PRETRATAMIENTO PLANTAS DE AGUAS RESIDUALES

Pretratamiento

El pretratamiento es el conjunto de operaciones, fundamentalmente de tipo fsico y mecnico, que permite eliminar slidos de gran tamao, arenas, gravas, grasas y aceites, que puedan dar problemas en las etapas posteriores.

En esta etapa se producente Residuos Slidos Urbanos (RSUs), lodos contaminados y un efluente parcialmente descontaminado que ser objeto de tratamiento por el resto de las unidades mejorando su rendimiento.

El correcto diseo y posterior mantenimiento de la etapa de pretratamiento son aspectos de gran importancia, pues cualquier deficiencia en los mismos repercutir negativamente en el resto de las instalaciones originando obstrucciones de tuberas, vlvulas y bombas, desgaste de equipos, formacin de costras, etc.

Etapa Objetivo Unidades Representativas Tipo de fenmenos principales involucrados

Niveles de eficiencia

Pretratamiento

Remover slidos gruesos para evitar atascos, abrasin y daos a tuberas, bombas, equipos y a otros elementos de la depuradora.

Pozo de gruesos Rejillas Desarenador Desengrasador Tanque de Igualacin u homogenizacin (efluentes industriales, especialmente) Tanque de neutralizacin (efluentes industriales, especialmente)

Fsicos. Qumicos (neutralizacin).

No se considera que se logren remociones significativas en DBO y SST

Esquema del pretratamiento de una EDARU

DESBASTE

El desbaste se conoce tambin como cribado y se hace, de manera frecuente, mediante la instalacin de rejillas metlicas de diferentes caractersticas de diseo y operacin, dependiendo del tipo de agua a tratar.

Es la operacin utilizada para separar material grueso del agua, mediante el paso de ella por una criba o rejilla. Los elementos flotantes como plsticos, trozos de madera y ramas, entre otros, deben ser retirados en el desbaste.

Esta unidad no es prescindible en ninguna depuradora y es independiente de la existencia o no, del pozo de muy gruesos.

En el tratamiento de aguas residuales se usan rejillas gruesas, principalmente de barras o varillas de acero, para proteger bombas, vlvulas, tuberas y equipos, etc.

Las plantas de tratamiento de agua residual industrial pueden o no requerir de rejillas, segn la caracterstica del residuos.

A medida que el material se acumula sobre la rejilla, sta se va taponando y la prdida de energa aumenta, por lo que el diseo estructural debe ser el adecuado para impedir la rotura de la rejilla cuando est taponada.

Corte de un sistema de desbaste usando rejillas (una gruesa y otra fina) de limpieza mecnica. Imagen tomada de: http://www.consorcioaa.com/cmscaa/export/sites/default/imgs/2.desbaste.gif

Clasificacin de las rejillas de desbaste

Las rejas pueden clasificarse segn:

Su limpieza

Manual

Mecnica

Su separacin entre barrotes

Fina: entre 0,5 y 1,5 cm de separacin

Media: entre 1,5 y 5,0 cm de separacin

Gruesa: mayor a 5,0 cm de separacin

Su inclinacin

Verticales: a 90 respecto de la horizontal

Inclinadas: entre 60 y 80 respecto de la horizontal

El tamao de los barrotes usados en las rejillas, depender del tamao de los materiales que se pretende retener, con el fin de que sean lo suficientemente fuertes para que no se deformen.

Para rejillas gruesas se usan barrotes de entre y 1 pulgada (1,3 a 2,5 cm) de dimetro (o de ancho) y para las finas, de entre y pulgada (0,6 a 1,3 cm).

Rejillas de limpieza manual

Se instalan en depuradoras pequeas y son inclinadas usualmente a 60 respecto de la horizontal para facilitar las labores de limpieza del operario.

El operario retira los slidos retenidos en la rejilla con ayuda de un rastrillo u otra herramienta similar dentada y los dispone temporalmente en una lmina perforada o canastilla, conocida como depsito escurridor, para eliminar el agua.

Posteriormente, estos desechos se llevan a incineracin o a un relleno sanitario.

Rejilla media con lmina perforada para escurrimiento del material extrado.

Operario retirando manualmente los slidos retenidos en la rejilla. No cuenta con una canastilla o lmina de escurrimiento

Rejillas de limpieza mecnica

Llamadas tambin rejillas de limpieza automtica; stas suelen instalarse en depuradoras grandes cuyos grandes caudales arrastran ingentes cantidades de materiales gruesos de forma permanente, que no podran ser evacuados manualmente.

Estas rejillas suelen ser verticales, con inclinaciones que varan entre los 80 y 90 respecto de la horizontal

Los mecanismos de limpieza son variables dependiendo del fabricante; los ms usuales son los de barras dentadas o los de peines giratorios.

Rejilla de limpieza mecnica con peine giratorio.

Rejilla de limpieza mecnica

Diseo del desbaste

Los criterios de diseo de las rejillas se fundamentan en las velocidades de paso del flujo de aguas residuales, a travs de ellas.

Esta velocidad no debe ser tan baja que promueva la sedimentacin de slidos en el canal ni tan alta que genere arrastre de slidos ya retenidos por los barrotes de la reja.

Criterios de diseo de las rejillas de desbaste

Parmetro Valor o rango

Velocidad mnima de paso 0,6 m/s (a caudal medio

Velocidad mxima de paso 1,4 m/s (a caudal punta)

Grado de colmatacin estimado entre intervalos de limpieza

30%

Prdida de carga mxima admisible

15 cm (a caudal medio)

Una vez se tengan definidas las dimensiones del canal de desbaste, el rea del canal en la zona de la rejilla se puede calcular con la siguiente expresin:

Donde, AR : rea til del canal en la zona de la rejilla (m

2) Bc : ancho del canal (m) L : luz o espacio entre barrotes (m) b : ancho de los barrotes (m) G : grado de colmatacin (usualmente se adopta un valor de 30%)

Debido a que los barrotes restan rea til del canal, incrementando la velocidad del flujo entre la rejilla, se hace necesario, en ocasiones, incrementar el ancho del canal en la zona donde est ubicada la criba o aumentar la profundidad

Zona de rejillas (Romero Rojas, 1999)

Para estimar el ancho o la profundidad en la zona de la rejilla, se puede emplear la siguiente expresin:

Donde, P Profundidad en la zona de rejillas (m) Q caudal de aguas residuales (m3/s) Vp velocidad de paso entre la rejilla (m/s) L luz o espacio entre barrotes (m) b ancho de los barrotes (m) Bc ancho del canal (m) G Grado de colmatacin de la rejilla

La prdida de carga generada por la rejilla diferencia de altura de la lmina de agua antes y despus del paso por la rejilla se puede calcular con esta expresin propuesta por Lozano-Rivas.

Donde, H prdida de carga generada por la rejilla (m) Vp velocidad de paso del agua a travs de la rejilla (m/s)

El nmero de barrotes se puede calcular con la siguiente:

Donde,

N nmero de barrotes

BR ancho del canal en la zona de rejilla (m)

L luz o espacio entre barrotes (m)

b ancho de los barrotes (m)

Cantidad de slidos retenidos por las rejillas

Tipo de rejilla Cantidad de slidos retenidos

Fina 5 a 12 mL/d*hab

Gruesa 12 a 25 mL/d*hab

Calcular el tamao de una rejilla fina, de limpieza manual, para el canal de entrada y el caudal. (Qmd = 69 L/s. Vcanal = 0,6 m/s. Dimensiones del canal: 0,34 x 0,34 m y un borde libre de 0,35 m). La criba tendr barrotes de 0,6 cm de ancho y 1,2 cm de separacin; con una velocidad de paso en la rejilla de 0,8 m/s.

Ejercicio

Solucin: Se calcula la seccin o rea til del canal en la zona de la rejilla, as

La profundidad en la zona de rejilla, manteniendo el mismo ancho del canal en la zona de rejilla, ser:

Donde, AR : rea til del canal en la zona de la rejilla (m

2) Bc : ancho del canal (m) L : luz o espacio entre barrotes (m) b : ancho de los barrotes (m) G : grado de colmatacin (usualmente se adopta un valor de 30%)

P Profundidad en la zona de rejillas (m) Q caudal de aguas residuales (m3/s) Vp velocidad de paso entre la rejilla (m/s) L luz o espacio entre barrotes (m) b ancho de los barrotes (m) Bc ancho del canal (m) G Grado de colmatacin de la rejilla

Esta es una prdida de carga aceptable. El nmero de barrotes ser:

Desarenador En el desarenador, como lo indica su nombre, se remueven las partculas de arena y similares, que tienen un peso especfico de cercano a 2,65 g/cm3 y tamaos superiores a los 0,15 mm de dimetro (e.j. cscaras, semillas). Este tipo de partculas presentes, especialmente, en las aguas residuales urbanas y muy rara vez en las de tipo industrial, causan abrasin y daos en las tuberas y en otros equipos de la depuradora. Los desarenadores consisten, simplemente, en un ensanchamiento del canal de

pretratamiento, en donde la velocidad del agua disminuye lo necesario para permitir la sedimentacin de las partculas discretas, pero no lo suficiente para que se presente asentamiento de la materia orgnica. Su diseo est soportado, entonces, en las velocidades de sedimentacin de las partculas que quieren removerse, las cuales son explicadas mediante las frmulas de Stokes (flujo laminar), Newton (flujo turbulento) y Allen (rgimen transitorio).

