La precipitación, también conocida como precipitación, es un proceso químico en el que las sustancias disueltas en un líquido se convierten en una fase sólida por reacción química. Estos sólidos, conocidos como precipitados, pueden eliminarse del agua o de las aguas residuales por sedimentación, filtración o flotación. La precipitación es uno de los métodos centrales en el tratamiento de aguas industriales y residuales, ya que contribuye eficazmente a la eliminación de contaminantes disueltos como metales pesados, fosfatos y sustancias orgánicas.

Aspectos básicos de las precipitaciones

Definición de

La precipitación se refiere a la formación de un sólido poco soluble a partir de una solución mediante la adición de un agente precipitante. precipitanteque entra en reacción con las sustancias disueltas. Esto suele ocurrir por un cambio en las condiciones químicas, como el valor del pH, la concentración o la temperatura.

Principio de reacción

Las reacciones químicas se basan en la superación del producto de solubilidad de una determinada sustancia, lo que provoca su precipitación fuera de la solución. 

Tipos de precipitaciones

Se distinguen distintas formas de precipitación en función del objetivo y del ámbito de aplicación:

1. precipitación química
2. coagulación y floculación
  • Objetivo: Eliminación de sustancias coloidales disueltas mediante desestabilización.
  • Mecanismo:
    • Coagulación: Neutralización de las cargas superficiales por precipitantes.
    • Floculación: Formación de partículas más grandes (flóculos) mediante polímeros o coadyuvantes de floculación.
3. precipitación oxidativa
  • Objetivo: Conversión de sustancias disueltas en formas poco solubles por oxidación.
  • Ejemplo:
    • Oxidación de hierro(II) a hierro(III) y posterior precipitación.
Planta químico-física de tratamiento de aguas residuales industriales.

Foto: Nuestro sistema CP ALMA CHEM MCW para la precipitación y floculación de metales pesados, AOX, hidrocarburos y cianuros.

Productos químicos y materiales para la precipitación

La selección y el uso específico de precipitantes y aditivos son cruciales para la eficiencia y la eficacia de la precipitación en el tratamiento del agua y de las aguas residuales. Estas sustancias químicas influyen en el tipo y la velocidad de las reacciones, así como en la estabilidad y separabilidad de los precipitados formados. Una combinación óptima de estas sustancias permite la eliminación de contaminantes, el ajuste de la calidad del agua y el cumplimiento de los requisitos legales.

Precipitante

Los precipitantes son sustancias químicas que se introducen deliberadamente en el flujo de agua o de aguas residuales para convertir las sustancias disueltas en una forma insoluble. La elección del precipitantedepende del tipo de sustancias que deban eliminarse, de las propiedades químicas del medio y de los valores objetivo que deban alcanzarse.

Precipitación de hidróxidos metálicos
  • Aplicación: La precipitación de hidróxidos metálicos se utiliza a menudo para eliminar metales pesados como el cobre, el zinc o el níquel. Estas sustancias forman hidróxidos poco solubles en medios alcalinos, que son fáciles de separar.
  • Precipitantes típicos:
    • Hidróxido de sodio (NaOH): Se utiliza a menudo porque es fácil de dosificar y permite una reacción rápida.
    • Hidróxido de calcio (Ca(OH)₂): También conocido como lechada de cal, es rentable y también puede utilizarse como regulador del pH.
    • Hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂): Proporciona una regulación suave del pH y es adecuado para sistemas más sensibles.
Precipitación de fosfatos
  • Aplicación: El objetivo de la precipitación de fosfatos es reducir los niveles de fósforo que pueden provocar la eutrofización de las masas de agua. La precipitación tiene lugar mediante la formación de fosfatos poco solubles.
  • Precipitantes típicos:
    • Compuestos de aluminio (Al₂(SO₄)₃): El aluminio forma compuestos insolubles de AlPO₄ con los fosfatos, que se sedimentan fácilmente.
    • Cloruro de hierro(III) (FeCl₃): Particularmente eficaz en la precipitación de fosfatos y al mismo tiempo eficaz contra las cargas orgánicas.
    • Sulfato de hierro(II) (FeSO₄): Adecuado para la precipitación en condiciones reductoras, por ejemplo, en sistemas anaeróbicos.
Precipitación de sulfuros
  • Aplicación: La precipitación de sulfuros se utiliza a menudo para eliminar metales pesados, ya que éstos forman sulfuros extremadamente poco solubles con compuestos de azufre. Se utiliza principalmente en la industria de la galvanoplastia y para las aguas residuales industriales.
  • Precipitantes típicos:
    • Organosulfuro: Se utiliza en entornos controlados para la precipitación directa de sulfuros.
    • Sulfuro de sodio (Na₂S): precipitante seguro y fácil de usar para la precipitación de sulfuros.
Precipitación de cal
  • Aplicación: La precipitación de cal se utiliza principalmente para eliminar los formadores de dureza, como el calcio y el magnesio, o para neutralizar las aguas residuales ácidas.
  • Precipitantes típicos:
    • Carbonato cálcico (CaCO₃): Se utiliza para reducir la acidez y precipitar metales pesados.
    • Hidróxido de calcio (Ca(OH)₂): Aumenta el valor del pH y, al mismo tiempo, favorece la precipitación de metales o fosfatos.

