Potencial zeta: qué es y su rol en el tratamiento del agua

El potencial zeta es el parámetro que explica por qué las partículas más pequeñas de un agua no sedimentan nunca y por qué dos dosis de coagulante casi iguales dan resultados opuestos. Entenderlo permite ajustar la clarificación con criterio y no por prueba y error, algo que en una planta de caudal alto se traduce directamente en ahorro de reactivo y de lodo. En aguas cargadas de finos, como las que describe el análisis de la turbidez del agua de proceso minera, es justamente la fracción coloidal la que atraviesa el sedimentador y termina colmatando el filtro.

Qué es el potencial zeta

Es el potencial eléctrico medido en el plano de cizalla de una partícula en suspensión, es decir, en el límite entre la partícula con su capa de iones adherida y el líquido que la rodea. Surge de la interacción entre la carga superficial del coloide y los iones presentes en el agua.

La doble capa eléctrica

Las partículas coloidales desarrollan carga eléctrica en su superficie y ordenan a su alrededor una distribución de iones en dos capas:

• Capa fija o de Stern: iones fuertemente ligados a la superficie de la partícula.
• Capa difusa: iones menos organizados, en movimiento permanente por agitación térmica.

Cuando dos partículas con potencial zeta alto y del mismo signo se aproximan, la repulsión electrostática las separa antes de que las fuerzas de atracción de van der Waals puedan unirlas. Por eso los coloides permanecen en suspensión de forma indefinida.

Cómo se mide

Al aplicar un campo eléctrico a la suspensión, las partículas migran hacia el electrodo de carga opuesta arrastrando parte de su doble capa. La velocidad alcanzada depende del equilibrio entre la fuerza electrostática y la resistencia viscosa, y de ella se deriva el potencial zeta mediante la ecuación de Smoluchowski.

Por qué importa en el tratamiento del agua

Este parámetro conecta tres decisiones que en la práctica suelen tomarse por separado: cuánto coagulante dosificar, qué medio filtrante cargar y qué esperar de las membranas aguas abajo. Cuando se lo mide, esas tres decisiones dejan de ser independientes y el tren de tratamiento se ajusta como un sistema.

1. Define la dosis de coagulante. El objetivo de la coagulación es llevar el potencial zeta cerca de cero para que las partículas dejen de repelerse. Subdosificar deja los coloides estables; sobredosificar invierte la carga y los vuelve a estabilizar, ahora con signo contrario, desperdiciando reactivo.
2. Explica el comportamiento estacional. Cambios de pH, de alcalinidad y de temperatura modifican el potencial zeta del agua cruda y obligan a reajustar la dosis.
3. Permite retener partículas más chicas que el poro. Un medio filtrante cargado atrae partículas de carga opuesta incluso cuando su tamaño es menor que el del poro, lo que mejora la retención sin aumentar la pérdida de carga.
4. Anticipa problemas de membranas. Los coloides estables son los responsables del índice SDI alto y del ensuciamiento coloidal de la ósmosis inversa.

Medios filtrantes y carga superficial

La carga superficial del medio no es un detalle: define qué retiene además de lo que filtra por tamaño.

• Zeosorb® es una zeolita natural cuya red de aluminosilicato tiene carga negativa, lo que le permite capturar cationes por intercambio: amonio, metales pesados y cationes de dureza, además de filtrar mecánicamente hasta 3 micras. Su limitación conocida, derivada de esa misma carga, es que no adsorbe aniones.
• Crystolite® trabaja por filtración de superficie hasta 0,5 micras y retiene el 90% de los sólidos en la cara del lecho, con una reducción de SDI entre 5 y 8 veces mayor que sus competidores más cercanos.
• Filtersorb® SP3 aprovecha el fenómeno inverso: los microcristales de carbonato de calcio que genera abandonan la superficie de las perlas con potencial electrostático neutro, y justamente por eso no se adhieren a ninguna superficie, ni siquiera en agua caliente.

Un error de diagnóstico habitual

Cuando la turbidez de salida empeora, la reacción instintiva en planta es subir la dosis de coagulante. Si el problema es una sobredosis previa que invirtió la carga superficial, ese ajuste agrava la situación: se consume más reactivo, se genera más lodo y la turbidez sigue sin bajar. Medir la carga de los coloides antes de mover la dosificación evita ese círculo, que en plantas de caudal alto puede costar varias toneladas de reactivo por año.

Lo mismo ocurre con la temperatura: en invierno la cinética se enlentece y el flóculo tarda más en formarse. Sin una medición que confirme que la desestabilización está lograda, es común atribuir el problema a la dosis cuando en realidad falta tiempo de floculación, un parámetro que se resuelve al dimensionar la clarificación del agua y no en el tablero de dosificación.

Aplicación práctica en planta

• Correr ensayos de jarras midiendo potencial zeta además de turbidez residual, para identificar el punto de carga neutra.
• Usar el potencial zeta como variable de control de la dosificación automática en plantas de caudal variable.
• Revalidar el punto óptimo cuando cambia la fuente, la estación o el coagulante.
• Correlacionar el valor con el SDI cuando hay membranas aguas abajo.

Para el contexto completo del proceso, vea el artículo sobre coagulación y floculación y la guía de coagulantes y floculantes.

Ajustemos su clarificación

GWC acompaña el diagnóstico de plantas de clarificación y filtración y provee medios filtrantes Watch Water® para cada etapa del tren. Envíe su análisis de agua y los valores objetivo de turbidez o SDI. Si el agua cruda proviene de un circuito de proceso, donde la carga de finos cambia con la operación, conviene fijar primero los objetivos de sólidos y turbidez del agua de proceso y recién después calibrar la dosificación.

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Fuentes consultadas

• Horiba — Análisis del potencial zeta en aguas residuales de refinería
• Infinitia Research — Potencial zeta: qué es y aplicaciones