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TRATAMIENTO DE AGUAS - TRATAMIENTO PRIMARIO Y PARÁMETROS HIDRÁULICOS I

Enviado por bart_j_s



  1. Resumen
  2. Tratamiento primario
  3. Tanques del tipo imhoff
  4. Sedimentadores primarios.
  5. Reactor anaerobio de flujo ascendente (rafa)
  6. Coagulación o floculacion

 

RESUMEN

El tratamiento aguas consta de diferentes parámetros entre ellos esta el primario e hidráulico, los cuales presentan las siguientes características las cuales son:

Fosas sépticas para eliminar aguas negra cuyos elementos básicos son: Trampa de grasas (se instala solo cuando hay grasas en gran cantidad) Tanque Séptico (Separa las partes sólidas del agua servida por un proceso de sedimentación simole), Caja de distribución (Disminuye el agua de la anterior unidad), Campo de oxidación o infiltración (se oxida el agua servida y elimina por infiltración) y pozos de absorción (pueden subsistir o ser complementarios del anterior). Los tanques Imhoff son cámaras en las cuales pasan las aguas negras, por tener un comportamiento de digestión para un período de sedimentación. Los sedimentadores primarios se fundamentan en separar partículas por diferencia de densidad con ayuda de la fuerza de gravedad. La densidad de las partículas deben ser mayores a las del líquido se van hasta la superficie o zona de almacenamiento. Se los aplica para el tratamiento primario de aguas residuales. Para cumplir con esto tenemos diferentes clases de decantadores como son: Decantadores Horizontales, Decantador Vertical con manto de fango, Decantador con carga sólida artificial. Muchas comunidades pequeñas utilizan para depurar sus aguas residuales sistemas de lagunas denominadas de oxidación o de estabilización. Es un sistema barato pero que exige una gran cantidad de terreno. El aumento de conciencia de que el tratamiento de efluentes es de vital importancia para evitar la contaminación ambiental, resultó en la necesidad de desarrollar procesos que combinen una alta eficiencia de tratamiento con bajos costos de construcción y mantenimiento. La principal característica de un reactor UASB, además del flujo ascendente, es la formación de un manto de lodo floculento o granular con buena capacidad de sedimentación, en donde se realiza la actividad biológica. La granulación es un proceso que ha sido citado en pocas oportunidades durante el tratamiento de líquidos cloacales. Para el tratamiento de aguas y su traslado se emplea dispositivos hidráulicos entre los más relevantes son los canales, tuberías de interconexión, medidores de caudal y las lagunas estabilizadoras, los cuales cumplen una función específica en el tratamiento de las aguas negras.

 

TRATAMIENTO DE AGUAS

  1. TRATAMIENTO PRIMARIO

1.1. FOSA SEPTICA

La fosa séptica, son tanques prefabricados que permiten la sedimentación y la eliminación de flotantes, actuando también como digestores anaerobios. El origen de la fosa séptica se remonta al año 1860, gracias a los primeros trabajos de Jean-Louis Mourais. Su aplicación esta muy extendida por todo el mundo y hoy en día se fabrica principalmente con Resinas de Poliester Reforzados de Fibra de Vidrio. Se diseñan fosas sépticas para eliminar las aguas negras.

Los elementos básicos de una fosa séptica son: el tanque séptico y el campo de Oxidación; en el primero de sedimentan los lodos y se estabiliza la materia orgánica mediante la acción de bacterias anaerobias, en el segundo las aguas se oxidan y se eliminan por infiltración en el suelo.

1.1.1. UNIDADES DE FOSAS SEPTICAS

Las unidades de la fosa séptica son:

  • Trampa de grasa
  • tanque séptico
  • Caja de distribución
  • Campo de oxidación o infiltración
  • pozo de absorción

 

1.1.1.1. TRAMPA DE GRASAS

Se instalan únicamente cuando se eliminan grasas en gran cantidad, como es el caso de hoteles restaurantes, cuarteles en zonas rurales. Se colocan antes de los tanques sépticos, deberán diseñarce con una tapa liviana para hacer limpieza, la misma que debe ser frecuente; en lo posible se ubicarán en zonas sombreadas para mantener bajas temperaturas en su interior.

