1. ¿Qué son los floculantes, coagulantes y acondicionadores?
Estos agentes se pueden dividir en las siguientes categorías según sus diferentes usos en el tratamiento de filtración a presión de lodos:
Floculante: a veces llamado coagulante, se puede utilizar como medio para reforzar la separación sólido-líquido, y se utiliza en tanques de sedimentación primaria, tanques de sedimentación secundaria, tanques de flotación y en procesos de tratamiento terciario o avanzado.
Ayuda para la coagulación: Los floculantes auxiliares desempeñan un papel importante para potenciar el efecto de coagulación.
Acondicionador: También conocido como agente deshidratante, se utiliza para acondicionar los lodos restantes antes de la deshidratación, y entre sus variedades se incluyen algunos de los floculantes y coagulantes mencionados anteriormente.
2. Floculante
Los floculantes son una clase de sustancias que pueden reducir o eliminar la estabilidad de precipitación y la estabilidad de polimerización de las partículas dispersas en agua, y hacer que las partículas dispersas se aglomeren y floculen en agregados para su eliminación.
Según su composición química, los floculantes se pueden dividir en floculantes inorgánicos y floculantes orgánicos.
floculantes inorgánicos
Los floculantes inorgánicos tradicionales son sales de aluminio y de hierro de bajo peso molecular. Las sales de aluminio incluyen principalmente sulfato de aluminio (Al2(SO4)3∙18H2O), alumbre (Al2(SO4)3∙K2SO4∙24H2O), aluminato de sodio (NaAlO3), las sales de hierro incluyen principalmente cloruro férrico (FeCl3∙6H2O), sulfato ferroso (FeSO4∙6H2O) y sulfato férrico (Fe2(SO4)3∙2H2O).
En términos generales, los floculantes inorgánicos se caracterizan por la fácil disponibilidad de materias primas, una preparación sencilla, un bajo precio y un efecto de tratamiento moderado, por lo que se utilizan ampliamente en el tratamiento de aguas.
floculante de polímero inorgánico
Los polímeros de Al(III) y Fe(III) basados en hidroxilo y oxígeno se combinarán posteriormente en agregados, los cuales se mantendrán en solución acuosa bajo ciertas condiciones, y su tamaño de partícula será del orden de los nanómetros. Resultado de una alta dosificación.
Comparando sus velocidades de reacción y polimerización, la reacción del polímero de aluminio es más suave y la forma es más estable, mientras que el polímero hidrolizado del hierro reacciona rápidamente y pierde fácilmente estabilidad y precipita.
Las ventajas de los floculantes poliméricos inorgánicos radican en su mayor eficiencia en comparación con floculantes tradicionales como el sulfato de aluminio y el cloruro férrico, y en su menor costo en comparación con los floculantes poliméricos orgánicos. El cloruro de polialuminio se utiliza con éxito en diversos procesos de tratamiento de agua potable, aguas residuales industriales y aguas residuales urbanas, incluyendo pretratamiento, tratamiento intermedio y tratamiento avanzado, y se ha convertido gradualmente en un floculante de uso común. Sin embargo, en cuanto a morfología, grado de polimerización y efecto de coagulación-floculación, los floculantes poliméricos inorgánicos aún se encuentran en una posición intermedia entre los floculantes tradicionales de sales metálicas y los floculantes poliméricos orgánicos.
El cloruro de polialuminio (PAC), con número CAS 1327 41 9, es un producto químico para el tratamiento de agua. Su fórmula química es ALn(OH)mCL3n-m. El PAC es un electrolito multivalente que reduce significativamente la carga coloidal de impurezas arcillosas (con múltiples cargas negativas) en el agua. Debido a su elevada masa molecular relativa y su alta capacidad de adsorción, forma flóculos de mayor tamaño, lo que resulta en un mejor rendimiento de floculación y sedimentación que otros floculantes.
