OBJETIVOS DEL TEMA
Comprender la diferencia entre el tratamiento de aguas residuales y tratamiento de aguas potables
Conocer la aplicabilidad de las operaciones de desbaste, sedimentación, filtración y flotación en el tratamiento de aguas
Comprender los fundamentos de estos sistemas de tratamiento, así como las principales características de los equipos más habitualmente empleados
Ser capaz de realizar diseños básicos de rejas, desarenadores, tanques de sedimentación primarios y secundarios
LAS AGUAS REQUIEREN DISTINTOS TRATAMIENTOS DEPENDIENDO DE SI SE TRATA DE:
? Potabilizar aguas brutas (ETAP)
? Tratar aguas residuales (EDAR)
El objetivo de la depuración de la aguas residuales (urbanas o industriales) es reducir la contaminación de las mismas para hacer admisible su vertido al medio acuático natural (en algunos casos se puede reutilizar para riego, industria)
AGUAS RESIDUALES URBANAS
Agua residual doméstica (viviendas, instalaciones comerciales, públicas…): materias fecales, tierra, arena, productos de limpieza, grasas y restos de alimentos (materia orgánica, sólidos, nutrientes, microorganismos)
Agua residual industrial (pequeña industrias ubicadas en el casco urbano)
Agua pluvial (escorrentía superficial e infiltraciones)
AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
Gran variabilidad incluso dentro de una misma industria: aguas de proceso, aguas de refrigeración, aguas de limpieza
Un tratamiento típico de aguas residuales comienza eliminando los sólidos, empezando por los de mayor tamaño
LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO PUEDEN SER:
Físicos
? Químicos
? Biológicos
Los procesos de tratamiento físicos son aquellos en los que se aplican fuerza físicas o principios físicos a la eliminación de contaminantes del agua
TRATAMIENTOS FÍSICOS SON:
? Operaciones de desbaste (rejas, tamices)
? Sedimentación
? Filtración
? Flotación
Fig. 11.1. Clasificación de los sólidos en un agua residual urbana típica (Kiely, 1999)
Barras paralelas de diferentes secciones separadas una cierta distancia que se sitúan en posición transversal al caudal de tal forma que el agua ha de pasar a través de ellas quedando los sólidos retenidos
Objetivo: Separar sólidos de gran tamaño (protección de equipos aguas abajo y evitar obstrucciones en canales) (AR y AP)
Es el primer equipo de desbaste
Generalmente se colocan formando un ángulo con la vertical (45-60º)
REJAS
SEGÚN EL SISTEMA DE LIMPIEZA:
Limpieza manual: pequeñas instalaciones
Limpieza automática: peine móvil
Velocidad de aproximación en el canal: 0,3-0,6 m/s (limpieza manual) y 0,6-0,9 m/s (limpieza mecánica)
Velocidad de paso a través de las rejas: 0,6-1,2 m/s
Ancho del canal A = anchura del canal de rejas (m) Q max =caudal máximo (m3/s) V max = velocidad maxima en la reja (m/s) H = altura lámina de agua a = anchura de las barras expuestas al agua (m) C = porcentaje de reja que queda libre (es habitual usar 0,7)
PÉRDIDA DE CARGA:
Existen distintas ecuaciones propuestas
A medida que se va atascando aumenta la pérdida de carga. Se puede estimar multiplicando por (100/C)2, siendo C el porcentaje de reja que queda libre
ECUACIÓN DE KIRSCHMER (para rejas limpias) ?H = pérdida de carga = factor de forma de las barras a = anchura de las barras (m) s = separación entre barras (m) v = velocidad de aproximación en el canal de la reja (m/s) g = gravedad (m/s2) a =ángulo de reja con la horizontal
Filtración sobre soporte con perforaciones o enrejado muy fino con tamaño de paso más pequeño que las rejas (va colocado a continuación de las rejas)
Macrotamizado: 0,3-10 mm (habitual en AR)
Microtamizado: < 0,1 mm (se usa para AR y AP)
EN AGUAS RESIDUALES SE USA:
? Sobre todo en operaciones de desbaste (después de las rejas)
? Los tamices de tamaño medio y fino también puede emplearse en la eliminación de arenas y sólidos suspendidos (como sustituto de tanques de decantación primarios y secundarios; menos eficaz, pero más económico)
TAMICES
TAMIZ INCLINADO ESTÁTICO
Se utiliza para tamaños gruesos o medios (desbaste o tratamiento primario)
Hay que limpiarlo cada cierto tiempo con agua a presión y un agente desengrasador
TAMIZ ROTATORIO
La malla se monta sobre un cilindro giratorio que se coloca en un canal
El agua puede circular de dentro a fuera o de fuera a dentro
Los sólidos son recogidos en una pileta y pueden emplearse chorros de agua pulverizada que favorezca la eliminación de los sólidos del tamiz
Se usa para el macrotamizado o microtamizado
TAMIZ DESLIZANTE
Se utiliza para tamizado grueso y medio
