u3-actividad1-moreno-torres-yolanda pdf - Yolanda Moreno torres

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UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO
“ESTUDIO EN LA DUDA. ACCIÓN EN LA FE”
DIVISIÓN ACADÉMICA DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
LICENCIATURA EN INGENIERÍA AMBIENTAL
Alumna: Yolanda Moreno Torres
Profesora: MIPA. María Berzabe Vázquez González
Materia: Procesos Unitarios
Tema:
Intercambio y precipitación.
Fecha 30 /04/2022
Coagulación 
En última instancia, los procesos de coagulación y floculación convierten el agua turbia en agua clara al acelerar el tiempo que tardan las partículas en asentarse. Una vez que estas partículas se han asentado, se pueden filtrar.
La coagulación es el proceso que neutraliza los sólidos suspendidos cargados en el agua. Como las partículas naturales son típicamente negativas, los coagulantes o productos químicos cargados positivamente se agregan al proceso para neutralizar la carga.
Los coagulantes alteran la carga eléctrica de las partículas suspendidas, lo que hace que se aglutinen: es un proceso de neutralización de carga. Imagine un imán: no es posible unir dos polos negativos en un imán, ya que la carga similar crea una fuerza repelente.
Al igual que los imanes, las partículas coloidales que llevan la misma carga se repelen entre sí. Cuando millones de partículas se repelen entre sí, la claridad del agua disminuye. La neutralización de la carga eléctrica permite que las partículas se agrupen formando flóculos. A partir de este punto, las partículas agrupadas se pueden filtrar. No obstante; cuanto más grandes sean los flóculos de partículas, más fácil será filtrarlos. El proceso de aumentar el tamaño de los flóculos se conoce como floculación.
En última instancia, los procesos de coagulación y floculación convierten el agua turbia en agua clara al acelerar el tiempo que tardan las partículas en asentarse. Una vez que estas partículas se han asentado, se pueden filtrar.
La coagulación es el proceso que neutraliza los sólidos suspendidos cargados en el agua. Como las partículas naturales son típicamente negativas, los coagulantes o productos químicos cargados positivamente se agregan al proceso para neutralizar la carga.
Los coagulantes alteran la carga eléctrica de las partículas suspendidas, lo que hace que se aglutinen: es un proceso de neutralización de carga. Imagine un imán: no es posible unir dos polos negativos en un imán, ya que la carga similar crea una fuerza repelente.
Al igual que los imanes, las partículas coloidales que llevan la misma carga se repelen entre sí. Cuando millones de partículas se repelen entre sí, la claridad del agua disminuye. La neutralización de la carga eléctrica permite que las partículas se agrupen formando flóculos. A partir de este punto, las partículas agrupadas se pueden filtrar. No obstante; cuanto más grandes sean los flóculos de partículas, más fácil será filtrarlos. El proceso de aumentar el tamaño de los flóculos se conoce como floculación.
La determinación de la cantidad y el tipo de coagulante utilizado cambia según una variedad de condiciones del proceso. Muchas condiciones externas y ambientales diferentes afectan la forma en que se trata el agua cruda, lo que cambia la cantidad y el tipo de productos químicos que debe usar la planta de tratamiento. Por ejemplo, una lluvia intensa tendrá un gran impacto en el agua influente o cruda en una planta de tratamiento municipal.
Se deben probar varias muestras antes de la implementación en un volumen mayor del proceso de tratamiento.
Los coagulantes orgánicos, también conocidos como polímeros, se utilizan de manera predominante en los procesos de tratamiento de agua. Si bien los polímeros son más caros por peso en comparación con los coagulantes inorgánicos, se puede usar en menor cantidad.
Además, el proceso de coagulación utiliza fluidos de mayor viscosidad para tratar el agua. Por lo general, hay dos tipos de fluidos viscosos que se encuentran en estos procesos: newtoniano y tixotrópico.
