Reducción de la concentración de aluminio disuelto en ETAP mediante el uso de CO2

En las estaciones de tratamiento de agua potable (ETAP) uno de los procesos fisicoquímicos de potabilización necesarios para la clarificación del agua es la coagulación/floculación con sales de aluminio, lo que puede provocar en algunas aguas una concentración de aluminio residual que supere los 0,2 mg/l valor límite establecido por el RD 140/2003 y su modificación, el RD 314/2016.

El aluminio presente y/o aportado a una potabilizadora se halla en estado particulado y/o disuelto en el agua. El particulado, al ser insoluble, es fácilmente eliminado en el proceso de decantación y es el que proviene del agua bruta; el disuelto, difícilmente decantable, es el aluminio aportado por los coagulantes y es el de mayor proporción, es decir, casi todo el aluminio residual que se encuentra en el agua tratada es el que se ha añadido durante el tratamiento.

Para solventar esta problemática y controlar las concentraciones de aluminio por debajo de estos valores se ha demostrado que la mejor opción es controlar el pH objetivo de coagulación mediante CO₂ (Dióxido de Carbono) ya que de esta manera se aumenta la eficiencia del coagulante y con ello del proceso, se minimiza la dosificación de las sales de aluminio lo que se traduce en una reducción significativa de la concentración de Aluminio disuelto.

DOSIFICACIÓN Y FUNCIÓN DE POLICLORUROS/SULFATOS DE ALUMINIO.

Los compuestos de aluminio (policloruros y sulfatos) empleados en procesos de potabilización de aguas como coagulante y encargados de la clarificación del agua se suelen emplear en un intervalo de pH que oscila entre 6,5 y 7,5 (graf.1) buscando la mínima solubilidad del hidróxido metálico precipitado, es decir, si el pH está situado en ese rango es cuando el aluminio es menos soluble y por tanto ése es su rango óptimo de trabajo, de coagulación. A partir de este intervalo, cuanto mayor es el pH, el policloruro de aluminio utilizado disminuye la riqueza de AL2O3 por tato aumenta la dosis y reduce la eficiencia.

Existen multitud de casos en los que el agua de captación tiene un pH superior al citado rango óptimo de coagulación, luego para conseguir alcanzar la mayor eficiencia, y evitar la formación de aluminio disuelto existe la necesidad de bajar el pH.

Gráfica 1. Compuestos de aluminio presentes en función del pH y dosis de coagulante a pH óptimo frente a la turbidez del agua

Tal y como se ha comentado anteriormente, una vez se tiene claro que la procedencia del aluminio residual del agua tratada viene en su mayor parte del aluminio disuelto (proveniente a su vez del proceso de coagulación) y para evitar la formación de éste, hay que bajar el pH del agua de entrada, para alcanzar este objetivo las ETAPs han recurrido a diferentes maneras de operar:

• Dosificar menos coagulante, menos compuestos de aluminio, obteniendo lógicamente un agua turbia y manteniendo el exceso de aluminio ya que éste no floculaba correctamente (graf. 2, fuera del rango óptimo de pH de trabajo).

Gráfica 2. Valores de concentración de aluminio obtenidos según el pH

• Dosificar más coagulante del necesario para que éste haga la función de agente acidificante y no para mejorar la coagulación, obteniendo igualmente un exceso de aluminio residual, por encima de los límites.
• Modificar el pH previamente al rango óptimo de coagulación (en general 6,5-7,5) mediante CO₂, que actúa rápidamente como agente neutralizante en contacto con el agua al formar ácido carbónico evitando la formación de aluminio disuelto y “permitiendo” al coagulante actuar con la máxima eficiencia y la mínima dosis posible. Además al ser un ácido débil se consigue una exactitud en el control de pH, sin peligro de acidificación ni riesgo de corrosión en su manipulación, siendo su instalación, control y uso de sencillo manejo.
• Acidificar el vertido mediante el uso de ácidos minerales (HCl, H2SO4…), pero debido a su funcionalidad agresiva (ácido fuerte) es muy fácil bajar excesivamente el vertido (por debajo de 6,5), acidificando el agua en exceso, y, entre otras consecuencias, sobrepasar el Índice de Langelier , (concepto que ya hablaremos más en detalle en publicaciones futuras), dando lugar a una agua agresiva y generando graves consecuencias en la red de distribución del agua. Además su uso requiere de instalaciones más complejas de mayor inversión que con el CO₂, y aumenta la probabilidad o el riesgo de accidentes en su manipulación (quemaduras por salpicadura, derrames, fugas…) a la vez que aumenta la conductividad del agua tratada.

Gráfica 3. Reducción del Aluminio residual (en su forma disuelta) después de la dosificación combinada de CO2 y policloruro de aluminio

Al trabajar el coagulante en su rango óptimo de trabajo el proceso será más estable y eficiente, lo que conlleva otras ventajas añadidas a la principal como la mejora en el proceso de la deshidratación final de los fangos ya que permite una mejor formación del flóculos y, por tanto, una mejor deshidratación con un mayor porcentaje de sequedad y menor dosis de producto químico.

Por tanto, disminuir el pH con CO₂ para reducción del Aluminio disuelto es la mejor solución siendo los beneficios cualitativa y cuantitativamente demostrables siempre y cuando se disponga de las herramientas y servicios necesarios para el óptimo ajuste y control de proceso, lo que permite a Nippon Gases minimizar los consumos y optimizar las eficiencias.

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