CONCENTRACIÓN Y SEPARACIÓN DE LA BIOMASA ALGAL …

TESINA D’ESPECIALITAT

Títol

CONCENTRACIÓN Y SEPARACIÓN DE LA BIOMASA

ALGAL PRODUCIDA EN LAGUNAS DE ALTA CARGA

PARA DEPURAR AGUAS RESIDUALES

Autor/a

ALBERT FRANCIA ROVIRA

Tutor/a

JOAN GARCÍA SERRANO

Departament

INGENIERIA HIDRÁULICA, MARÍTIMA Y AMBIENTAL

Intensificació

INTENSIFICACIÓN EN INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL

Data

ENERO 2013

I

AGRADECIMIENTOS

Después de muchos años de estudio, alegrías, sufrimientos, frustraciones, alguna

que otra recompensa y dos carreras a cuestas, creo que este es un buen momento como

cualquier otro para empezar a agradecer a toda aquella gente que ha estado a mi lado.

No solamente durante la realización de esta tesina, sino todos aquellos que han sido mis

compañeros de fatigas durante obras públicas y caminos.

Claramente desde el inicio de mis estudios de Ingeniería Técnica de obras

públicas he sido siempre el ingeniero menos “ingeniero” de cuantos compañeros me

rodeaban. Fui avanzando en mis estudios sin encontrar la verdadera vocación que me

motivara a finalizar la carrera no como una obligación sino como algo que realmente me

interesase. Hasta descubrir la asignatura de Ingeniería Ambiental impartida por el

profesor Joan García en segundo de carrera, demasiado tarde pues ya había elegido otra

especialización, espina que por fin me quitaría al empezar los estudios de Ingeniería de

Caminos Canales y Puertos y lanzarme de cabeza a la especialización en este sector. Por

lo tanto, sin riesgo a equivocarme puedo afirmar que la realización de esta tesina

experimental ha sido el colofón de un proceso que empezó mucho tiempo atrás.

Reconozco sin pudor alguno, que una tesina experimental aunque fascinante, por

ser el primer punto de contacto con el mundo de la investigación, puede llegar a ser

tediosa y parecer eterna, por eso mis primeros agradecimiento son para Fabianna y el

profesor Juan García. No solamente por confiar en mí en la realización de esta tesina,

sino por guiarme, estar en todo momento a mi disposición e introducirme en un mundo

en el cual era un neófito, sin sentirme extraño o fuera de lugar por ello.

En segundo lugar me gustaría agradecer especialmente a Javi y Eduardo. El

primero, por comprender mi total desconocimiento de las técnicas de laboratorio,

explicándomelas y corrigiéndome una y otra vez sin desfallecer. Y al segundo por estar

dispuesto a ayudarme en la construcción, montaje y funcionamiento de tantos y tantos

artilugios como la tesina requería y por las entretenidas conversaciones que

mantuvimos, las cuales eran una válvula de escape después de horas encerrado en el

laboratorio del departamento.

No quisiera olvidarme de Michael y Joanet, quienes han sido para mí un

autentico baluarte ya no en esta carrera sino desde que empezamos juntos en la

universidad con dieciocho años recién cumplidos. Pues habéis hecho mas amenas e

incluso divertidas las innumerables horas de biblioteca, convirtiéndoos en algo más que

amigos en todos estos años.

Por último agradecer de forma especial a mis padres, quienes me acogieron en

casa de nuevo cuando perdí mi empleo y no solamente me han apoyado

económicamente desde entonces, sino que me han brindado la oportunidad de realizar

esta segunda carrera habiendo ya cumplido con crecer el deber de proporcionarme una

buena formación para mi futuro.

II

RESUMEN

Las lagunas de alta carga (HRAP) pertenecen a los sistemas de depuración de

aguas residuales no convencionales (o naturales). Estos sistemas llevan a cabo el

proceso de depuración mediante la simbiosis entre algas (aportan oxígeno) y bacterias

(degradan la materia orgánica). Las HRAP ofrecen una depuración igual de eficiente

que tratamientos convencionales, con la ventaja de que el proceso de depuración se

realiza: con poca demanda energética, de forma natural (simbiosis alga‐bacteria), con

bajo coste de inversión y posibilidad de separación de la biomasa algal. El posible

potencial energético que tiene la biomasa algal para la obtención de combustible ha

abierto numerosas investigaciones en este campo. Por el contrario el efluente resultante

de este proceso, es un agua depurada que conserva una fuerte coloración verde, debido a

la presencia de las microalgas, que no hace viable el retorno de esta agua al medio

receptor.

El objetivo que se persigue en esta tesina es hallar un método de separación de la

masa algal del efluente de una laguna de alta carga. Para ello se han realizado diferentes

ensayos de sedimentación del agua residual con la adición de diferentes coagulantes. A

través de los ensayos de Jar-Test y de ensayos de sedimentación en columna, se ha

pretendido estudiar el comportamiento de sedimentación de la masa algal tras un

proceso de coagulación y floculación previo con cada uno de los dos coagulados

empleados: Tanfloc y Ecotan. Mediante estos ensayos se ha estudiado el porcentaje de

remoción de la masa algal alcanzado por cada uno de los coagulantes y de forma

indirecta se han obtenido las velocidades de sedimentación en cada uno de los ensayos,

siendo esta el principal parámetro para el dimensionamiento de un decantador.

Por último, al responder estos ensayos al concepto ideal de sedimentación en

condiciones estáticas, condiciones que no se pueden dar en el decantador de una planta

de tratamiento de aguas convencional se ha buscado en la bibliografía técnica algún

método que nos permitiera recrear de una forma más veraz las condiciones reales en las

que trabaja un decantador.

En la última fase de este estudio se ha realizado el montaje de un aparato de

sedimentación dinámica que recrea de una forma más exacta las condiciones presentes

en un decantador. Mediante la utilización de este aparato se ha realizado la distribución

de las velocidades de sedimentación de las partículas presentes en el fango de una

depuradora.

Palabras clave: separación de la masa algal, Jar-Test, sedimentación en columna,

sedimentación dinámica

III

ABSTRACT

High rate algae ponds (HRAP) belong to the systems of unconventional

wastewater treatment. These systems achieve the process of depuration by means of

symbiosis algae (providing oxygen) and bacteria (decomposing organic matter). The

HRAP offers a depuration as efficient as conventional treatments, the advantage of this

treatment is done by low energy demand, naturally (symbiotic algae‐bacteria), low

investment cost and possibility of separation the algae biomass. The potential of algae

biomass about the biofuel production has opened numerous investigations. However the

effluent of this process is depurated water which has an intensive green color, given for

algae presence, this characteristic does not allow to return this water to the receiving

environment

The target we can achieve in this research is to find a removing algae mass

method from the effluent of a high rate algae pond. For this, we made different settling

tests with waste water, in which we added different coagulants. Through the Jar-Test

and settling column test we studied the algae mass settling behavior after a previous

process of coagulation and flocculation to both employed coagulants: Tanfloc and

Ecotang. These tests have studied the percentage of algae mass removal achieved by

each of the coagulants and indirectly had Settling Velocities obtained in each test, being

this the main parameter for dimensioning a sedimentation tank .

Finally, in response to these Settling test to an ideal concept in static conditions,

conditions that cannot be given in the sedimentation tank of a conventional waste water

treatment plant we sought in the technical literature some method that would allow us to

recreate a more true conditions in which works a sedimentation tank.

In the last phase of this study we have made a mounting of an elutriation

apparatus which recreates more accurately the conditions present in a sedimentation

tank. Using this device we have obtained the distribution of settling velocities of

particles in the sludge of a waste water treatment plant.

Key words: algae mass removing, Jar-Test, settling column test, elutriation apparatus

http://www.google.es/search?hl=es&tbo=d&biw=1192&bih=565&tbm=isch&spell=1&q=sedimentation+tank&sa=X&ei=P1PPUMCvI6aK0AW_3oGAAQ&ved=0CFUQvwUoAA

IV

INDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

Figura 1.1 Diagrama de las interacciones que tienen lugar en una laguna de alta carga . 1

CAPÍTULO 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

Figura 2.1 Fuerzas actuantes en una partícula ................................................................ 10

Figura 2.2 Correlación ente el coeficiente de fricción para partículas esféricas y el

número de Reynolds (Fuente: R.S. Ramalho, 1983) ...................................................... 11

Figura 2.3 Decantador ideal de flujo horizontal (Fuente: R.S. Ramalho, 1983) ............ 14

Figura 2.4 Dimensiones de la columna de sedimentación estática................................. 16

Figura 2.5 Decantación por sedimentación floculenta (Fuente: García, 2011) .............. 17

Figura 2.6 Neutralización de la carga superficial de lo coloides, mediante la adición de

cationes polivalentes (Fuente: García, 2011) ................................................................. 18

CAPÍTULO 3. MATERIALES Y MÉTODOS

Figura 3.1 Línea de tratamiento de depuración mediante lagunas de alta ...................... 21

Figura 3.2 Vista general de la planta de tratamiento ...................................................... 21

Figura 3.3 Vistas y dimensiones de las lagunas de alta carga ....................................... 23

Figura 3.4 Test de floculación (JAR-TEST) .................................................................. 26

Figura 3.5 Aparato para la realización del ensayo Jar-Test ............................................ 27

Figura 3.6 Variación de la turbiedad en función de la dosis de coagulante, (Fuente:

García, Curso 2011 - 2012) ............................................................................................ 28

Figura 3.7 Dimensiones de la columna de sedimentación estática................................. 29

Figura 3.8 Columna de sedimentación estática .............................................................. 29

Figura 3.9 Gráfica de la disminución de la turbiedad ..................................................... 33

Figura 3.10 Gráfico de sedimentación ............................................................................ 33

Figura 3.11 Vistas general del aparato de sedimentación dinámica ............................... 37

Figura 3.12 Vistas general de los cilindros del aparato de sedimentación dinámica ..... 38

Figura 3.13 Vistas general del reactor de mezcla completa del aparato de sedimentación

dinámica ......................................................................................................................... 38

V

CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Figura 4.1 Gráfica de la disminución de la turbiedad sin coagulante ............................. 42

Figura 4.2. Gráfico de sedimentación sin coagulante ..................................................... 43

Figura 4.3 Gráfica de resultados del ensayo del Jar-Test realizado con Tanfloc ........... 45

Figura 4.4 Gráfica de resultados del ensayo del Jar-Test realizado con Ecotan ............ 46

Figura 4.5 Resultados del ensayo del Jar-Test con Tanfloc ........................................... 48

Figura 4.6 Gráfica de la disminución de la turbiedad con Tanfloc ................................ 49

Figura 4.7. Gráfico de sedimentación con Tanfloc ........................................................ 49

Figura 4.8 Resultados del ensayo del Jar-Test con Ecotan............................................. 51

Figura 4.9 Gráfica de la disminución de la turbiedad con Ecotan .................................. 52

Figura 4.10. Gráfico de sedimentación con Ecotan ........................................................ 53

Figura 4.11. Gráfico de sedimentación Distribución de las partículas en función de las

velocidades de sedimentación ........................................................................................ 57

VI

INDICE DE TABLAS


Tabla 2.1 Efecto del tamaño en la sedimentación ......................................................................... 4

Tabla 2.2 Determinación del coeficiente CD ............................................................................... 11


Tabla 3.1 Características del Tanfloc .......................................................................................... 25

Tabla 3.2 Características del Ecotan ........................................................................................... 25

Tabla 3.3 Intervalo de toma de muestras del ensayo ................................................................... 30

Tabla 3.4 Resultados del ensayo de sedimentación en columna ................................................. 31

Tabla 3.5 Eliminación de la turbiedad muestreada en la válvula nº 7 ......................................... 32

Tabla 3.6 Datos bases para la realización del gráfico 3.14 ......................................................... 34

Tabla 3.7 Velocidad de sedimentación obtenida en la válvula nº7 ............................................. 35

Tabla 3.8 Porcentaje de eliminación de la turbiedad en función del tiempo ............................... 35

Tabla 3.9 Características del ensayo ........................................................................................... 40


Tabla 4.1 Cuadro de resultados del ensayo de columna sin coagulante ...................................... 42

Tabla 4.2 Distribución de las velocidades de sedimentación sin coagulante .............................. 43

Tabla 4.3 Cuadro de resultados del ensayo del Jar-Test realizado con Tanfloc .......................... 45

Tabla 4.4 Cuadro de resultados del ensayo del Jar-Test realizado con Ecotan ........................... 46

Tabla 4.5 Determinación de la dosis óptima de Tanfloc ............................................................. 47

Tabla 4.6 Cuadro de resultados del ensayo de columna con Tanfloc ......................................... 48

Tabla 4.7 Distribución de las velocidades de sedimentación con Tanfloc .................................. 50

Tabla 4.8 Determinación de la dosis óptima de coagulante con Ecotan ..................................... 51

Tabla 4.9 Cuadro de resultados del ensayo de columna con Ecotan ........................................... 52

Tabla 4.10 Distribución de las velocidades de sedimentación con Ecotan ................................. 54

Tabla 4.11 Resultado del ensayo de sólidos totales del primer ensayo de sedimentación

dinámica ...................................................................................................................................... 55

Tabla 4.12 Resultado del ensayo de sólidos totales del segundo ensayo de sedimentación

dinámica ...................................................................................................................................... 56

Tabla 4.13 Tasa de recuperación de los ensayos de sedimentación dinámica ............................ 56

Tabla 4.14 Distribución de las partículas en función de las velocidades de sedimentación ...... 57

VII

INDICE

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ......................................... 1

1. Introducción: .......................................................................................................... 1

2. Objetivos: .............................................................................................................. 3

CAPÍTULO 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA.................................................. 4

2.1 Conceptos Generales: ............................................................................................. 4

2.2 Tipos de sedimentación: ......................................................................................... 5

2.3 Sedimentación discreta o Tipo I: ........................................................................... 6

2.3.1 Determinación General de resistencia: ....................................................... 6

2.3.2 Velocidad de Sedimentación: ..................................................................... 9

2.3.3 Teoría clásica de la sedimentación: .......................................................... 13

2.4 Sedimentación floculenta o Tipo 2 ...................................................................... 16

2.5 Coagulación-floculación: ...................................................................................... 18

CAPÍTULO 3. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................. 20

3.1 Descripción de la planta de lagunaje experimental: ............................................ 20

3.2 Metodología de los ensayos: ................................................................................ 24

3.3 Ensayo de Jar-Test: .............................................................................................. 26

3.4 Ensayo de sedimentación en columna: ................................................................ 29

3.4.1 Realización de gráficos de resultados: ........................................................... 30

3.5 Ensayo de sedimentación dinámica: ..................................................................... 36

CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................... 41

4.1 Ensayos de sedimentación en columna: ............................................................... 41

4.1.1 Ensayo de sedimentación en columna sin coagulante: ............................. 41

4.1.2 Ensayo de sedimentación en columna con coagulante: ............................ 44

4.2 Ensayos de sedimentación dinámica: .................................................................. 55

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES ........................................................................... 58

CAPÍTULO 6. BIBLIOGRAFIA.............................................................................. 60

VIII

CAPÍTULO 7. ANEJOS ................................................................................................ 62

7.1 Comparación del comportamiento de los coagulantes: ....................................... 62

7.2 Ensayo de sedimentación en columna con Tanfloc ............................................. 72

7.3 Ensayo de sedimentación en columna con Ecotang ............................................ 99

Estudios de concentración y separación de la biomasa algal producida en lagunas de alta carga

1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

1. Introducción:

El proceso de depuración del agua residual mediante cultivos de microalgas se lleva

estudiando dese la década de los sesenta, cuando el científico norte americano William

J. Oswald empezó a diseñar sistemas de depuración que aprovechaban las relaciones

simbióticas entre algas y bacterias en lagunas de alta carga. El agua se depura por

acción de las bacterias que degradan la materia orgánica, en este proceso se desprende

dióxido de carbono. Mediante la fotosíntesis las algas transforman este dióxido carbono

en oxigeno (y en un aumento de la biomasa algal), necesario para la degradación de los

compuestos orgánicos que realizan las bacterias. Aun así el efluente resultante de este

proceso, es un agua depurada que conserva una fuerte coloración verde, debido a la

presencia de las microalgas, que no hace viable el retorno de esta agua al medio

receptor.

Este inconveniente se podría resolver con técnicas de separación de la masa algal

mediante procesos fisicoquímicos o mecánicos, procesos no estudiados hasta la fecha

debido a su baja rentabilidad. A día de hoy este punto de vista ha cambiado

radicalmente ya que las microalgas han pasado de ser vista como un subproducto o

residuo de la depuración a convertirse en un producto para la generación de

biocombustible.

En los últimos años ha aparecido un interés creciente en investigar la potencialidad de

producir biocombustibles a partir de microalgas. El elevado contenido en lípidos de

éstas las convierte en una alternativa a los cultivos energéticos terrestres para la

producción de biodiesel, salvando los obstáculos de la competencia con los alimentos

por el terreno cultivable. Los cultivos de microalgas pueden producir una cantidad de

aceites por hectárea 20 veces superior a la de los cultivos oleaginosos como la soja.

La producción de biocombustibles a partir de microalgas se encuentra en una fase de

investigación inicial, siendo todavía relativamente escasos los estudios realizados. Aun

así, la información disponible deja entrever que su cultivo en fotobiorreactores para la

obtención de biocombustible presenta una serie de exigencias y requisitos que podrían

limitar su implantación a escala industrial. Por ejemplo, se estima que el coste de

Figura 1.1 Diagrama de las interacciones que tienen lugar en una laguna de alta carga


2

producción de este biodiesel debe reducirse unas 10 veces para poder competir con el

precio del petróleo (100$ por barril). Como se ha comentado antes, la alternativa que

permitiría reducir estos costes, sería el cultivo de las microalgas en aguas residuales

ricas en nutrientes. Desde el punto de vista de la depuración, la biomasa algal sería un

subproducto del proceso de depuración. La idea sería realizar la depuración de las aguas

residuales (obligatorio según la legislación vigente) mediante cultivos de microalgas y

aprovechar energéticamente la biomasa producida.

Tanto el conocimiento como la infraestructura existente para el tratamiento de aguas

residuales se identifican como dos elementos claves para eludir las barreras asociadas a

los costes y la escalabilidad de los sistemas de producción de microalgas.


