Efecto de la aplicación de PAC en el tratamiento de agua de centrales termoeléctricas

1. Pretratamiento del agua de reposición

Los cuerpos de agua naturales suelen contener lodo, arcilla, humus y otras sustancias en suspensión, impurezas coloidales, bacterias, hongos, algas, virus y otros microorganismos. Estas sustancias presentan cierta estabilidad en el agua y son la principal causa de la turbidez, el color y el olor del agua. El exceso de estas sustancias orgánicas ingresa al intercambiador iónico, contamina la resina, reduce su capacidad de intercambio e incluso afecta la calidad del efluente del sistema de desalinización. El tratamiento de coagulación, sedimentación y filtración tiene como objetivo principal eliminar estas impurezas, de modo que el contenido de materia en suspensión en el agua se reduzca a menos de 5 mg/L, es decir, se obtenga agua clarificada. Esto se denomina pretratamiento del agua. Después del pretratamiento, el agua puede utilizarse como agua de caldera solo cuando se hayan eliminado las sales disueltas mediante intercambio iónico y los gases disueltos mediante calentamiento, vacío o soplado. Si estas impurezas no se eliminan previamente, no se puede llevar a cabo el tratamiento posterior (desalinización). Por lo tanto, el tratamiento de coagulación del agua es un eslabón importante en el proceso de tratamiento del agua.

El proceso de pretratamiento de una central termoeléctrica es el siguiente: agua cruda → coagulación → precipitación y clarificación → filtración. Los coagulantes comúnmente utilizados en el proceso de coagulación son el cloruro de polialuminio, el sulfato férrico, el sulfato de aluminio, el tricloruro férrico, etc. A continuación, se describe principalmente la aplicación del cloruro de polialuminio.

El cloruro de polialuminio, conocido como PAC, se obtiene a partir de cenizas o minerales de aluminio. Mediante una reacción con álcalis y aluminio a alta temperatura y presión, se produce un polímero. Dado que las materias primas y el proceso de producción varían, las especificaciones del producto también difieren. La fórmula molecular del PAC es [Al₂(OH)nCl₆⁻ⁿ]m, donde n puede ser cualquier número entero entre 1 y 5, y m es un número entero del clúster 10. El PAC se presenta en forma sólida y líquida.

2. Mecanismo de coagulación

Los coagulantes ejercen tres efectos principales sobre las partículas coloidales en el agua: neutralización eléctrica, adsorción, formación de puentes y arrastre. El efecto predominante depende del tipo y la dosis de coagulante, la naturaleza y el contenido de las partículas coloidales en el agua, y el pH del agua. El mecanismo de acción del cloruro de polialuminio es similar al del sulfato de aluminio, y el comportamiento de este último en el agua se relaciona con el proceso de hidrólisis del Al³⁺.

El policloruro de aluminio puede considerarse como diversos productos intermedios en el proceso de hidrólisis y polimerización del cloruro de aluminio a Al(OH)3 bajo ciertas condiciones. Está presente directamente en el agua en forma de diversas especies poliméricas y Al(OH)a(s), sin el proceso de hidrólisis de Al3+.

3. Aplicación y factores influyentes

1. Temperatura del agua

La temperatura del agua influye notablemente en el efecto del tratamiento de coagulación. A bajas temperaturas, la hidrólisis del coagulante se dificulta, especialmente por debajo de 5 °C. En estos casos, la velocidad de hidrólisis es lenta y el floculante formado presenta una estructura poco compacta, un alto contenido de agua y partículas finas. A temperaturas aún más bajas, se favorece la solvatación de las partículas coloidales, se prolonga el tiempo de floculación y disminuye la velocidad de sedimentación. Los estudios demuestran que una temperatura del agua de entre 25 y 30 °C es la más adecuada.

2. Valor de pH del agua

El proceso de hidrólisis del cloruro de polialuminio es un proceso de liberación continua de H+. Por lo tanto, bajo diferentes condiciones de pH, se generarán diferentes intermediarios de hidrólisis, y el valor óptimo de pH para el tratamiento de coagulación del cloruro de polialuminio se encuentra generalmente entre 6,5 y 7,5. En este rango, el efecto de coagulación es mayor.

3. Dosificación del coagulante

Cuando la cantidad de coagulante añadida es insuficiente, la turbidez residual en el agua de descarga es mayor. Si la cantidad es excesiva, debido a que las partículas coloidales en el agua adsorben el exceso de coagulante, la carga de las partículas coloidales cambia, lo que provoca un nuevo aumento de la turbidez residual en el efluente. El proceso de coagulación no es una simple reacción química, por lo que la dosis requerida no puede determinarse mediante cálculos, sino que debe determinarse en función de la calidad específica del agua para establecer la dosis adecuada. Cuando la calidad del agua varía estacionalmente, la dosis debe ajustarse en consecuencia.

4. Medio de contacto

En el proceso de coagulación u otro tratamiento de precipitación, si existe una cierta cantidad de lodo en el agua, el efecto de la coagulación puede mejorar significativamente. Esto proporciona una gran superficie que, mediante adsorción, catálisis y cristalización, optimiza el efecto de la coagulación.

La precipitación por coagulación es un método ampliamente utilizado en el tratamiento de agua. El cloruro de polialuminio se emplea como floculante para el tratamiento de agua, gracias a sus buenas propiedades coagulantes, la formación de grandes flóculos, la menor dosificación, su alta eficiencia, la rápida precipitación y su amplio rango de aplicación. En comparación con los floculantes tradicionales, la dosificación puede reducirse entre un tercio y la mitad, lo que supone un ahorro del 40 % en los costos. Además, al combinarse con filtros sin válvulas y filtros de carbón activado, se reduce considerablemente la turbidez del agua cruda, se mejora la calidad del efluente del sistema desalinizador, se incrementa la capacidad de intercambio de la resina desalinizadora y se reducen los costos operativos.