Canales desarenadores. Foto: Enrique Padilla Daz. Imagen tomada de:

http://www.flickr.com/photos/gepadi/2109061728/in/photostream/

En los cuatro niveles de complejidad deben emplearse desarenadores cuando sea necesario cumplir con lo siguiente :

Proteccin de equipos mecnicos contra la abrasin.

Reduccin de la formacin de depsitos pesados en tuberas, Conductos y canales.

Reduccin la frecuencia de limpieza de la arena acumulada en tanques de sedimentacin primaria y digestores de lodos.

Minimizacin de prdida de volumen en tanques de tratamiento biolgico.

Antes de las centrfugas, intercambiadores de calor y bombas de diafragma de alta presin.

Localizacin Deben localizarse despus de rejillas y antes de tanques de sedimentacin primaria y estaciones de bombeo. Velocidad mnima del agua Los desarenadores deben disearse de manera tal que la velocidad pueda controlarse. La variacin debe estar nicamente en un rango entre 0.2 m/s y 0.4 m/s. Nmero El nmero de desarenadores es caracterstico a cada diseo. Se recomienda un mnimo de dos unidades en cualquiera de los niveles de complejidad. Cada unidad debe tener la capacidad para operar con los caudales de diseo cuando la otra

unidad est en limpieza. Tasa de desbordamiento superficial Se recomienda un rango entre 700 y 1600 m/m/dia. Estos valores pueden ser expresados en trminos de velocidad de sedimentacin, variando aproximadamente entre 30 m/h y 65 m/h. Tiempo de retencin hidrulico El tiempo de retencin debe basarse en el tamao de las partculas que deben separarse ; se recomienda un tiempo entre 20 segundos y 3 minutos. Esto se logra mediante dispositivos que permitan regular la velocidad del flujo.

Componentes Esta unidad se puede dividir en cuatro partes o zonas

a) Zona de entrada

Tiene como funcin el conseguir una distribucin uniforme de las lneas de flujo dentro de la unidad, uniformizando a su vez la velocidad.

b) Zona de desarenacin

Parte de la estructura en la cual se realiza el proceso de depsito de partculas por accin de la gravedad.

c) Zona de salida

Conformada por un vertedero

de rebose diseado para mantener una velocidad que no altere el reposo de la arena sedimentada.

d) Zona de depsito y eliminacin de la arena sedimentada

Constituida por una tolva con pendiente mnima de 10% que permita el deslizamiento de la arena hacia el canal de limpieza de los sedimentos.

El periodo de diseo, teniendo en cuenta criterios econmicos y tcnicos es de 8 a 16 aos.

El nmero de unidades mnimas en paralelo es 2 para efectos de mantenimiento. En caso de caudales pequeos y turbiedades bajas se podr contar con una sola unidad que debe contar con un canal de by-pass para efectos de mantenimiento.

Desarenador de 2 unidades en paralelo (planta).

La cantidad de arena removida por estas unidades oscila entre 5 y 40 mL por m3 de agua residual tratada para alcantarillados sanitarios, con valores tpicos cercanos a los 20 mL/m3.

Si la red es combinada, estos valores podran ascender en pocas de invierno, a 200 mL/m3.

Es importante recordar que los valores que se toman para el

diseo de cualquier unidad, deben estar avalados por determinaciones en plantas piloto o en pruebas de laboratorio.

Nunca deben asumirse valores de rangos dados por una normativa o por la literatura sin el debido sustento. Para el caso del diseo de un desarenador, deben efectuarse ensayos de sedimentabilidad en una columna de sedimentacin.

Criterios de diseo El periodo de operacin es

de 24 horas por da.

Debe existir una transicin en la unin del canal o tubera de llegada al desarenador para asegurar la uniformidad de la velocidad en la zona de entrada.

La relacin largo/ancho debe ser entre 10 y 20.

La sedimentacin de arena fina (d

Parmetro Valor o rango

Carga superficial 40 a 70 m3/m2*h (a caudal punta)

Tiempo de Retencin Hidrulica (TRH)

100 a 300 s (a caudal punta) Ms frecuentemente = 180 s

Velocidad horizontal 0,20 a 0,40 m/s (a caudal punta)

Longitud 10 a 30 veces la altura de la lmina de agua

Altura mnima de la unidad 1,0 m

Altura mxima de la unidad 2,5 m

Dimetro de partcula Velocidad de sedimentacin

0,15 mm 40 a 50 m/h

0,20 mm 65 a 75 m/h

0,25 mm 85 a 95 m/h

0,30 mm 105 a 120 m/h

Velocidades de sedimentacin para diferentes tamaos de arenas a una temperatura de 16 C y una eliminacin cercana al 90% (Moreno Lpez, 2009-2010

El contenido de materia orgnica en las arenas extradas est, usualmente, entre el 3 y el 5%.

Ejemplo

Determinar las caractersticas de una unidad compuesta por dos canales desarenadores que tratan un caudal punta de aguas residuales de 690 L/s.

Se asume una carga superficial de 40 m/h.

Cs = Carga superficial, se asume en 40 m3/m2*h = V

Parmetro Valor o rango

Carga superficial 40 a 70 m3/m2*h (a caudal punta)

Tiempo de Retencin Hidrulica (TRH)

100 a 300 s (a caudal punta) Ms frecuentemente = 180 s

Velocidad horizontal 0,20 a 0,40 m/s (a caudal punta)

Longitud 10 a 30 veces la altura de la lmina de agua

Altura mnima de la unidad 1,0 m

Altura mxima de la unidad 2,5 m

Desarenador-Desengrasador

El desarenador-desengrasador es una variante del desarenador convencional, empleado en grandes instalaciones depuradoras.

En este tipo de canales aireados adems de remover las arenas y otras partculas de peso especfico similar, se retirarn tambin grasas, aceites, espumas y otro material flotante que pueden causar interferencia en los tratamientos posteriores y que, incluso, (como en el caso de las grasas) podran promover la aparicin organismos filamentosos causantes del bulking (abultamiento del lodo) en los reactores biolgicos.

Este tipo de unidades tienen bsicamente tres zonas diferenciadas, adems de las de entrada y salida:

Zona de desengrasado

Zona de desarenado

Zona de extraccin de arenas

En la zona de desengrasado, un bafle disipa la energa generada por los difusores aireadores, permitiendo el ascenso, sin turbulencias, de grasas desemulsionadas, aceites y otros flotantes adheridos a las microburbujas de aire producidas por los difusores.

Un dispositivo desnatador, montado sobre un puente gra, se desplaza permanentemente por esta zona retirando los flotantes que se van acumulando.

El fondo inclinado de esta zona (45 de pendiente) permite tambin que las arenas afectadas por la turbulencia de la aireacin, rueden libres hasta el fondo de la unidad en donde se encuentra la zona de extraccin de arenas.

En la zona de desarenado, se ubica tambin el suministro de aire a travs de unos difusores de poro fino, los cuales se ubican a profundidad, en la pared opuesta a la zona de desengrasado. Estos difusores provocan un movimiento de tipo helicoidal al interior de la unidad y el aire insuflado reduce los olores y ayuda en la limpieza de las arenas extradas. As mismo, en el fondo de esta zona, se encuentra el tubo extractor de arenas, el cual est montado sobre un puente gra que se desplaza lentamente por toda la longitud del canal, succionando el material decantado. Los materiales extrados, tanto flotantes como arenas, son llevados temporalmente a un contenedor para ser luego incinerados o dispuestos en un relleno sanitario.

Corte de un desarenador-desengrasador. Imagen tomada de: http://wastewatertreatmentplant.wikispaces.com/file/view/Griftchamber_clip_image002_0000.jpg/105369573/Grift-chamber_clip_image002_0000.jpg

Desarenador-desengrasador. Imagen tomada de: http://www.vlcciudad.com/las-depuradorasgeneran-679-toneladas-de-fangos/

Criterios de diseo para desarenadores- desengrasadores

Parmetro Valor o rango

Carga superficial < 40 m3/m2*h (a caudal punta)

Tiempo de Retencin Hidrulica (TRH) 12 a 16 min (a caudal medio)

Caudal tratado por unidad 0,2 a 0,4 m3/s (a caudal medio)

Velocidad horizontal 0,02 a 0,07 m/s (a caudal punta)

Relacin Longitud/Ancho 3/1 a 10/1

Profundidad 2 a 5 m

Relacin Profundidad/Ancho 1/1 a 3/1

Longitud 7,5 a 25 m

Ancho 3 a 8 m

Suministro de aire 0,5 a 2,0 m3/h*m3 de tanque

Profundidad de los difusores 0,5 a 0,9 m respecto del fondo del tanque

Ejemplo

Disear unos canales desarenadores-desengrasadores para un caudal medio de 1,0 m3/s y un caudal punta de 2,2 m3/s.

Solucin: Para este caudal, se proyectarn 4 canales de desarenado-desengrasado. Cada uno tratar 0,25 m3/s de agua residual, a caudal medio.

Aclaracin: Para este tipo de unidades, se calculan las dimensiones del canal de desarenado. La zona de desengrasado se adiciona considerando un ancho igual a 1/3 del ancho de la zona de desarenado y una profundidad, antes del inicio de la inclinacin a 45, de 1/3 de la altura de la zona de desarenado.

Se calcula el volumen requerido por cada unidad, tomando un tiempo de retencin de 15 minutos.

Se tomar como valor de carga superficial, 35 m/h para el caudal punta. Con este valor, se estima el rea superficial:

El rea transversal de la unidad se calcula estimando una velocidad horizontal de flujo de 0,05 m/s trabajando con el caudal punta.