Para controlar su capacidad podrá considerar un gasto de 8 litros por persona y nunca esta capacidad será menor de 120 litros.

En la FIGURA 1 se indican las sedimentaciones básicas para el diseño y las tuberías de entrada y de salida.

1.1.1.2. TANQUE SEPTICO

"El tanque séptico es la unidad fundamental del sistema de fosa séptica ya que en este se separa la parte sólida de las aguas servidas por un proceso de sedimentación simple; a demás se realiza en su interior lo que se conoce como PROCESO SEPTICO, que es la estabilización de la materia orgánica por acción de las bacterias anaerobias, convirtiéndola entonces en lodo inofensivo.

La FIGURA 2 muestra el corte típico de un tanque séptico sus dimensiones, tubería de entrada y salida, pendiente del fondo, etc. que permitirán el diseño.

Para calcular la capacidad del tanque séptico se deberá conocer el número de personas que serán usuarios del sistema, luego se adoptara un gasto de aguas servidas en términos de volumen por persona y por día sugiriendo como una medida un gasto de 150 litros /persona/día y un periodo de recepción de 24 horas, debiéndose tomar la proporción de esta en caso de no utilizare el sistema el otro día, como es el caso de escuelas rurales donde el lapso de utilización es de 6 a 8 horas diarias.

Para determinar el volumen del tanque séptico se multiplica en número de usuarios por el gasto que

V=np

Formula en la que q es el gasto proporcional con relación a las 24 horas, así si la escuela rural trabaja 8 horas diarias q será igual a 8/24 del gasto diario

1.1.1.3. CAJA DE DISTRIBUCIÓN

Este implemento de la fosa séptica tiene por objeto distribuir el agua servida procedente del tanque séptico proporcionalmente a cada uno de los ramales del campo de oxidación, para lo cual se colocaran todas las tuberías de salida a la misma altura.

Este implemento de la fosa séptica tiene por objeto distribuir el agua servida procedente del tanque séptico proporcionalmente a cada uno de los ramales de oxidación, para lo cual se colocarán todas las tuberías de salida a la misma altura

Se recomienda localizar la tubería de entrada a 5 cm del fondo de la caja y las tuberías de salida 1cm del mismo fondo.

La forme que se adopte para la caja dependerá del terreno que se obtenga para la oxidación y del número de salidas que se adopten.

En lo posible el ancho de la caja no exhereda de 45 cm y la distancia mínima de los ejes de la tuberías de salida será 25 cm. Todas las cajas deberán estar provistas de una caja liviana apropiada para realizar limpieza

Los materiales para su construcción podrán ser: piedra, ladrillo o concreto.

1.1.1.4. CAMPO DE OXIDACIÓN O INFILTRACION

En esta unidad de la fosa séptica se consigue oxidar el agua servida y eliminar por infiltración. Para lograr un optimo funcionamiento del campo de oxidación, debe escojerce el camino, con este objeto realizando una prueba de infiltración, consiste en hacer variar excavaciones en el área determinada, todas estas de 30 x 30 cm. de sección por la profundidad proyectada para las zanjas de absorción (será menor que 90 cm). En estos fosos así abiertos se deposita grava fina al fondo de una altura de 5 cm, procediéndose luego a llenar con agua hasta una altura de 30 cm sobre la grava; 24 horas después si el agua permanece o se infiltro totalmente Si tiene al agua un tirante mayor a 15 cm del terreno es inapropiado para campo de infiltración, en caso contrario se procederá a llenar el hoyo hasta 15 cm de altura midiéndose el tiempo que demora en infiltrarse este dividido para 6 nos da la velocidad de absorción por 2.5 cm de profundidad, con la cual se determina la longitud de las tuberías del campo (FIGURA 3)

1.1.1.5. POZO DE ABSORCION

Pueden sustituir o ser complementarios al campo de oxidación.

Consiste en excavaciones de más o menos un diámetro y profundidad variable En estos el agua se infiltra por paredes y piso que deberán ser tomados permeables, se recomienda llenar de grava a la altura aproximada de 1m para lograr una buena distribución de agua al fondo."(1)

.