Los fluidos newtonianos tienen una viscosidad que no cambia en función de la tensión mecánica que se les aplica, mientras que los fluidos tixotrópicos tienen una viscosidad que cambia bajo la aplicación de tensión mecánica o cizallamiento. La viscosidad tixotrópica también se conoce como adelgazamiento por cizallamiento, y la viscosidad se reduce con el tiempo a medida que el fluido cizalla. Por esta razón, es importante seleccionar un producto de bombeo que sea compatible con viscosidades más altas.
Si bien el proceso de coagulación es crucial, también puede ser costoso. El costo se determina principalmente por la cantidad de productos químicos que se utilizan en el proceso. Si bien el polímero puede ser más caro por peso, puede ser más eficaz que una sal inorgánica. La eficacia del polímero se puede aumentar si se prepara el volumen de polímero adecuado para asegurarse de que reaccione por completo con el agua del proceso, lo que a su vez reduce el uso de polímero y puede tener una ventaja de costo sobre la sal inorgánica.
Los procesos de coagulación requieren mucho tiempo y, por esa razón, pueden resultar costosos. Es importante que las plantas de tratamiento de agua optimicen su proceso con tecnologías rentables.
Partículas coloidales
Los coloides son las partículas de muy bajo diámetro que son responsables de la turbidez o del color del agua superficial. Debido a su muy baja sedimentación la mejor manera de eliminarlos es por los procesos de coagulación-floculación. El objetivo de la coagulación es desestabilizar la carga electrostática para promover que los coloides se agrupen.
Características y orígenes de los coloides:
El diámetro de los coloides está comprendido entre 1 µm y 1nm. La proporción superficie/volume da muy buenas características de adsorción de los coloides para los iones libres. Este fenómeno de la adsorción del ion implica la presencia de la carga electrónica en su superficie que da lugar a algunas fuerzas de repulsión. Este es el porqué de que los coloides son tan estables en la solución.
Hay diversos orígenes: disolución mineral de las sustancias, erosión, descomposición de la materia orgánica, residuos de granjas y aguas residuales.
Las diversas clases de coloides:
Los coloides hidrofóbicos son responsables de la coloración del agua y tienen básicamente un origen orgánico con una parte R-NH2 o R-OH. Estas partes electronegativas crean enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua. Esta capa se opone a la unión de los coloides y es el factor de la estabilización.
Los coloides hidrofílicos son de orígen mineral. En su superficie están las cargas negativas concentradas que dan lugar a que la aglomeración sea imposible.
Los coloides nunca son básicamente 100 % hidrofílicos ni 100% hidrofóbicos, el porcentaje dependen realmente de su constitución molecular.
Eliminación coloide:
Para quitar los coloides del agua la mejor solución es realizar como primer paso una coagulación de las partículas con un agente coagulante. El objetivo de este paso es desestabilizar la carga electrostática coloidal para promover la reunión y su aglomeración futura durante el paso de la floculación.
Coagulación de partículas coloidales
Las aguas naturales contienen impurezas y partículas suspendidas de diversos tamaños de origen mineral u orgánico, que son responsables de la turbidez y color del agua. Estos contaminantes causan serios problemas durante el proceso de potabilización del agua.
Para sedimentar las partículas coloidales suspendidas en el agua se usa generalmente el proceso de coagulación y floculación, que consiste en producir la sedimentación de las partículas mediante el uso de diferentes tipos de coagulantes inorgánicos, polímeros naturales y sintéticos. Entre los coagulantes inorgánicos, el más usado es el sulfato de aluminio por su bajo costo y manejo; sin embargo, después del proceso de floculación quedan trazas del ion de Al3+ , las cuales pueden poner en riesgo la salud pública, debido a que este ion favorece el desarrollo del mal de Alzheimer. El proceso de coagulación-floculación produce grandes volúmenes de lodos, que también dan lugar a problemas ambientales,debido al uso de coagulantes inorgánicos y polímeros sintéticos. En este aspecto, el uso de biopolímeros en el proceso de coagulación floculación es de gran importancia para evitar la contaminación con aluminio y polímeros sintéticos no biodegradables.