La longitud del canal, ser:

La profundidad til del canal, ser:

El ancho de la unidad de desarenado, ser:

Relacin Longitud Ancho 20,45/2,77 7,4

Relacin Profundidad Ancho

3,98/2,77 1,44

As, la relacin Longitud/Ancho es de 7,4/1 y la relacin Profundidad/Ancho es 1,44, que est dentro de los lmites recomendados.

Adicionando un tercio ms del ancho de la zona de desarenado para proyectar la zona de desengrasado, la cual estar separada por una pantalla, el ancho total de la unidad ser:

El suministro de aire, asumiendo un valor de 1 m3/h*m3 de tanque, ser de:

TRAMPAS DE GRASA Las trampas de grasa son pequeos tanques de flotacin natural, en donde los aceites y las grasas, con una densidad inferior a la del agua, se mantienen en la superficie del tanque para ser fcilmente retenidos y retirados. No lleva partes mecnicas y el diseo es parecido al de un tanque sptico. Recibe nombres especficos segn al tipo de material flotante que vaya a removerse. 1. Domiciliar : Normalmente recibe residuos de cocinas y est situada en

la propia instalacin predial del alcantarillado. 2. Colectiva : Son unidades de gran tamao y pueden atender conjuntos

de residencias e industrias 3. En Sedimentadores: Son unidades adaptadas en los sedimentadores

(primarios en general), las cuales permiten recoger el material flotante en dispositivos convenientemente proyectados, para encaminarlo posteriormente a las unidades de tratamiento de lodos.

Estas unidades se disean en funcin de la velocidad de flujo o el tiempo de retencin hidrulica (TRH), ya que todo dispositivo que ofrezca una superficie tranquila, con entradas y salidas sumergidas (a media altura), acta como separador de grasas y aceites.

Las trampas de grasa deben ubicarse lo ms cerca posible de la fuente de generacin de estas sustancias (generalmente, corresponde al lavaplatos o similar) y antes del tanque sptico o sedimentador primario.

Esta ubicacin evitar obstrucciones en las tuberas de drenaje y generacin de malos olores por adherencias en los tubos o accesorios de la red. Nunca deben conectarse aguas sanitarias a las trampas de grasas.

Para estimar el caudal de diseo de la trampa de grasa, deben tenerse en cuenta las unidades de gasto de cada artefacto sanitario que se conectar a la unidad.

Unidades de gasto por artefacto sanitario para el diseo de trampas de grasa

Lozano-Rivas,, 2012).

Deben asumirse las unidades de gasto, por cada grifo de cada artefacto sanitario. Una vez se tenga la contabilidad, se aplicar la siguiente expresin:

Donde, Qdiseo : Caudal de diseo de la trampa de grasa (L/s). U: Total de grifos de los artefactos sanitarios conectados a la trampa de grasa. Nunca debe disearse una trampa de grasa de un volumen inferior de 120 L.

Tabla. Criterios de diseo de una Trampa de Grasa

Lozano-Rivas, 2012

Tabla. Dimensiones recomendadas para las trampa grasa, segn el caudal de diseo

Lozano-Rivas, 2012

Ejemplo. Calcule el volumen de una trampa de grasas para un restaurante que tiene los siguientes artefactos sanitarios: 3 lavaplatos (con 2 grifos cada uno) 2 pocetas para lavado de traperos y otros elementos de aseo (con 1 slo grifo).

Solucin: Para estimar el caudal de diseo, se realiza la contabilidad de las unidades de gasto, as:

El caudal de diseo ser:

Considerando un tiempo de retencin hidrulica (TRH) de 24 minutos, el volumen de la trampa de grasas ser:

La trampa de grasas trabajar con un caudal de punta, aproximado de 1,59 L/s y tendr un volumen de 2,3 m3.

Corte Longitudinal de una trampa de grasas

Corte transversal de una trampa de grasas, con escurrimiento de la grasa extraida, a la derecha.

Operacin y mantenimiento Las trampas de grasa deben operarse y limpiarse regularmente para prevenir el escape de cantidades apreciables de grasa y la generacin de malos olores. La frecuencia de limpieza debe determinarse con base en la observacin. Generalmente, la limpieza debe hacerse cada vez que se alcance el 75% de la capacidad de retencin de grasa como mnimo. Para restaurantes, la frecuencia de bombeo vara desde una vez cada semana hasta una vez cada dos o tres meses.

Estas unidades deben ser dotadas de las siguientes caractersticas: 1. Capacidad suficiente de acumulacin de grasa entre cada operacin de limpieza 2. Condiciones de turbulencia mnima suficiente para permitir la flotacin del material. 3. Dispositivos de entrada y salida convenientemente proyectados para permitir una circulacin normal del afluente y el efluente. 4. Distancia entre los dispositivos de entrada y salida, suficiente para retener la grasa y evitar que este material sea arrastrado con el efluente. 5. Debe evitarse el contacto con insectos, roedores, etc

POZO DE GRUESOS

Se disea especialmente para aguas residuales urbanas en donde se espera el arrastre de una gran cantidad de arenas y slidos de gran tamao que viajan por el alcantarillado (Ejemplo : juguetes, pedazos de madera, trapos, muebles).

Su fondo suele ser troncopiramidal invertido (en forma de tolva) para evitar la acumulacin de slidos en las paredes laterales y facilitar la extraccin del material retenido, mediante el accionar de una cuchara bivalva anfibia, operada por un motor electrohidrulico. Los slidos se extraen peridicamente, se dejan escurrir y se depositan en contenedores. Este material es incinerado o dispuesto, posteriormente, en un relleno sanitario.

Pozo de muy gruesos. Tomada de: http://www.consorcioaa.com/cmscaa/export/sites/default/imgs/1.entrada.gif

Contenedor para el depsito del material extrado del pozo de muy gruesos. Al fondo, cuchara bivalva. Imagen tomada de: http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/obrallegada/17.jpg

Ilustracin 8. Corte del pozo de muy gruesos. Imagen tomada de: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a5/Esquema_muygruesos.png

HOMOGENIZACIN O IGUALACIN El igualamiento consiste en amortiguar las variaciones de caudal para lograr un caudal aproximadamente contante. Tiene los siguiente propsitos:

Superar los problemas operacionales causados por las variaciones de caudal.

Proveer el control adecuado de pH para minimizar los requerimientos posteriores de dosificacin en procesos de neutralizacin.

Mejorar la eficiencia de los procesos de tratamiento biolgico al controlar las cargas orgnicas.

Permitir descarga de caudales muy variables al alcantarillado municipal.

Proveer un flujo continuo en plantas muy variables al alcantarillado municipal.

Se usa principalmente para igualar:

Caudales en tiempo seco.

Caudales de invierno en alcantarillados sanitarios.

Caudales de alcantarillados combinados

Caudales de plantas industriales.

La situacin ms habitual es que la entrada de agua residual a la planta depuradora sea variable en el tiempo, tanto en lo que respecta a caudal como a carga contaminante.

Estas desviaciones suelen ser tanto mayores cuanto ms pequea es la comunidad servida, pudiendo crear problemas en aquellos sistemas de tratamiento que no estn protegidos de los golpes de volumen y/o contaminacin.

Estas variaciones, especialmente las de carga, dificultan el correcto desarrollo de los tratamientos, ya sean fsico qumico o de tipo biolgico.

Las variaciones de caudal presentan problemas usualmente de tipo operativo, razn por la que los tanques de homogenizacin son opcin para superar esta dificultad generando as efluentes constantes, adems; reduce el tamao y los costos de las unidades de tratamiento ubicadas aguas abajo.

Estrictamente se puede decir que la homogenizacin se refiere a unificar las caractersticas del agua residual e igualacin cuando se requiere regular el flujo o caudal.

Entonces se puede recurrir a la igualacin de caudales y/o a la homogenizacin de la concentracin de contaminantes.

Ventajas:

Limitacin de las sobrecargas hidrulicas en los sedimentadores primarios y

secundarios.

Limitacin de los golpes de carga orgnica en los procesos biolgicos.

Posibilidad de alimentar de manera continua los sistemas biolgicos de depuracin lo que mejora el rendimiento.

Posibilidad de obtener mejores rendimientos en los tratamientos fisico qumicos, facilitando el control de la dosificacin de reactivos.

Disminucin de los consumos energticos debidos a la puntos de carga hidrulica.

Optimizacin de las condiciones operativas de las siguientes fases.

La homogenizacin es una prctica til en plantas pequeas de tratamiento que experimentan variaciones entre los mximos y mnimos caudales y cargas contaminantes efluentes.

Se aplican dos tipos de tcnicas de homogenizacin:

Homogenizacin en lnea: Todo el caudal de agua pasa por el tanque de homogenizacin. Se consigue as una buena homogenizacin y se amortiguan posibles variaciones de la composicin de las aguas y del caudal entrante.

Homogenizacin en derivacin o paralelo: Solo la parte que supera el caudal medio diario pasa por el tanque de homogenizacin. Este sistema es til en los casos en los que se esperan variaciones importantes del caudal, pero no se amortiguan los posibles cambios de composicin de las aguas.

Los tanques de homogenizacin pueden ser muy variados:

- Balsas de homogenizacin: Pueden contener grandes cantidades de aguas y son de construccin sencilla (zanja en el suelo recubierta con material plstico).

