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Ingeniería de tratamiento de aguas residuales: Tratamiento físico-químico 

1. INTRODUCCIÓN

La presencia en el agua de diversas sustancias sólidas constituye la parte más importante y aparente de la contaminación.
Debe eliminarse esta parte sólida para evitar gran número de inconvenientes, de los cuales los más importantes son la obstrucción de conducciones, abrasión de bombas, desgaste demateriales, etc, puesto que todo esto incide en los costes de explotación o de mantenimiento.
El tamaño de las partículas contaminantes presentes en el agua es muy variado. 
Hay sólidos que por su tamaño pueden observarse a simple vista en el agua y dejando la suspensión en reposo, se pueden separar bien por decantación bajo la influencia de la gravedad o bien por flotación, dependiendo de lasdensidades relativas del sólido y del agua. También resulta fácil separarlas por filtración.
Sin embargo, hay otras partículas muy finas de naturaleza coloidal denominadas coloides que presentan una gran estabilidad en agua. Tienen un tamaño comprendido entre 0,001 y 1 µ y constituyen una parte importante de la contaminación, causa principal de la turbiedad del agua. Debido a la gran estabilidad quepresentan, resulta imposible separarlas por decantación o flotación. Tampoco es posible separarlas por filtración porque pasarían a través de cualquier filtro.
La causa de esta estabilidad es que estas partículas presentan cargas superficiales electrostáticas del mismo signo, que hace que existan fuerzas de repulsión entre ellas y les impida aglomerarse para sedimentar.
Estas cargas son, en general,negativas, aunque los hidróxidos de hierro y aluminio las suelen tener positivas.
El tratamiento físico químico del agua residual tiene como finalidad mediante la adición de ciertos productos químicos la alteración del estado físico de estas sustancias que permanecerían por tiempo indefinido de forma estable para convertirlas en partículas susceptibles de separación por sedimentación.
Mediante estetratamiento puede llegar a eliminarse del 80 al 90% de la materia total suspendida, del 40 al 70% de la DBO5 y del 30 al 40% de la DQO.


2. ETAPAS DEL TRATAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO

Para romper la estabilidad de las partículas coloidales y poderlas separar, es necesario realizar tres operaciones: coagulación, floculación y decantación o flotación posterior.

2.1 Coagulación

La coagulación consisteen desestabilizar los coloides por neutralización de sus cargas, dando lugar a la formación de un floculo o precipitado.
La coagulación de las partículas coloidales se consigue añadiéndole al agua un producto químico (electrolito) llamado coagulante. Normalmente se utilizan las sales de hierro y aluminio.
Se pueden considerar dos mecanismos básicos en este proceso:
a) Neutralización de la cargadel coloide.
El electrolito al solubilizarse en agua libera iones positivos con la suficiente densidad de carga para atraer a las partículas coloidales y neutralizar su carga.
Se ha observado que el efecto aumenta marcadamente con el número de cargas del ión coagulante. Así pues, para materias coloidales con cargas negativas, los iones Ba y Mg, bivalentes, son en primera aproximación 30 veces másefectivos que el Na, monovalente; y, a su vez, el Fe y Al, trivalentes, unas 30 veces superiores a los divalentes.
Para los coloides con cargas positivas, la misma relación aproximada existe entre el ión cloruro, Cl-, monovalente, el sulfato, (SO4)-2, divalente, y el fosfato, (PO4)-3, trivalente.
b) Inmersión en un precipitado o flóculo de barrido.
Los coagulantes forman en el agua ciertosproductos de baja solubilidad que precipitan. Las partículas coloidales sirven como núcleo de precipitación quedando inmersas dentro del precipitado.
Los factores que influyen en el proceso de coagulación:
a) pH EL pH es un factor crítico en el proceso de coagulación. Siempre hay un intervalo de pH en el que un coagulante específico trabaja mejor, que coincide con el mínimo de solubilidad de los iones...