Fig. 11.2. Elementos de desbaste y tamizado típicos empleados en el tratamiento de las aguas residuales: a) tamiz inclinado estático autolimpiante, b) tamiz de tambor rotatorio, c) tamiz de disco giratorio, d) tamiz centrífugo (Metcalf and Eddy, 2000)
Es una operación de separación sólido-fluido en la cual las partículas de un agua residual se separan por acción de la gravedad debido a la diferencia de densidades
En el caso de las aguas residuales urbanas, en una planta clásica de lodos activos, la sedimentación se utiliza en tres de las fases del tratamiento:
En los desarenadores, en los que se elimina principalmente materia inorgánica (arenas)
En los sedimentadores primarios donde se elimina materia en suspensión
En los sedimentadores secundarios, en donde los lodos precedentes del tratamiento biológico se separan del efluente tratado
SEDIMENTACIÓN
TIPOS DE SEDIMENTACIÓN TIPO 1 O DE PARTÍCULAS DISCRETAS
Es propio de suspensiones con baja concentración de sólidos
Las partículas sedimentan como entidades individuales y no existe interacción con las partículas vecinas
Ej. Eliminación de arenas del agua residual (desarenador)
TIPO 2 O FLOCULENTA
Es propio de suspensiones diluidas de partículas que se juntan o floculan durante la operación de sedimentación
La aglomeración de las partículas va acompañada de cambios en su velocidad de sedimentación
Ej. Eliminación de sólidos en suspensión en los tanques de decantación primarios
TIPO 3 O RETARDADA
Se da en suspensiones de concentración intermedia en las cuales las fuerzas interpartículas son suficientes para entorpecer la sedimentación de las partículas vecinas
Las partículas tienden a mantener posiciones relativas fijas y sedimentan como una unidad, desarrollándose una interfase sólido-líquido en la parte superior de la masa que sedimenta
Ej tanque de sedimentación secundario donde se separan los lodos biológicos
TIPO 4 O POR COMPRESIÓN
Se da en suspensiones donde la concentración de partículas es tan alta que se forma una estructura y la sedimentación se produce por compresión de esta estructura
Ej. Fondo del tanque de sedimentación secundario donde se van sedimentando los lodos
DESARENADORES Son canales de sección mayor que la de entrada de manera que la velocidad de circulación sea tal que permita la sedimentación de las partículas de “arena”, pero evite la sedimentación de las partículas orgánicas
Separan partículas con peso específico 1,3-2,7 principalmente de naturaleza inorgánica (protegen posteriores elementos de la abrasión, evitan depósitos en tuberías y equipos posteriores)
En ARU suelen ir combinado con desengrasado y se colocan después del desbaste y antes del tratamiento primario
Los más tradicionales son de flujo horizontal (v~0,3 m/s; tiempo de residencia hidráulico = V/Q ~1 min), aunque también los hay de flujo vertical
Sedimentación de partículas discretas
VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN PARA FLUJO LAMINAR (LEY DE STOKES):
En un desarenador de flujo horizontal se cumple que la velocidad ascensorial o carga de superficie (Vc), debe de ser igual a la velocidad de sedimentación de las partículas que son eliminadas con una eficacia del 100%. Todas las partículas que tengan un velocidad de sedimentación mayor que Vc también son eliminadas al 100%
Suponiendo que el flujo sea laminar, sin turbulencia, y que las partículas de los distintos tamaños estén distribuidas uniformemente por toda la profundidad a la entrada, las partículas con Vp < Vc se eliminarán en la proporción
Así, para un tamaño de sedimentador y una distribución determinada de velocidades de sedimentación (se puede obtener experimentalmente), la eficacia de la separación será: (Gp:) Fracción de partículas con Vp = Vc (Gp:) Fracción de partículas eliminadas con Vp < Vc
Es frecuente el empleo de modificaciones con sistemas de inyección de aire que evitan la sedimentación de la materia orgánica de manera que las arenas se sacan más limpias
Los tiempos de residencia son más altos (2-5 min) con lo que mejor la eficacia en la separación
DESARENADOR AIREADO DE FLUJO HELICOIDAL
El agua residual se debe introducir en el elemento siguiendo la dirección de rotación
El aire se introduce lateralmente a lo largo del canal por la parte inferior lo que ocasiona un movimiento en espiral del agua perpendicular a la dirección del flujo
Para la extracción de arenas, los desarenadores aireados se suelen proveer de cucharas bivalvas
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