Análisis de dinámica de fluidos computacional del proceso de coagulación-floculación empleando almidones de malanga (Colocasia esculenta) como agentes floculantes.

Abstract

La coagulación-floculación es uno de los procesos más empleados en la potabilización de agua. En este proceso se emplean agentes químicos que promueven la desestabilización coloidal y la formación de aglomerados que puedan sedimentar por efecto de la gravedad. En la práctica, los agentes coagulantes más empleados contienen cationes metálicos por lo que se ha optado por emplear agentes naturales que permitan reducir la dosis de agentes metálicos y que mejoren la eficiencia del proceso. En este estudio se evaluó el desempeño del almidón nativo de malanga (Colocasia esculenta) como agente floculante en la remoción de turbiedad y color del agua tratada empleando la prueba de jarras. Durante el experimento se aplicó una técnica de análisis de imagen para determinar el efecto del floculante en la distribución del tamaño de partículas. Entonces, se propuso un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) que incluyó un submodelo de balance de población en la descripción del tamaño de flóculos para comparar el efecto del floculante en la distribución del tamaño y en las variables hidrodinámicas más relevantes. Con respecto a los experimentos en prueba de jarras, la dosis óptima de sulfato de aluminio fue de 24 mg/L en el tratamiento de muestras con turbiedad inicial de 200 UTN obteniendo eficiencias de remoción de 93.1% y 94.7% de turbiedad y de color, respectivamente. Al realizar experimentos con la ayuda del floculante, la dosis óptima de sulfato se redujo a 12 mg/L empleando 0.5 mg/L de almidón alcanzando eficiencias de remoción muy similares. Por su parte, el análisis de imagen permitió demostrar que la proporción de partículas más grandes incrementa cuando se emplea el floculante. Finalmente, la renderización CFD permitió observar la sedimentación durante la floculación, mostrando que sedimentan mayor cantidad de partículas usando floculante. Como resultado de este estudio, se ha demostrado que la Dinámica de Fluidos Computacional tiene un amplio rango de aplicación en el proceso de coagulación-floculación para el tratamiento de agua.