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• Eleuterio Yance

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FLOTACION – TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA

“Un Ingeniero Químico una empresa”

FLOTACIÓN

CÁTEDRA:

DISEÑO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL

CATEDRÁTICO:

ING. POMALAYA

REALIZADO POR:

YANCE SOTO JACKELINE Y.

SEMESTRE:

DECIMO

HUANCAYO – PERÚ 2015-I

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INTRODUCCION

Tratamiento de aguas es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales. Uno de los tratamientos primarios es la Flotación, por lo tanto en este documento se pretende entender el funcionamiento básico de los flotadores, es decir entender la mecánica que utiliza el sistema en la reducción de los sólidos en suspensión contenidos en el agua y poder alcanzar un criterio de elección dependiendo de las necesidades en la industria. El tratamiento de agua está tan extendido y tan variado, que nos centraremos en lo que se entiende por TRATAMIENTO PRIMARIO ya que entendemos que es un parámetro lo suficientemente importante para el Tratamiento de Agua Residual.

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FUNDAMENTO TEORICO

FLOTACIÓN La flotación es un proceso de clarificación primaria particularmente efectivo para tratar aguas con baja turbiedad, altamente coloreadas y con gran contenido de algas. Consiste en la separación de las partículas naturales presentes en el agua cruda, coaguladas o floculadas, mediante el uso de sales de aluminio o de hierro y de polímeros. El objetivo de la flotación es aumentar el empuje ascensional de los sólidos. Esto se logra mediante la generación de burbujas de gas finas. Las burbujas de gas se adhieren a los sólidos y los transportan a la superficie del agua, desde donde se pueden retirar los sólidos flotados. Condición para ello es que los sólidos sean hidrófobos, es decir, que sean más afines al aire que al agua. Los sólidos separados reciben el nombre de flotantes. El factor clave para la flotación es el tamaño de las burbujas de gas, cuantas más pequeñas son, tanto menor es su velocidad de ascensión. Esto se compensa por el hecho de que las burbujas de gas pequeñas se adhieren a los sólidos en mayor número que las burbujas grandes. El principal método usado en tratamiento de aguas es la flotación por aire disuelto. Otra variante del método es el electro flotación. Ambos procedimientos se diferencian principalmente en la forma de producción de las burbujas de gas.

LA FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO La flotación por aire disuelto se basa en que la solubilidad del aire en agua aumenta con la presión (a temperatura constante). En este sistema, una corriente parcial del agua depurada (agua de circulación) se satura con aire a presión. El agua de circulación se retorna al depósito de flotación a través de una válvula de reducción de presión. La reducción brusca de la presión a la presión atmosférica provoca que el aire disuelto forme pequeñas burbujas. Un rascador retira la espuma flotante de la superficie del agua. Para mejorar la flotabilidad de los sólidos se añaden frecuentemente coagulantes y floculantes al agua bruta. Con esto se forman partículas sólidas de mayor tamaño a las que se pueden adherir más burbujas de aire. VENTAJAS DEL PROCESO DE FLOTACIÓN:  Grasas, sólidos livianos y sólidos pesados, se remueven todos en una sola unidad. 3

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 Las tasas altas de flujo, mayores cargas superficiales y períodos de retención más cortos permiten la construcción de tanques más pequeños con menores requerimientos de espacio y menor costo.  En muchos casos se disminuye la presencia de olores, debido a los períodos conos de retención y a la presencia de oxígeno disuelto en el efluente.  En muchos casos se obtienen lodos más espesos que los producidos en unidades de sedimentación por gravedad.  Los sólidos recuperados se pueden reusar o utilizar como combustible.  En procesos de coagulación es posible que se requieran menos coagulantes, pues Ia flotación no exige un floc pesado. DESVENTAJAS DEL PROCESO DE FLOTACION  El equipo adicional requerido supone costos de operación que pueden resultar más altos que los de otros procesos, principalmente por el gasto de energía, compuestos químicos y mantenimiento.  Las unidades de flotación no proveen el tratamiento efectivo a toda la materia suspendida, como sí lo hacen las unidades de sedimentación por gravedad.  La operación puede ser difícil.

Según la ley de Henry, la concentración de un gas disuelto es función de su presión relativa. Su solubilidad se puede calcular por la expresión 15.1. C ' =C(

P'−Pv ) 760−Pv

Dónde: C' = Solubilidad del aire en agua, a la presión absoluta P', mI aire/ L de agua P’ = Presión absoluta del aire, mm de Hg. C= Solubilidad del aire en agua a la presión de una atmósfera, mL aire/L de agua; valores típicos se incluyen en la tabla. Pv= presión de vapor del agua, mm de Hg.