3

2. Objetivos:

La presente tesina se enmarca en el proyecto “Bioalgas: producción de biogás a partir de

biomasa algal procedente de lagunas de alta carga para la depuración de aguas

residuales” llevado a cabo por el Grup d’Enginyeria Microbiología Ambiental

(GEMMA) del Departament d’Enginyeria Hidráulica, Marítima y Ambiental (DEHMA)

de la UPC, y financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación.

Ésta es una línea de investigación abierta en el grupo que versa sobre el tratamiento de

aguas mediante cultivos de algas y aprovechamiento energético de la biomasa

producida. El principal objetivo de este proyecto es la utilización de esta biomasa con

fines energéticos, y en particular, para generar biocombustibles. A este punto final se

llega a través de la valorización de la biomasa y tras varios procesos físico-químicos de

ésta.

El objetivo general que se pretende alcanzar en la presenta tesina es el estudio de la

separación de la masa algal mediante procesos físico-químicos con la adición de dos

coagulantes comerciales. Se estudiarán los resultados obtenidos con los dos coagulantes

en distintos ensayos, para caracterizar el proceso de separación de la masa algal en cada

uno de los casos estudiados. Cabe destacar que estos procesos de separación son el

primer paso en el campo de investigación que actualmente está en el punto de mira de

muchos países, como paso previo a la obtención de biocombustibles. El objetivo último

de esta tesina es ser una referencia en el cálculo y dimensionamiento de los

decantadores donde separar la biomasa del agua clarificada.

Los objetivos específicos se concretan en:

1. Evaluar mediante ensayos de Jar-Test la concentración óptima de cada uno de

los coagulantes, que produce una turbiedad mínima en el agua residual

estudiada.

2. Obtener las curvas de sedimentación de cada uno de los coagulantes ensayados,

mediante ensayos de sedimentación en columna

3. Montaje del aparato para poder realiza ensayos de sedimentación dinámica

4. Determinación de la distribución de las velocidades de sedimentación de las

partículas presentes en un fango de depuradora mediante ensayos de

sedimentación dinámica, para comprobar la eficacia del aparato de

sedimentación, construido a tal efecto.


4


2.1 Conceptos Generales:

Se entiende por sedimentación aquellos fenómenos mediante los cuales los sólidos en

suspensión cuyo peso específico es mayor que el del fluido que los contiene son

separados del mismo, debido al efecto de la gravedad.

Los sólidos en suspensión pueden encontrarse en las aguas según tres estados de

suspensión en función del diámetro. Éstos son:

a) Partículas con diámetros de 10-3

cm.

b) Coloides con diámetros comprendidos ente 10-3

y 10-6

cm.

c) Sólidos disueltos con diámetros aún menores a 10-6

cm.

Estos tres estados de dispersión dan lugar a tres procedimientos distintos para eliminar

las impurezas:

1. El primero destinado a eliminar las de diámetros mayores de 10-3

cm. Este

proceso se denomina sedimentación discreta o Tipo I

2. El segundo implica la aglutinación de los coloides mediante la adición de

energía en el medio con el fin de formar flóculos que pueda sedimentar. Este

proceso se denomina sedimentación floculenta o Tipo II

3. El tercer proceso esencialmente consiste en transformar en insolubles los

compuestos solubles, aglutinarlos para formar flóculos y permitir así la

sedimentación.

A continuación en el siguiente cuadro se presenta a título ilustrativo los valores de la

velocidad de sedimentación correspondiente a partículas de peso específico 2,65 kg/dm3

y a una temperatura del agua de 10ºC, teniendo en cuenta distintos diámetros y los

tiempos necesarios para sedimentar 0,3 m.

Diámetro (mm) Clasificación Velocidad de

sedimentación (mm/s)

Tiempo para sedimentar en 0,3

metros

10 Grava 1000 0,3 segundos

1 Grava 100 3 segundos

0,1 Arena gruesa 8 38 segundos

0,01 Arena fina 0,154 33 minutos

0,001 Bacterias 0,00154 35 horas

0,001 Coloides 0,0000154 230 días

0,0001 Coloides 0,000000154 63 años

Tabla 2.1 Efecto del tamaño en la sedimentación


5

En un rápido análisis del cuadro se deduce:

- Las bacterias y coloides no sedimentan.

- Es necesario establecer un tiempo límite para la sedimentación, de lo contrario

implicaría el diseño de tanques de sedimentación incompatibles con las

posibilidades económicas y físicas de los proyectos.

2.2 Tipos de sedimentación:

Los sólidos pueden estar presentes en el agua como ocurre naturalmente, como es el

caso del limo o la arena, o en forma modifica de su estado natural, como resultado

posterior de su uso en una actividad humana. Sea cual fuere el origen de las partículas,

si son más densas que el agua es mayor su probabilidad de sedimentación, dando como

resultado un fluido clarificado, y en el fondo de los tanques una suspensión más

concentrada que se considera ha sido separada del mismo. En función de la

concentración y de la tendencia de las partículas, se puede producir cuatro tipos de

sedimentación.

SEDIMENTACIÓN DE PARTICULAS DISCRETAS (TIPO 1):

Se refiere a la sedimentación de partículas en una suspensión con baja concentración de

sólidos. Las partículas sedimentan como entidades individuales y no existe interacción

sustancial con las partículas vecinas. En este caso, las propiedades físicas de las

partículas (tamaño, forma, peso específico) no cambian durante el proceso. La

deposición de arenas en los desarenadores es un ejemplo típico de sedimentación

discreta.

SEDIMENTACIÓN DE PARTICULAS FLOCULENTAS (TIPO 2):

Se refiere a una suspensión bastante diluida de partículas que se agregan, o floculan,

durante el proceso de sedimentación. Al unirse, las partículas aumentan de masa y

sedimentan a mayor velocidad. En este tipo de sedimentación, la densidad como el

volumen de las partículas cambian a medida que ellas se adhieren unas a otras mediante

el mecanismo de la floculación y la precipitación química.

SEDIMENTACIÓN ZONAL O RETARDADA (TIPO 3):

En los sistemas que contienen elevadas concentraciones de sólidos, además de la

sedimentación discreta y de la sedimentación floculenta, también suelen darse otras

formas de sedimentación, como la sedimentación zonal y la sedimentación por

compresión. La sedimentación por zonas se presenta en clarificadores con lodos

coagulados químicamente, o activos con concentraciones que exceden los 500 mg/l.

SEDIMENTACIÓN POR COMPRESIÓN (TIPO 4):

Se refieres a la sedimentación en la que las partículas están concentradas de tal manera

que se forma una estructura, y la sedimentación sólo puede tener lugar como


6

consecuencia de la compresión de esta estructura. La compresión se produce por el peso

de las partículas, que se van añadiendo constantemente a la estructura por

sedimentación desde el líquido sobrenadante.

2.3 Sedimentación discreta o Tipo I:

2.3.1 Determinación General de resistencia:

En este apartado se determinará la intensidad de la fuerza resistente que se produce

cuando un cuerpo con un contorno dado es obligado a desplazarse en un fluido en

reposo.

La expresión que tendrá validez general y puede ser aplicada para evaluar tanto la

resistencia al avance de una nave submarina, la de un avión o la resistencia opuesta a la

decantación de una partícula en un líquido en reposo. A pesar de lo distintos que pueden

parecer estos problemas es fácil de comprender que esencialmente constituyen un

fenómeno físico similar.

El interés fundamental es determinar la fuerza resistente que habrá de oponerse al

desplazamiento vertical de una partícula discreta (motivado éste por acción de la

gravedad) en el seno de un líquido, que en nuestro caso será invariablemente agua y

cuyo peso específico ha de ser obviamente menor que el de la partícula. Para todo este

proceso se considera que la partícula es "discreta", es decir que no cambia su tamaño,

forma (la cual suponemos esférica), peso ni individualidad.

La experiencia demuestra que el módulo de la fuerza de resistencia que se propone

evaluar responde a la siguiente ecuación:

( ) (1)

Dónde:

- Vs es la velocidad de sedimentación de la partícula.

- L es una longitud característica, en nuestro caso el diámetro (Dp) de la partícula.

- Ω es una área característica y en nuestro caso es el área que se obtiene de un

corte de la partícula con un plano que contenga su baricentro

(2)

- ρ es la masa específica de la partícula.

- μ es la viscosidad dinámica del líquido.

Para encontrar la ecuación que vincula las distintas variables que intervienen se utilizará

un "Análisis Dimensional" utilizando el método de RALEIGH, basado en el principio

de homogeneidad de las dimensiones de las ecuaciones. Este concepto proporciona un

método para la determinación de la estructura de ecuaciones físicas a partir de las

variables implicadas en un fenómeno en estudio y sus dimensiones.


7

La experiencia del investigador, plasmada en un íntimo conocimiento de las

características físicas del fenómeno en estudio, es la que indica en cada caso las

variables a considerar. Es importante destacar que aunque la homogeneidad dimensional

es condición necesaria para que la ecuación tenga validez, no por ello cualquier

ecuación homogénea es forzosamente correcta. Existen muchas formas empíricas no

homogéneas desde el punto de vista dimensional que reflejan con exactitud datos

experimentales correspondientes a un caso dado y a un sistema particular de unidades

que delimita el campo de aplicación de la expresión.

De acuerdo al método adoptado, la ecuación (1) puede escribirse de la siguiente forma:

(3)

Donde k, m, n y s son exponentes a determinar por el análisis dimensional y C un

coeficiente de proporcionalidad a evaluar experimentalmente.

Si se consideran como dimensiones fundamentales a la masa (M), la longitud (L) y el

tiempo (T) y tenemos en cuenta que dimensionalmente:

La fuerza es:

[ ] [ ] El área es:

[ ] [ ] El cociente:

[

] [

] [ ]

La velocidad es:

[ ] [ ]

La masa específica es:

[ ] [ ]

La viscosidad es:

Por lo que:

Que dimensionalmente resulta:

[

] [

] [ ]

Como que la ecuación (3) debe ser necesariamente homogénea desde el punto de vista

dimensional tendremos:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]


8

O, lo que es lo mismo:

[ ] [ ] [ ] [ ] (4)

Como que el primer miembro ha de ser dimensionalmente igual al segundo,

obtendremos el siguiente sistema de ecuaciones:

( ) ( )

( )

Despejando las incógnitas para ponerlas en función de S tendremos:

De la (5.1): De la (5.3):

Reemplazando estos valores de n y k en la (5.2):

( ) ( ) Por lo que:

Por lo que, resumiendo:

Reemplazando en la ecuación (3):

Mutiplicando y dividiendo por 2 el segundo miembro y operando, resulta:

(

)

(6)

Como en este caso, se ha considerado como valor de la longitud característica el

diámetro de la partícula, la erxpresion (6) resulta:

(

)

(7)

El término entre paréntesis es el número de Reynolds calculado con el diámetro de la

partícula, la velocidad de sedimentación, la masa específica de la misma y la viscosidad

del líquido, por lo que la expresión (7) puede escribirse:


9

( )

Realizando:

( )

Se obtendrá finalmente:

En la que Cd, en función del número de Reynolds, deberá determinarse

experimentalmente. Las investigaciones realizadas para evaluar el valor de Cd llevaron a

las siguientes conclusiones:

Para Re > 2 x 103

Cd = 0.4

Para 0.5 > Re > 2 x 103

Cd responde a la ecuación empírica:

Para Re > 0.5

Cd responde a la ecuación empírica:

2.3.2 Velocidad de Sedimentación:

El fundamento para la sedimentación de partículas discretas es la ley de Newton, que se

basa en la suposición de que las partículas son esféricas con diámetros homogéneos.

Cuando una partícula sedimenta, va acelerándose hasta que las fuerzas que provocan la

sedimentación, en particular el peso efectivo de la partícula, se equilibran con las

resistencias o fuerzas de fricción ofrecidas por el líquido. Cuando se llega a este

equilibrio, la partícula alcanza una velocidad de sedimentación constante, denominada

velocidad final de sedimentación de la partícula (1).

Si se considera que la partícula siguiente ha alcanzado su velocidad final, puede

escribirse el equilibrio de fuerzas correspondiente. La fuerza que provoca la

sedimentación, en este caso el peso específico de la partícula, es la diferencia entre su

peso y el empuje hidrostático:

( ) (8)

(1) Esto se puede ver a través de la segunda ley de Newton; fuerza = masa x aceleración. En este caso la aceleración

cero corresponde a una fuerza nula, por lo tanto a un equilibrio de fuerzas.


10

Donde FS es el peso específico de la partícula; es la densidad de la partícula; es la

densidad del líquido; g es la aceleración de la gravedad; y el volumen de la partícula

(

) y Dp es el diámetro de la partícula esférica.

La fuerza de resistencia que trata de impedir la sedimentación es:

(

) (9)

Donde es la fuerza de resistencia; es el coeficiente de fricción; es el área

proyectada por la partícula

; y V es la velocidad relativa entre la partícula y el

fluido. Para las condiciones que definen la velocidad final de sedimentación ,

con lo cual las ecuaciones (8) y (9) dan:

( ) (

) (10)

Considerando V = Vs = velocidad de sedimentación y sustituyendo

,

, y resolviendo esta ecuación para la velocidad final:

*

(

)

+

(11)

Para las partículas esféricas, el coeficiente de fricción está relacionado con el

número de Reynolds definido por la ecuación (3.4):

( )

Figura 2.1 Fuerzas actuantes en una partícula


11

Donde es el diámetro de la esfera, la velocidad final (velocidad de

sedimentación), y y la densidad y viscosidad del líquido. Esta relación es la

mostrada en la siguiente figura siguiente (2):

F

En general, para el coeficiente se puede obtener una aproximación por la fórmula:

( )

En la cual los coeficiente b y n para las distintas regiones de la figura anterior son los

indicados en el cuadro siguiente. La relación aproximada entre y viene dada por

las siguientes ecuaciones escritas en forma logarítmica para las tres regiones indicada en

la figura anterior.

Coeficiente CD

Zona b n CD = b/NRn

Ley de Stokes NR<2

24 1 CD = 24/NR

Transición 2<NR<500

18,5 0,6 CD = 18,5/N0,6 R

Newton NR>500

0,4 0 CD = 0,4

(2) (2) Para partículas no esféricas puede emplearse la Figura 2.2, sin más que considerar que cada curva corresponde a

un valor específico definido como esfericidad (la esfericidad es el cociente entre el área superficial de una esfera que

tenga el mismo volumen que la partícula y el área superficial de dicha partícula)

Figura 2.2 Correlación ente el coeficiente de fricción para partículas esféricas y el número

de Reynolds (Fuente: R.S. Ramalho, 1983)

Tabla 2.2 Determinación del coeficiente CD


12

Zona de Stokes:

Zona de transición:

Zona de Newton:

Así pues la curva de la figura a.2 (gráfica relación CD y ) puede ser remplazada

aproximadamente por tres trazos de línea recta con pendiente negativa con pendiente

respectivamente de -1,-0.6, 0.0.

Muchos problemas de sedimentación en los tratamientos de aguas residuales se

presentan en la zona de Stockes.

Sustituyendo

en la ecuación (11) y simplificando, se obtiene la Ley

de Stokes:

(

)

( )


13

2.3.3 Teoría clásica de la sedimentación:

En la práctica la sedimentación se realiza en tanques por los cuales circula el caudal de

diseño de la planta alejándonos de la hipótesis de líquido en reposo. No obstante, a fin

de acercarnos a la idealización enunciada anteriormente, se proyectan las unidades con

velocidades de circulación lo suficientemente reducidas.

Consideramos además que las partículas son trasladadas horizontalmente con la misma

velocidad de circulación del agua por el tanque, lo que implica que no existe fricción en

el sentido horizontal, hipótesis simplificativa que permite obtener un esquema simple de

cálculo y que como podrá observarse implica un pequeño sobredimensionado, porque es

fácil de inferir que el efecto de "freno" no es considerado y la longitud de la estructura

de la sedimentación resultará imperceptiblemente más larga que la teórica.

Cuando se estudie el diseño de las estructuras de sedimentación se tendrán en cuenta

factores distorsionantes del modelo planteado. En efecto, los fenómenos de

"cortocircuito", "velocidad de arrastre", "variación de densidad del flóculo", etc. que se

deberán tener en cuenta, constituyen problemas de proyecto mucho más difíciles de

resolver. Continuando con el desarrollo de la teoría básica de la sedimentación

supondremos además lo siguiente:

a) El escurrimiento en el tanque es uniforme y con la velocidad más baja que

permita el coste de la obra.

El tiempo de permanencia de las partículas será entonces:

( )

Donde es el tiempo de permanencia, el volumen del tanque y Q el caudal de

diseño.

b) La concentración de partículas de cada tamaño es la misma en todos los puntos

de la sección de entrada.

c) Todas las partículas son discretas y sedimentan sin interferencias con una

velocidad de sedimentación dada por la expresión (14).

d) Una vez que las partículas llegan al fondo quedan eliminadas del agua que

discurre por el tanque de sedimentación.

A nivel de esquema se representa en la Figura 2.3 un corte de una estructura de

sedimentación, en la que podemos distinguir cuatro partes bien definidas:


14

- Zona de entrada: Tiene como misión lograr la mejor uniformidad de las líneas de

corriente.

- Zona de sedimentación: Donde el régimen es uniforme y tiene lugar el fenómeno

en estudio.

- Zona de sedimentos: Se considera que las partículas decantadas en el proceso

quedan retenidas.

- Zona de salida: Se encauza el líquido clarificado hacia ella o hacia otros canales

que lo conducen a otras unidades de la planta.

Las partículas recorrerán en la zona de sedimentación trayectorias tales como la 1 y la 2

de la Figura 2.3, debido a las componentes (horizontal) y (vertical) de la

velocidad. Como es obviamente constante para todas las partículas y lo es también

para una temperatura dada para cada partícula, es fácil deducir que las trayectorias serán

rectas de pendiente variable con las características de cada partícula. Del análisis del

esquema se desprende que si una partícula entra a nivel del líquido en el tanque y tiene

una tal que produzca una trayectoria como la (1), quedará eliminada del agua.

Por otra parte, todas las partículas cuya sea mayor o igual que la velocidad de

sedimentación serán igualmente eliminadas puesto que han de sedimentar en un tiempo

menor que el de permanencia permitido por la ecuación (15).