El quitosano es un polisacárido que en su estructura contiene a grupos aminas y se obtiene a partir de la des acetilación de la quitina. A pH inferior a 7, la mayoría de los grupos amina están protonados y pueden atraer cationes de metales y también pueden unirse a partículas coloidales de carga negativa. Esta propiedad se utiliza para producir la coagulación en redes, la cual determina que el quitosano se pueda utilizar como floculante en diferentes aplicaciones, tales como: sedimentación de suspensiones sólidos en la industria de alimentos, separación de microorganismos y colorantes de efluentes textiles.
El potencial Z
La potencial zeta es una medida de la magnitud de la repulsión o atracción electrostática (o de carga) entre las partículas, y es uno de los parámetros fundamentales que se sabe que afectan la estabilidad. Su medición aporta información detallada de las causas de la dispersión, agregación o floculación, y se puede aplicar para mejorar la formulación de dispersiones, emulsiones y suspensiones. 
La velocidad de la introducción de nuevas formulaciones es la clave para el éxito del producto. La medición del potencial zeta es una de las formas de acortar las pruebas de estabilidad mediante la disminución del número de formulaciones candidatas, con el fin de reducir el tiempo y los costos de las pruebas, así como mejorar la vida útil.
La medición del potencial zeta tiene importantes aplicaciones en una amplia gama de industrias; por ejemplo: cerámica, productos farmacéuticos, medicina, procesamiento de minerales, electrónica y tratamiento del agua.
z es un parámetro electrostático importante de las partículas suspendidas en un medio acuoso como un índice de medida que evalúa la estabilidad de las dispersiones coloidales suspendidas en el agua con respecto a la agregación de partículas y el posterior entendimiento de las operaciones físicas como floculación, flotación y sedimentación de estas suspensiones.
z se define como el potencial en el plano de cizalla en la doble capa eléctrica. Se utiliza frecuentemente en discusiones de estabilidad de coloides y su valor es considerado útil en relación con la doble capa eléctrica. La doble capa es dividida en una parte compacta adyacente a la superficie y una parte difusa. En la parte difusa los iones son móviles y obedecen a leyes de mecánica estadística, los contraiones son atraídos a través de la superficie y los coiones son repelidos. Existe evidencia que muestra que el modelo de doble capa eléctrica, aunque es simplificado en muchos aspectos, es suficiente para abarcar las características esenciales de la realidad. z está ubicado cerca al plano de corte, en el límite de la capa difusa y representa la ubicación efectiva de la interface sólido líquido .
La deposición y agregación de partículas coloidales se encuentra en muchos procesos naturales e industriales. Este fenómeno está influenciado por dos factores, el primero, transporte de partículas a grandes distancias y el segundo, interacciones partícula-partícula o partícula-sustrato en partículas cercanas. El paso de transporte es responsable del movimiento de la partícula de manera tal que pueden ocurrir colisiones, y el paso de unión está gobernado por las interacciones entre las superficies. La diversidad de estos efectos en los procesos de agregación y deposición es una indicación de la complejidad del fenómeno.
Los fenómenos electrocinéticos se utilizan para obtener información acerca del estado eléctrico de la interface sólido-líquido. En particular z es un concepto trascendental para relacionar las cantidades medibles a nivel macroscópico con parámetros microscópicos que caracterizan el estado de los coloides .
Existe un gran número de técnicas para medir z, una de ellas es la electroforesis. Este método determina el potencial ubicando partículas finas en un campo eléctrico y midiendo su movilidad utilizando un microscopio. 
Otras técnicas de medición de z como las electroacústicas son herramientas útiles para medir el potencial en suspensiones acuosas concentradas, el cual utiliza ondas de sonido para la generación de diferencias de potencial macroscópicas en la suspensión.
Algunos investigadores han demostrado un enlace entre z y un óptimo desempeño de la coagulación y floculación, alcanzando residuales del coagulante bajos y estables en el agua tratada cuando se minimiza z. Además, se ha evidenciado un definido cambio en las propiedades de los agregados con cambios en la relación de dosificación y z de los flóculos resultantes.
Mecanismos de coagulación
En el tratamiento del agua, la coagulación y la floculación prácticamente siempre se aplican uno detrás del otro, antes de realizar la separación física. El proceso de coagulación-floculación-separación consta de los siguientes pasos:
1. Coagulación-floculación: uso de reactivos químicos para desestabilizar y aumentar el tamaño de las partículas y hacer que se agreguen en flóculos mediante agitación.
