Proceso de Coagulación / Floculación en el tratamiento del agua. Sulfato de aluminio

Transcripción

1 Proceso de Coagulación / Floculación en el tratamiento del agua Sulfato de aluminio 1

2 Tratamiento del agua potable Importancia de la potabilización Procesos básicos: Coagulación Floculación Sedimentación Filtración Desinfección 2

3 Sulfato de aluminio como coagulante Ventajas: Alta disponibilidad Bajo costo Flexibilidad de uso en diferentes tipos de agua Desventajas Generación de lodos 3

4 Objetivos del proceso coagulación/floculación Mediante la adición de sustancias químicas persigue la remoción de: Turbiedad y Color. Los coagulantes forman partículas de mayor tamaño que facilita la separación mediante sedimentación. 4

5 Cómo trabaja el sulfato de aluminio? Hidrólisis del ion metálico Al +3 Al 2 (SO 4 ) 3 + H 2 O [Al(H 2 O) 6 ] +3 + SO 4 = 2 Reacción con la alcalinidad del agua [Al(H 2 O) 6 ] +3 +CO 3-2 [Al(H 2 O) 5 ](OH) +2 + HCO 3 - Compuesto inestable, se hidroliza y forma complejos polinucleares: [Al 2 (OH) 2 ] +4, Al 7 (OH) +4 17, Al 13 (OH) +5 3, etc. Hidróxidos de aluminio insolubles que precipitan 5

6 Mecanismos de la coagulación Son cuatro los mecanismos que describen la remoción de coloides: Compresión de la doble capa Adsorción o neutralización de la carga Coagulación de barrido Puentes interparticulares 6

7 Modelo de la doble capa en partículas coloidales PLANO DE CIZALLA LÍMITE DE LA CAPA ADHERIDA SUPERFICIE DE LA FASE SÓLIDA PARTÍCULA ELECTRONEGATIVA SUPERFICIE INTERIOR DE LA DOBLE CAPA CAPA ADHERIDA O DE STERN SUPERFICIE EXTERIOR DE LA DOBLE CAPA CAPA DIFUSA O DE GOUY MAYOR PARTE DE LA SOLUCIÓN NERNST STERN POTENCIAL Z DISTANCIA DESDE LA SUPERFICIE DE LA PARTÍCULA 7

8 Coagulación n por adsorción COLOIDE Al(OH) 3 ALTA TURBIEDAD REACCIÓN RÁPIDA DE 10-4 a 1 seg. Al(OH) Al(OH) Al(OH) Al(OH) 3 Al(OH) 3 Al(OH) Al(OH) FORMACIÓN DE FLÓCULOS POR ADSORCIÓN Al(OH) 3 Al(OH) 3 8

9 Coagulación n por barrido COLOIDE Al(OH) 3 DOSIS ALTA DE SULFATO DE ALUMINIO BAJA TURBIEDAD REACCIÓN LENTA 1 A 7 SEG. Al(OH) 3 Al(OH) 3 Al(OH) 3 Al(OH) 3 Al(OH) 3 EFECTO DE BARRIDO 9

10 Efecto de la dosificación n de sulfato de aluminio en la turbiedad residual del agua Turbiedad residual Partícuas estables Partícuas desestabilizadas Partícuas reestabilizadas Dosis óptima Región de coagulación de barrido Dosis de sulfato de aluminio 10

11 Factores que influyen en el proceso de coagulación Características del agua cruda Alcalinidad Temperatura ph Variables químicas Dosis óptima de coagulante ph óptimo del agua cruda Concentración óptima de coagulante 11

12 Tipo de agua TIPO I. Alta turbiedad-alta alcalinidad (Fácil de coagular) Sulfato de aluminio Efectivo a ph 5-7. No requiere adición de alcalinidad y coagulantes ayuda. Clasificación del agua Influencia de la turbiedad y alcalinidad en la coagulación TIPO II. Alta turbiedad-baja alcalinidad TIPO III. Baja turbiedad-alta alcalinidad TIPO IV. Baja turbiedad-baja alcalinidad (Muy difícil de coagular) Efectivo a ph 5-7. Puede necesitar adicionar alcalinidad si disminuye el ph durante el tratamiento. Efectivo en altas dosis. Puede necesitar un coagulante ayuda para dar peso al floculo y sedimentar. Efectivo solo para floculos de barrido, pero la dosis alta destruye la alcalinidad. Deberá adicionarse alcalinidad para producir un tipo III o arcilla para un tipo II. 12

13 Relación n entre concentración n de coloides y dosis de coagulante A Zona 4 DOSIS DE COAGULANTE Dosificación óptima para coagulación por barrido C B Zona 3 Zona 2 COAGULACIÓN Zona 1 Dosificación óptima para la desestabilización NO COAGULACIÓN CONCENTRACIÓN DE COLOIDES D 13

