1. Aireadores de fuente o surtidores2. Aireadores de bandeja: se utiliza entre 3 y 9 bandejas, la última no airea3. Aireadores de cascada: Son escalones en los que el agua se deja caer, en láminas o capas

delgadas sobre uno o más escalones de concreto. La aireación ocurre en las areas de salpicamiento en forma similar a la que ocurre en un rio turbulento.

PROCESO DE CLARIFICACIONEs de los microorganismos importantes porque:

1. De su eficiencia va a depender el resto del proceso2. Elimina partículas sólidas (100%)3. Elimina el 95% de los microorganismos patógenos

Este proceso consiste básicamente en 3 etapas: 1. Etapa de coagulación 2. Etapa de floculación 3. Etapa de sedimentación

GENERALIDADES DE LAS SUSPENSIONES COLOIDALESLas sustancias presentes en el agua se pueden hallar en ella de varias maneras:

1. Si una molécula de una sustancia se encuentra disgregada dentro del agua, se dice que dicha sustancia esta en SOLUCION

2. Si estas partículas son relativamente grandes y se encuentran flotando dentro del agua, se dicen que están en SUSPENSION

3. Si partículas muy pequeñas de estas sustancias están dispersas enel agua, se dice que esta en estado COLOIDAL o DISPERSION COLOIDAL

DISPERSION COLOIDALAquella que consiste de partículas muy finas que están separadas unas de otras por el medio de dispersión, cuya remoción por sedimentación es sumamente lenta debido al tamaño tan fino de las partículas 1micrometro-100 micrómetro

Existen diferentes tipos de sistemas coloidales, pero los más importantes para el TTO de agua son:1. HIDROFILOS: son aquellos que muestran gran atracción por el agua y comprenden

soluciones verdaderas, ya sea de moléculas grandes o de agregados de moléculas pequeñas, cuyas dimensiones están dentro de los limites coloidales y comprenden polímeros, proteínas, ácidos nucleídos, almidones de sal en general, etc. Son considerados generalmente como los causantes del color verdadero en el agua, son los de menor tamaño.

2. HIDROFOBICOS: son aquellos que muestran menos atracción por el agua e incluyen sustancias como arcillas, limos, algas, plancton, materia orgánica y óxidos metálicos. Son generalmente considerados como los causantes de la turbiedad en el agua, estos produce color aparente-

PROPIEDADES COLOIDALES 1. PROPIEDADES CINÉTICAS: estas propiedades son debidas al movimiento de las partículas:a) Movimiento browniano: consiste en el movimiento constaste e irregulares de las partículas

coloidales dentro de la fase liquida. La teoría cinética explica este fenómeno como resultado del bombardeo cactico de las partículas en suspensión por parte de las moléculas de agua, situación que aumenta al elevarse la temperatura del líquido.

b) Difusión: este fenómeno está muy relacionado con el movimiento browniano, ya tiene la tendencia a dispersarse todas partes en el agua

c) Presión osmótica (M): cuando un solvente, agua y un sistema coloidal, H2O + coloides se encuentran separados por una membrana la cual es permeable al solvente pero no a lao coloides, la fusión puede ocurrir solamente con el movimiento del solvente hacia el sistema coloidal atraves e la membrana. Esta ocurre de forma espontánea y se llama flujo osmótico si se aplica una presión hidrostática apropiada de forma que el flujo osmótico se detengan, se alcanza un estado de equilibrio. La presión balanceante es la presión osmótica. Ella nos ayuda a calcular el número de partículas y el peso promedio de dicho numero en sistema coloidales.

2. PROPIEDAES OPTICAS: estas propiedades se basan en el efecto de Tyndall – Faraday y describen el fenómeno de disensión de la luz al pasar atraves de una suspensión coloidal. La dispersión de la luz es directamente proporcional y se utiliza este fenómeno en la determinación de turbiedad.

3. PROPIEDADES DE SUPERFICIE: las partículas coloidales se caracterizan por tener una gran superficie específica, definida esta como la relación entre el área superficial y la masa de una partícula.

4. PROPIEDAES ELECTROCINETICAS: se ha observado que al pasar una corriente directa a través de una dispersión coloidal, las partículas son atraídas a los electrodos positivos o negativo. Generalmente los electrodos son de carga negativa. Fenómeno conocido con el nombre de electroforesis e indica que las partículas coloidales tienen carga eléctrica y que se mueven, de acuerdo a su carga hacia el electrodo de signo opuesto. Por su naturaleza la mayoría de los coloides poseen carga negativa, la cual es importante para comprender la estabilidad de las dispersiones coloidales.