1.2. TANQUES DEL TIPO IMHOFF

Los tanques imhoff [ Karl Imhoff (1876 – 1965) que en su tiempo fue el ingeniero especialista en aguas, más notable de Alemania], por haber concebido el tipo de tanque de doble objeto que se conoce por su apellido.

Pueden verse tanques Imhoff en muchas formas rectangulares y hasta circulares, pero siempre proporcionan una cámara o cámaras superiores por las cuales pasan las aguas negras en su período de sedimentación, además de otra cámara inferior donde la materia recibida por gravedad permanece en condiciones tranquilas para su digestión anaeróbica. De la forma del tanque se obtienen varias ventajas: 1) los sólidos sedimentables alcanzan la cámara inferior en menor tiempo; 2) la forma de la ranura y de las paredes inclinadas que tiene la cámara acanalada de sedimentación, fuerza a los gases de la digestión a tomar un camino hacia arriba que no perturba la acción sedimentadora.

Alrededor de 1925, la digestión separada con calefacción ya había demostrado ser conveniente y económica, y en la actualidad ésta se emplea en todas las grandes plantas junto con tanques de sedimentación, con remoción continua de los lodos para la digestión. A pesar de esto, los tanques Imhoff todavía tienen su propio lugar en el tratamiento primario de las aguas negras, especialmente debido a su simplicidad de operación. En algunas situaciones locales, esta ventaja solo puede pesar más que cualquier otra.

Como todo dispositivo para un tratamiento primario, el tanque Imhoff puede ser una parte de una planta para el tratamiento completo, y en tal caso su comportamiento de digestión debe tener una capacidad tanto para los lodos secundarios como para los que recibirá de la sobrepuesta cámara de sedimentación.

En la FIGURA 4 se muestra una forma de tanque imhoff, con canales de entrada y salida tales que puede, a voluntad, invertirse el sentido del flujo a través de las cámaras de sedimentación. Esta característica da como resultado mejor distribución de la materia sedimentable en el comportamiento inferior, donde los lodos tienden a acumularse en la tolva cabezal, según el sentido del flujo.

Las aguas negras entran por el canal de entrada "a". Abiertas las válvulas de entrada en un extremo del tanque y bajados los vertederos de ajuste en el otro, las aguas negras pueden dirigirse a través de las cámaras de sedimentación "A" en cualquier sentido; y, después de unas cuantas semanas, si se quiere, en sentido opuesto. Depositados los sólidos sedimentables, las aguas negras salen clarificadas por el canal de salida "b". Los sólidos se sedimentan deslizándose por las superficies lisas de las paredes inclinadas, atravesando la ranura estrecha hacia abajo, para depositarse en la cámara de digestión "B", donde permanecen unos treinta días, más o menos, o hasta que sean bien digeridos. Los gases provenientes de la digestión suben por las ventosas de gas "D", debido a que las paredes solapadas impiden su paso a través de las cámaras de sedimentación, asegurando así mejor rendimiento. Los sólidos digeridos se extraen bajo carga estática por las válvulas de lodos a través de los tubos laterales, en tiempo conveniente. Se dejan abiertos los extremos superiores de estos tubos, de modo que fluyan libremente los lodos y para limpiar los tubos a voluntad.

Ejemplo:

Buscar las dimensiones gobernantes convenientes para un tanque Imhoff, tales que se cumplan los requisitos siguientes:

Población servida: 5.000 personas.

Gasto Q = 1.893,000 l/día

Período de retención: 2 horas

Aplicación superficial: 24,400 l. Día/m2

Velocidad promedio en la cámara de sedimentación = £ 0,3 m/min.

Capacidad de la cámara de digestión: 100 l/persona.

Area superficial de las ventosas de gas > 25% del área total.

La forma del tanque será semejante a la mostrada en la figura 1, con dos tolvas en su fondo.

L = largo del estanque

  1. Dimensiones de la cámara de sedimentación.

2bL = 1.893 / 24,4 = 78,0 m2.

Tomemos b = 2,5 m; l = 15,6 m.

De lo que V = 15,6 / 120 = 0,13 < 0,3 m/seg.