14 Manejo del sulfato de aluminio Recepción. Pipas de acero inoxidable. Almacenamiento. Tanques de almacenamiento Poliéster fibra de vidrio Acero al carbon recubierto de caucho PVC Tranferencia Bombas de acero inoxidable ANSI-316 Aleación durimet 20 o PVC Dosificación Tubería de PVC o acero inoxidable ANSI

15 Recomendaciones para almacenamiento de sulfato de aluminio sólidos Capacidad de almacén para abastecer la planta por lo menos durante 15 días. Disponer en tarimas de madera para evitar el contacto con el piso y aisladas de paredes, con corredores que circunden las tarimas de tal forma que se facilite retirar el material. El material apilado no debe tener más de 2 mts. de alto, si la tranferencia del almacén a dosificación es manual. Si se dispone de cargador frontal, las pilas pueden tener hasta 3 mts. Si es posible, se debe tener un almacén especial para el sulfato, para evitar el contacto con cualquier otro reactivo (cal viva). 15

16 Recomendaciones para almacenamiento de sulfato de aluminio líquidol Recomendable almacenar producto suficiente para recibir una pipa de 30 mil litros mas un volumen adicional para un consumo de 10 días. No se recomienda el uso de presión de aire para la transferencia del carro cisterna al tanque, solo con bomba centrifuga. Cuidar que la temperatura ambiente donde se instalen los tanques no sea menor a 11 C, ya que empieza a cristalizarse. El material y equipo utilizado debe ser de material plástico como PVC o acero inoxidable. Instalar los tanques en areas contenidas por diques de 125% de la capacidad de los tanques. 16

17 Recomendaciones para dosificación de solido En la preparación de la solución, es recomendable: Sistemas capaces de homogenizar la solución, o uso de dos paletas de agitación para evitar zonas muertas. Un tiempo de retención mayor para sólido. Agua caliente para disolver rápidamente. Un volumen de tanque adecuado para preparar la solución a una concentración óptima con los tiempos de retención recomendados, además suficiente para dar servicio durante un turno. Considerar dos unidades, una en preparación y otra en servicio. Para evitar tanques voluminosos, preparar soluciones más concentradas (10-20%) 17

18 Prueba de jarras como herramienta para control de dosis Además del control de dosis, puede utilizarse para: Selección de coagulantes. Comparación de coaguantes ayuda. Optimización de puntos de alimentación de reactivos utilizados. Estudios de gradientes y tiempos de mezcla. Evaluación de la dilución requerida de coagulantes. Estimación de velocidades de sedimentación. Evaluación del efecto del reciclaje de lodo. 18

19 Consideraciones en la realización n de la prueba de jarras El ensayo puede simular las condiciones de operación de la planta si tenemos: Uso adecuado de material y equipo. Medición y control de la temperatura. Concentración de soluciones de coagulantes. Dosis de coagulante y relación con el ph. Punto de adición de coaguante. Orden de medición de las variables evaluadas. Aplicación adecuada de los resultados. 19

20 Sulfato de aluminio Uso de grado Estándar vs Libre de hierro 20

21 Productos de SIDESA Sulfato de Aluminio Sulfato de aluminio líquido o sólido estándar Sulfato de aluminio líquido o sólido libre de hierro La diferencia es la materia prima utilizada para su fabricación. 21

22 Materia prima utilizada Producto Fuente aluminio H 2 SO 4 SA libre de Fe Alúminas 98% SA Estándar Caolín 98% 22

23 Características comerciales del sulfato de aluminio Se presenta en forma sólida o líquida Su fórmula teórica es Al 2 (SO 4 ) H 2 O Se define por su contenido de alúmina como Al 2 O 3, al 7.5% en líquido y 17% en sólido. 23

24 Consideraciones ecológicas Productos certificados : Nacional (CERTIMEX o CNCP) ANSI/AWWA B Internacional (NSF) Norma ANSI/NSF 60 No son venenosos, tóxicos, explosivos ni cancerígenos. Son corrosivos. Generación de lodos en el tratamiento del agua. 24

25 Proceso de fabricación n del sulfato de aluminio Alúmina Ácido sulfúrico Caolín Reactor Reactor Sulfato de Aluminio (Libre de Fe) Sulfato de Aluminio (Estándar) 25

26 Sulfato de Aluminio Libre de Hierro Alúmina + ácido sulfúrico Alúmina = óxidos e hidróxidos de aluminio Materia prima de importación Escasa materia prima, por precio Precios en aumento y dolarizados Tendencia de clientes a usar grado estándar 26

27 Sulfato de Aluminio Estándar Caolín + ácido sulfúrico Caolín = arcilla Materia prima nacional Fuente de abastecimiento en Jalisco Satisface la normatividad nacional e internacional ( Certimex Mejor opción n a largo plazo. (Estabilidad) Disponibilidad los 365 días d del añoa Abasto local y generación n de empleo Sidesa es el único fabricante en MéxicoM Certimex o CNCP y NSF ) 27