ESTABILIDAD E INESTABILIDAD DE LAS DISPERSIONES COLOIDALES Se entiende por estabilidad la propiedad inherente de las partículas coloidales de permanecer en suspensión en el transcurso del tiempo. La estabilidad de las dispersiones coloidales se debe a las fuerzas de repulsión, origina por la eléctrica de los coloides, generalmente del mismo signo, y por la hidratación de los coloides hidrofilicos que determinan que las moléculas de agua sean atraídas hacia la superficie de aquellos, formando una barrera que impide el contacto entre los mismos.La inestabilidad es la tendencia de las partículas coloidales a aglomerarse, siempre que entren en contacto entre si.La inestabilidad se debe a los factores como la gravedad, el movimiento browniano ya las fuerzas de Van Der Waals (son fuerzas débiles pero eléctrica)

ETAPAS FUNDAMENTALES DEL PROCESO DE CLARIFICACIONSon tres:

Coagulación Floculación Sedimentación

COAGULACION: la coagulación constituye solo el proceso de desestabilización de las partículas coloidales, destruyendo las fuerzas que separan los coloides. Ella comienza en el instante en que se agrega el coagulante y dura solo pocos segundos

TIPOS DE COAGULANTE Inorgánicos metálicos: sulfato de aluminio Al2 (SO4)3, cloruro férrico Fe Cl3 Orgánicos: polímero sintético (poliacrilamida), polímeros naturales (carbohidratos: azucares,

almidón)

La coagulación consiste en una serie de reacciones fisicoquímica entre coagulantes, superficie de los coloides, agua y alcalinidad del agua.

Para que los coloides puedan ser removidos del agua, estos deben coagularse previamente por las siguientes razones:

1. Los coloides son de tamaño extremadamente pequeños y su velocidad de sedimentación es supremamente lenta

2. Las fuerzas de repulsión de coloides impiden que estos se aglutinen en partículas más grandes, lo cual contribuyen a su lenta sedimentación

La coagulación y floculación son procesos de desestabilización de partículas coloidales y aglutinación de las mismas en pequeñas masas llamadas flocs, las cuales pueden separarse del agua por sedimentación.

La coagulación y floculación se hace necesaria para A. Remover la turbiedad que no puede sedimentarse rápidamenteB. Remover color verdadero y color aparenteC. Reducir las baterías y otros organismos patógenos subsetibles a coagulación ( se remueven

alrededor de 95% de los microorganismos patógenos)D. Remover algas y plancton general

MECANISMOS DE DESESTABILIZACION O COAGULACION DE COLOIDES Pueden ser de tres maneras

1. Por adosrcion y neutralización de iones2. Por precipitación y atrapamiento: en este mecanismo se promueven la precipitación de

hidróxidos metolicos cuya solubilidad es baja. en el quedan atrapados o ocluidas en el precipitado , las partículas coloidales, a medida que el precipitado se forma.

3. Mecanismos de puente químico: En este mecanismo parte de los grupos funcionales de la molécula del polímero se adsorbe en la superficie de las partículas dejando otra parte de la molécula extendida en la sln. Una segunda partícula con polímero adsorbido y superficie vacante se une al segmento libre de otra formando un puente y floc de mayor tamaño y peso.

QUIMICA DE COAGULANTE1. Etapa de reacciones de hidrólisis2. Etapa de reacciones de polimerización3. Etapa de desestabilización

COAGULANTES ORGANICOSLos polímeros orgánicos son moléculas muy larga hechas a partir de la agrupación de muchas unidades moleculares más pequeñas llamadas monómeros las 2 características que determinan la utilidad de un polímero en un sistema, son propiedades físicas y químicas.La composición física se refiere al tamaño (peso molecular) y forma de la molécula del polímero, grado de ramificaciones o que tan lineal es, la densidad de carga etc.La composición se refiere a la estructura química del monómero que se polimeriza, así como también a la configuración que toman los monómeros en la molécula final del polímero.

ETAPA DE FLOCULACIONLa floculación se define como el proceso de aglomeración de partículas previamente coaguladas para formar partículas más grandes y más densas que el agua llamadas flocs o aglomeradas.Una característica básica de la floculación es que consiste en el fenómeno de transporte de partículas que se producen por la agitación del agua.

MECANISMO DE LA FLOCULACION1. ATRACCION POR FUERAS DE VAN DE WALL: Por medio de este mecanismo, las

partículas que poseen movimiento browniano, se sienten atraídas por otras partículas con las que chocan y se aglomera, después de ser coaguladas.