- Tanques de homogenizacin metlicos: Se utilizan en estaciones depuradoras pequeas que reciben agua con variaciones mnimas de caudal, la homogenizacin se realiza con mecanismos agitadores.

- Homogenizacin con aireacin: Es el que garantiza el mezclado, dificulta la formacin de sedimentos, con lo que se evita la formacin de fango y se inhiben las mal olientes fermentaciones anaerbicas.

En general, la homogenizacin constituye el ltimo de los pre tratamientos.

Para dimensionar una unidad de igualacin se debe realizar un balance de masas, mtodo donde se compara el volumen afluente a la planta de tratamiento con el volumen de agua promedio horario para un tiempo de 24 horas(Crites & Tchobanoglous, 2000 pg 257), en su defecto; debe medirse la variacin de caudal cada hora.

Si el volumen afluente es menos que el promedio, se debe drenar el tanque de homogenizacin; si el volumen afluente es mayor que el promedio, el tanque se comienza a llenar con el exceso del agua residual.

Dimensionamiento El volumen requerido del tanque de homogenizacin se obtiene trazando una recta paralela a la representativa del caudal promedio diario, por el punto de tangencia ms extrema, superior o inferior, de la curva de caudales acumulados. El volumen necesario es igual a la distancia vertical entre las dos tangentes.

Criterios de diseo

El tiempo de retencin en este tipo de unidades se estima varia entra 12 y 24 horas para un volumen definido en funcin del caudal diario, profundidad de 4.5 m y mezcla de 3 a 4 W/m3. Para mantener condiciones aerobias se debe suministrar aire a una tasa de 9 a 15 L/m3 min de almacenamiento.

Neutralizacin Es el propsito de la neutralizacin llevar su valor a pH entre 6 y 8.5.

Si es inferior se debe alcalinizar con NaOH3 Ca(OH)2 u otro agente alcalino;

Si es mayor debe acidificarse con HNO3, HCl.

Se debe efectuar despus de la igualacin, es decir cuando se tiene un caudal constante.

La neutralizacin supone la reaccin de soluciones con iones hidrgeno, hidrxidos activos para formar agua y sales neutras.

Mtodos para neutralizar

Neutralizacin de residuos cidos con cal en tanques de mezcla completa. La dosis de cal se estima en concentraciones del 8 al 15%. Para caudales menores de 400 m3/d se usan procesos de cochada; si el flujo es continuo, el control de pH es automtico. De usarse aire para la mezcla se recomiendan tasas de 0.3 a 0.9 m3/min m2 para tanques de profundidad de 3 m.

Neutralizacin de residuos cidos con lechos de piedra caliza. El flujo se recomienda debe ser ascensional. Si el flujo es descendente la carga hidrulica se recomienda debe ser de 60 m/d para asegurar tiempo de contacto. La concentracin del cido debe ser del 0.6% H2SO4 para evitar el recubrimiento de la caliza con CaSO4 y la evolucin excesiva de SO2.

Neutralizacin de residuos cidos con diferentes sustancias alcalinas como NaOH al 50%, Na2CO3 o NH4OH.

Independiente del mtodo de concentracin, debe tenerse en cuenta:

Igualar el caudal y el pH del afluente al proceso de neutralizacin.

Realizar curvas de titulacin para el afluente para hacer diseo acorde con el proceso de neutralizacin.

Caracterizar cualitativa y cuantitativamente el lodo generado en la neutralizacin.

Determinar el efecto del compuesto qumico agregado, durante el proceso de neutralizacin sobre la calidad del afluente.

Desarrollar un sistema efectivo de control de neutralizacin. (Romero R., J., 2005)

Flotacin

Tiene como propsito la flotacin separar las emulsiones y las partculas slidas presentes en una fase lquida, mediante burbujas de un gas usualmente aire.

La separacin fundamentalmente depende de las propiedades superficiales que permiten la adherencia de las burbujas a la estructura de las partculas, por lo tanto; es posible separar partculas ms densas que en el lquido en el cual se encuentra ya que la relacin sistema partcula burbuja de menor densidad que la original (partcula) asciende y puede separarse.

La flotacin se puede incorporar a los esquemas de tratamiento de agua residual:

Como unidad de pretratamiento antes de la unidad de sedimentacin primaria.

Como unidad de tratamiento primario.

Como unidad de pretratamiento de aguas residuales industriales.

Para espesamiento de lodos

Para flotacin del floc liviano.

Flotacin por aire disuelto (FAD) Adicionar aire hasta obtener la presurizacin en un tanque cerrado

que contiene agua residual permite obtener la flotacin por aire disuelto, posteriormente se libera el gas en exceso de saturacin a la presin atmosfrica.

Se consigue con lo anterior la reduccin de la densidad de los materiales en suspensin, principalmente los contenidos grasos.

En sistemas de tratamiento de aguas residuales de bajo caudal, el afluente se presuriza a 275 483 kPa , 40 70 psi (Romero R., J., 2005; pg 346), reteniendo el caudal en un tanque a presin por un trmino de minutos para lograr la disolucin del aire.

Luego, accionando la vlvula reductora de presin el afluente ingresa al tanque de flotacin donde se desprende el aire de la solucin como se muestra en la figura.

TRATAMIENTO PRIMARIO

TRATAMIENTO PRIMARIO

Tiene como objetivo por medios fsicos, habitualmente complementados con medios qumicos, de los slidos en suspensin sedimentables no retenidos en el tratamiento previo, as como de las sustancias flotantes como grasas, fibras, tec.

Esta etapa tiene como objetivo:

Eliminar, por efecto de la gravedad, los slidos suspendidos de las aguas residuales.

Se logra bien sea de manera libre, o asistida con qumicos que aglomeran las partculas (floculantes) para que ganen peso y decanten con mayor velocidad.

Estos slidos suspendidos eliminados son, en su mayora, materia orgnica, por lo cual se presenta una reduccin importante en la concentracin de DBO del efluente. Las operaciones unitarias ms frecuentemente empleadas para el tratamiento primario de las aguas residuales urbanas, son:

Sedimentacin o decantacin. Flotacin Tamices (usados, generalmente, para aguas

residuales industriales). Coagulacin- Floculacin

Paras las aguas residuales industriales, suelen emplearse tambin unidades de flotacin.

Sedimentacin o Decantacin

Es la separacin de un slido del seno de un lquido por efecto de la gravedad.

La decantacin se produce minimizando la velocidad de circulacin de las aguas residuales, con lo que el rgimen de circulacin se vuelve cada vez menos turbulento y las partculas en suspensin se van depositando en el fondo del sedimentador.

La sedimentacin tiene los siguientes propsitos:

Sedimentacin Primaria: Remover slidos sedimentables y material flotante de aguas residuales crudas, reduciendo el contenido de slidos suspendidos.

Sedimentacin intermedia para remover los slidos y crecimiento biolgicos preformados en reactores biolgicos intermedios (Percoladores de primera etapa).

Sedimentadores secundarios para remover biomasa y slidos suspendidos de reactores biolgicos secundarios, como los procesos de lodos activados y flitros percoladores.

Sedimentadores terciarios para remover slidos suspendidos y floculados, o precipitados qumicamente, en PTAR

Fundamentos de la decantacin primaria

Algunas partculas presentes en las aguas residuales, por su baja densidad y poco tamao, no alcanzan a ser removidas en el tratamiento primario.

La mayor parte de estas partculas (50 a 70%) corresponden a materia orgnica en suspensin, que debe ser eliminada en tanques con velocidades muy bajas, tiempos largos de retencin y flujos laminares que permitan la decantacin de estas partculas por efecto de la gravedad.

Tipos de sedimentacin

La sedimentacin se presenta de diferentes maneras dependiendo de la temperatura, del tipo de partculas presentes, de su concentracin en el agua, del tipo de sedimentador y de la zona de la unidad en donde ocurre ese fenmeno. La sedimentacin es un proceso fsico de separacin por gravedad, que fundamentalmente es funcin de la densidad del lquidos, del tamao, del peso especfico y de la morfologa de las partculas.

Tipos de sedimentacin Tipo de

Sedimentacin Caractersticas de los slidos

Caractersticas de la sedimentacin

Tipos de unidades de tratamiento

I De partculas discretas

Partculas discretas y aisladas en soluciones diluidas.

Cada partcula sedimenta de forma independiente sin interaccin entre ellas ni con el fluido que las contiene

Desarenadores, drsenas de sedimentacin o presedimentadores.

II De partculas floculentas

Partculas (coloides) floculentas o aglomerables

Las partculas se van aglomerando formando cogulos o flculos de mayor tamao y peso

Sedimentadores de agua potable (con coagulacin floculacin previas) y decantadores de aguas residuales

III Zonal o interferida

Suspensiones de slidos aglomerables de concentracin intermedia

La sedimentacin es interferida dada la cercana entre partculas y se comportan como un bloque

Sedimentadores y decantadores de flujo ascendente y de manto de lodo

IV Por compresin

Suspensiones de alta concentracin

Las partculas estn en contacto ntimo entre ellas y su peso forma una masa compactada en el fondo de las unidades

Compactacin de lodos en sedimentadores y en unidades de espesamiento de aguas residuales

En la siguiente ilustracin se muestran diferentes tipos de unidades que en su orden (de arriba hacia abajo) corresponden a: un desarenador, un sedimentador de placas inclinadas, un decantador de aguas residuales.