2. Una separación física de los sólidos de la fase líquida. Esta separación generalmente se logra por sedimentación (decantación), flotación o filtración.
Los reactivos comunes son: coagulantes minerales y/u orgánicos (típicamente sal de hierro y aluminio, polímeros orgánicos), aditivos de floculación (sílice activada, talco, carbón activado), floculantes aniónicos o catiónicos y reactivos de control del pH como ácidos o bases. Ciertos agentes quelantes (secuestradores) de metales pesados ​​también pueden agregarse durante el paso de la coagulación.
La coagulación desestabiliza las cargas de las partículas. Los coagulantes con cargas opuestas a las de los sólidos en suspensión se agregan al agua para neutralizar las cargas negativas sobre sólidos dispersos ​​no decantables tales como arcilla y sustancias orgánicas. Una vez que la carga se neutraliza, las partículas suspendidas pequeñas son capaces de pegarse unas a otras. Las partículas, un poco mayores, formadas a través de este proceso se llaman microflóculos y resultan ser demasiado pequeñas para ser visibles a simple vista. Se necesita una mezcla o agitación rápida, de alta energía, para dispersar adecuadamente el coagulante y promover las colisiones de partículas, consiguiendo una buena coagulación y formación de los microflóculos. El exceso de mezcla no afecta la coagulación, pero de ser insuficiente dejará este paso incompleto. El tiempo de contacto adecuado en la cámara de mezcla rápida es típicamente de 1 a 3 minutos.
El paso siguiente a la coagulación es la floculación, etapa donde se realiza una mezcla suave, que aumenta el tamaño de las partículas de microflóculos submicroscópicos a partículas suspendidas visibles. Estos microflóculos se ponen en contacto entre sí mediante el proceso de mezcla lenta. El choque de las partículas de microflóculos hace que se unan para producir flóculos más grandes y visibles. El tamaño del flóculo continúa creciendo a través de choques o colisiones adicionales y la interacción con polímeros inorgánicos formados por el coagulante o polímeros orgánicos añadidos, formando así los llamados macroflóculos. Se pueden agregar polímeros de alto peso molecular, llamados floculantes, durante este paso para ayudar no sólo a unir y fortalecer el flóculo, sino también para aumentar el peso y la velocidad de sedimentación. Una vez que el flóculo ha alcanzado su tamaño y resistencia óptimos, el agua está lista para el proceso de separación (sedimentación, flotación o filtración). Los tiempos de contacto de diseño para la floculación varían de 15 o 20 minutos a una hora o más.
Reactivos de coagulación
Los principales coagulantes utilizados son las sales de aluminio (sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, aluminato sódico…), las sales de hierro (cloruro férrico, sulfato férrico, sulfato ferroso…) o el ozonoen algunos casos cuando el agua contiene complejos que ligan las materias orgánicas al hierro o al manganeso, en este caso el ozono no actúa como coagulante pero ayuda a la coagulación.
Teniendo en cuenta que la neutralización de los coloides es el principal objetivo que se pretende en el momento de la introducción del coagulante, es conveniente que el reactivo utilizado se difunda con la mayor rapidez posible.
En efecto, el tiempo de coagulación es muy breve y a fin de optimizar el coagulante, la neutralización de los coloides ha de ser total antes de que una parte del mismo haya comenzado a precipitar. Para la mezcla de los reactivos conviene disponer de un sistema que permita la mezcla rápida y sea capaz de crear un gradiente de velocidad comprendido entre 100 y 1.000 S-1.
Para este cometido la solución más efectiva, especialmente en procesos de floculación difusa, pasa por la instalación de un agitador en la cámara de coagulación.
Parámetros de control del proceso
Los ensayos más usados para el control del proceso de coagulación son: ensayo
de jarras, pH, turbiedad, filtrabilidad, comparador de calor y potencial zeta.72
· Ensayo de Jarras: el ensayo de jarras es uno de los más importantes en el
control del proceso de coagulación química de aguas. Se realiza, entre otros,
con los siguientes propósitos:
Selección del tipo de coagulación más efectivo.