De la Figura 2.3 es fácil interpretar que la permanencia ha de ser también:

( )

Figura 2.3 Decantador ideal de flujo horizontal (Fuente: R.S. Ramalho, 1983)


15

Por otra parte el volumen

Si igualamos (15) y (16)

Remplazando el valor de

Por lo que:

( )

La expresión (17) sintetiza el concepto de "carga hidráulica superficial", el cual nos

indica la velocidad de sedimentación teórica a partir de la cual las partículas serán

decantadas en el decantador

Es importante observar que la expresión (17) nos indica que la capacidad de sedimentar

de un tanque es independiente de su profundidad y del período de permanencia de la

partícula. Las partículas de igual densidad pero de diámetro menor que el de la partícula

que determina la trayectoria (1) de la Figura 2.3, serán eliminadas por el tanque de

sedimentación si ingresan en él con una altura igual o menor a h, cuyo valor se puede

deducir, considerando el tiempo de permanencia y su velocidad de sedimentación de la

forma siguiente:

( )

La expresión (18) representa la pendiente de la trayectoria (2) de la Figura 2.3 de

referencia e indica la altura máxima de entrada para que una partícula con menor que

, pueda ser eliminada.

Consecuentemente, la eficiencia de la estructura con respecto a la remoción de

partículas de esa característica será evidentemente proporcional al cociente .

La semejanza de triángulos permite escribir:

( )

Y recordando el concepto de carga superficial dado por la expresión (17), se obtiene:

( )


16

En consecuencia, definimos como "eficiencia de un tanque de sedimentación" al valor

dado por la expresión (20) pero expresado en porcentuales.

Es de hacer notar que así definida resulta independiente de la profundidad del tanque y

de la permanencia del agua en el mismo, siendo válidas para la eficiencia las

observaciones que se hicieran cuando estudiamos el concepto de carga superficial.

2.4 Sedimentación floculenta o Tipo 2

La sedimentación con floculación tiene lugar cuando la velocidad de sedimentación de

las partículas aumenta, debido a efectos de coalescencia con otras partículas. Las

trayectorias de sedimentación de las partículas tienen forma curva, en lugar de las líneas

rectas que se producen en la sedimentación de partículas discretas.

Los criterios de diseño para sistemas en los que se hace una sedimentación con

floculación se establecen a través de ensayos de sedimentación en laboratorio ante la

imposibilidad de establecer ecuaciones físicas. El ensayo típico es el de columna de

sedimentación, tal como se muestra en la figura siguiente:

Figura 2.4 Dimensiones de la columna de sedimentación estática (Fuente: R.S. Ramalho, 1983)


17

En bajas concentraciones de partículas, éstas sedimentan o decantan libremente, en

cambio con alta concentración de partículas floculentas (superiores a 500 mg/l), las

partículas se encuentran a distancias tan reducidas unas de otras, que se adhieren entre sí

y sedimentan masivamente creándose una clara superficie de separación entre los

flóculos y el líquido sobrenadante, dando origen al fenómeno de sedimentación

conocido como decantación interferida o zonal.

Klynch establece la hipótesis fundamental para la sedimentación zonal en la cual la

velocidad de sedimentación de una partícula depende principalmente de la

concentración de las partículas.

Al llenar una columna de sedimentación de diámetro y altura adecuados con una

suspensión floculenta de elevada concentración, se tiene inicialmente una concentración

uniforme en toda la altura de la columna.

Zona A-B: La superficie de separación esta muy definida, siendo esta fase de

coalescencia de los flóculos seguida de una zona muy pequeña de decantación

libre (en la mayoría de caos esta primera zona no se produce). Esta zona se

denomina región de sedimentación de tipo I.

Zona B-C: En esta zona la velocidad de sedimentación tiene una pendiente

rectilínea, correspondiente a una velocidad constante definida únicamente por el

tipo de floculación y la concentración de las partículas, al incrementarse la

concentración inicial de las partículas disminuye la velocidad; a esta zona se la

denomina región de sedimentación de tipo II.

Zona C-D: En esta zona se produce la disminución progresiva de la velocidad de

sedimentación y se denomina región de sedimentación zonal.

Zona D-E: En esta zona los flóculos se tocan y ejercen presión sobre las capas

inferiores, esta recibe el nombre de región de compresión.

Figura 2.5 Decantación por sedimentación floculenta (Fuente: García, 2011)


18

2.5 Coagulación-floculación:

Las aguas potables o residuales contienen sólidos en suspensión que pueden sedimentar

en reposo o sólidos dispersos que no sedimentan. La mayoría de los sólidos que no

sedimentan son coloides, ya que estos se encuentran estabilizados por una serie de

cargas del mismo signo en su superficie, con lo cual existen fuerzas de repulsión entre

las partículas que impiden su colisión y la formación de flóculos. Los coloides se

pueden clasificar en liófilos, los cuales indefiniblemente se encentran estable como las

micelas, las proteínas y otros; y liofobos los cuales pueden coagular como los limos,

óxidos de metal, microorganismos y la mayoría de las partículas presentes en el agua.

Los procesos de coagulación y floculación se basan en la desestabilización de los

coloides de un medio acuoso y la formación de flóculos, mediante la adición de

sustancias químicas y de un sistema de agitación. Normalmente se utilizan

indiferentemente los términos “coagulación” y “floculación” para describir el proceso

de agregación de las partículas mediante la adición de sustancias químicas, pero aunque

muchas veces se producen de forma simultánea, son procesos totalmente diferentes.

El proceso de coagulación consiste en desestabilizar los coloides reduciendo o

eliminando las fuerzas de repulsión entre las partículas para que puedan forma entes de

mayor entidad, también llamados flóculos gracias a los coagulantes. La coagulación

elimina la doble capa eléctrica que rodea a las partículas coloidales y se forman núcleos

microscopios. Es un proceso rápido, por tanto la dispersión del coagulante una vez

añadido en el agua ha de ser inmediato.

Por el contrario el proceso de floculación consiste en la unión de pequeños flóculos o

microflóculos desestabilizados mediante la adición de polímeros llamados floculantes o

ayudantes de la floculación. Estos son los encargados de crear puentes entre los flóculos

formados, favoreciendo su crecimiento. La floculación también consigue crear flóculos

de mayor entidad sin necesidad de los floculante como resultado introducción de

energía en el medo acuosos (agitación del agua, previamente coagulada) ocasionando de

esta forma múltiples colisiones de las partículas eléctricamente neutras. Estas colisiones

vienen causadas por tres mecanismos: el movimiento browniano de la masa de agua, la

sedimentación de las partículas y la velocidad con la que se agita el fluido. Cuando se

Figura 2.6 Neutralización de la carga superficial de lo coloides, mediante la adición de cationes

polivalentes (Fuente: García, 2011)


19

aproximan dos partículas con la misma carga, sus capas eléctricas interactúan y generan

fuerzas de repulsión, proporcionales a la distancia que las separa. Si se añaden iones de

carga opuesta a la de las partículas, se disminuirán, las fuerzas de repulsión y también se

reduce la distancia de separación entre ellas.

En la Figura 2.7 se muestra como los coagulante reducen las cargas eléctricas

superficiales de los coloides permitiendo la aglomeración y formación de pequeños

flóculos que se van juntando y formando flóculos de mayor tamaño capaces de

sedimentar. Los ayudantes de la floculación o floculantes permiten aumentar el tamaño

de los flóculos ya formados, con los que se reduce el tiempo de sedimentación.

Los coagulantes existentes se pueden clasificar en:

- Coagulantes inorgánicos: Los más importantes son los derivados de aluminio y

Hierro (III).

- Coagulantes orgánicos: Los coagulantes orgánicos tienen una fuerte tendencia a

quedar absorbidos en la superficie de las partículas en suspensión, pudiendo ser

estos polímeros orgánicos naturales o polieléctrolitos sintéticos.

En las lagunas de alta carga algal, las microalgas pueden formar flóculos sin necesidad

de adición del coagulante, debido a la agitación constante del líquido de mezcla, a las

condiciones químicas causadas por el pH elevado y por las interacciones biológicas

(García 1998). Estos flóculos permiten una mejor decantación de la biomasa producida

respecto a las lagunas convencionales (Oswald 1991).

La floculación natural en lagunas tiene lugar mediante dos mecanismos:

Autofloculación: Atracciones electrostáticas entre las paredes celulares como

consecuencia de la precipitación de los ortofosfatos y carbonatos de calcio y

magnesio cuando el pH es elevado (8.5-10) (Sukenik & Shelef, 1984; Lavoie &

De la Noüe, 1987).

Biofloculación: Debido a la excreción de polímeros de cadena larga, que forma

enlaces químicos (Lincoln & Koopman, 1986).

Los ensayos más habituales para coagular y flocular son los “Jar-Test”. Estos consisten

en simular el proceso de coagulación y floculación en una serie de recipientes o jarras

con un sistema de agitación que contienen muestras del agua a tratar y diferentes dosis o

diferentes tipos de coagulantes. La dosis o el tipo de coagulante adecuado será aquel del

que se obtengan unos resultados aceptables con un coste económico mínimo.

Los sólidos se pueden encontrar disueltos, en dispersión coloidal o en suspensión. En la

mayoría de las aguas se encuentran como partículas en suspensión. En un ensayo de Jar-

Test, previamente se habrán retirado los sólidos más grandes. Para unos mejores

resultados después del ensayo, es importante separa el líquido clarificado de los

flóculos, normalmente para ello se utilizan procesos de sedimentación.


20


3.1 Descripción de la planta de lagunaje experimental:

Ubicación de la planta experimental:

Para la realización de los diferentes estudios de sedimentación, se ha utilizado como

objeto de estudio el efluente procedente de dos sistemas de lagunas de alta carga que el

grupo de investigación de la sección d’Enginyería Sanitaria i Ambiental del DEHMA

(Departamento de Ingeniería Hidráulica, Marítima i Ambiental) tiene ubicada en la

azotea del edificio D1, en la Escuela Técnica de Ingeniería de Caminos Canales y

Puertos de la Universidad Politécnica de Cataluña, en Barcelona.

A continuación se detallan cada uno de los componentes de la planta, y se describe cada

etapa del proceso.

La planta experimental consta de tres fases diferenciadas:

Pretratamiento

Punto de captación y pozo de bombeo

Tanque de mezcla

Tratamiento primario

Decantadores primarios

Tratamiento secundario.

Lagunas

Decantadores secundarios


21

Pretratamiento:

Pozo de captación:

El agua residual es bombeada desde un pozo conectado a la red de alcantarillado

existente en la calle Gran Capità. En el interior del pozo se instalaron dos bombas

sumergibles. La bomba situada en la parte inferior del pozo tiene la función de devolver

a la alcantarilla los elementos que pueden quedar retenidos en el fondo del pozo y que

Figura 3.2 Vista general de la planta de tratamiento

Figura 3.1 Línea de tratamiento de depuración mediante lagunas de alta

carga


22

impiden que la bomba superior capte el agua residual y se obstruya. La bomba situada

en la parte superior del pozo es la encargada de impulsar un caudal de 2 l/s hasta una

altura de 18 metros, hacia la azotea del edificio D1.

La bomba dispone de un mecanismo triturador que tiene como función evitar que se

obstruya, en el caso que se bombee algún elemento de gran tamaño.

Tanque de mezcla:

El tanque de mezcla rompe la presión del agua que procede del pozo de bombeo,

permitiendo así ajustar mejor los caudales efluentes y homogeneizar el agua residual.

En el pretratamiento se produce un proceso de filtración, en el cual el agua residual

entra en el tanque de mezcla y atraviesa unas mallas de mayor a menor diámetro

eliminándose de esta forma los sólidos más gruesos. En el tanque el agua se remueve y

se airea mediante sistemas mecánicos, existiendo también un proceso de decantación

primario. Las arenas y fangos decantados en el fondo del tanque se extraen, así como

los aceites y grasas que se encuentran en superficie.

Tratamiento primario:

Decantadores primarios:

Los decantadores primarios están fabricados en PVC y tienen un volumen de 7 litros

cada uno, por lo que la relación entre la superficie del cada decantador primario y la

superficie de su laguna correspondiente es de 1/60. La entrada del agua se encuentra en

la parte superior del decantador a diferencia del conducto de purga, que se sitúa a una

tercera parte de la base. El efluente primario sale del decantador mediante un conducto

de salida, situado a una tercera parte de la base igual que el conducto de purga. La purga

de los decantadores se realiza periódicamente y de forma manual.

Tratamiento secundario:

Lagunas:

En esta unidad operacional es donde se lleva a cabo el tratamiento secundario. En su

interior crece un cultivo mixto de bacterias y algas, que produce la eliminación de los

nutrientes y de la materia orgánica contenidos en el afluente. Las lagunas son idénticas,

fabricadas en PVC gris y dotadas cada una de ellas de una sistema de palas formado por

6 aspas en posición radial separadas entre si 60º, que garantizan la agitación del líquido

de mezcla. Éstas son accionadas mediante un pequeño motor eléctrico, que permite

ajustar su velocidad


23

.

Figura 3.3 Vistas y dimensiones de las lagunas de alta carga


24

Decantadores secundarios:

Los decantadores secundarios tienen como función separar la biomasa del efluente

clarificado mediante la acción de la gravedad. Los dos decantadores son de geometría

cilíndrica, fabricados en PVC, con un volumen de 10 litros y una superficie de 0.0255

m2. La relación entre la superficie de los decantadores secundarios y la superficie de sus

lagunas correspondientes corresponde a 1/60. En la parte inferior del decantador se

encuentra la entrada del agua de la laguna y el conducto de purga. El efluente

clarificado sale del decantador a través de un aliviadero situado en la parte central, que

limita la altura de agua de las lagunas. Este conducto esta conectado a un tubo de

silicona que conduce a los caudalímetros.

3.2 Metodología de los ensayos:

En la realización de este estudio se ha escogido como método para evaluar la cantidad

de partículas presentes en el agua residual la turbidez de la misma. La elección de está

propiedad física del agua responde básicamente a la premisa de sencillez y rapidez de la

obtención de este dato mediante un turbidímetro (HL 93703 HANNA).

En la elaboración de esta tesina se habrá realizado la operación de medición de la

turbidez del agua casi un millar de veces, motivo por el cual se ha descartado el uso de

técnicas de laboratorio para la obtención de la cantidad de partículas presentes en el

agua. Cabe señalar que la elección de la turbidez en detrimento de las técnicas de

laboratorio, no supone ninguna modificación por lo que respeta a la validez de los

resultados. La metodología empleada en esta tesina ha sido la siguiente:

El primer paso ha consistido en la obtención de una muestra patrón, para ello se ha

realizado un primer ensayo de sedimentación estática en columna mediante un proceso

físico (sin adición de coagulantes). El objetivo de este primer ensayo es poder comparar

todos los futuros resultados obtenidos con nuestra muestra patrón

El segundo paso se ha basado en la dosificación de los dos coagulantes a utilizar. En

este estudio se ha realizado un análisis comparativo entre dos coagulantes comerciales

como son el Tanfloc y el Ecotang. Para la realización de los ensayos de Jar-test con

Tanfloc y Ecotang, se ha decidido trabajar con disoluciones de 1gr/l.

El compuesto Tanfloc es un polímero orgánico con cargas positivas, catiónico y de

origen vegetal. Este producto tiene un peso molecular bajo y no modifica el pH del

agua, ya que no consume alcalinidad del medio. Es efectivo en un amplio rango del pH

(de 4.5 a 8). Se puede encontrar en estado líquido o sólido en forma de polvo, tal y

como se ha usado para la realización de este estudio.

Sus características son:


25

TANFLOC SG

ASPECTO LIQUIDO*

POLVO FINO,

HIGROSCÓPICO

Humedad al embalar (%) -

4,5 - 6,5

Viscosidad (s. Vaso Ford Nr 4) Max. 50

No aplicable

pH (solución concentrada) 1,3 - 2,3

-

pH (sol. Aq. 10% p/v) -

1,8 - 2,7

* Solvente: exclusivamente agua

Por su parte el compuesto Ecotang es un coagulante natural de carácter catiónico que se

extrae de la corteza de la Acacia Negra (Acacia mearnsii). No consume la alcalinidad

del medio al no sufrir hidrólisis en solución, por lo que su eficacia como coagulante es

siempre óptima. No altera el pH del sistema y tiene un amplio rango efectivo de 4,5 a

9,0. Reduce o elimina el uso de agentes alcalinizantes, como hidróxido sódico o cálcico

y protege contra la corrosión de las partes metálicas, no incrementando la

conductividad. Proporciona también una rápida floculación y decantación. Pudiendo

actuar como coagulante o floculante, elimina o reduce en gran medida el consumo de

otros floculantes.

ECOTAN

ASPECTO LIQUIDO*

Humedad al embalar (%) -

Viscosidad (s. Vaso Ford Nr 4) Max. 50

pH (solución concentrada) 1,5 - 2,6

pH (sol. Aq. 10% p/v) -

La muestra que se dispone de Ecotang tiene 30g /100g y suponiendo que tiene densidad

1, el coagulante en la botella tiene una concentración de 300g/l. Para preparar una

disolución de 1g/l en un volumen total de 500 ml se debe añadir 6,6 ml de la botella

inicial. Los cálculos realizados son los siguientes:

C1·V1=C2·V2

300 gr/l·V1 = 1 gr/l·0,5l

V1 = 6,6 ml

Tabla 3.2 Características del Ecotan

Tabla 3.1 Características del Tanfloc


26

3.3 Ensayo de Jar-Test:

Se ha realizado un ensayo de Jar-Test previo a cada ensayo de sedimentación en

columna, para obtener la dosis optima de coagulante con la que trabajar posteriormente

(la dosis optima de coagulante es aquella que consigue una mayor reducción de la

turbidez en el agua con el menor uso de coagulante posible).

Este ensayo consiste en la adición de dosis crecientes de coagulante a una serie de

muestras de agua a ensayar, determinando después de un período de agitación adecuado,

las características del coágulo y algunas propiedades físicas y químicas de las muestras

tratadas, que permiten establecer las dosis óptimas de coagulante que deben añadirse al

agua para su tratamiento.

Para poder efectuar el ensayo en forma simultánea con distintas dosis de coagulante, es

conveniente emplear el aparato de ensayo, que consta de 6 agitadores de paletas de

metal, movidas sincrónicamente por un motor. La velocidad de agitación es regulable, y

los agitadores pueden subirse o bajarse a voluntad, lo que permite suspender la

agitación en cualquiera de los vasos sin modificar la de los restantes. Los vasos se

iluminan con lámparas eléctricas colocadas en la parte inferior del aparato y ocultas al

observador por medio de pantallas.