Puede evidenciarse que, en la prctica, en una unidad de tratamiento se presentan, de manera simultnea, dos o ms tipos de sedimentacin (llamada tambin clarificacin)

Tipos de sedimentacin para diferentes unidades (Arboleda Valencia, 2000).

Los decantadores son unidades de gran tamao, debido a los altos tiempos de retencin hidrulica que emplean.

Luego del proceso de decantacin, queda como producto agua residual clarificada y un lodo o fango primario.

En casos excepcionales, la decantacin primaria es el nico proceso de depuracin que se le realiza al agua, siempre y cuando la legislacin lo permita y el efluente cumpla con los niveles de remocin establecidos.

No obstante, la prctica muestra que aunque un tratamiento primario logre cumplir con la normativa ambiental, la calidad del efluente podr causar impactos considerables a los ecosistemas hdricos.

Por esta razn, el tratamiento primario suele ser parte de un proceso ms largo, acompaado, al menos, de tratamientos biolgicos que reduzcan los niveles de carga contaminante.

Despus del proceso de sedimentacin se obtienen dos productos: agua clarificada y un decantado (lodos o fangos primarios).

Los decantadores que se usan en el tratamiento de las aguas residuales pueden clasificarse en:

Circulares: el agua ingresa ascendiendo por el centro y es recogida en un canal perimetral. El agua fluye del centro a la periferia.

Rectangulares: el agua ingresa por un extremo y es extrada por el opuesto. El agua fluye horizontalmente de un extremo al otro del decantador.

Decantadores circulares

Los decantadores circulares son de mayor uso, debido a que facilitan las labores de mantenimiento y purga de fangos. Tienen un dimetro que oscila entre los 10 y los 60 m.

El ingreso del agua se hace mediante una campana deflectora ubicada en el centro de la unidad que obliga a que el agua ingrese por la parte baja y, adems, funciona como atenuadora de la energa de flujo, eliminando turbulencias que pueden afectar la decantacin de las partculas.

Decantadores circulares

El agua es recogida por un canal perimetral dentado, para asegurar una salida homognea del efluente clarificado en cada metro lineal de la periferia del tanque.

Adicionalmente, se proyecta, tambin, antes de la salida del agua, una lmina o pared deflectora que evita que salga la porcin ms superficial del agua, la cual lleva consigo slidos, espumas y otros objetos flotantes.

El sistema de barrido de fangos se realiza a travs de un puente mvil que se desplaza lentamente por todo el decantador y que posee en su fondo unas rasquetas que empujan los lodos hacia la poceta de fangos, la cual se encuentra ubicada en el centro del tanque circular.

Adicionalmente, este mismo puente tiene en su superficie una lmina, conocida como desnatador, que arrastra el material flotante hasta la tolva de grasas o colector de espumas.

Decantadores rectangulares

Son mucho menos usados que los circulares.

El ingreso del agua residual se hace a travs de un vertedero con un deflector frontal que permite el ingreso por la parte baja de la unidad y disminuye la energa del flujo.

Para la salida del efluente, en el extremo opuesto, se emplea un vertedero dentado.

Los lodos y las natas son empujados por unas rasquetas adosadas a un puente mvil que se desplaza a lo largo de la unidad.

Otra opcin es el uso de rasquetas movidas por una cadena sinfn.

Sistemas de drenaje de los sedimentos.

Los sedimentos generados en los tanques de sedimentacin deben ser evacuados o drenados de la lnea de depuracin de aguas.

Para realizar esta operacin se pueden emplear varios sistemas, ayudados o no de algn medio mecnico (raspador, tornillo sin fin, etc).

Decantador primario

Estas unidades pueden alcanzar niveles de remocin de entre 25 y 40% para DBO y entre 50 y 70% para SST.

Los decantadores primarios se componen de:

Tanque decantador.

Estructuras de entrada y salida del agua.

Puente (mvil) del decantador.

Dispositivos de eliminacin y extraccin de flotantes.

Dispositivos de extraccin de fangos.

Cuando se utilizan como nico medio de tratamiento, su objetivo principal es la eliminacin de:

1. Slidos sedimentables capaces de formar depsitos de fango en las aguas receptoras.

2. Aceite libre, grasas y otras materias flotantes.

3. Parte de la carga orgnica vertida a las aguas receptoras.

Cuando los tanques se emplean como paso previo de tratamientos biolgico, su funcin es la reduccin de la carga afluente a los reactores biolgicos.

Estas partes pueden apreciarse en la Ilustracin

Corte de un decantador primario. Imagen tomada de: http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/tratam1/decantacion.htm

Decantador vaco. Se aprecia la campana deflectora, la poceta de fangos, el puente mvil con las rasquetas (barredor de fangos) y el desnatador (barredor de grasa). Imagen tomada de: http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/tratam1/5.jpg

Motor encargado de desplazar el puente del decantador. Se aprecia el vertedero dentado para la salida del agua clarificada. Imagen tomada de:

http://prueba2.aguapedia.org/master/formacion/edar/temario/tratam1/10.jpg

Criterios de diseo para decantadores primarios circulares

Parmetro Valor o rango

Tiempo de retencin hidrulico (TRH) 2 a 3 horas (sin tratamiento secundario posterior y a caudal punta)

1 a 2 horas (con tratamiento biolgico posterior y a caudal punta)

Carga superficial 2 a 3 m3/m2*h (a caudal punta)

Capacidad de tratamiento de cada unidad < 0,25 m3/s (a caudal medio)

Carga sobre el vertedero < 40 m3/h*m lineal del vertedero perimetral (a caudal punta)

Profundidad del decantador (en la vertical del vertedero de salida)

2,5 a 4,0 m

Pendiente de fondo hacia la poceta de fangos

2 a 8 %

Relacin dimetro/altura 5 a 16

Dimetro de la campana deflectora 15 a 20% del dimetro del decantador

Altura de la campana deflectora 33 a 20% de la profundidad del decantador

Velocidad mxima perimetral del puente del decantador

< 120 m/h

Caractersticas de la poceta de fangos Tronco-cono invertido con una pendiente aprox. de 1:12

Capacidad de almacenamiento de lodos generados: entre 1 y 5 horas

Se estima una produccin de natas y flotantes de 5 mg/m3 de agua tratada, con una concentracin de 6 g/L. La produccin de fangos para decantadores, se calcula de la siguiente manera:

Donde,

lodos volumen de lodos (L/d considerando una densidad de 1 kg/L) CSST carga de slidos suspendidos totales (kg/d) E coeficiente de reduccin de slidos en el decantador Cf coeficiente de concentracin de lodos en el decantador (3 a 7% para slidos almacenados en pocetas y 1 a 2% cuando se hace extraccin por succin).

Decantadores primarios de una depuradora en Espaa. Imagen tomada de: http://2.bp.blogspot.com/-anQFBdV23mY/TabFuQImiWI/AAAAAAAAAA4/Nc82nRHWWYk/s1600/DSC_0173.JPG

Ejemplo

Dimensionar las caractersticas bsicas de un decantador primario para un caudal medio de 690 L/s y caudal punta de 2000 m3/s. Se proyecta tratamiento biolgico posterior.

Solucin: Se proyectarn 8 unidades decantadoras: cada una tratar un caudal medio de 86,25 L/s y un caudal punta de 250 L/s.

El volumen de cada decantador, considerando un tiempo de retencin de 2 horas a caudal punta, es

El rea superficial de cada decantador, considerado una carga de 2 m/h, es

Se calcula y verifica la altura de la unidad:

Esta altura se encuentra dentro del lmite recomendado (2,5 a 4,0 m), por lo cual se acepta.

El dimetro del tanque ser:

Con este dimetro, la relacin dimetro/altura es aproximadamente igual a 6, que se encuentra dentro de los valores recomendados. Se verifica la carga del vertedero, calculando la longitud del permetro del tanque:

Este valor est por debajo del mximo permitido y esto evitar un efecto de succin sobre los fangos decantados en la unidad.

Coagulacin- Floculacin

Los coloides presentan una gran dificultad de agregacin debido a las cargas elctricas que poseen, generadoras de fuerzas de repulsin que evitan su unin.

De esta manera, su sedimentacin por medios fsicos es imposible.

Es imperativo ayudar el proceso de decantacin con la incorporacin de productos qumicos que permitan acelerar y optimizar dicha operacin.

Efecto de la adicin de aditivos qumicos en la sedimentacin primaria

REDUCCIN DE CONTAMINANTES

SIN ADITIVOS CON ADITIVOS

Slidos en Suspensin 50-70% 65-85%

DBO5 25-40% 60-80%

El uso de estos aditivos qumicos produce una apreciable mejora en el rendimiento primario.

Paralelamente, estos mismos productos qumicos (coagulantes y floculantes) pueden emplearse en otros procesos complementarios, como el espesado y la deshidratacin de fangos, la precipitacin de fosfatos o la eliminacin de olores por precipitacin de sulfuros.

La sedimentacin se produce provocando la desestabilizacin de las cargas elctricas superficiales de las micelas, normalmente mediante la dosificacin de sales metlicas (de calcio, hierro, aluminio), lo que posibilita el contacto entre ellas y su consecuente aglomeracin, formando flculos con masa suficiente para sedimentar.

Este proceso de clarificacin del agua consiste en una separacin de la fase lquida y de la slida, llevndose a cabo a travs de dos mecanismos:

a. Coagulacin: Puede entenderse como la neutralizacin de las cargas elctricas y desestabilizacin de los coloides, seguido de una adsorcin superficial de las partculas desestabilzadas sobre el hidrxido formado.

b. Floculacin: Es un proceso a travs del cual los microflculos o cogulos primarios formados se agregan entre s a travs de enlaces o puentes de unin, constituyendo los flculos secundarios con entidad suficiente para decantas por gravedad.