• Determinación del pH óptimo de coagulación.
• Evaluación de la dosis óptima de coagulante.
• Determinación de la dosis de ayudas de coagulación.
• Determinación del orden más efectivo de adición de los diferentes productos
químicos.
• Determinación de los niveles óptimos de mezcla, gradientes de velocidad y
tiempos de mezcla.
• Evaluación de la necesidad de proveer floculación y sedimentación previa a la
filtración o factibilidad de filtración directa.
Este ensayo se ha usado ampliamente; sus resultados tienen gran aplicabilidad en
el diseño y la operación real de las unidades de tratamiento, así como en la
optimización de plantas existentes. El procedimiento requiere como datos previos
mínimos los valores de pH, turbiedad, color y alcalinidad del agua cruda.
La prueba de jarras
La prueba de jarra es la técnica más extensamente usada para determinar la dosis de químicos y otros parámetros. En ella se tratan de simular los procesos de coagulación, floculación y sedimentación a nivel de laboratorio. Existe en el mercado una gran variedad
de equipos para pruebas de jarras, pero en toda su versatilidad debe radicar en utilizar
una serie de jarras al mismo tiempo y la posibilidad de variación de la velocidad de
agitación(r.p.m) En este proceso influyen factores químicos e hidráulicos. Entre éstos tenemos:
1. pH
2. Temperatura
3. Concentración de coagulante
4. Secuencia de aplicación de las sustancias químicas
5. Grado de agitación
6. Tiempo de sedimentación
El PH desempeña un papel muy importante en el estudio de los fenómenos de coagulación-floculación, es así como una parte de la carga de las partículas coloidales que han absorbido iones OH-, queda destruida por un aumento de la concentración de iones H3O- que ocasiona una disminución de la estabilidad de la suspensión coloidal. Preferiblemente el PH debe quedar dentro de la zona correspondiente al mínimo de solubilidad de los iones metálicos del coagulante usado .Para sales de hierro la zona de PH es mucho más amplia, alcanzándose el mínimo de solubilidad a pH>5. El pH del medio en la coagulación tradicional con hidróxido de aluminio ha demostrado que sólo coagula cuando es
inferior a 7.4 o superior a 8.5; sin embargo, la eliminación de las materias orgánicas se efectúa mejor en medio ácido (pH inferior a 7.4) o como sucede con el hidróxido férrico
que coagula a un PH superior a 6, pero el alto contenido de materia orgánica del agua
cruda proporcionará la formación de sales orgánicas de hierro y el agua quedará coloreada.
El coagulador férrico está indicado en la coagulación de aguas cuyo pH está comprendido entre 7.0 y 8.0, zona en la que el sulfato de alúmina coagula muy mal. El coagulador cúprico se utiliza en aguas alcalinas, en las que asegura su decoloración.
Este tipo de coagulante posee un poder desodorante muy acentuado y evita el desarrollo de algas en decantadores y filtros. La temperatura del agua también influye grandemente en la efectividad de la coagulación y en la velocidad de formación del flóculo. Según disminuye la temperatura del agua debe aumentarse la dosis de productos químicos usados para coagular, con el objetivo de lograr o asegurar la formación de flóculos adecuados.
El tiempo de mezclado del coagulante en el agua a tratar será el necesario para que el producto utilizado se difunda con la mayor rapidez posible. El tiempo de coagulación es extraordinariamente breve, menos de un segundo y la utilización óptima del coagulante exige que la neutralización sea total antes de que una parte del coagulante haya comenzado a precipitar.
Bibliografía 
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Allcca Chullca, Miguel, Tapia Huananbal, Nelson, Villanueva Huerta, Claudia, Guzmán Lezama, Enrique, Muñoz Huillcas, Patricio, Ale Borja, Neptalí, & Maldonado García, Holger. (2020). Estudio de la coagulación de partículas coloidales de agi por influencia de Quitosano con sulfato de aluminio. Revista de la Sociedad Química del Perú, 86(2), 132-142. https://dx.doi.org/10.37761/rsqp.v86i2.283
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