Volumen S1 = (1.893 x 2 )/24 = 157,8 m3

A = área transversal = 157,8 / 15,6 = 10,1 m2 (requerida)

Tomemos c = 1,25 m

A = 2[bc + 0,375 b2] = 2[(2,5 x 1,25) + 0,375(2,5)2]

A= 11,00 m2

  1. Dimensiones de la cámara de digestión:

S2 = volumen de la cámara de digestión = 5.000 x 0,10

S2 = 500 m3

S2 = (fhL) + 2 = fhL + h2L/12

De lo que:

f = = = = 3,82 m

Profundidad total del tanque = c + d + e (zona neutral) + f + g. en donde:

G = o .

 

D = 1,25 + 1,87 + 0,50 + 3,82 +1,81 = 9.25 m

Nota: y = borde libre = 0,60 m (mínimo).

= = = 31 %

Obtenemos :

a = 0,75 metros

b = 2,50 metros

c = 1,25 metros

d = 1,87 metros

e = 0,50 metros

f = 3,82 metros

g = 1.81 metros

1.2.1. PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN.

Al entrar en operación, un tanque Imhoff debe sembrarse para poner en marcha el proceso de digestión. Esto se hace utilizando lodos digeridos de otro tanque, o a falta de éstos, materia nutritiva, tal como unas cuantas paladas de abono o estiércol. Puede desarrollarse una espuma o nata excesiva, como resultado de condiciones ácidas, teniéndose que usar medios correctivos, tales como adiciones de cal en poca cantidad, a fin de ajustar así el pH hasta el punto neutro. En su funcionamiento normal, un tanque Imhoff debe ser vigilado diariamente, aunque para hacerlo no exija mucho trabajo en su manejo ni muchas herramientas. Al subir los gases para salir por las ventosas, llevan algunos sólidos a la superficie, y pueden formar espuma o nata gruesa flotante. Los gases pueden levantar las masas sobrenadantes aun hasta rebosar las paredes, estorbando así el paso normal de ellos, haciendo que pasen hacia arriba a través de la ranura de las cámaras de sedimentación, se vuelven sépticos, a menos que sean removidos. Sin embargo, pueden prevenirse la mayoría de las dificultades o mal funcionamiento del tanque por medios sencillos. La espuma o nata se dispersa u obliga a bajar por medios de chorros de agua con manguera, y los sólidos de la cámara de sedimentación se obligan a bajar utilizando una cadena pesada, suelta, de rastreo. Hay que conocer el nivel de los lodos de cuando en cuando, para lo cual se usa un palo y placa o una bomba de mano con manguera, para mantener este nivel bajo control, sacando mensualmente los lodos digeridos, o cuando se requiera, para obtener buen resultado. Los lodos se descargan sobre lechos de arena para secarlos.

En igualdad de las demás condiciones, la misma profundidad y complejidad de un tanque Imhoff pueden regir a veces en contra de su elección. Es obvio que la mayoría de los emplazamientos para las estaciones depuradoras han de estar en tierras bajas, o sea, cerca de un río o lago, que sería el cuerpo receptor para los efluentes. Por eso deben tenerse presentes los problemas de diseño y de construcción que se plantean debidos a las presiones desequilibradas de las aguas freáticas, del encofrado y muchos otros factores.

1.3. SEDIMENTADORES PRIMARIOS.

Consiste en utilizar las fuerzas de gravedad para separar una partícula de densidad superior con densidad superior a la del líquido hasta una superficie o zona de almacenamiento. Para que pueda haber una separación efectiva se precisa, además, que la fuerza de gravedad tenga un valor suficientemente elevada con relación a sus efectos antagonistas: efectos de turbulencia, rozamiento, repulsión electrostática, corrientes de convección, etc.. Para facilitar la comprensión de los fenómenos que intervienen deben distinguirse los efectos relacionados con el movimiento de la partícula y los relacionados con el movimiento del líquido.

1.3.1. SEDIMENTADORES HORIZONTALES

La superficie libre de estos decantadores puede ser cuadrada, rectangular o circular.

Los fangos se reúnen en una fosa en donde son extraídos mediante un eyector hidrostática.