Figura 3.4 Test de floculación (JAR-TEST)


27

Técnica empleada en el ensayo de Jar-Test:

1. Se coloca en cada uno de los vasos 500 ml del agua residual a ensayar

(previamente agitada para suspender las partículas fácilmente sedimentables); se

pone en marcha el agitador a la velocidad establecida de 200 rpm y con una

pipeta o bureta, se añade a la vez a los distintos vasos dosis crecientes de la

solución de coagulación.

2. Después de un período de agitación intensa de 1 minuto, en el que se ha

homogeneizado el coagulante en toda la masa de agua, se deja flocular durante

15 minutos con una agitación de unas 35 rpm.

3. Pasados los 15 minutos de floculación se levantan las paletas agitadoras,

esperando otros 15 minutos para que se produzca la sedimentación parcial del

coágulo formado. Durante este período debe observarse las características físicas

del coágulo, así como la velocidad relativa de sedimentación en los distintos

vasos.

4. Se extrae entonces con cuidado una muestra de líquido de cada uno de los vasos

elegidos (teniendo en cuenta de no perturbar la superficie del agua), tomando el

volumen necesario para efectuar la determinación de turbiedad. Luego, debe

determinarse también el pH de la muestra.

Para determinar la dosis óptima, se elegirá aquella que proporcione la menor turbidez y

que produzca un coágulo compacto, netamente visible a simple vista, y que sedimente

con suficiente velocidad. El líquido existente entre las partículas de coágulo debe ser

limpio (un aspecto opalescente indica una coagulación defectuosa). Como requisitos

adicionales, las dosis adecuadas deben dar un color aceptablemente bajo, de acuerdo a

la naturaleza del agua natural y además conviene que el pH del agua tratada no se desvíe

demasiado del aspecto neutro (pH = 7.5-8.5).

Figura 3.5 Aparato para la realización del ensayo Jar-Test, (Fuente: García, Curso 2011 - 2012)


28

Hay que tener en cuenta que la dosis óptima de coagulante es la dosis que ofrece una

mínima turbidez con la mínima cantidad de coagulante posible, pero no la única dosis

que ofrece una turbiedad mínima.

En el gráfico anterior de la variación de la turbiedad en función de la dosis de

coagulante se pueden establecer cuatro regiones claramente diferenciadas:

- Zona de reducción de carga: Si se aumenta la dosis del coagulante, disminuye la

turbidez como consecuencia de la desestabilización de la carga superficial de los

coloides.

- Zona de dosis óptima: Mínima turbiedad. Los coloides han estado totalmente

neutralizados, característica que ha permitido la formación de flóculos de gran

consistencia que rápidamente han sedimentado

- Zona de inversión de carga: El exceso de coagulante provoca una inversión de la

polaridad de los coloides. La carga superficial de estos suele ser negativa, pero

ante un exceso de iones positivos (coagulante), éstos han pasado de un estado de

carga neutra que propicia la aparición de flóculos a una carga superficial

positiva, lo que provoca la aparición de nuevo de fuerzas de repulsión entre los

coloides por tener la misma carga superficial, efecto que hace aumentar la

turbidez.

- Zona de coagulación por barrido: Se suele dar al añadir concentraciones de

coagulante tan elevadas que provoca la aparición de hidróxidos. La precipitación

Figura 3.6 Variación de la turbiedad en función de la dosis de coagulante, (Fuente: García,

Curso 2011 - 2012)


29

de éstos arrastra consigo todos los coloides presentes en el agua residual, sin que

se haya desestabilizado sus cargas superficiales.

3.4 Ensayo de sedimentación en columna:

El ensayo de sedimentación en columna que se ha realizado para esta tesina se ha

llevado a cabo en un cilindro de 45.5 centímetros de altura con un diámetro de 8.5

centímetros. El cilindro está dotado de salidas en toda su altura para la toma de

muestras, de las cuales se han escogido cuatro por considerarlas como las más

representativas, por tener una distribución espacial más o menos uniforme.

El líquido de mezcla, una vez coagulado y floculado en el aparato de jar-test se vierte en

la columna, de una forma delicada para evita la rotura de los flóculos, lo cual garantiza

una distribución uniforme de las partículas en el inicio del ensayo. Durante las

siguientes 24 horas se toman las muestras siguiendo el siguiente patrón de tiempos:

Figura 3.7 Dimensiones de la columna de

sedimentación estática

Figura 3.8 Columna de sedimentación estática


30

Horas Intervalo de toma de muestras

0 - 1,30 h Toma de muestras cada 10 minutos

1,30 - 4,30h Toma de muestras cada 30 minutos

24h Se realiza la última muestra 24h

después de la primera

En cada una de estas muestras se mide la turbiedad del líquido de mezcla extraído. Los

datos obtenidos en dichas muestras se utilizan para determinar el porcentaje de

reducción de la turbiedad en función del tiempo, para determinar la velocidad de

sedimentación y su relación con el tiempo de retención. Los datos del punto de

muestreo inferior se utilizan para determinaciones de compactación y concentración de

lodos.

Se ha realizado una serie de cinco ensayos de sedimentación en columna para cada tipo

de coagulante, con el objetivo de dar representatividad estadística al estudio.

3.4.1 Realización de gráficos de resultados:

La metodología que se ha empleado en esta tesina para la realización de los ensayos de

sedimentación en columna, se describe a continuación de acuerdo a Metcalf y Eddy

(1991):

Adicionar a la columna de sedimentación una mezcla homogénea del agua

residual.

Una vez finalizado el llenado de la columna de sedimentación, se toma una

muestra de la turbiedad inicial del agua residual, que corresponderá a t = 0.

Toma de muestras de forma simultanea en cada uno de los puntos previamente

establecidos de la columna, de acuerdo a un patrón de tiempos previamente

establecido, de forma que se obtengan diferentes valores de turbiedad para

diferentes tiempos y alturas.

A continuación se explica de forma detallada la metodología y los cálculos utilizados

para la construcción de los gráficos que se expondrán en el Capítulo 4 Resultados y

conclusiones. EL líquido de mezcla que va a ser sometido al ensayo tiene una turbiedad inicial

(UNT0). La turbiedad existente en cada uno de los puntos de muestra se denominará

UNT, realizándose una tabla con la recopilación de todos los datos experimentales.

Tabla 3.3 Intervalo de toma de muestras del ensayo


31

Turbiedad inicial 221

Resultados del ensayo en columna

Tiempo (min)

Válvula 3 (12,5 cm)

Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 221 221 221 221

10 61 45,33 75 78

20 10,17 9,14 11,9 18,34

30 4,5 4,94 7,76 12,32

40 4,23 3,73 5,74 7,2

50 4,36 3,42 5,33 5,14

60 3,31 3,48 4,52 4,68

70 2,76 3,81 3,47 3,71

80 2,63 3,42 3,45 3,68

90 2,54 3,13 3,49 3,65

120 2,5 3,22 2,74 2,94

150 2,55 2,89 2,62 3

180 2,6 2,52 2,54 2,75

210 2,65 2,3 2,4 2,58

240 2,12 1,85 2,32 2,26

270 1,46 1,6 2,28 2,06

24h 1,12 1,41 1,62 1

Etapa 1: Cálculo de la turbiedad existente en cada punto de muestreo:

O en porcentaje:

(

)

Cálculo para cada muestra de la fracción de la turbiedad eliminada:

O en porcentaje:

Tabla 3.4 Resultados del ensayo de sedimentación en columna


32

Un ejemplo de estos cálculos (para la válvula nº7) se muestra en la tabla siguiente. Se

realizarán los mismos cálculos para cada una de las tres válvulas restantes.

Turbiedad existente y eliminada en la válvula nº7

Tiempo (min)

Válvula 7 Turbiedad

restante (%) Turbiedad

eliminada (%)

0 221 100 0,00

10 75 33,94 66,06

20 11,9 5,38 94,62

30 7,76 3,51 96,49

40 5,74 2,60 97,40

50 5,33 2,41 97,59

60 4,52 2,05 97,95

70 3,47 1,57 98,43

80 3,45 1,56 98,44

90 3,49 1,58 98,42

120 2,74 1,24 98,76

150 2,62 1,19 98,81

180 2,54 1,15 98,85

210 2,4 1,09 98,91

240 2,32 1,05 98,95

270 2,28 1,03 98,97

24h 1,62 0,73 99,27

Con estos datos se construyen las curvas de la Figura 3.9, donde se relacionan las

abscisas (tiempo en minutos) con las ordenadas, que corresponden a valores en

porcentaje de UNT eliminadas (por ejemplo 80, 85, 90, 95%) para cada uno de los

cuatro puntos de muestreo. Esta relación de valores son los recogidos de forma exacta

en la Tabla 3.5 y utilizados para la construcción de la Figura 3.10.

Tabla 3.5 Eliminación de la turbiedad muestreada en la válvula nº 7


33

Etapa 2: Para lograr una aproximación de los datos experimentales se construye un

gráfico del porcentaje de turbiedad eliminada con respecto al tiempo. Este gráfico se

muestra en la figura siguiente para las profundidades de 12.5cm, 21cm, 29cm y 39cm.

Etapa 3: A partir del gráfico anterior se construye el gráfico de sedimentación:

Figura 3.9 Gráfica de la disminución de la turbiedad

Figura 3.10 Gráfico de sedimentación


34

% UNT eliminada

Tiempo (min)

0 12.5 21 29 39

80% 0 12,11 13,97 16,43 19,87

85% 0 10 11,81 17,74 19,07

90% 0 13,52 15,3 17,40 20,18

95% 0 14,22 16,33 19,00 32,7

Etapa 4: Cálculo del porcentaje de turbiedad eliminado y de la velocidad de

sedimentación:

Para comprender este proceso, hay que hacer una serie de consideraciones previas.

Aunque para la sedimentación con floculación el diámetro de las partículas y sus

velocidades de sedimentación aumentan a lo largo de su trayectoria de sedimentación,

debido al efecto de coalescencia con las partículas próximas, para poder ver con más

detalle esta etapa, hay que hacer referencia a las velocidades de sedimentación efectivas

y a los diámetros efectivos. Utilizándose estos conceptos, puede seguirse un

procedimiento de cálculo para la sedimentación con floculación, basado

fundamentalmente en los mismos axiomas descritos para la sedimentación de partículas

discretas, a la hora de hablar de tanques de sedimentación ideales, en cuyo caso los

diámetros y velocidades de sedimentación eran constantes a lo largo de la trayectoria de

sedimentación. Una velocidad efectiva de sedimentación Vs, se define como la

profundidad efectiva (29 centímetros en nuestro caso), dividida por el tiempo (tiempo

de retención, t) requerido para que una partícula determinada recorrida esta distancia, es

decir:

Las partículas con una velocidad de sedimentación Vs o superior (donde Vs = H/t) se

separarán totalmente. Las partículas con una velocidad de sedimentación inferior V1

(V1<Vs) se separan en un porcentaje dado por la ecuación (19).

Etapa 4a: A partir de la Figura 3.10 para una profundidad de 29 centímetros, se pueden

obtener los valores de tiempo (min), correspondientes al 80, 85, 90, 95% de

sedimentación y se pueden calcular las velocidades de sedimentación (m/h). Estos

valores son los recogidos en la Tabla 3.6.

Etapa 4b: Cálculo del porcentaje de turbiedad eliminada.

Los cálculos para obtener el porcentaje de turbiedad eliminada para un tiempo

determinado son los que a continuación se consideran. Se realizan estos cálculos para

todos los tiempos de sedimentación recogidos en la Tabla 3.6. Por ejemplo, para un

tiempo de 16,43 minutos, para la profundidad de 29 centímetros, el 80% de la turbiedad

se ha eliminado. Se consideran a continuación las partículas en cada 10% adicional,

dentro del intervalo de distribución. Empezando con aquéllas a las que corresponde una

eliminación del 80% al 90% en la Figura 3.10.

Tabla 3.6 Datos bases para la realización del gráfico 3.14


35

Las partículas en esta zona se separan en la proporción V1/Vs o en la proporción de

sedimentación media (h1) con respecto al total de la profundidad de sedimentación. La

profundidad de sedimentación media (h1) se estima dibujando (o por interpolación) la

curva correspondiente a una separación constante el 85% en la Figura 3.10 y leyendo en

la misma la profundidad h1 que corresponde a un tiempo igual 16,43 minutos.

Velocidad de sedimentación H=29cm

% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)

80% 16,43 1,06

85% 17,74 0,98

90% 17,40 1,00

95% 19 0,92

De forma similar, y para intervalos del 10%, la curva para una eliminación en

porcentaje constante del 80, 85, 90, 95%, se pueden dibujar, obteniéndose

profundidades de sedimentación de (24,5; 25,1; 14; 11 centímetros) para un tiempo de

15 minutos.

( ) (

) (

) (

)

H=2

9cm

Turbiedad eliminada en % per a t=10 min

1r intervalo (80%) (0,076/0,29)*80 20,97

2n intervalo (85%) (0,1/0,29)*5 1,72

3r intervalo (90%) (0,066/0,29)*5 1,14

4º intervalo (95%) (0,063/0,29)*5 1,09

24,91


1r intervalo (80%) (0,245/0,29)*80 67,59

2n intervalo (85%) (0,251/0,29)*5 4,33

3r intervalo (90%) (0,14/0,29)*5 2,41

4º intervalo (95%) (0,11/0,29)*5 1,90

76,22


1r intervalo (80%)

2n intervalo (85%)

3r intervalo (90%) (0,29/0,29)*5 90,00

4º intervalo (95%) (0,3/0,29)*5 5,17

95,17

Tabla 3.7 Velocidad de sedimentación obtenida en la válvula nº7

Tabla 3.8 Porcentaje de eliminación de la turbiedad en función del tiempo


36

3.5 Ensayo de sedimentación dinámica:

Este ensayo se ha realizado para obtener la distribución de las partículas presentes en el

agua residual en función de su velocidad de sedimentación. Para ello se ha realizado el

montaje previo del aparato experimental para tal fin y se ha verificado su eficacia

ensayando con el fango procedente de una depuradora.

La distribución de las velocidades de sedimentación de los sólidos presentes en las

aguas residuales es un dato de vital importancia para el diseño de los decantadores.

Cabe recordar que la velocidad de sedimentación está intrínsecamente relacionada con

el concepto de carga hidráulica superficial el cual, nos indica la velocidad de

sedimentación teórica a partir de la cual las partículas serán decantadas en un

decantador

Las distribuciones de velocidades de sedimentación son obtenidas generalmente a través

de mediciones indirectas utilizando ensayos experimentales de sedimentación estática

en columnas de diferentes diseños (por ejemplo, y Michelbach Wöhrle 1993; Andoh y

Smisson 1996, Pisano 1996; Rasmussen y Larsen, 1996). Estas columnas de

sedimentación pueden ser divididas en dos categorías:

- Columnas de sedimentación en reposo (sin turbulencia)

- Columna de sedimentación con turbulencia

Algunos ejemplos de columnas que pertenecen al primer grupo son: la columna de la

EPA de EE.UU. (Dalrymple et al 1975.; O'Connor et al. 2002), la columna de la

Universidad de Aston en el Reino Unido (Tyack et al. 1996), la columna de Brombach,

Michelbach y Wöhrle 1993 en Alemania y el aparato Cergrene (Chebbo 1992; Aiguier

et al. 1996).

Mientras que las columnas individuales difieren en su diseño, no lo hacen en sus

procedimientos operacionales (Aiguier et al 1996, 1998), todas sufren de una limitación

intrínseca de la sedimentación en reposo, dado que no es el estado real que se da en los

tanques de sedimentación reales. Por lo tanto, la necesidad de tener en cuenta la

turbulencia del flujo llevó al desarrollo de un aparato más complejo que incorporaba

una parrilla oscilante (Rasmussen y Larsen, 1996).

Ante esta proliferación en los métodos de ensayo, se plantó la similitud en las

caracterizaciones de las velocidades de sedimentación obtenidas por los diferentes

métodos, por consiguiente se llevaron a cabo estudios comparativos (Aiguier et al,

1996, 1998; Tyack et al 1996; O'Connor et al. 2002) comparando los resultados

obtenidos por cuatro columnas distintas (la columna de la Universidad de Aston, la

columna de Brombach; Michelbach y Wöhrle, la columna de Andreasen pipeta y la

columna de Cergrene) y se observó que para la misma muestra, las distintas columnas

obtenían soluciones diferentes en la obtención de la distribución de las velocidades de

sedimentación.

Estas divergencias obtenidas en los resultados se atribuyeron a las diferencias entre los

métodos de ensayo empleado por las diversas columnas. A una conclusión similar llegó


37

O'Connor y col. (2002), que realizó un estudio comparativo entre las columnas de la

EPA en los EE.UU y la columna de Aston. En ambos estudios, los autores pusieron de

relieve algunas de las dificultades prácticas asociadas a las mediciones en el ensayo de

columna; como la dificultad de garantizar una concentración uniforme de las partículas

en la columna de sedimentación en el comienzo del ensayo y la incapacidad para medir

la fracción de asentamiento rápido de los sedimentos en la fase inicial de la prueba

(Aiguier et al, 1996, 1998.; O'Connor et al. 2002).

Además, uno de los grandes inconveniente de la medición en la columna es la

sedimentación de las partículas en condiciones de reposo, condiciones que no se

producen en las líneas de decantadores existentes en la plantas reales de tratamiento de

aguas, error magnificado por la mayor escala de éstos últimos, por lo tanto, debía

someterse a las partículas a una sedimentación dinámica en presencia de flujo. Por estas

razones, existió una necesidad de un ajuste en el sistema de medición de la velocidad de

sedimentación que superase las dificultades e inconvenientes, pero que no implicara la

complejidad de la incorporación de dispositivos para la generación mecánica de la

turbulencia (Rasmussen y Larsen, 1996).

Para cumplir con esta necesidad, se ideó el ensayo de sedimentación dinámica

(Krishnappan et al, 2004) que se usará en esta tesina.

Aparato de sedimentación dinámica:

El aparato sedimentación dinámica que se propone en el presente estudio se basa en el

creado por Krishnappan (2004) que parte de una versión modificada de un sistema

propuesto por Walling y Woodward (1993) para medir el tamaño de los sedimentos en

suspensión en los ríos.

