Objetivo, realista
En esta lección aprenderemos lo siguiente:
- Cálculos de volúmenes de cámaras y cuencas
- Hora del arresto
- Configuraciones de alimentación seca y soluble.
- Porcentaje de fuerza de las soluciones
Introducción a la coagulación y floculación
Después del cribado y otros procesos de pretratamiento, el siguiente proceso unitario en una planta de tratamiento de agua típica es la mezcla, cuando se agregan productos químicos durante el proceso de coagulación. La excepción a esta situación ocurre en sistemas pequeños que utilizan agua subterránea, donde el cloro u otras medidas de control del sabor y el olor a menudo se introducen en la entrada y son una extensión del tratamiento. El término coagulación se refiere a un conjunto de operaciones químicas y mecánicas mediante las cuales se aplican y hacen efectivos los coagulantes. Esta operación implica dos etapas distintas: (1) desintegración rápida para dispersar los químicos coagulantes mediante una agitación suave en el agua a tratar, y (2) floculación para agregar partículas pequeñas en flóculos bien definidos mediante una agitación suave durante un período de tiempo más largo. El coagulante debe añadirse al agua cruda y distribuirse completamente en todo el líquido. La coagulación se logra agregando sales de hierro o aluminio al agua y es una reacción entre uno de los siguientes coagulantes y agua:
- Alumbre – Sulfato de aluminio
- Aluminato de sodio
- Sulfato férrico
- Sulfato ferroso
- Cloruro férrico
- Polímeros
La floculación sigue a la coagulación en un sistema convencional y es el proceso físico de mezclar lentamente el agua coagulada para aumentar la probabilidad de colisión de partículas. A través de la experiencia, hemos determinado que una mezcla efectiva reduce la cantidad de productos químicos necesarios y mejora en gran medida el proceso de sedimentación, lo que da como resultado una mayor vida útil del filtro y una mejor calidad final del agua. El objetivo de la floculación es formar un material uniforme, similar a una pluma, que semeje a los copos de nieve: un flóculo denso y fuerte que atrapa partículas finas, suspendidas y coloidales y las transporta rápidamente al depósito de sedimentación. A menudo se añaden polímeros para aumentar la velocidad de formación de flóculos y la resistencia y el peso de los mismos.
Veamos un vídeo que explica los productos químicos utilizados en la coagulación y por qué se utilizan.
Cálculos
Se realizan cálculos durante la operación de la unidad de coagulación y floculación para determinar el volumen de la cámara o del estanque, la calibración de la alimentación de productos químicos, la configuración del alimentador de productos químicos y el tiempo de retención.
Volumen de la habitación y del lavabo
Conocer el volumen del estanque o la cantidad de agua con la que está tratando es importante en términos de tiempo de sedimentación, cantidad de productos químicos necesarios, etc. Para determinar el volumen de un recinto o cuenca cuadrada o rectangular se utilizan las siguientes fórmulas:
Volumen, pies 3 = Largo, pies x Ancho, pies x Profundidad, pies
Volumen, gal = largo, pies x ancho, pies x profundidad, pies x (7,48 gal/pie 3 )
Ejemplo:
Una cámara de mezcla al ras tiene 4 pies cuadrados con agua hasta una profundidad de 2,5 pies. ¿Cuál es el volumen de agua en el recipiente en galones?
Volumen, gal = largo, pies x ancho, pies x profundidad, pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 4 pies x 4 pies x 2,5 pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 299,2 gal
Ejemplo:
Un estanque de floculación tiene 35 pies de largo y 15 pies de ancho con agua de hasta 7 pies de profundidad. ¿Cuál es el volumen de agua en el estanque en galones?
Volumen, gal = largo, pies x ancho, pies x profundidad, pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 35 pies x 15 pies x 7 pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 27489 gal
Ejemplo:
Un estanque de floculación tiene 45 pies de largo, 25 pies de ancho y contiene agua hasta una profundidad de 10 pies y 4 pulgadas. ¿Cuántos galones de agua hay en el tanque?
Para este problema necesitas convertir pulgadas de profundidad a pies:
Es decir, la profundidad total de la cuenca es de 10 pies + 0,33 pies = 10,33 pies. Ahora determine el volumen de la cuenca:
Volumen, gal = largo, pies x ancho, pies x profundidad, pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 45 pies x 25 pies x 10,33 pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 86,926.95 gal
Hora del arresto
Debido a que las reacciones de coagulación ocurren muy rápidamente, el tiempo de retención de los mezcladores flash se mide en segundos, mientras que el tiempo de retención de los tanques de floculación toma más tiempo y generalmente está entre 5 y 30 minutos. Podemos determinar el tiempo de detención con la siguiente ecuación:
Ejemplo:
El flujo hacia el estanque de floculación, de 40 pies de largo, 15 pies de ancho y 12 pies de profundidad, es de 2.800 gramos por minuto. ¿Cuántos minutos es el tiempo de retención en el tanque?