28 Sulfato de Aluminio Estándar Ventajas adicionales (liquido STD vs solido LFe): 1. Se libera espacio de almacén de sólido. 2. Se evitan maniobras por los sacos para la planta. 3. Menos riesgos de salud en los trabajadores por el polvo. 4. Menor contenido de insolubles y su consecuente limpieza de tanques y disposición de residuos. 5. Ahorro de energía eléctrica en el agitador para la disolución y en bombeo de sulfato más diluido, pues se dosifica un producto mas concentrado. 6. Entrega del producto por parte de SIDESA en su planta. 7. Calidad de producto constante y consistente en la concentración de alúmina. 8. Se evita la disposición de los sacos y el manejo de tarimas. 9. Cumple con las certificaciones NSF y CERTIMEX o CNCP que garantiza inocuidad del producto para uso en agua potable. 10. Disposición los 365 días del año, sin problema de abasto. 28

29 Sulfato de Aluminio Estándar Ventajas adicionales (liquido STD vs liquido LFe): 11. El contenido de hierro adicional funciona como coagulante, sulfato férrico. 12. Se amplia el intervalo de ph de funcionamiento, que se refleja en el desempeño en planta. 13. Menor costo por tonelada base seca de producto comparado con el sulfato de aluminio libre de Fe líquido e inclusive con algunos otros coagulantes metálicos, cloruro férrico o sulfato férrico, policloruro de aluminio (PAC). 14. Producido en México, materias primas nacionales y se incorpora en el Grado de Contenido Nacional en más del 95%, lo que también ayuda en la generación de empleo en el país. 29

30 Grado de integración n nacional: Sulfato de Aluminio Estándar Para procedimientos de contratación n de carácter cter nacional conforme a la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del d Sector Público, P publicada en el Diario Oficial de la Federación n el 4 de enero de El grado de contenido nacional, se calculará: GCN = [(CP - R) Cl]/(CP-R) *100 En donde: GCN = Grado de contenido nacional del bien ofertado, expresado en porcentaje. CP = Costo de producción n del bien ofertado. CI = Costo de las importaciones directas e indirectas de insumos, s, incorporados en el bien ofertado, incluyendo el costo de transporte hasta la planta, impuestos de importación n y gastos aduaneros. R = Valor de los costos de promoción n de ventas, comercialización, regalías as y embarque, así como de los costos financieros, en el bien ofertado. 30

31 Sulfato de Aluminio Estándar Mitos y realidades en el contenido de Fe: El contenido de hierro adicional funciona como coagulante, por lo que se precipita como hidróxido de hierro en el lodo de aluminio. Esto le confiere un funcionamiento en un amplio intervalo de ph del agua cruda, es decir el del sulfato de aluminio y el del sulfato férrico. La calidad del agua tratada cumple con la norma NOM-127 para agua potable. No genera residuales de hierro en el agua a la salida de los clarificadores. El contenido de hierro se limita en las especificaciones de SIDESA al 1% (10,000 ppm) de acuerdo al estándar AWWA. La calidad del producto cumple con estándares de la AWWA y NSF, lo que indica que esta libre de material adverso a la salud humana. (metales pesados, elementos cancerígenos o carcinogénicos) Su aplicación no genera problemas de funcionamiento de las unidades de las plantas convencionales. No altera las corridas de los filtros. No aumenta la generación de lodos, su desempeño es similar al liquido libre de hierro, con algunas ventajas adicionales. 31

32 Aplicación n actual en México: M Sulfato de Aluminio Estándar Sistema de Agua Potable y Alcantarillado de la Zona Metropolitana de Guadalajara, SIAPA. Organismo Operador de Agua Potable y Alcantarillado, Morelia Michoacán, OOAPAS. En proceso de cambio: Junta de Agua Potable y Alcantarillado de Culiacán, Sinaloa, JAPAC, falta prueba piloto. OOMAPAS de Cajeme, negociaciones iniciales. 32

33 Qué ofrece SIDESA?: Sulfato de Aluminio Estándar Abasto continuo y calidad asegurada a través de sus certificaciones. Estabilidad de precios en comparación con el libre de hierro. Compromiso social. Apoyo técnico constante de forma directa o con EPQN. Producto sin costo para pruebas a escala piloto, por el tiempo suficiente para corroborar calidad de agua tratada, de producto y desempeño en alguna de sus plantas. Información adicional y continua que avala la aplicación del producto. Confianza y consistencia en operaciones técnicas y comerciales, que se garantizan por el respaldo de las certificaciones de calidad con que cuenta SIDESA, así como por la seriedad de la empresa a la cual pertence. 33