El cloruro de polialuminio (PAC) presenta un alto grado de polimerización, y una agitación rápida tras su adición puede acortar considerablemente el tiempo de formación de flóculos. El PAC se ve menos afectado por la temperatura del agua y funciona bien a bajas temperaturas. Reduce mínimamente el pH del agua y su rango de pH aplicable es amplio (de 5 a 9), por lo que no requiere la adición de un agente alcalino. La dosificación de PAC es pequeña, la cantidad de lodo producido también es reducida, y su uso, manejo y operación son más sencillos. Además, es menos corrosivo para equipos y tuberías. Por lo tanto, el PAC tiende a reemplazar gradualmente al sulfato de aluminio en el tratamiento de aguas, si bien su precio es más elevado que el de los floculantes tradicionales.
Además, desde el punto de vista de la química de soluciones,cloruro de polialuminio PACEl PAC es el producto intermedio cinético del proceso de reacción de hidrólisis-polimerización-precipitación de la sal de aluminio, y es termodinámicamente inestable. Generalmente, los productos de PAC líquidos deben utilizarse en un corto período de tiempo (los productos sólidos tienen un rendimiento estable). En el caso del PAC sólido, puede almacenarse durante más tiempo. La adición de algunas sales inorgánicas (como CaCl₂, MnCl₂, etc.) o macromoléculas (como alcohol polivinílico, poliacrilamida, etc.) puede mejorar la estabilidad del PAC y aumentar su capacidad de cohesión.
En términos del proceso de producción, se introducen uno o varios aniones diferentes (como SO42-, PO43-, etc.) en el proceso de fabricación de PAC, y la estructura del polímero y la distribución morfológica pueden cambiarse hasta cierto punto mediante la polimerización, mejorando así la estabilidad y la eficacia del PAC; si se introducen otros componentes catiónicos, como Fe3+, en el proceso de fabricación de PAC para hacer que Al3+ y Fe3+ se polimericen hidrolíticamente de forma escalonada, se puede obtener un floculante compuesto de polialuminio-hierro.
floculante de polímero orgánico
Los floculantes poliméricos orgánicos sintéticos son principalmente sustancias de polipropileno y polietileno, como la poliacrilamida y la polietilenimina. Estos floculantes son macromoléculas lineales solubles en agua, cada una compuesta por numerosas unidades repetitivas con grupos cargados, por lo que también se denominan polielectrolitos. Los que contienen grupos con carga positiva son polielectrolitos catiónicos, los que contienen grupos con carga negativa son polielectrolitos aniónicos y los que no contienen grupos con carga positiva ni negativa se denominan polielectrolitos no iónicos.
Actualmente, los floculantes poliméricos más utilizados son los aniónicos, y su función se limita a facilitar la coagulación de impurezas coloidales con carga negativa en el agua. A menudo no se emplean solos, sino en combinación con sales de aluminio y hierro. Los floculantes catiónicos, en cambio, pueden actuar simultáneamente como coagulantes y floculantes, y se utilizan solos, lo que ha impulsado su rápido desarrollo.
Actualmente, en mi país se utilizan con mayor frecuencia polímeros no iónicos de poliacrilamida, a menudo combinados con sales de hierro y aluminio. El efecto de neutralización eléctrica de estas sales sobre las partículas coloidales y la excelente capacidad floculante de los floculantes poliméricos permiten obtener resultados satisfactorios en el tratamiento. La poliacrilamida se caracteriza por requerir menor dosificación, una rápida coagulación y la formación de flóculos grandes y resistentes. El 80 % de los floculantes poliméricos orgánicos sintéticos que se producen actualmente en mi país corresponden a este producto.
La poliacrilamida (PAM), un polielectrolito, es el floculante y polielectrolito orgánico sintético más utilizado, y en ocasiones se emplea como coagulante. Su materia prima es el poliacrilonitrilo (CH₂=CHCN). Bajo ciertas condiciones, el acrilonitrilo se hidroliza para formar acrilamida, la cual posteriormente se somete a polimerización en suspensión para obtener la poliacrilamida. Esta es una resina hidrosoluble que se presenta como un sólido granular o una solución acuosa viscosa de concentración determinada.
La forma actual de la poliacrilamida en agua es la de ovillo aleatorio. Debido a que este ovillo aleatorio tiene un tamaño de partícula determinado y algunos grupos amida en su superficie, puede presentar capacidad de puenteo y adsorción, es decir, posee una determinada capacidad de floculación en función del tamaño de partícula.