El sistema que se ha construido en el laboratorio del grupo de Ingeniería y

Microbiología Ambiental (GEMMA), del Departament d’Enginyeria Hidràulica,

Marítima i Ambientals (DEHMA) consta de tres cámaras cilíndrica de vidrio

interconectadas en serie por tubos de PVC como se muestra en la figura siguiente.

Figura 3.11 Vistas general del aparato de sedimentación dinámica


38

Figura 3.13 Vistas general del reactor de mezcla completa del aparato de sedimentación dinámica

Figura 3.12 Vistas general de los cilindros del aparato de sedimentación dinámica


39

Procedimiento del ensayo:

El agua residual se extrae mediante una bomba peristáltica de un reactor de mezcla

completa construido por un recipiente de PVC y un agitador mecánico de aspas, donde

se realiza la coagulación y floculación. El agua entra en el aparato de sedimentación

dinámica por la parte superior del primer cilindro y una vez lleno, pasa mediante un

tubo de PVC colocado en la parte superior de este cilindro al cilindro siguiente y de esta

forma hasta completar el circuito por los tres cilindros. Cada cilindro consta de una

válvula en su parte inferior para la recogida de muestras. Para la recogida de las

muestras, se detendrá la bomba cerrando de esta forma el sistema y se vaciará el agua

retenida en cada cilindro. Acto seguido, se tomará una muestra representativa del agua

de cada uno de los cilindros para poder realizar el ensayo de sólidos totales en el

laboratorio.

La medición de los sólidos totales de un agua permite tener una aproximación de la

fracción sólida contenida en el agua y, por tanto, cuantificar a posteriori la biomasa

existente. El procedimiento es similar al de la MES, pero la muestra no se filtra, sino

que se introduce en unas cazoletas cerámicas las cuales se ponen a la estufa (105ºC)

durante 24 horas.

Para su cálculo se realiza la siguiente fórmula:

Donde:

- PS: Peso de la cazoleta con la muestra seca (tras sacarla de la estufa y desecarla), mg.

- T: Tara de la cazoleta cerámica, mg.

- PM: Peso de la muestra fresca (sin tener en cuenta el peso de la cazoleta), mg.

Objetivo del ensayo:

El objetivo de este ensayo es la obtención de la distribución de las partículas presentes

en el agua residual según su velocidad de sedimentación, basándose en la ecuación

Vs=Q/S.

En el aparato que se ha construido, disponemos de tres cilindros con diferentes áreas de

paso como se muestra en la Tabla 3.8, con la superficie de paso como input fijado del

ensayo, se puede modificar el caudal de entrada (mediante la bomba peristáltica), para

obtener factor de carga hidráulico distinto en cada uno de los cilindros, fijando un

caudal determinado. Con este sencillo concepto (Vs=Q/S) cada uno de los cilindros, se

convierte en un mini decantador con una carga hidráulica superficial diferentes que nos

permitirá obtener la carga hidráulica superficial del futuro decantador para maximizar el

rendimiento del mismo.


40

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS

CONDICIONES DEL

ENSAYO

ALTURA

(mm)

DIAMETRO

(mm)

AREA DE

PASO (mm2)

VOLUMEN

(mm3)

CAUDAL DE

CIRCULACIÓN

(l/h)

VS

CILINDRO

Nº1 1350 50 1963,50 2650718,80 0,3 2,54

CILINDRO

Nº2 600 100 7853,98 4712388,98 0,3 0,63

CILINDRO

Nº3 400 200 31415,93 12566370,61 0,3 0,16

Tabla 3.9 Características del ensayo


41


En este apartado se presentan los resultados de los ensayos realizados desde septiembre

del 2011 hasta mayo del 2012, separados en función del ensayo realizado, como se

muestra a continuación.

4.1 Ensayos de sedimentación en columna:

En esta primera parte del estudio se ha analizado la sedimentación estática de la

biomasa algal presente en el agua residual mediante ensayos de sedimentación en

columna bajo diferentes escenarios. Los tres escenarios que se han estudiado son los

siguientes:

1. Ensayo de sedimentación en columna sin coagulante.

2. Ensayo de sedimentación en columna con Tanfloc (coagulante comercial).

3. Ensayo de sedimentación en columna con Ecotan (coagulante comercial).

4.1.1 Ensayo de sedimentación en columna sin coagulante:

En este primer ensayo se introdujo directamente el efluente del fotobioreactor en la

columna de sedimentación sin ningún tratamiento previo, para poder observar la

capacidad de sedimentación de la masa alga por sí misma. Por lo tanto, el objetivo

principal de este primer escenario es establecer un punto de referencia a partir del cual

poder evaluar los resultados obtenidos en los ensayos posteriores en los que se han

usado coagulantes para mejora la sedimentación de la masa algal del agua residual.

Este ensayo tiene un segundo objetivo que aunque trivial, merece ser comentado, y es la

comprobación de la necesidad del uso de un proceso físico-químico en el proceso de

sedimentación. Pues el primer paso en este estudio debería ser la comprobación de que

el proceso de sedimentación mediante un tratamiento solamente físico no alcanzaría una

reducción aceptable de la turbidez, en unos tiempos de retención viables.

Este primer caso sería el más económico al evitarse el uso de coagulantes, convirtiendo

el proceso de separación de la masa algal en un proceso totalmente físico.

A continuación se presentan el cuadro de resultados obtenido directamente del ensayo

de sedimentación en columna, los gráficos de disminución de la turbiedad, de

sedimentación y el cálculo de la distribución de velocidades de sedimentación, que

derivan del posterior tratamiento de los datos recogidos en el ensayo.


42

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)

Disminución UNT (%)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Resultados del ensayo de sedimentación en columna

Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 262 262 262 262

10 130 136 113 158

20 43,59 57 85 82

30 31,18 39,97 38,18 58

40 26,72 28,21 37,09 40

50 23,59 26,18 28,03 35,67

60 20,8 22,9 27,63 31,19

70 20,02 22,45 25,31 28,57

80 19,86 22,37 24,54 25,51

90 20,67 21,45 23,45 23,14

120 18,07 20,18 22,49 23,09

150 16,6 18,24 21,68 20,37

180 15,48 16,59 18,16 18,95

210 15,13 15,87 17,06 18,63

240 14,86 14,92 15,23 16,78

270 14,3 13,5 13,54 14,4 24h 12,28 12,81 12,65 12,73

Tabla 4.1 Cuadro de resultados del ensayo de columna sin coagulante

Figura 4.1 Gráfica de la disminución de la turbiedad sin coagulante


43

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Pro

fun

did

ad (

cm)

Tiempo (min) Gráfico de sedimentación

80%

85%

90%

Rendiminetos



% Eliminación tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 32,63 0,72

80% 26,42 0,66

85% 40,37 0,58

85% 29,63 0,59

90% 79 0,30

90% 65,53 0,27


Velocidad de sedimentación H=12,5cm


Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 21,15 0,60

80% 18,3 0,33

85% 30 0,42

85% 21,33 0,28

90% 48,67 0,26

90% 40 0,15

Figura 4.2. Gráfico de sedimentación sin coagulante

Tabla 4.2 Distribución de las velocidades de sedimentación sin coagulante


44

Se puede observar en la Figura 4.2 que el agua residual necesita 80 minutos para poder

obtener un rendimiento de eliminación de la turbiedad del 90% en los primeros 40

centímetros de altura de la columna. En el dimensionamiento de un decantador esto se

traduce en una carga hidráulica muy alta.

Al ser la carga hidráulica superficial

, fácilmente se puede observar la

necesidad que requerirá el decantador de una mayor superficie para poder hacer posible

la sedimentación de las partículas con una menor velocidad de sedimentación.

Este resultado es consecuencia de una baja velocidad de sedimentación, aspecto

directamente relacionado con el tamaño de las partículas al sedimentar. Al no tratar

previamente el agua con coagulantes, existen microalgas de pequeño tamaños que

necesitan de un gran tiempo de retención hidráulica para poder decantar, obteniéndose

pequeñas velocidades de sedimentación como se puede ver en la Tabla 4.2. Otro

fenómeno a tener en cuenta es la existencia de partículas de tamaño coloidal (partículas

de tamaño inferior al 0.001 milímetros que se mantienen en suspensión debido a su

carga eléctrica y que no pueden decantar por efecto de la gravedad), lo que garantiza

siempre la existencia de una turbiedad residual elevada, como se puede ver en la última

muestra tomada en el cuadro de resultados. La última medición se realizo a las 24 horas

del inicio del ensayo, obteniendo una turbidez residual mayor a 12 UNT en toda la

columna.

Observando las velocidades de sedimentación en un tratamiento físico, fácilmente se

puede deducir que el tipo de sedimentación que se produce es del tipo floculento. La

velocidad de sedimentación de las partículas en este ensayo desciende de manera clara a

medida que avanzan en la columna, tal y como demuestra la Tabla 4.2 y la Figura 2.6.

4.1.2 Ensayo de sedimentación en columna con coagulante:

Los objetivos que persiguen en esta segunda serie de ensayos son los siguientes:

- Comparación de los resultados obtenidos en un proceso puramente físico como el

anterior y otro físico-químico (con adición de coagulantes).

- Comparación de los resultados obtenidos con el uso de dos coagulantes comerciales

distintos.

Para la realización el ensayo de sedimentación en columna, el primer paso es la

determinación de la dosis óptima de coagulante. Esta dosis óptima se obtiene mediante

la realización de un Jar-Test previo al ensayo de columna. En el ensayo de Jar-Test se

obtiene la cantidad mínima de coagulante que garantiza una máxima remoción de la

turbiedad presente en el agua residual.

- Comparación de la dosis óptima de los dos coagulantes empleados:


45

Se han realizado un total de cinco ensayos de Jar-Test para estudiar la dosis óptima de

cada tipo de coagulante en aguas residuales con diferentes turbiedades iniciales. Este ha

sido el método escogido para poder comparar los resultados obtenidos partiendo de

condiciones iniciales distintas, debido a la alta variabilidad que presentan las aguas

residuales en su composición.

TANFLOC (1GR/L)

Cantidad (ml) Concentración

(gr/l) Turbiedad

inicial Turbiedad

final Disminución

turbiedad (%) pH inicial pH final

0 0 503 0,00 8,45

5 0,01

229 54,47

8,4

10 0,02 190 62,23 7,64

15 0,03 503 119 76,34 8,45 7,58

20 0,04 83 83,50 7,32

25 0,05

77 84,69

7,17

30 0,06 54 89,26 6,85

Tabla 4.3 Cuadro de resultados del ensayo del Jar-Test realizado con Tanfloc

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

turbiedad final

TANFLOC (gr/l)

Figura 4.3 Cuadro de resultados del ensayo del Jar-Test realizado con Tanfloc


46

ECOTAN (1GR/L)

Cantidad (ml)

Concentración (gr/l)

turbiedad inicial

turbiedad final

Disminución turbiedad (%)

pH inicial pH final

0 0 503 0,00 8,45

5 0,01

49,72 90,12

7,55

10 0,02 11,81 97,65 6,72

15 0,03 503 3,14 99,38 8,45 6,56

20 0,04 1,51 99,70 6,32

25 0,05

0,58 99,88

6,17

30 0,06 2,76 99,45 5,95

De los resultados obtenidos, rápidamente se puede observar que para una misma agua

residual con una turbiedad de partida de 503 UNT, el Tanfloc es capaz de reducirla en

un 90% con una adición de 60 mg/l, mientras que la remoción de la turbiedad llevada a

cabo por el Ecotan presenta un rendimiento muy superior consiguiendo una remoción

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

turbiedad final

ECOTAN (gr/l)

Tabla 4.4 Gráfica de resultados del ensayo del Jar-Test realizado con Ecotan

Figura 4.4 Gráfica de resultados del ensayo del Jar-Test realizado con Ecotan


47

casi del 100% con una adición de 50 mg/l. De estos resultados se pretende remarcar dos

conclusiones importantes:

El coagulante Ecotan presenta un rendimiento de eliminación de la turbiedad

muy superior al del Tanfloc. Para la realización del ensayo de sedimentación en

columna con Ecotan no se tomará como dosis óptima de coagulante los 50 mg/l,

dado que no se busca una remoción total de la turbiedad sino un buen

rendimiento técnico y económico. Se considera que la concentración que se

ajusta más a este parámetro es la de 30 mg/l que obtiene una turbiedad final de

2UNT superior a la obtenida con una concentración de 50 mg/l, diferencia que

se considera despreciable frente al ahorro de 20 mg/l de coagulante.

El coagulante Ecotan presenta una variación mucho mayor en el pH del agua

residual que el coagulante Tanfloc, aumentando el primero la acidez del agua

residual tratada. Esta variación en el pH del agua no infiere en el objetivo de la

eliminación de la turbiedad, pero puede tener una gran repercusión en el futuro

uso que se haga del fango obtenido en el ensayo de sedimentación en columna.

4.1.2.1 Ensayo de sedimentación en columna con Tanfloc:

A continuación se presentan los resultados obtenidos de la realización del ensayo de

sedimentación en columna con la adición de Tanfloc. Este tipo de ensayos también se

han realizado en un ciclo de cinco repeticiones debido a la variabilidad en las

condiciones iniciales que presenta el agua residual. Sólo se expone una de las

repeticiones para la discusión de los resultados, restando los otros ensayos en el

apartado CAPÍTULO7. ANEJOS.

Determinación de la dosis óptima de coagulante:

TANFLOC (1GR/L)

Cantidad (ml) Concentración

(gr/l) Turbiedad

inicial Turbiedad

final Disminución

turbiedad (%) pH inicial pH final

0 0 221 0,00 8,46

5 0,01

138 37,56

8,4

10 0,02 74 66,52 8,35

15 0,03 221 39,3 82,22 8,46 8,3

20 0,04 18,5 91,63 8,24

25 0,05

4,3 98,05

8,09

30 0,06 3,2 98,55 7,9

Tabla 4.5 Determinación de la dosis óptima de Tanfloc


48

Como se extrae del gráfico anterior la concentración de coagulante que nos ofrece la

dosis óptima es de 50 mg/l (al basarse este estudio en criterios técnico-económicos, se

considera como dosis óptima aquella que produce una turbiedad final inferior a las 4

UNT).


Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 221 221 221 221

10 61 45,33 75 78

20 10,17 9,14 11,9 18,34

30 4,5 4,94 7,76 12,32

40 4,23 3,73 5,74 7,2

50 4,36 3,42 5,33 5,14

60 3,31 3,48 4,52 4,68

70 2,76 3,81 3,47 3,71

80 2,63 3,42 3,45 3,68

90 2,54 3,13 3,49 3,65

120 2,5 3,22 2,74 2,94

150 2,55 2,89 2,62 3

180 2,6 2,52 2,54 2,75

210 2,65 2,3 2,4 2,58

240 2,12 1,85 2,32 2,26

270 1,46 1,6 2,28 2,06 24h 1,12 1,41 1,62 1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

Turbiedad final

TANFLOC (gr/l)

Figura 4.5 Resultados del ensayo del Jar-Test con Tanfloc

Tabla 4.6 Cuadro de resultados del ensayo de columna con Tanfloc


49

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendimientos:

Figura 4.6 Gráfica de la disminución de la turbiedad con Tanfloc

Figura 4.7. Gráfico de sedimentación con Tanfloc


50

En el caso de tratamiento físico-químico con la adición de Tanfloc como

coagulante, rápidamente se observa una remoción del 90% de la turbiedad inicial

en los primeros 40 centímetros una vez transcurridos 20 minutos.

Con el tratamiento físico-químico la carga hidráulica superficial a la que tendría

que trabajar el decantador disminuye respecto al tratamiento puramente físico,

ampliando el rango de partículas que podrán sedimentar sin la necesidad de

ampliar las dimensiones del decantador hasta extremos económicamente no

viables.




Vs (m/h) % Eliminación tiempo (min)

Vs (m/h)

80% 19,87 1,18

80% 16,43 1,06

85% 19,07 1,23

85% 17,74 0,98

90% 20,18 1,16

90% 17,4 1,00

95% 32,7 0,72

95% 19,00 0,92





Vs (m/h)

80% 13,97 0,90

80% 12,11 0,50

85% 11,81 1,07

85% 10 0,60

90% 15,3 0,82

90% 13,52 0,44

95% 16,33 0,77

95% 14,22 0,42

Con el tratamiento previo de coagulación y floculación se observa un incremento

notable de la velocidad de sedimentación, respecto a la obtenida en los procesos

puramente físicos. Objetivo alcanzado debido al aumento del tamaño medio de los

flóculos, tamaño mucho mayor que el de las partículas presentes en el agua sin

tratamiento químico.

Tabla 4.7 Distribución de las velocidades de sedimentación con Tanfloc


51

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

Turbiedad final

ECOTAN (gr/l)

4.1.2.2 Ensayo de sedimentación en columna con Ecotan:

ECOTAN (1GR/L)

Cantidad (ml)


Turbiedad inicial

Turbiedad final


pH inicial pH final

0 0 573 0,00 8,2

5 0,01

73 87,26

7,4

10 0,02 20,09 96,49 7,1

15 0,03 573 4,17 99,27 8,2 6,9

20 0,04 1,46 99,75 6,73

25 0,05

0,41 99,93

6,56

30 0,06 1,19 99,79 6,32

Como se extrae del gráfico anterior la concentración de coagulante que nos ofrece la

dosis óptima es de 30 mg/l (basándonos en criterios técnico-económicos, consideramos

como dosis óptima aquella que produce una turbiedad cercana a las 4 UNT).

Tabla 4.8 Determinación de la dosis óptima de coagulante con Ecotan

Figura 4.8 Resultados del ensayo del Jar-Test con Ecotan


52

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)


Tiempo (min) Válvula 3 (12,5 cm)

Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 573 573 573 573

10 24,11 23,59 48,61 56

20 4,72 5,96 7,76 11,32

30 4,68 4,91 5,06 5,42

40 4,25 4,48 4,66 4,7

50 3,59 4,22 4,37 4,49

60 3,52 4,17 4,28 4,28

70 3,54 3,72 4,14 4,22

80 3,52 3,65 4,12 4,24

90 3,6 3,63 4,06 4,3

120 3,57 3,72 3,92 4,12

150 3,51 3,49 3,86 3,95

180 3,46 3,45 3,87 3,92

210 3,42 3,42 3,83 3,89

240 3,38 3,4 3,76 3,88

270 3,37 3,43 3,71 3,82

24h 3,09 3,25 3,5 3,46

Tabla 4.9 Cuadro de resultados del ensayo de columna con Ecotang

Figura 4.9 Gráfica de la disminución de la turbiedad con Ecotan


53

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendimientos:

En esta gráfica se puede apreciar lo observado anteriormente en la comparativa de los

dos coagulantes mediante el ensayo de Jar-Test:

El coagulante Ecotan produce una mayor remoción de la turbiedad del agua

(alcanzando un rendimiento del 95% a una profundidad de 40 centímetros en 15

minutos) con una menor adición de coagulante, disminuyendo la carga

hidráulica superficial del decantador.