Aditivos

Además de los precipitantes, a menudo se utilizan floculantes y agentes neutralizantes suelen utilizarse para aumentar la eficacia de la precipitación y facilitar la separación de los sólidos formados.

Floculante
  • Función: Los floculantes promueven la formación de flóculos más grandes y estables a partir de los precipitados finamente dispersos. Unen las partículas más pequeñas en aglomerados más grandes que son más fáciles de sedimentar o filtrar.
  • Sustancias típicas:
    • Polímeros orgánicos: por ejemplo, poliacrilamidas, que actúan por neutralización de carga o por puenteo.
    • Aditivos inorgánicos: por ejemplo, bentonita, que favorece la formación de escamas gracias a su gran superficie.
  • Aplicación: En plantas de sedimentación y flotación para optimizar el rendimiento de la separación.
Agente neutralizante
  • Función: Muchas reacciones de precipitación dependen en gran medida del pH. Un valor de pH preciso es crucial para minimizar la solubilidad de las sustancias objetivo y formar precipitados estables.
  • Sustancias típicas:
  • Aplicación: El valor del pH se controla con precisión mediante sistemas de dosificación automatizados basados en mediciones en tiempo real.
Estación de dosificación de un sistema CP en contenedor

Foto: Estación de dosificación IBC de precipitantes y neutralizantes, estación de dosificación y preparación de floculantes y estación de dosificación de bisulfito sódico y peróxido de hidrógeno, instaladas en el contenedor de la sala técnica ALMA MODUL.

Construcción de un sistema de CP para precipitaciones

Un diseño preciso del sistema CP es crucial para la eficacia del proceso de precipitación. Incluye los siguientes componentes:

1ª estación de dosificación

La estación de dosificación es el primer paso en la línea de reacción y desempeña un papel central en la adición precisa y orientada a la demanda de precipitantes y floculantes.

  • Propósito:

    • Garantizar que los productos químicos necesarios se introducen en el sistema en la cantidad correcta y en el punto óptimo.
    • Adaptación de la dosificación a las condiciones reales del proceso, como las fluctuaciones de la carga de alimentación o el valor del pH.

  • Tecnología:

    • Bombas dosificadoras:
      • Las bombas de alta precisión (por ejemplo, bombas de diafragma o peristálticas) garantizan una dosificación exacta de los productos químicos.
      • Integración de bucles de control que reaccionan a las señales de medición (por ejemplo, pH, conductividad).
    • Contenedor de almacenamiento:
      • Almacenamiento de precipitantes, por ejemplo soluciones de aluminio o hierro, en recipientes resistentes a los productos químicos (PE, acero inoxidable).
      • Los sistemas de rellenado automático y los agitadores evitan los depósitos y garantizan una solución homogénea.
    • Sistemas de mezcla:
      • Los mezcladores estáticos o inyectores garantizan una distribución uniforme de los precipitantes en el agua de alimentación.
2. recipiente de reacción

Las reacciones químicas que conducen a la formación de precipitados tienen lugar en el tanque de reacción. El tiempo de permanencia suficiente, la mezcla uniforme y las condiciones químicas óptimas son cruciales en este caso.

