El tratamiento fisicoquímico compuesto por una fase de coagulación y otra de floculación tiene como objetivo la alteración del estado físico de estas sustancias mediante la adición de productos químicos para convertirlas en partículas capaces de ser separadas por sedimentación o flotación.
Concretamente, consiste en adicionar compuestos para neutralizar la carga del coloide y romper su estabilidad. En el primer paso, la coagulación, se desestabilizan los coloides por neutralización de sus cargas, dando lugar a la formación de partículas de mayor tamaño. Posteriormente, en la floculación, se unen los coágulos para aumentar su volumen.
Coagulante
El proceso de coagulación se basa en añadir al agua un electrolito, llamado coagulante, el cual es habitualmente una sal de hierro o aluminio. Su forma de actuación es la liberación de iones positivos capaces de atraer a las partículas coloidales y neutralizar su carga o mediante la formación de productos de baja solubilidad que precipitan arrastrando los coloides.
La optimización del proceso de coagulación depende de tres factores determinantes: pH, agitación y tipo de coagulante. EL pH es un factor crítico en el proceso de coagulación. Para cada electrolito existe un margen de trabajo, fuera del cual se desaprovecha el producto y disminuye el rendimiento del proceso. Para la corrección de los márgenes de trabajo, es posible la adición de coadyuvantes, como cal viva o apagada, carbonato sódico, sosa cáustica o ácidos minerales.
Por otro lado, la agitación de la mezcla permitirá una distribución homogénea de los reactivos antes de que comience a formarse el coágulo. Teniendo en cuenta que el tiempo de coagulación es muy corto, esta mezcla debe realizarse en el menor tiempo posible mediante la aplicación de agitación mecánica.
Floculante
La floculación pretende unificar los coágulos formados en grandes partículas. Para ello, se introduce un agente floculante y se somete el agua a tratar a una agitación muy lenta, que asegure la mezcla de los reactivos a la vez que no rompe los flóculos formados.
Los floculantes empleados pueden ser minerales, como la sílice activada, u orgánicos, caracterizados ambos por ser macromoléculas de cadena larga y alto peso molecular. Los de origen sintético se obtienen a partir de monómeros simples sintéticos y los naturales, de menor eficacia, se obtienen a partir de extractos de algas, almidones y derivados de la celulosa.
Los más empleados son los minerales, también denominados polielectrolitos por sus cargas eléctricas.
Según su naturaleza, serán:
- No iónicos
- Aniónicos
- Catiónicos
Su elección dependerá siempre de ensayos de laboratorio.
Los floculantes minerales actúan de forma similar a los coagulantes; rebajando la carga de las partículas para desestabilizarlas y unirlas, o mediante la formación de puentes entre las partículas para crear un gran polímero que decanta por aumento de densidad.
Todo este proceso se estimula por una correcta floculación, una agitación lenta y temperaturas ambientales medias o altas.
En la práctica, estos procesos se realizan habitualmente en cámaras separadas:
- La adición de coagulantes se efectúa en un mezclador rápido o coagulador dotado de hélice o turbina con unos tiempos de retención de 20 segundos a 5 minutos.
- La floculación puede tener lugar en un floculador provisto de un sistema de agitación lenta o en el interior de un decantador, en el que, finalmente, se recogen en su fondo troncocónico los fangos decantados mediante un sistema de rasquetas y bomba de fangos.
El agua clarificada se elimina por la parte superior del decantador y se conduce al siguiente paso en su depuración, el tratamiento secundario o biológico.
Para pequeñas depuradoras, existe la posibilidad de realizar todo el proceso en un mismo decantador separado anularmente en tres zonas, además de contar con un sistema de recirculación de fangos para mejorar el crecimiento de las partículas y facilitar su sedimentación.
En la actualidad, la práctica totalidad de las depuradoras de aguas residuales emplean estos sistemas de tratamiento, existiendo una serie de diseños de cámaras de mezcla y decantadores bastante estandarizados. Las mayores diferencias entre equipos se encuentran entre los compactos, que realizan todas las funciones en una misma cámara y, en los tratamientos de aguas más específicas, como las aguas residuales industriales.
Tratamiento de fango
Un fango primario bien espesado contendrá de 4 a 8% de sólidos secos. Las condiciones que puedan afectar a la concentración de los fangos son la densidad específica, el tamaño y la forma de la partícula y la temperatura.
Bombeo del fango en el decantador
El fango acumulado en el fondo del decantador hay que quitarlo con frecuencia, y esto se hace por medio de bombas u otro sistema de limpieza mecanizada en la mayoría de los casos.
Los tanques de limpieza mecanizada no necesitan ponerse fuera de servicio para su limpieza. En los decantadores primarios, se pueden desarrollar rápidamente condiciones sépticas si el fango no se extrae a intervalos regulares.
El intervalo más adecuado depende de muchas circunstancias y puede variar desde 30 minutos a 8 horas; en algunos casos, hasta incluso 24 horas. La experiencia será la que dicte la frecuencia de extracción más apropiada.
La septicidad de los fangos se puede reconocer cuando la gasificación de los fangos hace que floten en la superficie del agua grandes aglomeraciones de ellos. El fango séptico es generalmente maloliente y ácido.
Si es posible, hay que eliminar el exceso de agua de los lodos a causa de sus efectos sobre el volumen de fango bombeado y sobre la operación del digestor. Los caudales de extracción deben ser bajos para impedir la salida de demasiada agua con el fango.
Si las muestras dan un fango de poca densidad, hay que detener el bombeo en la mayoría de las ocasiones, tras el decantador hay que colocar un espesador de fangos, para aumentar la concentración deseada.
Bombeo del fango en el flotador
El fango flotado de alta concentración suspendido sobre el lecho de agua y a cierta altura es extraído de forma mecánica y luego por gravedad. El fango decantado se extrae a través de válvula de deformación elástica temporizada.
Operaciones químicas unitarias
Las acciones empleadas en el tratamiento de las aguas residuales en los que las transformaciones se producen mediante reacciones químicas reciben el nombre de procesos químicos unitarios.
Con el fin de alcanzar los objetivos de tratamiento del agua residual, los procesos químicos unitarios se llevan a cabo en combinación con las operaciones físicas unitarias.