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PARAMETROS DE DISEÑO RELACIÓN ADIMENSIONAL DE SOLIDOS (A/S)

La eficiencia de remoción de sólidos-suspendidos de aguas residuales, por flotación depende principalmente de la estructura y de las propiedades superficiales de las partículas. Factores que afectan el diseño de unidades de flotación incluyen concentración de sólidos, cantidad de aire, tasa de alimentación y velocidad de crecimiento de las partículas. Frecuentemente se escoge como criterio para el diseño de sistemas de flotación la relación aire/sólidos (A/S). En estudios de plantas piloto, con aguas residuales crudas, se han utilizado relaciones A/S de 5

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0,01 a 0,20. En plantas de aguas mezcladas, domésticas industriales, se han utilizado valores de 0,03 a 0,05 para obtener una remoción máxima de sólidos suspendidos. En espesamiento de lodos, en plantas de tratamiento de aguas residuales, A/S oscila entre 0,005 y 0,060. CELDA DE FLOTACIÓN Una celda de flotación de laboratorio está constituida generalmente por una cámara de presión de volumen de un litro, la cual tiene en su interior una flauta para la entrada del aire a presión, un conducto de salida con una válvula y un medidor de presión. Para la celda de flotación de laboratorio se puede utilizar un pedazo de tubo de PVC de diámetro igual a cuatro pulgadas o 10,16 cm, para un volumen útil de agua de 1 L. El procedimiento experimental es el siguiente:  Se llena la cámara con un litro de agua residual o agua problema.  Se introduce el aire a la cámara, hasta obtener la presión deseada, 40 a 60 psi, 275 a 415 kPa.  Se agita la mezcla aire - agua en la cámara a presión, durante un minuto, y se deja reposar por tres minutos más para conseguir la saturación de (mezcla. Se debe mantener la presión durante todo el tiempo.  Se transfiere el contenido de la cámara de presión a la probeta graduada de un litro, teniendo en cuenta que la velocidad no sea muy alta para que los sólidos suspendidos no se separen, pero manteniendo una mezcla y contacto aire - líquido adecuado.  Se permite la separación, en la probeta calibrada, por un período de 10' a 20 minutos de reposo, se separa! el lodo y el efluente clarificado, utilizando la válvula de salida inferior o un sifón.  Se analizan las fracciones decantadas y sedimentadas por separado; para el lodo se determina la concentración de sólidos suspendidos y el volumen; para el efluente clarificado los sólidos suspendidos, grasas y aceites, turbiedad o concentración orgánica.  Se calcula la relación A/S según la ecuación 15.3.  Se repite el ensayo, cambiando la concentración de sólidos suspendidos o la presión, para obtener relaciones óptimas de A/S.  Si se utilizan compuestos químicos, promotores de flotación o colectores, los cuales proveen a las panículas de una película ávida de aire y repelente del agua a la cual se adhieren las 6

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burbujas, éstos se deben introducir en la cámara antes de su presurización.

SEPARADOR DE ACEITE API El separador de aceite Api se usa para remover aceite de aguas residuales de refinería. Su uso está limitado a Ia separación y retención de sólidos no miscibles, separables por gravedad. El separador API no retiene ni separa sustancia en solución, así como tampoco sirve para romper emulsiones. La eficiencia del separador como removedor de aceite se incrementa con el tiempo de retención; para remociones mayores del 50% de aceite se recomiendan tiempos de retención mayores de 20 minuto. Los criterios básicos de diseño del separador de aceite de aguas residuales de refinerías, por gravedad, o tanque API, los ha formulado por American Petroleum Institute. El área horizontal mínima se calcula por la expresión 15.7.

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Donde: F1= factor de compensación para cortocircuito, generalmente igual a 1,2. F2= factor de compensación para turbulencia, el cual depende del valor de la relación entre la velocidad horizontal de flujo y la velocidad de elevación del glóbulo de aceite. La velocidad de elevación del glóbulo de aceite se puede calcular por la ecuación 15.9 o ecuación de Stokes.

Donde: Vt = velocidad de elevación del glóbulo de aceite. m/s. g= aceleración de la fuerza de gravedad. m/s2. u= viscosidad absoluta del agua residual, Ns/m2ρw = densidad del agua residual , kg/m3. ρo = densidad del aceite, kg/m3. D= diámetro del glóbulo de aceite, m. BIBLIOGRAFIA 1. Jairo Alberto Rojas, 1999 TRAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 2. www.bvsde.opsoms.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualI/.../ocho.pdf 3. http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S012253831999000100006&script=sci_arttext

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4. http://www.bvsde.opsoms.org/bvsatr/fulltext/tratamiento/manualI/tomoII/ocho.pdf 5. http://cidta.usal.es/cursos/agua/modulos/Conceptos/uni_04/u5c2s 1.htm

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