  • Propósito:

    • Garantizar una reacción completa entre los contaminantes disueltos y los precipitantes.
    • Proporcionar el tiempo de reacción y las condiciones físicas necesarias para la formación de precipitados estables y fácilmente separables.

  • Diseño:

    • Agitadores:
      • Los agitadores mecánicos o hidráulicos garantizan una mezcla uniforme para maximizar las superficies de contacto entre los reactivos y las sustancias objetivo.
      • La velocidad de rotación puede adaptarse a las propiedades de los precipitados para evitar la abrasión o la destrucción de las partículas.
    • Reactores multietapa:
      • Las cámaras separadas para la precipitación y la floculación optimizan las condiciones del proceso:
        • Zona de precipitación: Mezcla rápida para permitir una reacción inmediata.
        • Zona de floculación: Las condiciones de flujo lento favorecen la agregación de los precipitados en partículas de mayor tamaño (flóculos).
    • Control del pH:
      • Los bucles de control para el ajuste automático del pH son esenciales, ya que muchas reacciones de precipitación dependen en gran medida del pH (por ejemplo, la precipitación de hidróxido a pH 8-9).
3. sistema de sedimentación o filtración

La eliminación de los precipitados formados es el último paso tras la reacción química. Se utilizan diferentes técnicas de separación en función de las propiedades de los precipitados y de los requisitos del proceso.

  • Propósito:

    • Separación de los sólidos (precipitados) de la fase líquida para obtener agua clarificada.
    • Preparación de sólidos para su eliminación o tratamiento posterior.

  • Técnicas:

    • Cubeta de decantación:
      • Los tanques de sedimentación con dispositivos de limpieza (por ejemplo, rascadores de lodos) recogen los precipitados del fondo y los descargan para el tratamiento de lodos.
      • Las zonas de desbordamiento sin turbiedad garantizan la descarga del agua clarificada.
    • Filtración a presión:
      • Utilización de filtros prensa de cámara o filtros de disco para separar los sólidos de flujos líquidos muy cargados.
      • Alto índice de retención incluso con los precipitados más finos.
    • Flotación:

Foto: Sistema de flotación ALMA NeoDAF con bucle de reacción para mezclar precipitante, agente neutralizante y floculante.

Factores que influyen en las precipitaciones

1. Valor del pH
  • Muchas reacciones de precipitación dependen en gran medida del pH.
  • Ejemplo:
    • Intervalo de pH óptimo para la precipitación de hidróxidos: 8-9.
    • Superar el límite puede provocar una redisolución.
2. concentración de los reactivos
  • La dosificación del precipitante debe ajustarse con precisión a la concentración de las sustancias objetivo.
  • Dosificación insuficiente: Precipitación incompleta.
  • Sobredosificación: formación de subproductos y mayores costes de explotación.
3. temperatura
  • Las temperaturas más altas suelen favorecer la velocidad de reacción, pero también pueden aumentar la solubilidad.
4. tiempo de permanencia
  • Es necesario un tiempo de contacto suficiente en la sección de reacción para garantizar la formación de precipitados estables.

Conclusión

La precipitación es un método versátil y eficaz para eliminar los contaminantes disueltos en el agua y las aguas residuales. Requiere una planificación y un seguimiento cuidadosos, ya que factores como el valor del pH, la concentración y el tiempo de retención influyen notablemente en el éxito. El uso de tecnologías de control modernas y de secciones de reacción optimizadas puede aumentar la eficacia, reducir los costes de explotación y garantizar el cumplimiento de los requisitos legales. Por tanto, la precipitación sigue siendo una parte indispensable del tratamiento moderno del agua.

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