De los tres escenarios estudiados, el tratamiento físico-químico con Ecotan es el

que permite el diseño de un decantador con la menor superficie necesaria, siendo

capaz de eliminar el mayor espectro de partículas presentes en el agua

.

Habrá de estudiarse en futuras tesinas la implicación que conlleva la

disminución del pH en el efluente. El Ecotan consigue tasas muy altas de

eliminación de la turbiedad, pero modifica el pH del agua ya que consume

alcalinidad del efluente. Este fenómeno puede ser de gran trascendencia, dado

que nuestra masa algal removida no será tratada como los fangos obtenidos de

las estaciones de depuración de aguas residuales convencionales. El objetivo

final de esta tesina es hallar un método eficiente para la separación de la masa

algal del agua residual tratada, para la elaboración posterior de biocombustibles,

ignorando las repercusiones que puedan tener una bajada del pH del fango

obtenido.

Figura 4.10. Gráfico de sedimentación con Ecotan


54




Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 8,27 2,83

80% 8,18 2,13

85% 9,02 2,59

85% 8,90 1,96

90% 10,00 2,34

90% 9,90 1,76

95% 13,78 1,70

95% 12,50 1,39




Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 7,62 1,65

80% 7,70 0,78

85% 8,23 1,53

85% 8,29 0,72

90% 8,95 1,41

90% 9 0,67

95% 9,84 1,28

95% 9,89 0,61

Observando las velocidades de sedimentación en los tratamientos físico-químicos, se

puede afirmar:

El tipo de sedimentación que tiene lugar en estos tratamientos no es floculenta.

Al obtener velocidades prácticamente constantes a lo largo de la altura de la

columna nos induce a afirmar que al tratar previamente el agua con una

coagulante ésta presenta una sedimentación prácticamente de tipo I o discreta.

La razón de este cambio en el comportamiento de la sedimentación la podemos

encontrar en la función del propio coagulante. Al añadir el coagulante en el agua

residual, las partículas sedimentables adquieren un tamaño medio mayor y más

homogéneo, aumentando su velocidad de sedimentación, dando lugar a un

proceso parecido al que ocurre en un desarenador. La función de éste es la

decantación de todas las arenas mediante un tratamiento físico, ya que al tener

las arenas un peso específico claramente superior al del agua éstas decantan

solamente por la acción de la gravedad, presentando una sedimentación discreta

y obteniéndose unas velocidades de sedimentación prácticamente constantes a lo

largo de toda su altura.

Tabla 4.10 Distribución de las velocidades de sedimentación con Ecotan


55

4.2 Ensayos de sedimentación dinámica:

Para comprobar el funcionamiento del aparato de sedimentación dinámica, se decidió

realizar dos ensayos con fangos procedentes de una depuradora con el fin de obtener la

distribución de velocidades de sedimentación de las partículas presentes en ellos.

Ensayos de laboratorio:

CARACTERISTICAS DEL PRIMER ENSAYO DE SEDIMENTACIÓN DINÁMICA

ENSAYO TARA

CRISOL (gr)

PESO VOLUMEN

(gr)

PESO ESTUFA (gr)

ST (mg/l)

MEDIA ST (mg/l)

PESO PARTÍCLAS

(gr)

% peso de partículas

ENTRADA 26,20 25,63 1334,59 60,06

26,35 25,47 26,38 1342,51

30,02 24,50 30,05 1326,67

CILINDRO Nº1 27,50 25,45 27,54 1332,26 1339,62 3,60 6,9

33,11 25,44 33,14 1332,78

33,06 25,71 33,10 1353,82

CILINDRO Nº2 25,76 25,45 25,80 1316,16 1326,03 6,25 12,0

33,71 25,50 33,75 1337,41

32,05 25,52 32,08 1324,52

CILINDRO Nº3 33,20 25,48 33,23 1291,02 1285,88 16,16 30,9

32,89 25,48 32,92 1275,35

26,22 25,48 26,25 1291,29

EFLUENTE 27,66 25,49 27,67 576,59 582,48 26,21 50,2

29,28 25,44 29,30 601,44

28,41 25,46 28,43 569,41

52,22

Tabla 4.11 Resultado del ensayo de sólidos totales del primer ensayo de sedimentación dinámica


56

CARACTERISTICAS DEL SEGUNDO ENSAYO DE SEDIMENTACIÓN DINÁMICA

ENSAYO TARA

CRISOL (gr)

PESO VOLUMEN

(gr)

PESO ESTUFA (gr)

ST (mg/l)

MEDIA ST (mg/l)

PESO PARTÍCLAS

(gr)

% peso de partículas

ENTRADA 25,60 25,43 25,63 1399,68 1388,15 62,47

26,35 25,39 26,38 1405,92

30,02 25,46 30,05 1358,86

CILINDRO Nº1 33,02 25,50 33,14 4968,51 2553,01 6,87 8,3

26,22 25,45 26,25 1347,97

33,06 25,47 33,10 1342,54

CILINDRO Nº2 25,76 25,46 25,80 1421,85 1421,85 6,70 8,1

33,71 25,41 33,75 1428,57

32,05 25,48 32,08 1338,12

CILINDRO Nº3 33,20 25,48 33,23 1377,48 1355,66 17,04 20,7

27,50 25,47 27,54 1338,94

32,89 25,47 32,92 1350,57

EFLUENTE 27,66 25,55 27,69 1146,75 1151,56 51,82 62,9

29,28 25,42 29,31 1148,49

28,41 25,44 28,44 1159,42

82,42

Tasa de recuperación del ensayo:

ENSAYO DE SEDIMENTACIÓN DINÁMICA

ENSAYO Dosis de

coagulante (mg/L)

Peso entrada(gr)

peso cilindro Nº1 (gr)

Peso cilindro Nº2 (gr)

Peso cilindro Nº3

(gr)

Peso efluente (gr)

Recuperación (%)

1 0 60,057 3,604 6,249 16,159 26,212 86,956

2 0 62,467 6,868 6,700 17,036 51,820 131,948

Debido al diseño del aparato de sedimentación dinámica (el agua entra por la parte

superior del cilindro y un tubo central permite circular el agua hacia el siguiente

cilindro, una vez lleno el primero, siguiendo la teoría de los vasos comunicantes), se

Tabla 4.12 Resultado del ensayo de sólidos totales del segundo ensayo de sedimentación dinámica

Tabla 4.13 Tasa de recuperación de los ensayos de sedimentación dinámica


57

provoca una turbulencia en la base del cilindro (zona de la toma de muestras) que puede

destruir parcialmente los flóculos del agua. Este proceso puede dar como resultado una

tasa de recuperación mayor al 100 %.

La destrucción parcial de los flóculos ya formados, implica una menor velocidad de

sedimentación de los mismos (por la pérdida de tamaño), por lo que se requeriría

seguramente de un mayor tiempo de retención del agua residual en el decantador, para

mantener constante el rendimiento del mismo.

Distribución de las partículas en función de las velocidades de sedimentación

ENSAYO DE SEDIMENTACIÓN DINÁMICA

ENSAYO Dosis de

coagulante (mg/L)

% Peso de ST D=50mm

% Peso de ST

D=100mm

% Peso de ST D=200mm

% Peso de ST efluente

2,54 mm/s 0,63 mm/s 0,16 mm/s <0,16 mm/s

1 0 6,900 11,966 30,942 50,192

2 0 8,332 8,129 20,669 62,870

0,000

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

2,54 mm/s 0,63 mm/s 0,16 mm/s <0,16 mm/s

% e

n p

eso

par

tícu

las

rete

nid

as

velocidad de decantación (mm/s)

1 2

Tabla 4.14 Distribución de las partículas en función de las velocidades de sedimentación

Figura 4.11. Gráfico de sedimentación Distribución de las partículas en función de las velocidades de sedimentación


58

CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES

A continuación se exponen las conclusiones alcanzadas en este estudio, las cuales

pretender dar respuesta a los objetivos planteados inicialmente en esta tesina:

1. Sedimentación del efluente del fotobiorreactor mediante procesos físicos (sin

coagulante):

Baja velocidad de sedimentación de las partículas presente en el efluente y

remanencia de una turbiedad residual elevada, debido a la presencia de

microalgas de tamaño casi microscopio. Estas microalgas, debido a su tamaño,

permanecen estables, siendo imposible su decantación mediante únicamente el

efecto de la gravedad.

Una baja velocidad de sedimentación de las partículas presentes en el agua

residual obliga a la necesidad de dimensionar decantadores de gran superficie

para poder disminuir la carga hidráulica superficial del decantador y poder tratar

caudales elevados haciendo el proceso económicamente viable.

En el uso de métodos físicos para la decantación de las microalgas en el efluente

se observa como un proceso de sedimentación floculenta. Se carece de

ecuaciones teóricas para el dimensionamiento de decantadores al producirse este

tipo de sedimentación, teniéndose que realizar ensayos de sedimentación en

columna para la obtención de datos experimentales que sirvan de guía para el

dimensionamiento de los mismos.

2. Comparación de los resultados obtenidos con el uso de los coagulantes Tanfloc

y Ecotan:

El coagulante Ecotan presenta un rendimiento de eliminación de la turbiedad

muy superior al del Tanfloc. Obteniendo una mayor tasa de eliminación de la

turbiedad presente en el efluente mediante la adición de una menor cantidad de

producto. Para la obtención de turbiedades finales inferiores a 4 UNT la dosis

media de Tanfloc se establece en 50 mg/l y la de Ectan en 30 mg/l, se habla de

dosis medias debido a la variabilidad del agua residual. Este aspecto hace mucho

más atractivo económicamente al coagulante Ecotan.

El Ecotan consigue tasas muy altas de eliminación de la turbiedad, pero

modifica el pH del agua ya que consume alcalinidad del efluente. Este fenómeno

puede ser de gran trascendencia, dado que el destino final del fango es la

elaboración de biocombustibles, ignorando las repercusiones que puedan tener

una bajada del pH del fango obtenido.


59

3. Ensayo de sedimentación en columna con adición de coagulantes:

Con Tanfloc como coagulante, se observa una remoción del 90% de la turbiedad

inicial en los primeros 40 centímetros una vez transcurridos 20 minutos. Con

Ecotan como coagulante, se observa una remoción del 95% de la turbiedad

inicial en los primeros 40 centímetros una vez transcurridos 15 minutos.

Estos datos, muestran que con una coagulación y floculación previa del efluente

se obtienen parámetros de carga hidráulica superficial y tiempo hidráulico de

permanencia cercanos a los de diseño de los desarenadores. Este efecto se

produce como consequencia del aumento de las velocidades de sedimentación de

las partículas respeto a los tratamientos puramente físicos, debido al mayor

tamaño medio de los flóculos.

De los tres escenarios estudiados, el tratamiento físico-químico con Ecotan es el

que permite el diseño de un decantador con la menor superficie necesaria, siendo

este el que ofrece la alternativa más económicamente viable de las tres que se

han sometido a estudio.

El tipo de sedimentación que tiene lugar en estos tratamientos no es floculenta.

Al obtener velocidades prácticamente constantes a lo largo de la altura de la

columna nos induce a afirmar que al tratar previamente el agua con una

coagulante ésta presenta una sedimentación prácticamente de tipo I o discreta.

Permitiendo el uso de las ecuaciones empleadas para el diseño de desarenadores.

4. Ensayos de sedimentación dinámica:

Debido al diseño del aparato de sedimentación dinámica (el agua entra por la

parte superior del cilindro y un tubo central permite circular el agua hacia el

siguiente cilindro, una vez lleno el primero, siguiendo la teoría de los vasos

comunicantes), se provoca una turbulencia en la base del cilindro (zona de la

toma de muestras) que puede destruir parcialmente los flóculos del agua. Este

proceso puede dar como resultado una tasa de recuperación superior al 100 %.

La destrucción parcial de los flóculos ya formados, implica una menor velocidad

de sedimentación de los mismos (por la pérdida de tamaño), por lo que se

requeriría seguramente de una mayor superficie de diseño en el decantador, para

mantener constante el rendimiento del mismo.


60

CAPÍTULO 6. BIBLIOGRAFIA

APHA‐AWWA‐WPCF. (2001). Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater (20th ed.). Washington DC: American Public Health Association.

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problema de los lodos. Instituto de prospectiva tecnológica (IPTS).

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llacunes d'alta càrrega algal.

García, J. (Curso 2011-2012). Sedimentación. Apuntes de la asignatura “Gestión de la

calidad del agua”

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estudio del fenómeno de sedimentación en el tratamiento del agua.

WALLING D. E. and WOODWARD J. C. (1993) Use of a field-based water elutration

system for monitorning the in situ particle size characteristics of fluvial

suspended sediment.


62

CAPÍTULO 7. ANEJOS

7.1 Comparación del comportamiento de los coagulantes:

1. Primer ensayo

Cuadro de resultados:

TANFLOC (1GR/L)

Cantidad (ml)


Turbiedad inicial

Turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 503 0,00 8,45

5 0,01

229 54,47

8,4

10 0,02 190 62,23 7,64

15 0,03 503 119 76,34 8,45 7,58

20 0,04 83 83,50 7,32

25 0,05

77 84,69

7,17

30 0,06 54 89,26 6,85

Gráfica de resultados:

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

turbiedad final

TANFLOC (gr/l)


63


ECOTANG (1GR/L)

Cantidad (ml)


turbiedad inicial

turbiedad final

disminución turbiedad (%)

PH inicial PH final

0 0 503 0,00 8,45

5 0,01

49,72 90,12

7,55

10 0,02 11,81 97,65 6,72

15 0,03 503 3,14 99,38 8,45 6,56

20 0,04 1,51 99,70 6,32

25 0,05

0,58 99,88

6,17

30 0,06 2,76 99,45 5,95


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

turbiedad final

ECOTANG (gr/l)


64

2. Segundo ensayo


TANFLOC (1GR/L)

Cantidad (ml)


Turbiedad inicial

Turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 573 0,00 8,2

5 0,01

242 57,77

8,18

10 0,02 197 65,62 8,1

15 0,03 573 110 80,80 8,2 8,12

20 0,04 74 87,09 8,04

25 0,05

61 89,35

7,98

30 0,06 38,2 93,33 7,9


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

Turbiedad final

TANFLOC (gr/l)


65


ECOTANG (1GR/L)

Cantidad (ml)


Turbiedad inicial

Turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 573 0,00 8,2

5 0,01

73 87,26

7,4

10 0,02 20,09 96,49 7,1

15 0,03 573 4,17 99,27 8,2 6,9

20 0,04 1,46 99,75 6,73

25 0,05

0,41 99,93

6,56

30 0,06 1,19 99,79 6,32


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

Turbiedad final

ECOTANG (gr/l)


66

3. Tercer ensayo


TANFLOC (1GR/L)

Cantidad (ml)


Turbiedad inicial

Turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 280 0,00 8,46

5 0,01

177 36,79

8,4

10 0,02 97 65,36 8,35

15 0,03 280 48,36 82,73 8,46 8,3

20 0,04 35,6 87,29 8,24

25 0,05

30,1 89,25

8,09

30 0,06 18,9 93,25 7,9


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

Turbiedad final

TANFLOC (gr/l)


67


ECOTANG (1GR/L)

Cantidad (ml)


Turbiedad inicial

Turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 280 0,00 8,46 8,46

5 0,01

19,3 93,11

7,86

10 0,02 4,64 98,34 7,45

15 0,03 280 1,44 99,49 8,46 7,32

20 0,04 0,28 99,90 7,24

25 0,05

1,16 99,59

7,12

30 0,06 1,86 99,34 7,06


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

Turbiedad final

ECOTANG (gr/l)


68

4. Cuarto ensayo


TANFLOC (1GR/L)

Cantidad (ml)


Turbiedad inicial

Turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 277 0,00 8,65

5 0,01

148 46,57

8,65

10 0,02 71 74,37 8,63

15 0,03 277 46,8 83,10 8,65 8,58

20 0,04 33,2 88,01 8,5

25 0,05

25,9 90,65

8,43

30 0,06 17,8 93,57 8,27


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

Turbiedad final

TANFLOC (gr/l)


69


ECOTANG (1GR/L)

Cantidad (ml)


Turbiedad inicial

Turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 277 0,00 8,65

5 0,01

16,94 93,88

8,15

10 0,02 1,6 99,42 7,62

15 0,03 277 0 100,00 8,65 7,35

20 0,04 0,1 99,96 7,21

25 0,05

0,29 99,90

7,18

30 0,06 1,08 99,61 7,15


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

Turbiedad final

ECOTANG (gr/l)


70

5. Quinto ensayo


TANFLOC (1GR/L)

Cantidad (ml)


turbiedad inicial

turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 293 0,00 8,25

5 0,01

110 62,46

8,23

10 0,02 43,81 85,05 8,17

15 0,03 293 19,32 93,41 8,25 8,11

20 0,04 14,83 94,94 8,01

25 0,05

9,3 96,83

7,86

30 0,06 8,89 96,97 7,75


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

turbiedad final

TANFLOC (gr/l)


71


ECOTANG (1GR/L)

Cantidad (ml)


turbiedad inicial

turbiedad final


PH inicial PH final

0 0 293 0,00 8,25

5 0,01

15,98 94,55

7,5

10 0,02 3,25 98,89 7,3

15 0,03 293 0,84 99,71 8,25 7,2

20 0,04 1,33 99,55 7,12

25 0,05

1,83 99,38

7,05

30 0,06 4,13 98,59 6,85


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

JAR TEST

turbiedad final

ECOTANG (gr/l)


