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

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Proceso de Coagulación / Floculación en el

tratamiento del agua

Sulfato de aluminio

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Tratamiento del agua potable Tratamiento del agua potable

• Importancia de la potabilización

• Procesos básicos:

– Coagulación – Floculación

– Sedimentación – Filtración

– Desinfección

Silicatos y Derivados S.A. de C.V.

an affiliate of The PQ Corporation

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3

Sulfato de aluminio como coagulante

• Ventajas:

– Alta disponibilidad – Bajo costo

– Flexibilidad de uso en diferentes tipos de agua

• Desventajas

– Generación de lodos

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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.

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5

¿ ¿ C C ó ó mo trabaja el sulfato de mo trabaja el sulfato de aluminio?

aluminio?

• Hidrólisis del ion metálico Al

⁺³

Al₂(SO₄)₃+ H₂O [Al(H₂O)₆]⁺³ + SO₄^{= 2}

• Reacción con la alcalinidad del agua

[Al(H₂O)₆]⁺³+CO₃-2 [Al(H₂O)₅](OH)⁺²+ HCO₃^-

• Compuesto inestable, se hidroliza y forma complejos polinucleares:

[Al₂(OH)₂]⁺⁴, Al₇(OH)₁₇⁺⁴, Al₁₃(OH)₃⁺⁵, etc.

Hidróxidos de aluminio insolubles que precipitan

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Mecanismos de la coagulaci

Mecanismos de la coagulaci ó ó n n

• 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

• 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

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7

Modelo de la Modelo de la doble capa en doble capa en

partí part ículas culas coloidales coloidales

+ + + + + + +

+ +

+ + + + + +

+ + +

+

+ + +

PLANO DE CIZALLA

LÍMITE DE LA CAPA ADHERIDA SUPERFICIE DE LA FASE SÓLIDA

PARTÍCULA ELECTRONEGATIVA

SUPERFICIE EXTERIOR DE LA DOBLE CAPA

DISTANCIA DESDE LA SUPERFICIE DE LA PARTÍCULA

STERN

NERNST

POTENCIAL Z

SUPERFICIE INTERIOR DE LA DOBLE CAPA

CAPA ADHERIDA O DE STERN

CAPA DIFUSA O DE GOUY MAYOR PARTE DE LA SOLUCIÓN

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Coagulaci

Coagulaci ó ó n por adsorci n por adsorci ó ó n n

Al(OH)₃ Al(OH)₃

Al(OH)₃ COLOIDE

Al(OH)₃

Al(OH) Al(OH)

Al(OH)

Al(OH) Al(OH)

Al(OH)₃

REACCIÓN RÁPIDA DE 10^-4a 1 seg.

ALTA

TURBIEDAD

FORMACIÓN DE FLÓCULOS POR

ADSORCIÓN

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9

Coagulaci

Coagulaci ó ó n por barrido n por barrido

Al(OH)₃ COLOIDE

BAJA TURBIEDAD

REACCIÓN LENTA 1 A 7 SEG.

EFECTO DE BARRIDO

Al(OH)₃

Al(OH)₃ Al(OH)₃ Al(OH)₃ Al(OH)₃

DOSIS ALTA DE SULFATO DE ALUMINIO

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Efecto de la dosificaci

Efecto de la dosificaci ó ó n de sulfato de aluminio en n de sulfato de aluminio en la turbiedad residual del agua

la turbiedad residual del agua

Dosis de sulfato de aluminio

Turbiedad residual Partícuas estables Partícuas desestabilizadas Partícuas reestabilizadas

Región de coagulación de barrido

Dosis óptima

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11

Factores que influyen en el Factores que influyen en el

proceso de coagulaci

proceso de coagulaci ó ó n n

• Características del agua cruda – Alcalinidad

– Temperatura – pH

• Variables químicas

– Dosis óptima de coagulante – pH óptimo del agua cruda

– Concentración óptima de coagulante

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Clasificaci

Clasificaci ó ó n n del agua

del agua

Influencia de la Influencia de la

turbiedad y alcalinidad turbiedad y alcalinidad

en la coagulaci en la coagulacióónn

Tipo de agua Sulfato de aluminio

TIPO I.