1.3.1.1. SEDIMENTADOR DE VARIOS PISOS

"Un decantador seta tanto eficaz cuando su superficie horizontal sea más grande, dada una superficie de terreno ocupada y un determinado volumen de obre. Un decantador será tanto más eficaz cuanto su superficie horizontal sea más grande. Dada una superficie de terreno ocupado y un determinado volumen de obra, fácilmente concluiremos que debemos utilizar decantadores de varios pisos o de superficie de sedimentación laminar (FIGURA 5)

El factor de forma L/H, que debe elegirse lo menor posible con tal de mantener una velocidad de derrame mínima necesaria para obtener la repartición y la estabilidad del derrame, muestra que los diferentes pisos deben ser utilizados preferentemente en paralelo y no en serie.

La estabilidad de derrame se logra para:

L/H> 10

Los decantadores de varios pisos permiten, en consecuencia, utilizar velocidades más lentas (L menor)."(2)

1.3.1.1.1. ESTUDIO EXPERIMENTAL

"Es importante determinar el valor de uno para un agua dada antes de definir las características constructivas de un decantador. Esta determinación tiene que hacerse experimentalmente y se requiere para ello una serie de cilindros de fondo cónico. Debe disponerse de cinco cilindros que se llenan (2 litros cada uno) con el agua de la que se desea determinar sus características de sedimentación (eventualmente si se trata de agua coagulada pueden utilizarse los cilindros como recipientes de jar-test

Cada cilindro se llena con 2 litros de agua (con una altura de agua de 500 mm) y se recogen por el grifo de purga los sedimentos acumulados según el programa indicado en la TABLA 1

TABLA 1

Estudio de la sedimentación

N.° de cilindro

Tiempo de recogida

Velocidad de caída

1

2

3

4

5

8 min 20 s

16 min 40 s

27 min 46 s

55 min 32 s

1h 23 min 20s

1 mm/s

0.5 mm/s

0.3 mm/s

0.15 mm/s

0.1 mm/s

Si se dispone de un laboratorio con medios suficientes, se pesan los sedimentos obtenidos tras desecación a 105 °C. Si no, se pueden medir los diferentes volúmenes de depósitos recogidos tras una redispersión y posterior sedimentación durante un tiempo fijo (1 hora) en un recipiente de pequeñas dimensiones.

Se comparan los pesos (o los volúmenes) de los sedimentos de 1, 2, 3 y 4 con el peso (o el volumen) del sedimento de 5 y se representa en un gráfico con los porcentajes en ordenadas y las velocidades Q en abscisas: se elige entonces mediante el gráfico la velocidad característica uno que asegura la eliminación de un porcentaje deseado de materias en suspensión.

Al tener en cuenta las características de forma de los decantadores será preciso considerar también la componente vertical de la turbulencia.

Por ejemplo, si se desea eliminar el 90 % de las materias en suspensión y en la experimentación previa, este porcentaje ha sido obtenido con una velocidad característica de 0,6 min/S, por ejemplo, y el factor de forma es:

L/H = 15 por ejemplo

La relación que permite definir la superficie de la solera será:

0,6x3600 = Q(1+0,75)

  1. S

es decir:

Q = 1,24m/h "(3)

S

1.3.1.2. SEDIMENTADORES HORIZONTALES CIRCULARES

Pueden considerarse como una yuxtaposición de sedimentadores horizontales formados por sectores. El cálculo de los sedimentadores horizontales puede aplicarse con la condición de que se tenga en cuenta la progresiva disminución de la velocidad media horizontal (FIGURA 6).

Se obtiene como expresión de la velocidad de caída de la partícula retenida en el decantador:

con:

R = radio del decantador radial;

S = p R2 = superficie del fondo.

1.3.1.2.1. "DISPOSICION DE ENTRADA Y DE DRENAJE DE SALIDA

Debe evitarse que los flóculos, para cuya constitución han sido necesarios tantos cuidados, no se rompan en su recorrido hasta el decantador; por otra parte, debe repartirse por igual el caudal entre los diversos sedimentadores (en el caso de que haya varias construcciones en paralelo) y repartir equitativamente el caudal, tanto como pueda hacerse, a lo largo de la sección transversal de cada sedimentador. Dicha equidad requiere la introducción de perdidas de carga, y por tanto variaciones de velocidad, lo cual hace que las anteriores exigencias resulten contradictorias.