72

7.2 Ensayo de sedimentación en columna con Tanfloc:

1. Primer ensayo:



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 221 221 221 221

10 61 45,33 75 78

20 10,17 9,14 11,9 18,34

30 4,5 4,94 7,76 12,32

40 4,23 3,73 5,74 7,2

50 4,36 3,42 5,33 5,14

60 3,31 3,48 4,52 4,68

70 2,76 3,81 3,47 3,71

80 2,63 3,42 3,45 3,68

90 2,54 3,13 3,49 3,65

120 2,5 3,22 2,74 2,94

150 2,55 2,89 2,62 3

180 2,6 2,52 2,54 2,75

210 2,65 2,3 2,4 2,58

240 2,12 1,85 2,32 2,26

270 1,46 1,6 2,28 2,06 24h 1,12 1,41 1,62 1

% Turbiedad eliminada Vál. 3




0,00 0,00 0,00 0,00

72,40 79,49 66,06 64,71

95,40 95,86 94,62 91,70

97,96 97,76 96,49 94,43

98,09 98,31 97,40 96,74

98,03 98,45 97,59 97,67

98,50 98,43 97,95 97,88

98,75 98,28 98,43 98,32

98,81 98,45 98,44 98,33

98,85 98,58 98,42 98,35

98,87 98,54 98,76 98,67

98,85 98,69 98,81 98,64

98,82 98,86 98,85 98,76

98,80 98,96 98,91 98,83

99,04 99,16 98,95 98,98

99,34 99,28 98,97 99,07 99,49 99,36 99,27 99,55


73

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Turb

ied

ad (

UN

T))

Tiempo (min)

Evolución de la turbiedad


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


74

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendiminetos

Cálculo de la velocidad de sedimentación:



% Eliminación

tiempo (min)


Vs (m/h)

80% 19,87 1,18

80% 16,43 1,06

85% 19,07 1,23

85% 17,74 0,98

90% 20,18 1,16

90% 17,4 1,00

95% 32,7 0,72

95% 19,00 0,92



% Eliminación

tiempo (min)


Vs (m/h)

80% 13,97 0,90

80% 12,11 0,50

85% 11,81 1,07

85% 10 0,60

90% 15,3 0,82

90% 13,52 0,44

95% 16,33 0,77

95% 14,22 0,42


75

Tabla resumen de eliminación de turbiedad con respecto al tiempo:

H=3

9cm

Turbiedad eliminada en % para a t=10 min

1er Intervalo (80%) (0,076/0,39)*80 15,59

2º Intervalo (85%) (0,1/0,39)*5 1,28

3er Intervalo (90%) (0,066/0,39)*5 0,85

4º Intervalo (95%) (0,063/0,39)*5 0,81

18,53


1er Intervalo (80%) (0,245/0,39)*80 50,26

2º Intervalo (85%) (0,251/0,39)*5 3,22

3er Intervalo (90%) (0,14/0,39)*5 1,79

4º Intervalo (95%) (0,11/0,39)*5 1,41

56,68


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,383/0,39)*90 88,38

4º Intervalo (95%) (0,30/0,39)*5 3,85

92,23

H=2

9cm


1er Intervalo (80%) (0,076/0,29)*80 20,97

2º Intervalo (85%) (0,1/0,29)*5 1,72

3er Intervalo (90%) (0,066/0,29)*5 1,14

4º Intervalo (95%) (0,063/0,29)*5 1,09

24,91


1er Intervalo (80%) (0,245/0,29)*80 67,59

2º Intervalo (85%) (0,251/0,29)*5 4,33

3er Intervalo (90%) (0,14/0,29)*5 2,41

4º Intervalo (95%) (0,11/0,29)*5 1,90

76,22


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,29/0,29)*5 90,00

4º Intervalo (95%) (0,3/0,29)*5 5,17

95,17


76

H=2

1cm


1er Intervalo (80%) (0,076/0,21)*80 28,95

2º Intervalo (85%) (0,1/0,21)*5 2,38

3er Intervalo (90%) (0,066/0,21)*5 1,57

4º Intervalo (95%) (0,063/0,21)*5 1,50

34,40


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,21/0,21)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,14/0,21)*5 3,33

4º Intervalo (95%) (0,11/0,21)*5 2,62

90,95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%) (0,076/0,1)*5 3,80

2º Intervalo (85%) (0,1/0,1)*85 85,00

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

88,80


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


77

2. Segundo ensayo:



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 308 308 308 308

10 31,45 42,23 86 109

20 8,67 6,41 10,34 11,88

30 4,25 4,86 5,6 6,57

40 3,45 3,77 5,12 5,98

50 3,67 3,58 3,13 3,46

60 3,65 3,22 3,34 3,12

70 3,72 2,9 3,58 2,47

80 3,16 2,13 3,06 2,04

90 2,68 1,53 2,73 1,86

120 2 1,33 2,24 1,37

150 2,15 1,89 2,18 1,65

180 2,26 1,96 2,02 1,83

210 2,3 1,83 2,15 1,97

240 2,36 1,76 2,07 1,9

270 1,63 2 1,83 1,31 24h 0,56 0,54 0,38 1,29

% Turbiedad eliminada Vàl. 3




0,00 0,00 0,00 0,00

89,79 86,29 72,08 64,61

97,19 97,92 96,64 96,14

98,62 98,42 98,18 97,87

98,88 98,78 98,34 98,06

98,81 98,84 98,98 98,88

98,81 98,95 98,92 98,99

98,79 99,06 98,84 99,20

98,97 99,31 99,01 99,34

99,13 99,50 99,11 99,40

99,35 99,57 99,27 99,56

99,30 99,39 99,29 99,46

99,27 99,36 99,34 99,41

99,25 99,41 99,30 99,36

99,23 99,43 99,33 99,38

99,47 99,35 99,41 99,57 99,82 99,82 99,88 99,58


78

020406080

100120140160180200220240260280300320340

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Turb

ied

ad (

UN

T))

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


79

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Pro

fun

did

ad (

cm)

Tiempos (min) Gráfico de sedimentación

80%

85%

90%

95%

Rendiminetos





Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 13,62 1,72

80% 10,14 1,72

85% 15,17 1,54

85% 13,69 1,27

90% 17,05 1,37

90% 16,01 1,09

95% 19,37 1,21

95% 18,85 0,92


Velocidad de sedimentación H=12,5m


Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 8,71 1,45

80% 8,2 0,73

85% 9,63 1,31

85% 9,11 0,66

90% 11,37 1,11

90% 10 0,60

95% 15,84 0,80

95% 14,85 0,40


80


H=3

9cm


1er Intervalo (80%) (0,283/0,39)*80 58,05

2º Intervalo (85%) (0,22/0,39)*5 2,82

3er Intervalo (90%) (0,1/0,39)*5 1,28

4º Intervalo (95%) (0,06/0,39)*5 0,81

62,96


1er Intervalo (80%) (0,39/0,39)*80 80,00

2º Intervalo (85%) (0,383/0,39)*5 4,91

3er Intervalo (90%) (0268/0,39)*5 3,44

4º Intervalo (95%) (0,1/0,39)*5 1,28

89,63


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=2

9cm


1er Intervalo (80%) (0,283/0,29)*80 78,07

2º Intervalo (85%) (0,22/0,29)*5 3,79

3er Intervalo (90%) (0,1/0,29)*5 1,72

4º Intervalo (95%) (0,06/0,29)*5 1,03

84,62


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,29/0,29)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,268/0,29)*5 4,62

4º Intervalo (95%) (0,1/0,29)*5 1,72

91,34


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


81

H=2

1cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,21/0,21)*5 85,00

3er Intervalo (90%) (0,1/0,21)*5 2,38

4º Intervalo (95%) (0,06/0,21)*5 1,43

88,81


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,21/0,21)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,1/0,21)*5 2,38

92,38


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


82

3. Tercer ensayo:




Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 308 308 308 308

10 31,45 42,23 86 109

20 8,67 6,41 10,34 11,88

30 4,25 4,86 5,6 6,57

40 3,45 3,77 5,12 5,98

50 3,67 3,58 3,13 3,46

60 3,65 3,22 3,34 3,12

70 3,72 2,9 3,58 2,47

80 3,16 2,13 3,06 2,04

90 2,68 1,53 2,73 1,86

120 2 1,33 2,24 1,37

150 2,15 1,89 2,18 1,65

180 2,26 1,96 2,02 1,83

210 2,3 1,83 2,15 1,97

240 2,36 1,76 2,07 1,9

270 1,63 2 1,83 1,31 24h 0,56 0,54 0,38 1,29



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 323 323 323 323

10 54,5 59 68 189,5

20 17,32 35,32 30,34 47,1

30 5,01 5,95 8,49 13,34

40 4,84 4,07 5,12 8,9

50 3,15 4,02 4,31 4,78

60 4,35 4,47 3,89 4,07

70 3,56 3,43 4,03 4,67

80 2,61 3,61 3,21 3,86

90 2,39 3,02 2,92 2,62

120 1,92 2,45 2,63 2,54

150 1,76 2,16 2,25 2,48

180 1,87 2,04 2,3 2,12

210 2,12 1,89 2,37 1,87

240 2,07 1,72 1,93 1,89

270 1,96 1,65 1,55 1,91 24h 0,49 0,65 0,38 0,78


83

020406080

100120140160180200220240260280300320340

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Turb

ied

ad (

UN

T))

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


84

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Po

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendiminetos





Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 18,26 1,28

80% 10,22 1,70

85% 19,82 1,18

85% 12,99 1,34

90% 22,73 1,03

90% 19,07 0,91

95% 28,52 0,82

95% 25,76 0,68




Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 9,59 1,31

80% 9,42 0,64

85% 12,07 1,04

85% 10,53 0,57

90% 21,03 0,60

90% 14,05 0,43

95% 26,05 0,48

95% 20,3 0,30


85


H=3

9cm


1er Intervalo (80%) (0,285/0,39)*80 58,46

2º Intervalo (85%) (0,091/0,39)*5 1,17

3er Intervalo (90%) (0,066/0,39)*5 0,85

4º Intervalo (95%) (0,044/0,39)*5 0,56

61,04


1er Intervalo (80%) (0,35/0,39)*80 71,79

2º Intervalo (85%) (0,325/0,39)*5 4,17

3er Intervalo (90%) (0,109/0,39)*5 1,40

4º Intervalo (95%) (0,068/0,39)*5 0,87

78,23


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,39/0,39)*85 85

3er Intervalo (90%) (0,325/0,39)*85 4,17

4º Intervalo (95%) (0,097/0,39)*85 1,24

90,41

H=2

9cm


1er Intervalo (80%) (0,285/0,29)*80 78,62

2º Intervalo (85%) (0,091/0,29)*5 1,57

3er Intervalo (90%) (0,066/0,29)*5 1,14

4º Intervalo (95%) (0,044/0,29)*5 0,76

82,09


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,29/0,29)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,11/0,29)*5 1,90

4º Intervalo (95%) (0,068/0,29)*5 1,17

88,07


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,29/0,29)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,097/0,29)*5 1,67

91,67


86

H=2

1cm


1er Intervalo (80%) (0,21/0,21)*80 80,00

2º Intervalo (85%) (0,091/0,21)*5 2,17

3er Intervalo (90%) (0,066/0,21)*5 1,57

4º Intervalo (95%) (0,044/0,21)*5 1,05

84,79


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,21/0,21)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,11/0,21)*5 2,62

4º Intervalo (95%) (0,068/0,21)*5 1,62

89,24


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,21/0,21)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,097/0,21)*5 2,31

92,31

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,091/0,1)*85 77,35

3er Intervalo (90%) (0,066/0,1)*5 3,30

4º Intervalo (95%) (0,044/0,1)*5 2,20

82,85


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,1/0,1)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,068/0,1)*5 3,40

93,40


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,1/0,1)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,097/0,1)*5 4,85

94,85


87

4. Cuarto ensayo



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 323 323 323 323

10 87 95 96 98

20 10,69 14,29 15,88 19,49

30 4,17 4,48 5,94 7,6

40 3,29 3,6 4,03 4,23

50 3,13 3,56 3,07 3,46

60 2,78 3,22 3,6 3,43

70 2,56 2,92 3,09 3

80 2,34 2,66 2,75 2,82

90 2,06 2,13 2,27 2,63

120 1,81 1,69 1,93 2,47

150 1,98 1,73 2,02 2,28

180 1,9 1,66 2,1 2,14

210 1,87 1,39 1,99 1,95

240 1,74 1,31 1,82 1,86

270 1,6 1,26 1,53 1,62 24h 0,58 0,62 0,48 0,78





0,00 0,00 0,00 0,00

73,07 70,59 70,28 69,66

96,69 95,58 95,08 93,97

98,71 98,61 98,16 97,65

98,98 98,89 98,75 98,69

99,03 98,90 99,05 98,93

99,14 99,00 98,89 98,94

99,21 99,10 99,04 99,07

99,28 99,18 99,15 99,13

99,36 99,34 99,30 99,19

99,44 99,48 99,40 99,24

99,39 99,46 99,37 99,29

99,41 99,49 99,35 99,34

99,42 99,57 99,38 99,40

99,46 99,59 99,44 99,42

99,50 99,61 99,53 99,50 99,82 99,81 99,85 99,76


88

020406080

100120140160180200220240260280300320340

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Turb

ied

ad (

UN

T))

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


89

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Pfu

nd

idad

(cm

)


80%

85%

90%

95%

Rendiminetos

Cálculo de la velocidad de sedimentación



% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 13,09 1,79

80% 12,6 1,38

85% 15,11 1,55

85% 14,50 1,20

90% 17,56 1,33

90% 16,91 1,03

95% 21,14 1,11

95% 20,00 0,87



% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 12,5 1,01

80% 11,7 0,51

85% 14,38 0,88

85% 13,64 0,44

90% 16,8 75%

0,90 15,77 38%

95% 19,85 0,63

95% 18,8 0,32


90


H=3

9cm


1er Intervalo (80%) (0,078/0,39)*80 16,00

2º Intervalo (85%) (0,065/0,39)*5 0,83

3er Intervalo (90%) (0,056/0,39)*5 0,72

4º Intervalo (95%) (0,046/0,39)*5 0,59

18,14


1er Intervalo (80%) (0,39/0,39)*80 80,00

2º Intervalo (85%) (0,37/0,39)*5 4,74

3er Intervalo (90%) (0,09/0,39)*5 1,15

4º Intervalo (95%) (0,072/0,39)*5 0,92

86,82


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,39/0,39)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,2/0,39)*5 2,56

92,56

H=2

9cm


1er Intervalo (80%) (0,078/0,29)*80 78,62

2º Intervalo (85%) (0,065/0,29)*5 1,57

3er Intervalo (90%) (0,056/0,29)*5 1,14

4º Intervalo (95%) (0,046/0,29)*5 0,76

82,09


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,29/0,29)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,09/0,29)*5 1,55

4º Intervalo (95%) (0,072/0,29)*5 1,24

87,79


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,29/0,29)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,2/0,29)*5 0,00

90,00


91

H=2

1cm


1er Intervalo (80%) (0,078/0,21)*80 29,71

2º Intervalo (85%) (0,065/0,21)*5 1,55

3er Intervalo (90%) (0,056/0,21)*5 1,33

4º Intervalo (95%) (0,046/0,21)*5 1,10

33,69


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,21/0,21)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,09/0,21)*5 2,14

4º Intervalo (95%) (0,072/0,21)*5 1,71

88,86


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,091/0,1)*85 77,35

3er Intervalo (90%) (0,066/0,1)*5 3,30

4º Intervalo (95%) (0,044/0,1)*5 2,20

82,85


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,1/0,1)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,068/0,1)*5 3,40

93,40


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


92

5. Quinto ensayo de sedimentación en columna sin coagulante:



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 262 262 262 262

10 130 136 113 158

20 43,59 57 85 82

30 31,18 39,97 38,18 58

40 26,72 28,21 37,09 40

50 23,59 26,18 28,03 35,67

60 20,8 22,9 27,63 31,19

70 20,02 22,45 25,31 28,57

80 19,86 22,37 24,54 25,51

90 20,67 21,45 23,45 23,14

120 18,07 20,18 22,49 23,09

150 16,6 18,24 21,68 20,37

180 15,48 16,59 18,16 18,95

210 15,13 15,87 17,06 18,63

240 14,86 14,92 15,23 16,78

270 14,3 13,5 13,54 14,4 24h 12,28 12,81 12,65 12,73





0,00 0,00 0,00 0,00

50,38 48,09 56,87 39,69

83,36 78,24 67,56 68,70

88,10 84,74 85,43 77,86

89,80 89,23 85,84 84,73

91,00 90,01 89,30 86,39

92,06 91,26 89,45 88,10

92,36 91,43 90,34 89,10

92,42 91,46 90,63 90,26

92,11 91,81 91,05 91,17

93,10 92,30 91,42 91,19

93,66 93,04 91,73 92,23

94,09 93,67 93,07 92,77

94,23 93,94 93,49 92,89

94,33 94,31 94,19 93,60

94,54 94,85 94,83 94,50 95,31 95,11 95,17 95,14


93

020406080

100120140160180200220240260280

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

turb

ed

ad (

UN

T))

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


94

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

Rendiminetos

Cálculo de la velocidad de sedimentación




Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 32,63 0,72

80% 26,42 0,66

85% 40,37 0,58

85% 29,63 0,59

90% 79 0,30

90% 65,53 0,27




Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 21,15 0,60

80% 18,3 0,33

85% 30 0,42

85% 21,33 0,28

90% 48,67 0,26

90% 40 0,15


95


H=3

9cm


1er Intervalo (80%) (0,048/0,39)*80 9,85

2º Intervalo (85%) (0,0423/0,39)*5 0,54

3er Intervalo (90%) (0,023/0,39)*5 0,29

4º Intervalo (95%)

10,68


1er Intervalo (80%) (0,072/0,39)*80 14,77

2º Intervalo (85%) (0,064/0,39)*5 0,82

3er Intervalo (90%) (0,031/0,39)*5 0,40

4º Intervalo (95%)

15,99


1er Intervalo (80%) (0,123/0,39)*80 25,2307692

2º Intervalo (85%) (0,09/0,39)*5 1,15

3er Intervalo (90%) (0,045/0,39)*5 0,58

4º Intervalo (95%)

26,96


1er Intervalo (80%) (0,27/0,39)*80 55,38

2º Intervalo (85%) (0,13/0,39)*5 1,67

3er Intervalo (90%) (0,056/0,39)*5 0,72

4º Intervalo (95%)