La coagulacin-floculacin se puede aplicar con diferentes objetivos en el tratamiento de aguas residuales: Disminuir el contenido de los

slidos en suspensin y de la DBO a la salida del decantador primario.

Acondicionar el agua residual que contenga vertidos industriales.

Mejorar la eficacia de los decantadores secundarios, especialmente cuando se trata del proceso de fangos efectivos.

En algunas estaciones de depuracin de las aguas residuales, la coagulacin-

floculacin se realiza en los mismos equipos donde se realiza la sedimentacin, adicionando previamente el coagulante en la conduccin de entrada al sedimentador, sin embargo, lo ms comn es disponer de un tanque en el cual se efecte el mezclado de las sustancias coagulantes con el agua mediante una potente agitacin. Una vez realizada esta mezcla, se adiciona en el tanque de floculacin un floculante, con una agitacin menos vigorosa, de modo que el crecimiento del flculo no se vea afectado por el esfuerzo de cizalladura.

Reactivos empleados en los procesos de

coagulacin.

Pueden distinguirse dos tipos de grupos principales: el de las sales de aluminio y el de las sales de hierro.

PRODUCTOS QUMICOS COAGULANTES

SALES DE ALUMINIO SALES DE HIERRO

Sulfato de Aluminio lquido (SAL) Sulfato de Aluminio slido (SAS) Policloruros de Aluminio: - Estndar: 10, 14 y 18% - Alta basicidad.

Cloruro frrico (FeCl3) Cloruro Ferroso (FeCl2) Sulfato frrico (Fe2(SO4)3)

Sulfato ferroso (FeSO4)

Reactivos empleados en los procesos de

floculacin. Los flculos primarios se forman al aadir los reactivos qumicos descritos anteriormente.

Se unen entre si a travs de puentes debido a la actuacin de productos cadena que son capaces de adsorber los coloides microagregados para generar reticulados que originen el flculo secundario.

Tipo de agua

Coagulante Dsis (ppm)

Aplicaciones

Floculante Dsis (ppm)

Residual Cloruro Frrico

100-200 Eliminacin de materia orgnica. Aninico 0,5-1

50-100 Eliminacin de fsforo en tratamiento biolgico (co-precipitacin)

Aninico 0,5-1

Sulfato Frrrico

100-200 Eliminacin de fsforo en tratamiento fisicoqumico nico.

Aninico 0,5-1

50-100 Eliminacin de fsforo en tratamiento terciario (post-precipitacin)

Aninico 0,5-1

Policloruro aluminio 18%

75-100 Eliminacin de materia orgnica, de fsforo, laminaciones de carga.

Aninico 0,5-1

25-100 Eliminacin de fsforo y materia orgnica en tratamiento primario (pre-precipitacin)

Aninico 0,5-1

Sal mixta de hierro y aluminio

150-250 Eliminacin de fsforo en tratamiento fisicoqumico (precipitacin directa)

Aninico 0,5-1

Aguas potables: Los coagulantes suelen estar basados en el elemento aluminio (Sulfato de aluminio lquido, Policloruro de Aluminio). En algunas plantas se emplea slice activada como producto coadyuvante del sulfato de aluminio.

Aguas residuales: A lo contario de lo que ocurre en potabilizacin, los productos ms

empleados en la coagulacin de las aguas residuales , ya sean urbanas o industriales, son las sales de hierro, especialmente las trivalentes.

Las sales de hierro sueles utilizarse para la precipitacin de sulfuros, que son los responsables de los malos olores en las plantas depuradoras y colectores.

La asistencia con qumicos puede ser muy costosa en una depuradora de aguas residuales. Existen casos en Colombia en los que el gasto en qumicos representa cerca del 70% del costo de operacin de una planta de tratamiento de aguas residuales.

Sal Coagulante pH ptimo

Cloruro frrico (FeCl3) 4,0 a 11,0 unidades

Sulfato frrico 3,5 a 11,0 unidades

Policloruro de aluminio (PAC) 5,5 a 9,0 unidades

Para el correcto funcionamiento de la sal coagulante, es necesario controlar el pH. A continuacin, se exponen los rangos ptimos de pH para la actuacin eficiente de los coagulantes ms comunes.

Como ayudas adicionales al proceso, pueden usarse tambin otras sustancias de refuerzo o ayuda, llamadas coadyuvantes de floculacin. Estos coadyuvantes son polmeros (macromolculas) de cadenas largas y alto peso molecular, obtenidos a partir de extractos de algas, almidones o derivados de la celulosa. Su estructura permite atrapar flculos preformados, hacindolos mucho ms resistentes, grandes y pesados,

incrementando as la eficiencia del proceso. Su principal desventaja es su alto costo (no slo de adquisicin, sino de manejo dentro del proceso). Recientemente, se ha encontrado que algunos monmeros de estas cadenas polimricas son txicos e incluso, cancergenos.

Manejo de residuos de pretratamiento y de lodos primarios

Residuos de pre- tratamiento

Para facilitar su transporte, los residuos retirados del pozo de muy gruesos y del cribado, deben escurrirse y compactarse mediante el uso de prensas hidrulicas o mecnicas.

La arena extrada en forma manual de los canales de desarenado, no es reutilizable; por esta razn, debe ser enviada a un relleno sanitario junto con los residuos deshidratados del pozo de muy gruesos y del cribado.

Para el caso de desarenadores aireados y desarenadores-desengrasadores, cuya extraccin de arenas se realiza por bombeo continuo, el extrado debe llevarse a depsitos de poca profundidad en donde la arena se deposita en el fondo y el agua se extrae por rebose y es regresada a la entrada del desarenador nuevamente. Otra opcin es el retiro mediante un tornillo de Arqumedes, el cual permite la extraccin de

la arena en seco o, tambin, a travs de un hidrocicln equipado de un tornillo sinfn.

La arena se lleva a unos contenedores para su posterior disposicin. En algunas instalaciones lavan las arenas antes de su almacenamiento temporal en unos lavadores tipo Geiger. Esto evita la aparicin de malos olores.

Las grasas removidas se conducen a un depsito donde el reposo permite concentrar las grasas en la superficie y evacuar el agua por el fondo, retornndola nuevamente a la entrada el desarenador-desengrasador. En algunas instalaciones combinan el material slido con las grasas y se llevan conjuntamente al relleno sanitario. Otra opcin es incinerar estas grasas.

Lodos del tratamiento primario

Estos lodos tienen una consistencia limosa y una coloracin entre marrn y griscea. Por su alto contenido de materia orgnica se descomponen con facilidad, causando malos olores.

Cuando se hace tratamiento primario qumicamente asistido, se obtienen lodos de color negro con menos susceptibilidad a la putrefaccin y, por ende, con menos olor que los del tratamiento convencional.

Estos lodos se deben tratar de manera conjunta con los lodos resultantes de los tratamientos secundarios.

Las caractersticas generales de los lodos primarios se exponen en la siguiente Tabla.

Parmetro Valores tpicos

SST (g/hab*d) 30 a 38

Contenido de agua (%) 92 a 96

Fraccin orgnica (medida como % de slidos suspendidos voltiles SSV en base seca)

70 a 80

Grasas (% base seca) 12 a 15

Protenas (% base seca) 4 a 15

Carbohidratos (% base seca) 8 a 12

pH 5,0 a 7,0

Fsforo (% base seca) 0,5 a 1,5

Nitrgeno (% base seca) 2,5 a 5,0

Patgenos (NMP/100 mL) 1000 a 1.000.000

Parsitos (NMP/100 mL) 8 a 15

Metales pesados (% base seca de Zn, Pb y Cu)

0,5 a 3

Poder calorfico (kcal/kg) 4000 a 5000

Tamices

Por el tamao de las aberturas que manejan este tipo de unidades, no es recomendable su uso con aguas residuales brutas que traen consigo gran cantidad de elementos gruesos y/o arenas. Aunque varios autores clasifican los tamices como unidades de pretratamiento, los pequeos tamaos de poro que manejan estas unidades permiten la eliminacin de una parte considerable de materia orgnica suspendida; por esta razn, se considera que los tamices pueden ser clasificados, tambin, como una unidad de tratamiento primario, til en la depuracin de aguas residuales de tipo industrial. Muy pocas industrias tienen la disponibilidad de terreno para construir grandes decantadores primarios, en consecuencia, los tamices y las unidades de flotacin forzada que ocupan mucho menos espacio, se constituyen en las unidades de tratamiento primario ms empleadas en estos casos. No obstante, aunque el uso de tamices es muy escaso en depuradoras urbanas por su escasa capacidad para manejar grandes caudales, en algunos pases latinoamericanos, como Mxico, se usan de manera regular para este tipo de efluentes.

Los tamices manejan tamaos de abertura entre 0,2 y 3 mm. Estn hechos de un tejido de hilos de acero inoxidable, cuya disposicin garantiza una superficie que prcticamente no se obstruye y que tiene un alto poder de filtrabilidad. Los tamices pueden clasificarse en:

Estticos

Giratorios

Los tamices pueden sustituir los decantadores primarios en aguas residuales industriales de procesos como:

Industria de alimentos en general.

Industrias de lcteos.

Ingenios azucareros.

Cerveceras.

Destileras.

Industrias de bebidas no alcohlicas.

Frigorficos.