Debe hacerse una primera observación en lo que respecta a la re-partición equitativa del caudal entre los diferentes decantadores (o diversos pisos) funcionando en paralelo; como los flóculos residuales que salen del decantador son pequeños y no frágiles y la eficacia de los filtros está en relación directa con el tamaño de los mismos, es conveniente asegurar la equidad del reparto mediante dispositivos situados a la salida del decantador, ya que es mejor que colocarlos en la entrada de los mismos (FIGURA 7).

Queda el problema de la equidad de reparto en toda la superficie transversal; debe aceptarse aquí un compromiso y servirse tanto de las formas de los dispositivos de entrada como de la inserción en el recorrido del caudal de obstáculos que provoquen el mínimo de pérdida de carga (una pared con orificios da muy buen resultado en la equirrepartición, cuando la superficie no agujereada corresponde a un 10 o 20 % de la sección total) pero deben evitarse velocidades de circulación superiores a 15 cm/s si se desea conservar intactos los flóculos.

1.3.1.3. ELIMINACION DE LOS BARROS SEDIMENTADOS

Los flóculos que entran en el sedimentador horizontal son relativamente heterogéneos, sedimentando una gran mayoría en la primera parte del decantador.

La evacuación de barros puede realizarse por medios mecánicos (rasquetas) que se adaptan a la forma del decantador, o hidráulicos (tuberías perforadas). El primer sistema se utiliza para evacuar fangos espesos (100 g/l) y el segundo cuando son más diluidos (2 a 10 g/l).

En muchos casos los fangos se almacenan y sólo se vacían de vez en cuando mediante lavado del decantador (arrastre hidráulico). Paradójicamente, con este último sistema se obtienen unas pérdidas de agua mucho menores que las utilizadas con purgas de agua frecuentes, y la inversión que exige es prácticamente nula

.

La masa de barros puede ser muy grande: 1 g de cloruro férrico comercial produce alrededor de un 28 % de flóculos, a los cuales hay que añadir las materias que precipitan a partir del agua y los demás reactivos empleados (carbón activo, por ejemplo). Un agua tratada con 35 g de coagulante, que contenga 20 g de materias minerales en suspensión y a la que se le añade una dosis de 20 g de carbón activo en polvo depositará por metro cúbico alrededor de 50 g de materias (peso seco) por m3 tratado (45 g en el decantador y 5 g en los filtros).

Si se tratan 100 000 m3/día, el peso de fangos depositado en el decantador será del orden de 4,5 t o sea, 45 m3 de barro amontonado. Deberá procederse a una eliminación continua mediante rasquetas o mediante purga hidráulica, o bien a vaciados totales del sedimentador con una frecuencia aproximada de tres meses. Sin embargo, en muchos casos los aportes de sólidos provenientes del agua a tratar y de las dosis de reactivos aplicadas son mucho menores, y pueden eliminarse los dispositivos de extracción continua limitándose a efectuar vaciados semestrales o incluso anuales. Los barros prácticamente no fermentan, sobre todo si se ha realizado una precloración o una preozonización en el proceso de tratamiento, o si los barros tienen una proporción suficiente de carbón activo.

Debe observarse que los coagulantes férricos, que son oxidantes, evitan mejor por sí mismos la fermentación que los coagulantes base de aluminio.

La producción de barros en las operaciones de ablandamiento por precipitación mediante cal, es mucho mayor y su eliminación continua se hace indispensable (FIGURA 8).

 

 

1.3.1.4. LOS DECANTADORES DE PLACAS INCLINADAS

La aplicación de la teoría de la decantación horizontal, llevada a su extremo lógico, nos conduce al concepto de decantador de placas inclinadas, que es un decantador con muchos pisos o más exactamente con múltiples superficies de sedimentación (FIGURA 9).

