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Optimización del Tratamiento de Aguas Residuales con Potencial Zeta

Tratamiento de aguas residuales

Los sólidos en suspensión son una impureza común en las aguas residuales procedentes de operaciones industriales y mineras. La seguridad y la estética dictan que toda el agua debe estar esencialmente libre de materia suspendida. Para cumplir con los requisitos de claridad del agua para su reutilización o descarga, los sólidos en suspensión suelen dejarse depositar en el fondo o flotar (crema) en la parte superior de grandes tanques. La duración de estos procesos depende en gran medida del tamaño de la partícula, por ejemplo, las partículas más grandes se asientan o creman más rápido. Así, si las partículas pueden agregarse, el proceso de sedimentación es más corto y, por tanto, la operación de tratamiento es más rápida y, por tanto, menos costosa.

Floculación y aditivos

La floculación de partículas puede ser un proceso energéticamente favorecido; a medida que las partículas floculan, la superficie total de la partícula disminuye y el sistema es más estable. Sin embargo, la floculación no puede producirse si las colisiones de partículas son suprimidas por interacciones electrostáticas. Es decir, si dos partículas tienen la misma carga (positiva o negativa), se repelen mutuamente.

La agregación se mejora mediante el mecanismo de neutralización de carga; se utilizan aditivos para reducir la magnitud de la carga superficial de la partícula (potencial zeta) a cero. Esto incrementa el número de colisiones de partículas y, por tanto, la tasa de floculación. Naturalmente, este proceso debe realizarse con costos mínimos. Este requisito de costo mínimo implica que debe determinarse la cantidad óptima de aditivo. Una clase ampliamente utilizada de estos aditivos se denomina coagulantes y suelen ser sales inorgánicas con iones polivalentes. Desafortunadamente, la adición de demasiado coagulante (sobredosis) provoca la inversión de la carga, lo que resulta en la reestabilización de los sólidos en suspensión con un deterioro consecuente en el procesamiento posterior.

El potencial zeta está relacionado con la carga electrocinética que existe en la superficie de las partículas en suspensión, por lo que su medición con el analizador de nanopartículas SZ-100V2 puede utilizarse para monitorizar el efecto de la adición de coagulantes. Los resultados se utilizan para optimizar el proceso de tratamiento.

Potencial Zeta

El potencial zeta se refiere al potencial en la doble capa interfacial (DL) en la ubicación del plano de deslizamiento frente a un punto del fluido a granel alejado de la interfaz. En otras palabras, el potencial zeta es la diferencia de potencial entre el medio de dispersión y la capa estacionaria de fluido unida a la partícula dispersa. Dado que las interacciones electrostáticas son importantes en muchos sistemas coloidales, esta medida del potencial electrostático es fundamental para controlar estos sistemas. Se pueden encontrar más detalles en la discusión sobre la tecnología potencial zeta.

Monitorización del rendimiento aditivo

El analizador de nanopartículas SZ-100V2 puede utilizarse para monitorear el efecto de la adición de coagulante sobre la carga superficial de las partículas. A continuación se muestran datos de ejemplo que muestran el potencial zeta de la suspensión de aguas residuales en función del coagulante añadido. Como es habitual en este análisis, las cantidades añadidas varían a escala logarítmica.

A medida que se añade coagulante, el potencial zeta se aproxima a cero. Hay un punto adicional, y para esta aplicación, crítico en los datos que se muestran a continuación. A una concentración de coagulante, el potencial zeta alcanza cero. Esta concentración se conoce como punto isoeléctrico. Luego, con el aumento de la concentración de coagulante, la carga neta sobre la partícula se vuelve positiva. Demasiado coagulante reestabiliza la suspensión, pero ahora con la carga opuesta. El peligro de añadir demasiado coagulante no es sólo el costo adicional en reactivos, sino también que el proceso de tratamiento se vuelva ineficaz.

Elección de aditivos

No siempre es obvio cuál aditivo es el mejor. Los aditivos más efectivos suelen ser más caros. Por tanto, conocer la dosis requerida de cada aditivo es fundamental para tomar la mejor decisión. Una vez más, las mediciones del potencial zeta pueden dejar clara la elección. En el gráfico siguiente, está claro que se requiere unas 100 veces menos yeso que alumbre para este material. Esto no es sorprendente, ya que se sabe que el ion trivalente de aluminio (Al ³⁺) en el alumbre es más efectivo que el ion calcio divalente (Ca ²⁺) en el yeso.

Seguimiento de cambios

En muchos procesos, la naturaleza de los residuos evoluciona con el tiempo. Los materiales de alimentación cambian, afectando la naturaleza de los residuos. Las mejoras en el tratamiento de aguas pueden disminuir la cantidad o el tipo de residuos. Por tanto, el comportamiento de los residuos cambiará con el tiempo y debe ser monitorizado. La frecuencia de medición dependerá de la estabilidad del proceso que alimenta el flujo de residuos.