Sin embargo, debido a que la larga cadena de poliacrilamida se enrolla formando una espiral, su alcance de unión es reducido. Al conectarse los dos grupos amida, se produce una anulación mutua de la interacción y la pérdida de dos sitios de adsorción. Además, algunos de los grupos amida, al estar envueltos en la estructura de la espiral, no pueden entrar en contacto con las partículas de impurezas presentes en el agua ni adsorberlas, por lo que su capacidad de adsorción no se aprovecha al máximo.
Para separar nuevamente los grupos amida enlazados y exponer los grupos amida ocultos al exterior, se intenta extender adecuadamente la cadena aleatoria, e incluso añadir grupos con cationes o aniones a la larga cadena molecular, mejorando así la capacidad de adsorción y de puenteo, así como el efecto de neutralización eléctrica y compresión de la doble capa eléctrica. De esta manera, se obtienen una serie de floculantes o coagulantes de poliacrilamida con diferentes propiedades a partir de PAM.
En el tratamiento de coagulación de aguas residuales, a veces un solo floculante no logra un buen efecto de coagulación, por lo que suele ser necesario añadir agentes auxiliares para mejorarlo. Estos agentes auxiliares se denominan coadyuvantes de coagulación. Entre los coagulantes más comunes se encuentran el cloro, la cal, el ácido silícico activado, la cola de hueso, el alginato de sodio, el carbón activado y diversas arcillas.
Algunos coagulantes no intervienen directamente en la coagulación, pero al ajustar y mejorar las condiciones de la misma, ayudan a los floculantes a producir efectos de coagulación. Otros coagulantes participan en la formación de flóculos, mejoran su estructura y pueden transformar los flóculos finos y sueltos producidos por floculantes inorgánicos en flóculos gruesos y compactos.
4. Acondicionador
Los acondicionadores, también conocidos como agentes deshidratantes, se dividen en dos categorías: acondicionadores inorgánicos y acondicionadores orgánicos. Los acondicionadores inorgánicos son generalmente adecuados para la filtración al vacío y la filtración de placas y marcos de lodos, mientras que los acondicionadores orgánicos son adecuados para la deshidratación centrífuga y la deshidratación de lodos mediante filtros de banda.
5. la relación entrefloculantes, coagulantes y acondicionadores
El agente deshidratante es el que se añade antes de la deshidratación del lodo, es decir, el agente acondicionador del lodo; por lo tanto, los términos agente deshidratante y agente acondicionador son sinónimos. La dosificación del agente deshidratante o acondicionador se calcula generalmente como un porcentaje del peso de los sólidos secos del lodo.
Los floculantes se utilizan para eliminar los sólidos en suspensión en las aguas residuales y son agentes importantes en el tratamiento de aguas. La dosificación de floculante se expresa generalmente en términos de la cantidad añadida por unidad de volumen de agua a tratar.
La dosificación del agente deshidratante (acondicionador), floculante y coadyuvante de coagulación se denomina dosificación. El mismo agente puede utilizarse como floculante en el tratamiento de aguas residuales y como acondicionador o deshidratante en el tratamiento de lodos en exceso.
Los coagulantes se denominan así cuando se utilizan como floculantes en el tratamiento de aguas. En el tratamiento de lodos en exceso, estos mismos coagulantes generalmente no se denominan coagulantes, sino que se les conoce colectivamente como acondicionadores o agentes deshidratantes.
Al usar unfloculanteDado que la cantidad de sólidos en suspensión en el agua es limitada, para lograr un contacto completo entre el floculante y las partículas en suspensión, las instalaciones de mezcla y reacción deben contar con el tiempo suficiente. Por ejemplo, la mezcla tarda desde decenas de segundos hasta varios minutos, y la reacción requiere de 15 a 30 minutos. En la deshidratación de lodos, generalmente solo transcurren unas pocas decenas de segundos desde que se añade el acondicionador al lodo que entra en la máquina deshidratadora; es decir, solo se requiere el proceso de mezcla equivalente al del floculante, sin tiempo de reacción. La experiencia también ha demostrado que el efecto de acondicionamiento aumenta con el tiempo de permanencia.
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Fecha de publicación: 9 de julio de 2022