En primer lugar, determine el volumen del tanque de floculación:
Volumen, gal = largo, pies x ancho, pies x profundidad, pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 40 pies x 15 pies x 12 pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 53,856 gal
Ahora puede determinar cuánto tiempo debe permanecer el agua en el tanque de floculación, en función del caudal que ingresa al tanque:
Ejemplo:
Suponga que el flujo es constante y continuo para una cámara de mezcla instantánea de 5 pies de largo y 3 pies de ancho con agua hasta una profundidad de 2,8 pies.
Antes de poder determinar el tiempo de dentino, debe determinar el flujo y el volumen correctos de la cámara.
Primero, convierta el caudal de millones de galones por día (MGD) a galones por segundo (gps):
A continuación, determine el volumen de la cámara de mezcla flash:
Volumen, gal = largo, pies x ancho, pies x profundidad, pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 5 pies x 3 pies x 2,8 pies x (7,48 gal/pie 3 )
Volumen, gal = 314,16 gal
Ahora puedes determinar cuánto tiempo debe permanecer el agua en la cámara de mezcla de descarga:
Veamos un vídeo que muestra la importancia de agregar productos químicos para la coagulación/floculación.
Determinar la configuración del dosificador de químico seco, libras por día
Cuando se agregan productos químicos a una corriente de agua (lo que se conoce como dosificación), se requiere una cantidad medida de producto químico, que depende de factores como el tipo de producto químico utilizado, el motivo de la dosificación y el caudal a tratar. Para convertir mg/L a libras por día, se utiliza la siguiente ecuación:
Sustancia química agregada, libras por día = sustancia química, miligramos por litro x flujo, MGD x 8,34 libras por galón
Ejemplo:
Los experimentos con vidrio muestran que la mejor dosis de alumbre para el agua es de 9 mg/L. Si la corriente a tratar es de 1.800.000 gramos por día, ¿cuál debe ser el ajuste de lb/día en el alimentador de alumbre seco?
El caudal debe convertirse de galones por día (gpd) a millones de galones por día (MGD):
Ahora puedes configurar la configuración de libras/día en el alimentador:
Sustancia química agregada, libras por día = sustancia química, miligramos por litro x flujo, MGD x 8,34 libras por galón
Productos químicos añadidos, libras por día = 9 mg/L x 1,8 MGD x 8,34 libras por galón
Productos químicos añadidos, libras por día = 135,11 libras por día
Ejemplo:
Si las pruebas de vidrio indican una dosis óptima de polímero de 11 mg/L y el caudal a tratar es de 2,2 MGD, determine las libras deseadas por día en un dosificador de producto químico seco.
El flujo en este problema ya está dado en MGD, por lo que no es necesaria ninguna conversión. Inserte los valores directamente en la fórmula:
Sustancia química agregada, libras por día = sustancia química, miligramos por litro x flujo, MGD x 8,34 libras por galón
Productos químicos añadidos, libras por día = 11 mg/L x 2,2 MGD x 8,34 libras por gramo
Productos químicos añadidos, libras por día = 201,83 libras por día
Determinar la configuración del dosificador de solución química, gpd
A veces, la concentración de la solución se expresa en libras de sustancia química por galón de solución, y la velocidad de alimentación requerida se puede determinar utilizando la siguiente ecuación:
Químico, libras por día = Químico, miligramos por litro x caudal, MGD x 8,34 libras por galón
Una vez que haya determinado las libras por día de producto químico necesarias, debe convertirlas a galones de solución por día:
Ejemplo:
Los experimentos con vidrio muestran que la mejor dosis de alumbre para el agua es de 8 mg/litro. El caudal a tratar es de 1,85 MGD. Si el alumbre líquido contiene 5,22 libras de alumbre por galón de solución, determine la configuración de galones por día para el alimentador de solución de alumbre.
Primero necesitamos determinar las libras por día de producto químico necesarias para este flujo:
Alumbre seco, lb/día = sustancia química, mg/litro x caudal, MGD x 8,34 lb/gal
Alumbre seco, libras por día = 8 mg/L x 1,85 MGD x 8,34 libras por gramo
Alumbre seco, libras por día = 123,43 libras por día
Ahora que sabemos que necesitamos 123,43 libras de alumbre seco por día, debemos determinar a qué equivale esta cantidad en galones de solución por día:
Determinar el ajuste del alimentador de solución química, ml/min.
Algunos alimentadores de soluciones químicas dispensan productos químicos en mililitros por minuto (mL/min) en lugar de galones por día. Para calcular la dosis requerida para este tipo de alimentador, utilice la siguiente ecuación:
Ejemplo:
Se calculó que la velocidad de alimentación de la solución deseada era 23,65 gpd. ¿Cuál es esta velocidad de alimentación en mililitros por minuto?
A veces es necesario saber la cantidad de solución de alimentación en mililitros por minuto, pero no se sabe la cantidad de galones de solución de alimentación por día. En estos casos, primero debe determinar la velocidad de alimentación de la solución en gpd.
Ejemplo:
Si las pruebas de vidrio indican que la mejor dosis de alumbre es 6,2 mg/L para un flujo de 2,85 MGD utilizando una solución de alumbre que contiene 4,85 libras de alumbre por galón de solución, determine la velocidad de alimentación en mililitros por minuto.