2. EL PUENTE DE HIDROGENO: En este caso las moléculas polares de agua, adheridas alas partículas, ejercen fuerzas de atracción debido al puente de hidrogeno.

3. PUENTE QUIMICO4. ATRAPAMIENTO: En este mecanismo las partículas son atrapdas en la red del floc producido

por hidróxidos metalicos.

FACTORES QUE AFECTAN LA FLOCULACION MECANICOS: Floculación de turbina y el floculador de paleta HIDRAULICOS:

1. G- grado de agitación del agua: La velocidad aglomeración o floculación es directamente proporcional al gradiente de velocidad o grado de agitación del agua hasta un valor optimos

2. TIEMPO DE RETENCION DEL AGUA EN EL FLOCULADOR3. COMPOSICION DEL FLOC: Floc formando por coloides hidrofobicos son mas

resistentes que coloides hidrofilicos4. TIPO DE COAGULANTE USADO: Cuando se usa coagulante orgánico el más

resistente5. PRESENCIA O NO DE CORTO CIRCUITO HIDRAULICOS6. NUMERO DE COMPARTIMIENTOS: A mayor número de compartimientos el

floculadores hidráulicos, se obtendrá mayor eficiencia de floculación debido a que se disminuye el corto circuito de agua.

AYUDANTES DE FLOCULACION ORGANICOSLos ayudantes de floculación orgánicos son productos que facilitan y aceleran la aceleración de partículas livianas debido a su alto peso molecular.El mayor beneficio derivado de los polímeros ayudante de floculación es el gran aumento en el tamaño del floc, debido a su alto peso molecular que hace más eficiente y efectivo el mecanismo de puente químico.Las reacciones de los polímeros ayudantes de floc son muy rápidas, el 85% del polímero se adsorbe dentro de los segundos aproximadamente y el 15% adicional es adsorbido después de un contacto más prolongado. Con esto en mente, ellos se deben diluir al máximo para que se distribuya muy bien en el medio a flocular generalmente diluye al 0.02%.

La dosis de ayudante de floculación generalmente están en el rango de 0.05%-1.0ppm y deben aplicarse en sitios donde exista turbulencia máxima, por esta razón se aplica en la etapa coagulación.

Estas sustancias tienen gran aplicación en la siguientes situaciones.1. Como complemento de alumbre en agua de baja turbiedad, para acelerar la floculación dar

más pero al floc y aumentar la sedimentación2. Como complemento de alumbre en la remoción de color para acelerar la floculación, hacer el

floc más fuerte y mayor penetración en filtros3. Donde quiera que haya problema de floculación debido a tiempo de resistencia muy corto,

mala operación etc.4. Para aumentar la capacidad de tto si esta etapas de esto lo permiten hidráulicamente

ETAPA DE SEDIMENTACIONLa sedimentación es el proceso que realiza la separación de los sólidos más densos que el agua y tienen una velocidad de caída relativamente rápida.

TIPOS DE SEDIMENTACION1. SEDIMENTACION DE PARTICULAS DISCRETAS:Es aquella en donde las partículas no

cambian de densidad, tamaño o forma al descender en el líquido.2. SEDIMENTACION DE PARTICULAS AGLUMERABLES O FLOCULABLES:Es aquella en

los que los sólidos, que al descender en el líquido se pongan o aglomeran entre si combinando de tamaño, forma y peso específico durante la caída.

CLASIFICACION DE LOS SEDIMENTADORESA. Según la dirección del flujo

1. Horizontales, rectangulares o convencionales2. Verticales, compacto o circulares

B. Según la carga hidráulica1. De baja velocidad de separación2. De alta velocidad de separación

SEDIMENTADOR HORIZONTALLa sedimenta de flujo horizontal se hace en técnicas rectangulares en los cuales la masa liquida se traslada de un punto a otro con una velocidad Vsc en estos sedimentadores se pueden considerar y zonas hipotéticas:

1. La zona de entrada: evita la entrada busca del agua floculada a la zona de sedimentación y distribuye mejor el agua en toda el área transversal del sedimentador.

2. Zona de salida: Evita los cambios bruscos del flujo de la zona de sedimentación a la canaletas de recolección de aguas sedimentación a las canaletas de recolección de aguas sedimentadas y distribuyen uniformemente la salida de esta agua disminuyendo el fenómeno d arrastre de plomo .

3. Zona de lodos: Recibe el material sedimentado y evita que los lodos interfiera con la sedimentación de las partículas en la zona de sedimentación.