Industria de papel.

Los ms empleados son los curvos. Suelen tener una inclinacin de unos 25 respecto de la vertical. El agua ingresa por la parte superior y, mientras los slidos quedan retenidos en la superficie, el agua se cuela atravesando el tamiz, para ser recogida por la parte baja. El material detenido se va deslizando, por la accin del agua y del nuevo material retenido, hacia el extremo inferior, en donde cae a una tolva.

Tamiz esttico

Corte de un tamiz esttico. Imagen tomada de: http://www.vismec.co.th/images/sub_1224054424/STATICcapture1.jp

Tamiz esttico. Imagen tomada de: http://www.plantasdetratamiento.com.mx/userfiles/image/pre4(1).jpg

Tamiz rotatorio

Este tipo de tamices cuenta con un tambor filtrante y un cuerpo de filtro, en acero inoxidable, sobre el cual se monta el tambor.

Dispone de una rasqueta que elimina los slidos retenidos en la superficie el tambor.

Los tamices rotatorios tienen una mayor capacidad de tratamiento por metro lineal, que los tamices estticos (cerca de unas 2,5 veces ms), pero tienen la desventaja de causar un mayor gasto energtico y ms desgaste de las piezas.

Tamiz rotatorio. Imagen tomada de: http://www.aguamarket.com/sql/productos/fotos/TR%206100%20funcionando.jpg

Esquema del corte de un tamiz rotatorio. Imagen tomada de: http://www.depuradorasdeaguas.es/WebRoot/StoreES2/Shops/eb1450/4CAB/10F2/CA72/

A18A/F3CF/D94C/9B1E/6626/tamiz-rotativo-esquema.jpg

Seleccin del tamiz

La seleccin de este tipo de unidades se hace a partir de las diferentes alternativas que ofrecen los fabricantes y de las caractersticas propias del diseo del tamiz. Sin embargo, para tener un referente, Lozano-Rivas plantea unos valores indicativos de la capacidad de tamizado de estas unidades, en las siguientesTablas.

Tabla. Capacidad de trabajo de los tamices estticos

Abertura del tamiz (mm) Caudal tratado por metro lineal (m3/h)

0,15 15

0,25 20

0,50 40

0,75 50

1,00 60

1,50 75

2,00 90

2,50 100

3,00 110

Tabla . Capacidad de trabajo de los tamices rotatorios

Abertura del tamiz (mm) Caudal tratado por metro lineal (m3/h)

0,15 30

0,25 50

0,50 90

0,75 120

1,00 145

1,50 180

2,00 210

2,50 240

3,00 260

TANQUE IMHOFF

El tanque Imhoff es as denominado en honor del ingeniero alemn especializado en aguas Karl Imhoff (1876 1965), que concibi un tipo de tanque de doble funcin -recepcin y procesamiento- para aguas residuales. El tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario cuya finalidad es la remocin de slidos suspendidos. Pueden verse tanques Imhoff en formas rectangulares y hasta circulares.

Siempre disponen de una cmara o cmaras superiores por las que pasan las aguas negras en su perodo de sedimentacin, adems de otra cmara inferior donde la materia recibida por gravedad permanece en condiciones tranquilas para su digestin anaerbica.

Para comunidades de 5000 habitantes o menos, los Tanques Imhoff ofrecen ventajas para el tratamiento de aguas residuales domsticas, ya que integran la sedimentacin del agua y la digestin de los lodos sedimentados en la misma unidad, por ese motivo tambin se llama tanques de doble cmara.

Para su uso concreto es necesario que las aguas residuales pasen por los procesos de tratamiento preliminar de cribado y de remocin de arenas.

El tanque Imhoff tpico es de forma rectangular y se divide en tres compartimientos:

1. Cmara de sedimentacin.

2. Cmara de digestin de lodos.

3. rea de ventilacin y acumulacin de natas.

Esquema de un tanque Imhoff. (OPS/CEPIS/05.164)

Estas unidades no cuentan con unidades mecnicas que requieran mantenimiento.

La operacin consiste en la remocin diaria de espuma, en su evacuacin por el orificio mas cercano y en la inversin del flujo dos veces al mes para distribuir los slidos de manera uniforme en los dos extremos del digestor de acuerdo con el diseo y retirarlos peridicamente al lecho de secado.

Los lodos acumulados en el digestor se extraen peridicamente y se conduce a lechos de secado, en donde el contenido de humedad se reduce por infiltracin, despus de lo cual se retiran y se disponen de ellos enterrndolos o pueden ser utilizados para mejoramiento de los suelos.

Ventajas Contribuye a la digestin del

lodo, mejor que un tanque sptico, produciendo un lquido residual de mejores caractersticas.

No descargan lodo en el lquido efluente.

El lodo se seca y se evacua con ms facilidad que el procedente de los tanques spticos, esto se debe a que contiene de 90 a 95% de humedad.

Las aguas servidas que se introducen en los Tanques Imhoff, no necesitan tratamiento preliminar, salvo el paso por una criba gruesa y la separacin de las arenas.

El tiempo de retencin de estas unidades es menor en comparacin con las lagunas.

Tiene un bajo costo de construccin y operacin.

Para su construccin se necesita poco terreno en comparacin con las lagunas de estabilizacin.

Son adecuados para ciudades pequeas y para comunidades donde no se necesite una atencin constante y cuidadosa, y el efluente satisfaga ciertos requisitos para evitar la contaminacin de las corrientes.

Desventajas Son estructuras profundas

(> 6m).

Es difcil su construccin en arena fluida o en roca y deben tomarse precauciones cuando el nivel fretico sea alto, para evitar que el tanque pueda flotar o ser desplazado cuando este vaco.

El efluente que sale del

tanque es de mala calidad orgnica y microbiolgica.

En ocasiones puede causar malos olores, aun cuando su funcionamiento sea correcto.

DISEO DE TANQUE IMHOFF.

1. Diseo del Sedimentador El sedimentador se construir de la misma forma que el digestor, la parte inferior tendr forma de V, con una pendiente con un ngulo de 50 a 60,

Una abertura que puede variar de 0,15 a 0,20 m y uno de los lados prolongados con una longitud de 0,15 a 0,20 m.

La parte exterior de la pared del sedimentador deber distar mnimo 1m de la parte interior de la pared de la cmara de almacenamiento.

Caudal de diseo (m3/hora)

Dotacin en litro/hab/da

rea del sedimentador. As (m2 )

Donde:

Cs: carga superficial, igual a 1m3/ (m2* hora)

Volumen del sedimentador. Vs (m3 )

R = Periodo de retencin hidrulica, entre 1.5 a 2.5 horas (recomendable 2 horas).

El fondo del tanque ser de seccin transversal en forma de V y la pendiente de los lodos respecto a la horizontal tendr de 50 a 60.

En la arista central se debe dejar una abertura para paso de slidos removidos hacia el digestor, esta abertura ser de 0,15 a 0,20m.

Uno de los lados deber prolongarse de 15 a 20 cm, de modo que impida el paso de gases y slidos desprendidos del digestor hacia el sedimentador, situacin que reducir la capacidad de remocin de slidos en suspensin de esta unidad de tratamiento

Diseo de Sedimentador.(OPS/CEPIS/05.164)

Longitud mnima del vertedero de salida. Lv (m).

Donde: Qmax: Caudal mximo diario de diseo, en m3 /da. Chv: Carga hidrulica sobre le vertedero, estar entre 125 a 500 m3 / (m*da) (Recomendable 250)

Diseo del digestor. Volumen de almacenamiento y digestin.

Vd (m3 )

Para el compartimiento de almacenamiento y digestin de lodos (cmara inferior) se tendr en cuenta lo siguiente.

Donde:

Fcr: factor de capacidad relativa

P: poblacin.

Temperatura C Factor de Capacidad Relativa fcr

5 2,0

10 1,4

15 1,0

20 0,7

>25 0,5

Tabla. Factor de Capacidad Relativa

Diseo de digestor.(OPS/CEPIS/05.164)

El fondo de la cmara de digestin tendr la forma de un tronco de pirmide invertida (tolva de lodos), para facilitar el retiro de los lodos digeridos.

Las paredes laterales de esta tolva tendrn una

inclinacin de 15 a 30 con respecto a la horizontal.

La altura mxima de los lodos deber estar 0.50m

por debajo del fondo del sedimentador. Para quitar e impedir la acumulacin de gases, se

colocara un tubo de hierro fundido de 200mm de dimetro, en posicin aproximadamente vertical, con su extremo inferior abierto a unos 15cm por encima del fondo del tanque.

Tiempo requerido para digestin de lodos.

El tiempo requerido para la digestin de lodos varia con la temperatura, para esto se emplear la tabla. Frecuencia del retiro de lodos. La frecuencia de remocin de lodos deber calcularse en base a estos tiempos referenciales, considerando que existira una mezcla de lodos frescos y lodos digeridos, estos ltimos ubicados al fondo del digestor. De este modo el intervalo de tiempo entre extracciones de lodos sucesivas deber ser por lo menos el tiempo de digestin a excepcin de la primera extraccin en la que se deber esperar el doble de digestin.

Temperatura C Tiempo de digestin en das

5 110

10 76

15 55

20 40

>25 30

Tabla. Tiempo de Digestin

Extraccin de lodos

El dimetro mnimo de la tubera para la remocin de lodos ser de 0.20 m y deber estar ubicado 0.15m por encima del fondo del tanque.

Para la remocin se requerir de una carga hidrulica mnima de 1.80 m.