Alta turbiedad-alta alcalinidad

(Fácil de coagular)

· Efectivo a pH 5-7.

· No requiere adición de alcalinidad y coagulantes ayuda.

TIPO II.

Alta turbiedad-baja alcalinidad

· Efectivo a pH 5-7.

· Puede necesitar adicionar alcalinidad si disminuye el pH durante el tratamiento.

TIPO III.

Baja turbiedad-alta alcalinidad

Efectivo en altas dosis.

· Puede necesitar un coagulante ayuda para dar peso al floculo y sedimentar.

TIPO IV.

Baja turbiedad-baja alcalinidad

(Muy dif

(Muy difíícil decil de coagular)

coagular)

· 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.

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13

Relaci

Relaci ó ó n entre concentraci n entre concentraci ó ó n de n de coloides y dosis de coagulante coloides y dosis de coagulante

A

B

C

D

COAGULACI COAGULACIÓÓNN

NO COAGULACI NO COAGULACIÓÓNN

DOSIS DE COAGULANTE

CONCENTRACIÓN DE COLOIDES

Zona 1 Zona 2

Zona 3 Zona 4

Dosificación óptima para coagulación por barrido

Dosificación óptima para

la desestabilización Silicatos y Derivados S.A. de C.V.

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Manejo del sulfato de aluminio 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-316

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15

Recomendaciones para almacenamiento de Recomendaciones para almacenamiento de

sulfato de aluminio s

sulfato de aluminio s ó ó lido lido

• 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).

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Recomendaciones para almacenamiento de Recomendaciones para almacenamiento de

sulfato de aluminio l

sulfato de aluminio l í í quido quido

• 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

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17

Recomendaciones para dosificaci

Recomendaciones para dosificaci ón ó n de de solido

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 10-15 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%)

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Prueba de jarras como Prueba de jarras como

herramienta

herramienta para para control de dosis 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.

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19

Consideraciones en la Consideraciones en la

realizaci

realizaci ó ó n de la prueba de jarras 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.

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Uso de grado Estándar vs

Libre de hierro

Sulfato de aluminio Sulfato de aluminio

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21

Productos de

Productos de SIDESA SIDESA Sulfato de Aluminio Sulfato de Aluminio

• Sulfato de aluminio líquido o sólido est est á á ndar ndar

• Sulfato de aluminio líquido o sólido libre de hierro

La diferencia es la materia prima utilizada para su fabricación.

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Materia prima utilizada Materia prima utilizada

Producto Fuente aluminio H

₂

SO

₄

SA libre de Fe Alúminas 98%

Caolín 98%

SA Estándar

(23)

23

• Se presenta en forma sólida o líquida

• Su fórmula teórica es Al

₂

(SO

₄

)

₃

• 14.3 H

₂

O

• Se define por su contenido de alúmina

como Al

₂

O

₃

, al 7.5% en líquido y 17% en sólido.

Caracter

Caracter í í sticas comerciales sticas comerciales del sulfato de aluminio

del sulfato de aluminio

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Consideraciones ecol

Consideraciones ecol ó ó gicas gicas

• Productos certificados :

– Nacional (CERTIMEX o CNCP) ANSI/AWWA B-403-98 – Internacional (NSF) Norma ANSI/NSF 60

• No son venenosos, tóxicos, explosivos ni cancerígenos.

• Son corrosivos.

• Generación de lodos en el tratamiento del agua.

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25

Al Al ú ú mina mina

Caolí Caol ín n

Sulfato de Sulfato de Aluminio Aluminio (Est ( Está ándar ndar) ) Á Á cido sulf cido sulf ú ú rico rico Sulfato de Sulfato de

Aluminio Aluminio

( ( Libre de Fe Libre de Fe ) )

Proceso de fabricación del sulfato de aluminio Proceso de fabricaci

Proceso de fabricaci ó ó n del sulfato de aluminio n del sulfato de aluminio

Reactor Reactor

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Sulfato de Aluminio Libre de Hierro Sulfato de Aluminio Libre de Hierro Sulfato de Aluminio Libre de Hierro

