TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Procesos fsicoqumicos

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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESProcesos
físico-químicos
Tema 4
Tecnología del Medio Ambiente 4º Ingeniería
Química
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Homogeneización

• Permite minimizar o controlar las fluctuaciones
  en el caudal y características de las aguas
  residuales
• Proporciona
• Absorción de las fluctuaciones, evitando
  sobrecargas
• Control de pH
• Proporciona flujo continuo en sistemas biológicos
• Permite descargas controladas
• Previene elevadas concentraciones de metales

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Formas de homogeneización

• Homogeneización del flujo
• Homogeneización de la contaminación
• Homogeneización del flujo y la contaminación
• La operación puede llevarse a cabo
• En línea
• En derivación

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Formas de homogeneización
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Consideraciones de diseño

• Construcción (materiales, geometría,
  limpieza,...)
• Necesidades de mezclado y aeración
• 4-8 W/m3 (para SS 200 mg/L)
• Aire 10-15 L/min m3
• Sistemas de bombeo y control

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Métodos de mezcla

• Distribución del flujo de entrada y placas
  deflectoras
• Agitación con turbinas
• Aeración mecánica
• Agitación con difusores

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Homogeneización del flujo

• A partir de los datos de caudal frente a tiempo
  se determina
• Caudal medio
• Volumen acumulado
• Volumen homogeneizado (Qmedio x tiempo)
• Diferencia Vacum Vhomg
• Valor máximo Mínimo volumen homogeneización
• Introducir un factor de seguridad

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Homogeneización de la concentración

• Se emplea cuando el flujo de alimentación es
  prácticamente constante
• ?t intervalo de tiempo entre las muestras
• Si2 varianza de la concentración en el
  influente
• Se2 varianza de la concentración en el efluente
  para una probabilidad especificada

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Homogeneización del flujo y la concentración

• Se establecen balances de materia al
  homogeneizador
• Caudal V0 Qe ?t V1 Qs ?t
• Carga c1Qe?t c0V c2Qs ?t c2V
• Suponiendo que la concentración del efluente es
  constante durante el intervalo
• Se calcula un factor punta para flujo y
  concentración a la entrada y salida del tanque

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Neutralización

• Pretende adecuar el pH a las condiciones óptimas
  de operación
• Procesos biológicos (6,5 8,5)
• Procesos físico químicos
• Empleo de efluentes residuales
• Empleo de ácidos y bases de bajo coste

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Tipos de procesos

• Mezcla de corrientes ácidas y alcalinas
• Neutralización de aguas ácidas con lecho de
  caliza
• Mezcla de aguas ácidas con lechada de cal.
• Neutralización de aguas alcalinas con ácidos
  fuertes (clorhídrico)
• Resinas iónicas

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Mezclado

• Mezcla rápida
• Mezcla lenta
• Mayor energía ? Mayor turbulencia ? Mayor
  mezclado

G Gradiente de velocidad (s-1) P Potencia
necesaria (W) V volumen (m3) m viscosidad
dinámica (N s m-2)
td tiempo de retención (s) Q caudal (m3 s-1)
td G (s-1) Mezclado rápido 5-20
s 250-1500 Floculación 10- 30 min 20-80
Mezcladores (hélice y turbina, paletas, Estáticos
y neumáticos
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Sedimentación

• El tipo de sedimentación depende de
• Concentración de la suspensión
• Características de las partículas
• Tipos
• Sedimentación de partículas discretas
• Sedimentación floculante
• Sedimentación en bloque
• Compresión

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Sedimentación de partículas discretas
Para Re lt 1
Sedimentador rectangular
Resuspensión se produce cuando la velocidad del
fluido gt uc
b cte, 0,04 (arena) y 0,06 (material pegajoso) f
factor Weisbach-DArcy 0,03 (hormigón)
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Sedimentación tipo 2
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Sedimentación tipo 3
Area Q tu/H0 Hu c0H0/cu
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Análisis del flujo de sólidos
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Sedimentadores lamelares
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Flotación

• Separación de partículas sólidas y líquidas o
  concentración y separación de fangos
• Depende de
• Afinidad del aire a la partícula
• Densidad de la partícula
• Diámetro de la partícula
• Concentración de sólidos, geometría,..
• Fundamento similar al de la sedimentación
• Tipos de flotación
• Por dispersión de aire
• Electrolítica
• Por aire disuelto (presurización)

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Flotación por presurización

• El agua residual se presuriza en presencia de
  aire. La mezcla se expansiona liberándose
  pequeñas burbujas de aire que se adhieren a las
  partículas.
• Criterios de diseño
• Concentración en materia en suspensión del
  efluente
• Velocidad ascensional de la materia flotante
• Espesamiento de la materia flotante
• Diseño basado en datos de laboratorio
• Parámetro fundamental A/S (aire/sólidos)
• Existen dos formas de operar
• Flotación directa
• Flotación con recirculación

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Flotación directa
Flotación con recirculación
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Flotación directa
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Flotación con recirculación
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Coagulación y floculación

• Estabilidad de partículas coloidales
• Efectos de carga
• Solvatación
• Desarrollo de la carga
• Adsorción preferente
• Ionización
• Sustitución isomorfa
• Mecanismos de desestabilización
• Compresión de la doble capa
• Adsorción para neutralizar la carga
• Inmersión dentro de un precipitado
• Adsorción y enlace de puente interpartícula

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• Coagulantes
• Alúmina
• Hidróxido cálcico
• Sulfato ferroso ( Hidróxido cálcico)
• Cloruro férrico
• Floculantes
• Silice activada
• Polielectrolitos
• Anionicos
• Catiónicos
• No iónicos

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Floculación

• Velocidad de agregación de coloides depende de
• Velocidad de colisiones entre partículas
• Eficacia de las colisiones
• Contactos debidos a
• Movimiento Browniano (Floculación pericinética)
  Jp
• Movimiento del fluido (Floculación ortocinética)
  J0
• Sedimentación de partículas

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Precipitación Química

• Conversión de una sustancia soluble en insoluble
• Eliminación de metales tóxicos
• Precipitación como hidróxido
• Precipitación como sulfuro
• Precipitación como carbonato
• Precipitación como metal elemental
• Cementación

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Hidróxidos y Sulfuros metálicos
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Consideraciones en el diseño

• Segregación y pretratamiento
• Si el residuo procede de fuentes diferentes, la
  eficacia aumentará si se segregan las corrientes
• Calor de Reacción
• El calor generado en la neutralización puede
  causar un aumento considerable de la temperatura
• Precipitación de metales complejados
• Antes de la precipitación es necesario romper los
  complejos que forman los metales con algunos
  compuestos (amoniaco, cianuros, EDTA,..)

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Transferencia de gases

• Se emplea en diversos tratamientos
• Eliminación de gases disueltos
• Desarenadores aireados
• Flotación con aire
• Tratamiento biológico aerobio
• Suministro del O2 necesario para el tratamiento
• Proporcionar una mezcla adecuada

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• Solubilidad de gases en líquidos
• Ley de Henry
• Velocidad de transferencia

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Sistemas de aeración
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