Extraccin de lodos.(OPS/CEPIS/05.164)

rea de ventilacin y cmara de natas.

Para el diseo de la superficie libre entre las paredes del digestor y el sedimentador (zona de espuma o natas) se tendrn en cuenta los siguientes criterios.

El espaciamiento libre ser de 1m

como mnimo. La superficie total ser por lo

menos 30% de la superficie total del tanque.

El borde libre ser como mnimo de 0.30m.

Las partes de la superficie del tanque debern ser accesibles, para que puedan destruirse o extraerse las espumas y los lodos flotantes.

Ventilacin.(OPS/CEPIS/05.164)

Lechos de secado de lodos Los lechos de secado de lodos son generalmente el mtodo ms simple y econmico de deshidratar los lodos estabilizados (lodos digeridos), lo cual resulta ideal para pequeas comunidades. Pueden ser construidos de mampostera, de concreto o de tierra (con diques), con profundidad total til de 50 a 60 cm. El ancho de los lechos de secado es generalmente de 3 a 6m, pero para instalaciones grandes pueden sobrepasar los 10m. El medio de drenaje es generalmente de 0.30m de espesor y deber tener los siguientes componentes

El medio de soporte recomendado esta constituido por una capa de 0.15m formada por ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una separacin de 0.02 a 0.03m llena de arena.

La arena es el medio filtrante y deber tener un tamao efectivo de 0.3 a 1.3 mm

Debajo de la arena se deber colocar un estrato de grava graduada hasta 0.20m de espesor.

Carga de slidos que ingresa al sedimentador C (kg de SS/da). Donde:

SS: slidos en suspensin en el agua residual cruda en mg/l. Q: caudal promedio de aguas residuales.

Lechos de Lodos

TANQUE SPTICO

Tanque Sptico Sistema de tratamiento de las aguas residuales domsticas provenientes de una vivienda o conjunto de viviendas, que combina la separacin y digestin de slidos. El efluente es dispuesto por infiltracin en el terreno y los slidos sedimentados acumulados en el fondo del tanque y son removidos peridicamente en forma manual o mecnica.

Las aguas residuales pueden proceder exclusivamente de las letrinas con arrastre hidrulico o incluir tambin las aguas grises domsticas (generadas en duchas, lavaderos, etc.).

Uno de los principales objetivos del diseo del tanque sptico es crear dentro de este una situacin de estabilidad hidrulica, que permita la sedimentacin por gravedad de las partculas pesadas.

El material sedimentado forma en la parte inferior del tanque sptico una capa de lodo, que debe extraerse peridicamente.

La eficiencia de la eliminacin de los slidos por sedimentacin dependen en gran medida del tiempo de retencin, los dispositivos de entrada y salida y la frecuencia de extraccin de lodos (perodo de limpieza del tanque sptico).

La materia orgnica contenida en las capas de lodo y espuma es descompuesta por bacterias anaerobias, y una parte considerable de ella se convierte en agua y gases.

Los lodos que ocupan la parte inferior del tanque sptico se compactan debido al peso del lquido y a los slidos que soportan.

Como el efluente de los tanques spticos es anaerobio y contiene probablemente un elevado nmero de agentes patgenos, que son una fuente potencial de infeccin, no debe usarse para regar cultivos ni descargarse canales o aguas superficiales

Funcionamiento Sedimentacin

Uno de los principales objetivos del diseo del tanque sptico es

crear dentro una situacin de estabilidad, que permita la sedimentacin por gravedad de las partculas pesadas.

Los resultados dependen en gran medida del tiempo de retencin, los dispositivos de entrada y salida y la frecuencia de la extraccin de lodos (periodo de limpieza del tanque sptico).

Si llegan repentinamente al tanque grandes cantidades de lquido, la concentracin de slidos en suspensin en el efluente puede aumentar temporalmente, debido a la agitacin de los slidos ya sedimentados

Flotacin

Las espumas, grasas y aceites que son materiales menos densos que el agua flotan en la superficie, formando una nata que puede llegar a endurecerse considerablemente. El lquido pasa por el tanque sptico entre dos capas constituidas por la nata y los lodos.

Digestin y compactacin de los lodos

La materia orgnica contenida en las capas de lodo y natas es descompuesta por bacterias anaerobias, y una parte considerable de ella se convierte en agua y gases.

Los lodos que ocupan la parte inferior del tanque sptico se compactan debido al peso del lquido y los slidos que soportan, adems estos deben permanecer en el fondo 2 o 3 aos para completar su degradacin por accin de los microorganismos.

Estabilizacin de los lquidos

El lquido contenido en el tanque sptico experimenta transformaciones bioqumicas, pero se poseen pocos datos sobre la destruccin de los agentes patgenos.

Como el efluente de los tanques spticos es anaerobio y contiene probablemente un elevado nmero de agentes patgenos, que son una fuerte potencial de infeccin, no debe usarse para regar cultivos ni descargarse en canales o aguas superficiales.

Mantenimiento

Una norma sencilla consiste en extraerlos lodos cuando los slidos llegan a la mitad o a las dos terceras partes de la altura entre el nivel del lquido y el fondo.

Para extraer los lodos del tanque sptico, se puede utilizar un camin cisterna aspirador o tambin pueden extraerse manualmente con cubos.

En zonas donde no exista fcil acceso a las plantas de tratamiento o estas no existan en lugares cercanos, se debe disponer de lodos en trincheras y una vez secos proceder a enterrarlos o usarlos como mejorador de suelo.

Eliminacin del efluente de los tanques spticos

El efluente es anaerobio y puede contener gran cantidad de organismos patgenos. Aunque es posible eliminar un alto porcentaje de los slidos en suspensin.

Cuando se descargan los efluentes de un tanque sptico en una zona de infiltracin demasiado pequea o con los poros obstruidos, a menudo se forman charcos, que representan un riesgo potencial para la salud.

El efluente se puede tratar por medio de:

Pozos de infiltracin o de absorcin

Zanjas de infiltracin o de percolacin

Biojardineras

Pozos de infiltracin o de absorcin

Los pozos utilizados para eliminar el efluente de los tanques spticos Tienen por lo general una profundidad de 2 a 5 m y un dimetro de 1,0 a 2,5m Su capacidad no debe ser inferior a la del tanque sptico.

Se deben instalar tantos pozos como sean necesarios de acuerdo con la capacidad de infiltracin del terreno, la distancia entre ellos se regular por su profundidad o por su dimetro.

Zanjas de infiltracin o de percolacin

Cuando la capacidad y el rea del terreno lo permita se deben instalar

zanjas de infiltracin o percolacin, que distribuyen el lquido en una extensa zona, reduciendo el riesgo de sobrecarga en el lugar.

Las biojardineras:

Son humedales construidos para el tratamiento de aguas residuales, principalmente las que provienen de una vivienda, aunque tambin se usan en proyectos de dimensiones mayores como comunidades, residenciales, industrias u hoteles.

Una biojardinera es un recipiente o excavacin impermeable. No se le debe escapar el agua. Puede construirse con diferentes materiales como concreto, ferrocemento, bloques o ladrillos, plstico reforzado con fibra de vidrio o simplemente logrando impermeabilizar el suelo con telas de plstico o con el mismo suelo, si es arcilloso.

Ventajas

Simplicidad, confiabilidad y bajo costo.

Pocos requisitos para el mantenimiento.

Los nutrientes de los residuos regresan al suelo.

Un sistema diseado y mantenido correctamente puede durar mas de Veinte aos.

Desventajas

Las limitaciones de los sistemas spticos incluyen el tipo y la permeabilidad natural del suelo, el agua subterrnea y la topografa.

Se deben considerarlas normas referentes a la distancia entre el tanque sptico y el abastecimiento de agua, los limites de propiedad y las Tuberas de drenaje.

Los sistemas que no son operados correctamente pueden introducir nitrgeno, fsforo, materia orgnica y patgenos bacterianos y virales a reas cercanas y al agua subterrnea

Principios de diseo

Los principios que han de orientar el diseo de un tanque sptico son los siguientes:

Considerar un tiempo de retencin de las aguas servidas, en el tanque sptico, suficiente para la separacin de los slidos y la estabilizacin del lquido.

Considerar condiciones de estabilidad hidrulica para una eficiente sedimentacin y flotacin de los slidos.

Asegurar que el tanque sea lo bastante grande para la acumulacin de los lodos y la espuma.

Prevenir las obstrucciones y asegurar la adecuada ventilacin de los gases.

Factores por considerar para el diseo del tanque sptico :

Debe mantener una relacin ancho: largo de 1:3 y profundidad mnima de 1m.

Debe ser resistente al ataque de los sulfatos y a la acidez.

Debe ser hermtico (con una tubera de evacuacin de gas).

El tratamiento se desarrolla

2da etapa: Se continua el proceso de biodegradacin a travs del

contacto del agua pretratada con los microorganismos que se encuentran adheridos a las piedras del drenaje.

Se da la percolacin del agua a travs del suelo.

La piedra debe ser de tamao que oscile entre 7 y 10 cm.

No se debe colocar plstico para promover vapotranspiracin.

El sedimentador debe remover la mayora de partculas slidas y pesadas.

El sistema no se puede utilizar si existen mantos acuferos cerca.

La recoleccin de slidos en el tanque sptico debe darse frecuentemente.

El fondo de la zanja debe estar a por lo menos 2 metros del nivel subterrnea de aguas.

Diseo de tanque sptico