Primero, determine las libras por día de alumbre seco necesarias:
Químico, libras por día = Químico, miligramos por litro x caudal, MGD x 8,34 libras por galón
Sustancia química, libras por día = 6,2 mg/L x 2,85 MGD x 8,34 libras por gramo
Químico, libras por día = 147,37 libras por día
Ahora que sabemos que necesitamos 147,37 libras de alumbre seco por día, podemos determinar los galones de solución de alumbre necesarios por día:
Ahora podemos hacer la conversión final convirtiendo galones por día (gpd) a mililitros por minuto (mL/min):
Determinación del porcentaje de soluciones
La fuerza de una solución es una medida de la cantidad de soluto químico disuelto en la solución. Utilizamos la siguiente ecuación para determinar
Ejemplo:
Si se agregan un total de 8 onzas de polímero seco a 12 galones de agua, ¿cuál es el porcentaje de concentración de la solución de polímero en peso?
El primer paso es convertir onzas de polímero seco a libras:
Luego determina el peso de 12 galones de agua:
12 galones x (8,34 libras/1 galón) = 100,08 libras
Ahora determine el porcentaje de concentración de la solución de polímero :
Ejemplo:
Si se disuelven 80 gramos de polímero seco en 5 galones de agua, ¿cuál es el porcentaje de concentración de la solución?
*Nota: 1 gramo = 0,0022 libras
El primer paso es convertir gramos de polímero a libras:
80 gramos x (0,0022 libras/gramo) = 0,176 libras de polímero
Luego determina el peso de 5 galones de agua:
5 galones x (8,34 libras/galón) = 41,7 libras
Ahora puedes determinar el porcentaje de concentración de la solución de polímero:
Determinar la cantidad de productos químicos utilizados
Una de las principales tareas que realizan los operadores es el registro de datos. El uso de productos químicos en libras por día, o gpd, es parte de esos datos. A partir de los datos recopilados, se puede determinar el uso diario promedio de productos químicos y soluciones. Esto es importante para predecir el uso esperado de productos químicos comparándolo con los productos químicos en existencia y determinando cuándo se necesitan productos químicos adicionales. Para determinar el uso químico promedio de su planta, utilice una de las siguientes fórmulas:
Luego puedes calcular el número de días de suministro restantes en el inventario:
Ejemplo:
A continuación se detallan los productos químicos utilizados cada día durante la semana. Según los datos, ¿cuál fue el uso promedio de productos químicos durante la semana, en libras por día?
Lunes: £72 por día
Martes: £85 por
día Miércoles: £77 por día
Jueves: £82 por
día Viernes: £85 por
día Sábado: £90 por día
Domingo: £89 por día
Para determinar el uso promedio, primero debes sumar todos los valores y dividirlos por el número de días (en este caso 7):
72 + 85 + 77 + 82 + 85 + 90 + 89 = 580 libras
Ahora determine el uso promedio por semana:
Ejemplo:
El uso promedio de productos químicos en una fábrica es de 82,86 libras por día. Si el inventario químico es de 3.400 libras, ¿para cuántos días es este suministro?
Resumen
Después del cribado y otros procesos de pretratamiento, el siguiente proceso unitario en una planta de tratamiento de agua típica es la mezcla, cuando se agregan productos químicos durante el proceso de coagulación. El término coagulación se refiere a un conjunto de operaciones químicas y mecánicas mediante las cuales se aplican y hacen efectivos los coagulantes. La floculación sigue a la coagulación en un sistema convencional y es el proceso físico de mezclar lentamente el agua coagulada para aumentar la probabilidad de colisión de partículas. A través de la experiencia, hemos determinado que una mezcla efectiva reduce la cantidad de productos químicos necesarios y mejora en gran medida el proceso de sedimentación, lo que da como resultado una mayor vida útil del filtro y una mejor calidad final del agua. El objetivo de la floculación es formar un material uniforme, similar a una pluma, que semeje a los copos de nieve: un flóculo denso y fuerte que atrapa partículas finas, suspendidas y coloidales y las transporta rápidamente al depósito de sedimentación. A menudo se añaden polímeros para aumentar la velocidad de formación de flóculos y la resistencia y el peso de los mismos. Conocer el volumen del estanque o la cantidad de agua con la que estás tratando es muy importante en términos de tiempo de sedimentación, cantidad de químicos necesarios, etc. Debido a que las reacciones de coagulación ocurren muy rápidamente, los tiempos de retención de los mezcladores flash se miden en segundos, mientras que los tiempos de retención de las cuencas de floculación toman más tiempo y suelen estar entre 5 y 30 minutos. Cuando se agregan productos químicos a una corriente de agua (lo que se conoce como dosificación), se requiere una cantidad medida de producto químico, que depende de factores como el tipo de producto químico utilizado, el motivo de la dosificación y el caudal a tratar. La fuerza de una solución es una medida de la cantidad de soluto químico disuelto en la solución. A partir de los datos recopilados, se puede determinar el uso diario promedio de productos químicos y soluciones. Esto es importante para predecir el uso esperado de productos químicos comparándolo con los productos químicos en existencia y determinando cuándo se necesitan productos químicos adicionales.
Deber
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