Al Al ú ú mina mina + + á á cido sulf cido sulf ú ú rico rico

• • Al Al ú ú mina mina = = ó ó xidos e hidr xidos e hidr ó ó xidos de xidos de aluminio

aluminio

• • Materia prima de importaci Materia prima de importaci ó ó n n

• • Escasa materia prima, por precio Escasa materia prima, por precio

• • Precios en aumento y Precios en aumento y dolarizados dolarizados

• • Tendencia de clientes a usar grado Tendencia de clientes a usar grado est est á á ndar ndar

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27

Sulfato de Aluminio Estándar Sulfato de Aluminio Est

Sulfato de Aluminio Est á á ndar ndar

Caolí Caol ín n + + á á cido sulf cido sulf ú ú rico rico

• • Caolí Caol ín n = arcilla = arcilla

• • Materia prima nacional Materia prima nacional

• • Fuente de abastecimiento en Jalisco Fuente de abastecimiento en Jalisco

• • Satisface la normatividad nacional e Satisface la normatividad nacional e internacional (

internacional ( Certimex Certimex o CNCP y NSF o CNCP y NSF ) )

• • Mejor opci Mejor opci ó ó n a largo plazo. (Estabilidad) n a largo plazo. (Estabilidad)

• • Disponibilidad los 365 d Disponibilidad los 365 d í í as del a as del a ñ ñ o o

• • Abasto local y generaci Abasto local y generaci ó ó n de empleo n de empleo

• • Sidesa Sidesa es el es el ú ú nico fabricante en M nico fabricante en M é é xico xico

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Sulfato de Aluminio Estándar Sulfato de Aluminio Est

Sulfato de Aluminio Est á á ndar ndar

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.

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29 29

Sulfato de Aluminio Estándar Sulfato de Aluminio Est

Sulfato de Aluminio Est á á ndar ndar

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.

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Sulfato de Aluminio Estándar Sulfato de Aluminio Est

Sulfato de Aluminio Est á á ndar ndar

Grado de integraci

Grado de integraci ó ó n nacional: n nacional:

Para

Para procedimientos de contrataciprocedimientos de contratacióón de carn de caráácter nacional cter nacional

conforme a la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios d conforme a la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del el Sector P

Sector Púúblico, publicada en el Diario Oficial de la Federaciblico, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 4 ón el 4 de enero de 2000.

de enero de 2000.

El grado de contenido nacional, se calcular El grado de contenido nacional, se calcularáá::

GCN = [(CP

GCN = [(CP -- R) R) – Cl]/(CP– Cl]/(CP--R) *100R) *100 En donde:

En donde:

GCN = Grado de contenido nacional del bien ofertado, expresado GCN = Grado de contenido nacional del bien ofertado, expresado en en porcentaje.

porcentaje.

CP = Costo de producci

CP = Costo de produccióón del bien ofertado.n del bien ofertado.

CI = Costo de las importaciones directas e indirectas de insumo CI = Costo de las importaciones directas e indirectas de insumos, s, incorporados en el bien ofertado, incluyendo el costo de

incorporados en el bien ofertado, incluyendo el costo de transporte hasta la transporte hasta la planta, impuestos de importaci

planta, impuestos de importacióón y gastos aduaneros.n y gastos aduaneros.

R = Valor de los costos de promoci

R = Valor de los costos de promocióón de ventas, comercializacin de ventas, comercializacióón, regaln, regalíías y as y embarque, as

embarque, asíí como de los costos financieros, en el bien ofertado .como de los costos financieros, en el bien ofertado .

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Sulfato de Aluminio Estándar Sulfato de Aluminio Est

Sulfato de Aluminio Est á á ndar ndar

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.

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Sulfato de Aluminio Estándar Sulfato de Aluminio Est

Sulfato de Aluminio Est á á ndar ndar

Aplicaci

Aplicaci ó ó n actual en M n actual en M é é xico: xico:

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.

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33 33 33 33 33

Sulfato de Aluminio Estándar Sulfato de Aluminio Est

Sulfato de Aluminio Est á á ndar ndar

¿ ¿ Qu Qu é é ofrece SIDESA?: ofrece SIDESA?:

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.