57,77


1er Intervalo (80%) (0,344/0,39)*80 70,56

2º Intervalo (85%) (0,25/0,39)*5 3,21

3er Intervalo (90%) (0,066/0,39)*5 0,85

4º Intervalo (95%)

74,62


96

H=2

9cm


1er Intervalo (80%) (0,048/0,29)*80 13,24

2º Intervalo (85%) (0,0423/0,29)*5 0,73

3er Intervalo (90%) (0,023/0,29)*5 0,40

4º Intervalo (95%)

14,37


1er Intervalo (80%) (0,072/0,29)*80 19,86

2º Intervalo (85%) (0,064/0,29)*5 1,10

3er Intervalo (90%) (0,031/0,29)*5 0,53

4º Intervalo (95%)

21,50


1er Intervalo (80%) (0,123/0,29)*80 33,9310345

2º Intervalo (85%) (0,09/0,29)*5 1,55

3er Intervalo (90%) (0,045/0,29)*5 0,78

4º Intervalo (95%)

36,26


1er Intervalo (80%) (0,27/0,29)*80 74,48

2º Intervalo (85%) (0,13/0,29)*5 2,24

3er Intervalo (90%) (0,056/0,29)*5 0,97

4º Intervalo (95%)

77,69


1er Intervalo (80%) (0,29/0,29)*80 80,00

2º Intervalo (85%) (0,25/0,29)*5 4,31

3er Intervalo (90%) (0,066/0,29)*5 1,14

4º Intervalo (95%)

85,45


97

H=2

1cm


1er Intervalo (80%) (0,048/0,21)*80 18,29

2º Intervalo (85%) (0,0423/0,21)*5 1,01

3er Intervalo (90%) (0,023/0,21)*5 0,55

4º Intervalo (95%)

19,84


1er Intervalo (80%) (0,072/0,21)*80 27,43

2º Intervalo (85%) (0,064/0,21)*5 1,52

3er Intervalo (90%) (0,031/0,21)*5 0,74

4º Intervalo (95%)

29,69


1er Intervalo (80%) (0,123/0,21)*80 46,8571429

2º Intervalo (85%) (0,09/0,21)*5 2,14

3er Intervalo (90%) (0,045/0,21)*5 1,07

4º Intervalo (95%)

50,07


1er Intervalo (80%) (0,21/0,21)*80 80,00

2º Intervalo (85%) (0,13/0,21)*5 3,10

3er Intervalo (90%) (0,056/0,21)*5 1,33

4º Intervalo (95%)

84,43


1er Intervalo (80%) (0,21/0,21)*80 80,00

2º Intervalo (85%) (0,25/0,21)*5 5,95

3er Intervalo (90%) (0,066/0,21)*5 1,57

4º Intervalo (95%)

87,52


98

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%) (0,048/0,10)*80 38,40

2º Intervalo (85%) (0,0423/0,10)*5 2,12

3er Intervalo (90%) (0,023/0,10)*5 1,15

4º Intervalo (95%)

41,67


1er Intervalo (80%) (0,072/0,10)*80 57,60

2º Intervalo (85%) (0,064/0,10)*5 3,20

3er Intervalo (90%) (0,031/0,10)*5 1,55

4º Intervalo (95%)

62,35


1er Intervalo (80%) (0,1/0,10)*80 80

2º Intervalo (85%) (0,09/0,10)*5 4,50

3er Intervalo (90%) (0,045/0,10)*5 2,25

4º Intervalo (95%)

86,75


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,1/0,10)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,056/0,10)*5 2,80

4º Intervalo (95%)

87,80


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,1/0,1)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,01/0,29)*5 3,30

4º Intervalo (95%)

88,30


99

7.3 Ensayo de sedimentación en columna con Ecotang:

1. Primer ensayo



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 465 465 465 465

10 75 139 332 563

20 19,36 40,88 36,57 43,73

30 7,36 8,62 8,14 14,3

40 7,32 8,43 8,45 9,79

50 6,28 7,35 8,02 8,72

60 6,19 7,09 7,45 7,8

70 6,13 6,92 7,32 7,65

80 6,08 6,81 7,15 7,54

90 6,18 6,37 6,89 7,12

120 6,39 6,01 6,58 6,63

150 6,12 6,07 6,57 6,43

180 5,72 5,93 6,11 6,24

210 5,64 5,85 6,01 6,14

240 5,48 5,62 5,82 6,02

270 5,26 5,55 5,73 5,78 24h 4,14 4,58 4,79 4,96





0,00 0,00 0,00 0,00

83,87 70,11 28,60 0,00

95,84 91,21 92,14 90,60

98,42 98,15 98,25 96,92

98,43 98,19 98,18 97,89

98,65 98,42 98,28 98,12

98,67 98,48 98,40 98,32

98,68 98,51 98,43 98,35

98,69 98,54 98,46 98,38

98,67 98,63 98,52 98,47

98,63 98,71 98,58 98,57

98,68 98,69 98,59 98,62

98,77 98,72 98,69 98,66

98,79 98,74 98,71 98,68

98,82 98,79 98,75 98,71

98,87 98,81 98,77 98,76 99,11 99,02 98,97 98,93


100

04080

120160200240280320360400440480520560600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Turb

ied

ad (

UN

T))

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

-20,00

-10,00

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


101

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendiminetos




% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 18,62 1,26

80% 17,73 0,98

85% 19,11 1,22

85% 18,49 0,94

90% 20 1,17

90% 19,48 0,89

95% 23,95 0,98

95% 22,44 0,78


Velocidad de sedimentación H=12.,cm

% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 13,25 0,95

80% 9,27 0,65

85% 15,97 0,79

85% 10,26 0,58

90% 19,19 0,66

90% 13,24 0,45

95% 20,4 0,62

95% 18,91 0,32


102


H=3

9cm


1er Intervalo (80%) (0,113/0,39)*80 23,18

2º Intervalo (85%) (0,096/0,39)*5 1,23

3er Intervalo (90%) (0,071/0,39)*5 0,91

4º Intervalo (95%) (0,047/0,39)*5 0,60

25,92


1er Intervalo (80%) (0,24/0,39)*80 49,23

2º Intervalo (85%) (0,187/0,39)*5 2,40

3er Intervalo (90%) (0,122/0,39)*5 1,56

4º Intervalo (95%) (0,072/0,39)*5 0,92

54,12


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,39/0,39)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,134/0,39)*5 1,72

91,72

H=2

9cm


1er Intervalo (80%) (0,113/0,29)*80 31,17

2º Intervalo (85%) (0,096/0,29)*5 1,66

3er Intervalo (90%) (0,071/0,29)*5 1,22

4º Intervalo (95%) (0,047/0,29)*5 0,81

34,86


1er Intervalo (80%) (0,24/0,29)*80 66,21

2º Intervalo (85%) (0,187/0,29)*5 3,22

3er Intervalo (90%) (0,122/0,29)*5 2,10

4º Intervalo (95%) (0,072/0,29)*5 1,24

72,78


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,29/0,29)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,134/0,29)*5 2,31

92,31


103

H=2

1cm


1er Intervalo (80%) (0,113/0,21)*80 43,05

2º Intervalo (85%) (0,096/0,21)*5 2,29

3er Intervalo (90%) (0,071/0,21)*5 1,69

4º Intervalo (95%) (0,047/0,21)*5 1,12

48,14


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


104

2. Segundo ensayo



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 573 573 573 573

10 24,11 23,59 48,61 56

20 4,72 5,96 7,76 11,32

30 4,68 4,91 5,06 5,42

40 4,25 4,48 4,66 4,7

50 3,59 4,22 4,37 4,49

60 3,52 4,17 4,28 4,28

70 3,54 3,72 4,14 4,22

80 3,52 3,65 4,12 4,24

90 3,6 3,63 4,06 4,3

120 3,57 3,72 3,92 4,12

150 3,51 3,49 3,86 3,95

180 3,46 3,45 3,87 3,92

210 3,42 3,42 3,83 3,89

240 3,38 3,4 3,76 3,88

270 3,37 3,43 3,71 3,82

24h 3,09 3,25 3,5 3,46





0,00 0,00 0,00 0,00

95,79 95,88 91,52 90,23

99,18 98,96 98,65 98,02

99,18 99,14 99,12 99,05

99,26 99,22 99,19 99,18

99,37 99,26 99,24 99,22

99,39 99,27 99,25 99,25

99,38 99,35 99,28 99,26

99,39 99,36 99,28 99,26

99,37 99,37 99,29 99,25

99,38 99,35 99,32 99,28

99,39 99,39 99,33 99,31

99,40 99,40 99,32 99,32

99,40 99,40 99,33 99,32

99,41 99,41 99,34 99,32

99,41 99,40 99,35 99,33 99,46 99,43 99,39 99,40


105

0306090

120150180210240270300330360390420450480510540570600630

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Turb

ied

ad (

UN

T))

Tiempo (min)

Evolución de la turbiedad Válvula 3 (12,5 cm)

Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


106

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendiminetos




% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 8,27 2,83

80% 8,18 2,13

85% 9,02 2,59

85% 8,90 1,96

90% 10,00 2,34

90% 9,90 1,76

95% 13,78 1,70

95% 12,50 1,39



% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 7,62 1,65

80% 7,70 0,78

85% 8,23 1,53

85% 8,29 0,72

90% 8,95 1,41

90% 9 0,67

95% 9,84 1,28

95% 9,89 0,61



107

H=3

9cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,39/0,39)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,22/0,39)*5 2,82

92,82


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=2

9cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,29/0,29)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,22/0,29)*5 3,79

93,79


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=

21

c

m Turbiedad eliminada en % para a t=10 min

1er Intervalo (80%)


108

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

3. Tercer ensayo


109



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 280 280 280 280

10 6,09 16,85 13,29 10,62

20 4,3 5,24 4,47 3,74

30 5,94 6,73 4,5 4,22

40 3,56 3,02 3,1 4,11

50 3,81 3,32 3,37 3,05

60 3,63 3,42 3,32 3,12

70 3,34 3,28 3,18 3,16

80 2,98 3,16 3,02 3,23

90 2,72 2,9 2,86 3,11

120 2,47 2,52 2,82 3,02

150 2,14 2,26 2,94 3,51

180 2,08 1,22 2,9 3,42

210 2,02 2,14 2,86 3,38

240 2,06 2,08 2,78 3,16

270 1,98 2,1 2,76 3,04 24h 1,73 1,88 2,09 2,62





0,00 0,00 0,00 0,00

97,83 93,98 95,25 96,21

98,46 98,13 98,40 98,66

97,88 97,60 98,39 98,49

98,73 98,92 98,89 98,53

98,64 98,81 98,80 98,91

98,70 98,78 98,81 98,89

98,81 98,83 98,86 98,87

98,94 98,87 98,92 98,85

99,03 98,96 98,98 98,89

99,12 99,10 98,99 98,92

99,24 99,19 98,95 98,75

99,26 99,56 98,96 98,78

99,28 99,24 98,98 98,79

99,26 99,26 99,01 98,87

99,29 99,25 99,01 98,91 99,38 99,33 99,25 99,06


110

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Turb

ied

ad (

UN

T))

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


111

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendiminetos




% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)

% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)

80% 7,73 3,03

80% 7,75 2,25

85% 8,13 2,88

85% 8,48 2,05

90% 8,96 2,61

90% 9 1,93

95% 9,82 2,38

95% 9,92 1,75



% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)

% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)

80% 7,89 1,60

80% 7,46 0,80

85% 8,56 1,47

85% 8,11 0,74

90% 9,34 1,35

90% 8,79 0,68

95% 10,38 1,21

95% 9,44 0,64


112


H=3

9cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%) (0,275/0,39)*95 66,99

66,99


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=2

9cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%) (0,275/0,29)*95 90,09

90,09


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


113

H=2

1cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


114

4. Cuarto ensayo



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 277 277 277 277

10 7,32 32,33 33,88 35,27

20 5,13 5,55 6,82 6,72

30 2,48 2,52 3,03 3,94

40 1,74 2,2 2,13 2,29

50 1,62 2,04 2,08 2,23

60 1,48 1,83 1,92 2,15

70 1,46 1,88 1,89 2,04

80 1,44 1,9 1,86 1,98

90 1,56 1,92 1,88 1,96

120 1,65 1,96 1,99 2,02

150 1,42 1,93 2,02 1,92

180 1,31 1,85 1,95 1,95

210 1,24 1,76 1,91 1,98

240 1,18 1,72 1,84 1,92

270 1,02 1,64 1,72 1,88 24h 0,43 0,65 1,12 1,44





0,00 0,00 0,00 0,00

97,36 88,33 87,77 87,27

98,15 98,00 97,54 97,57

99,10 99,09 98,91 98,58

99,37 99,21 99,23 99,17

99,42 99,26 99,25 99,19

99,47 99,34 99,31 99,22

99,47 99,32 99,32 99,26

99,48 99,31 99,33 99,29

99,44 99,31 99,32 99,29

99,40 99,29 99,28 99,27

99,49 99,30 99,27 99,31

99,53 99,33 99,30 99,30

99,55 99,36 99,31 99,29

99,57 99,38 99,34 99,31

99,63 99,41 99,38 99,32 99,84 99,77 99,60 99,48


115

020406080

100120140160180200220240260280300

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Turb

ied

ad (

UN

T))

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


116

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendiminetos




% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 8,85 2,64

80% 8,56 2,03

85% 9,56 2,45

85% 9,48 1,84

90% 11,17 2,09

90% 10,84 1,61

95% 15,99 1,46

95% 15,82 1,10



% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 8,55 1,47

80% 7,57 0,79

85% 9,37 1,34

85% 8,08 0,74

90% 10,62 1,19

90% 8,86 0,68

95% 15,13 0,83

95% 9,63 0,62


117


H=3

9cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,39/0,39)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,145/0,39)*5 1,86

4º Intervalo (95%) (0,11/0,39)*5 1,41

88,27


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,39/0,39)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,21/0,39)*5 2,69

92,69


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=2

9cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,29/0,29)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,145/0,29)*5 2,50

4º Intervalo (95%) (0,11/0,29)*5 1,90

89,40


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,29/0,29)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,21/0,29)*5 3,62

93,62


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


118

H=2

1cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,21/0,21)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,145/0,21)*5 3,45

4º Intervalo (95%) (0,11/0,21)*5 2,62

91,07


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%) (0,21/0,21)*95 95,00

95,00


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


119

5. Quinto ensayo



Tiempo (min)


Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0 293 293 293 293

10 39,39 49,67 63 67

20 4,35 6,77 7,87 8,84

30 2,75 2,81 3,05 4,18

40 2,56 2,67 2,96 3,82

50 2,32 2,53 2,92 3,36

60 2,18 2,39 2,87 3

70 1,92 2,12 2,27 2,52

80 1,76 1,87 1,88 1,9

90 1,38 1,63 1,72 1,82

120 1,14 1,45 1,63 1,77

150 1,06 1,23 1,5 1,65

180 1,12 1,18 1,46 1,63

210 1,16 1,15 1,41 1,52

240 1,08 1,11 1,36 1,47

270 1,04 1,07 1,28 1,39 24h 0,04 0,06 0,24 0,12





0,00 0,00 0,00 0,00

86,56 83,05 78,50 77,13

98,52 97,69 97,31 96,98

99,06 99,04 98,96 98,57

99,13 99,09 98,99 98,70

99,21 99,14 99,00 98,85

99,26 99,18 99,02 98,98

99,34 99,28 99,23 99,14

99,40 99,36 99,36 99,35

99,53 99,44 99,41 99,38

99,61 99,51 99,44 99,40

99,64 99,58 99,49 99,44

99,62 99,60 99,50 99,44

99,60 99,61 99,52 99,48

99,63 99,62 99,54 99,50

99,65 99,63 99,56 99,53 99,99 99,98 99,92 99,96


120

020406080

100120140160180200220240260280300320

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 120 150 180 210 240 270

Tue

bie

dad

(U

NT)

)

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

% D

ism

inu

ció

n U

NT

Tiempo (min)



Válvula 5 (21 cm)

Válvula 7 (29 cm)

Válvula 10 (39 cm)

Gráficos:


121

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Pro

fun

did

ad (

cm)


80%

85%

90%

95%

Rendiminetos




% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 10,7 2,19

80% 10,44 1,67

85% 12,54 1,87

85% 12,08 1,44

90% 15,1 1,55

90% 14,61 1,19

95% 18,49 1,27

95% 18,14 0,96



% Eliminación

tiempo (min)

Vs (m/h)


Vs (m/h)

80% 9,47 1,33

80% 8,94 0,67

85% 10,66 1,18

85% 9,79 0,61

90% 13,05 0,97

90% 11,38 0,53

95% 17,1 0,74

95% 15,42 0,39


122


H=3

9cm


1er Intervalo (80%) (0,253/0,39)*80 51,90

2º Intervalo (85%) (0,105/0,39)*5 1,39

3er Intervalo (90%) (0,083/0,39)*5 1,06

4º Intervalo (95%) (0,058/0,39)*5 0,74

55,10


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,39/0,39)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,363/0,39)*5 4,65

4º Intervalo (95%) (0,096/0,39)*5 1,23

90,88


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=2

9cm


1er Intervalo (80%) (0,253/0,29)*80 69,79

2º Intervalo (85%) (0,105/0,29)*5 1,81

3er Intervalo (90%) (0,083/0,29)*5 1,43

4º Intervalo (95%) (0,058/0,39)*5 0,74

73,78


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,29/0,29)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,096/0,29)*5 1,66

91,66


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95


123

H=2

1cm


1er Intervalo (80%) (0,21/0,21)*80 80,00

2º Intervalo (85%) (0,11/0,21)*5 2,62

3er Intervalo (90%) (0,083/0,21)*5 1,98

4º Intervalo (95%) (0,058/0,21)*5 1,38

85,98


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,21/0,21)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,096/0,21)*5 2,29

92,29


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

H=1

2,5

cm


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%) (0,1/0,10)*85 85,00

3er Intervalo (90%) (0,083/0,10)*5 4,15

4º Intervalo (95%) (0,058/0,10)*5 2,90

92,05


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%) (0,1/0,10)*90 90,00

4º Intervalo (95%) (0,096/0,10)*5 4,80

94,80


1er Intervalo (80%)

2º Intervalo (85%)

3er Intervalo (90%)

4º Intervalo (95%)

>95

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