Muchos inventores han tratado de acelerar el desarrollo del proceso de decantación disminuyendo la longitud del recorrido vertical de las partículas. El procedimiento más comúnmente empleado consiste en interponer unas superficies auxiliares en el interior del volumen utilizado en la decantación. Existen realizaciones francesas desde los años 1950 (desarenador Neyrpic, decantador con placas Setude).

Todos estos dispositivos se basan, en definitiva, en canalizar la corriente de agua, de la que se deben separar las partículas en suspensión, hacia un volumen estrechamente limitado por una serie de superficies de sedimentación muy próximas (algunos centímetros). Estas superficies se ensamblan de forma que exista una pendiente suficiente para su autopurgado, los barros depositados tienen por ello tendencia a resbalar, formando una corriente de mayor densidad, hacia una zona predeterminada de recogida. La experiencia ha demostrado que estos barros ya separados mantienen su coherencia y no-se redispersan (excepto por una turbulencia de barrido). Es por lo que en muchos casos las superficies de decantación desprenden directamente los barros hacia el fondo del decantador y caen, sin mezclarse con la masa de agua que atraviesan.

1.3.2. SEDIMENTACION VERTICAL CON MANTO DE FANGOS

Originariamente se crearon los decantadores con manto de fangos para acelerar los procesos químicos de ablandamiento por precipitación calcio – sódica y para la obtención del equilibrio del carbónico, al menos parcial, del efluente decantado. Las primeras investigaciones datan del año 1930, pero es hacia 1940 que estas unidades aparecen en el mercado de USA Durante el mismo período, investigaciones paralelas se realizaron en la URSS, siempre en el terreno del ablandamiento.

Sin embargo, la concepción en sí de este tipo de aparatos, que se realiza en construcciones compactas, en las que están integradas en un mismo volumen diferentes fases de la mezcla de reactivos, de la precipitación y de la separación, ha incitado a los constructores a utilizarlos, a partir del año 1945, para realizar la clarificación sin ablandamiento. El contacto con los fangos preformados, que son gérmenes de cristalización, constituye una ventaja cierta en el caso del ablandamiento y es motivo de controversia en el caso de la clarificación. Este contacto es, sin embargo, útil en la etapa de coalescencia de los microflóculos formados, tras la floculación de los coloides. Estos aparatos, para funcionar en condiciones satisfactorias, deben asegurar un equilibrio dinámico entre sus diferentes componentes y cualquier cosa que perjudique este equilibrio repercute sobre la calidad de los resultados obtenidos.

Siguiendo la opinión expresada por la AWWA estos decantadores exigen condiciones de explotación bastante rígidas (sacrificando la flexibilidad operativa) que deben respetarse fielmente.

La ventaja mayor la constituye la economía de espacio que produce su construcción.

 

 

1.3.2.1. FUNCIONAMIENTO

La mejor forma de comprender el principio de funcionamiento de estos aparatos es mediante la descripción del primer aparato aparecido en el mercado comercial (sedimentador Spaulding), un examen atento de cualquier aparato con manto de fangos permitirá encontrar las mismas fases sucesivas.

El aparato de Spaulding consiste en un recipiente de forma troncocónica (FIGURA 10) provisto de un agitador axial rodeado a su vez por una envoltura troncocónica (con la base mayor hacia abajo). El agua bruta entra en la parte central recibiendo al entrar los reactivos adecuados para el tratamiento, los cuales se dispersan mediante el agitador, realizándose la floculación en el compartimento troncocónico axial, penetrando a continuación el agua hacia la parte periférica por el fondo y asciende verticalmente con velocidad decreciente hasta los canalillos o tuberías perforadas radiales de drenaje, colocados al nivel de la superficie del agua.

A medida que van formándose los flóculos, constituidos por reactivos y partículas retenidas, se acumulan cerca del fondo y finalmente se expanden hacia la parte periférica en forma de manto de fangos que se mantiene en equilibrio dinámico en el flujo ascendente del agua. Este manto ocupa la parte inferior del compartimento periférico.

Para evitar la invasión, inevitable a la larga, de todo el decantador por los barros, existen concentradores de fangos situados en la parte periférica, donde los fangos se compactan, y de donde se extraen periódicamente, a fin de mantener el manto de fangos en unas condiciones apropiadas de altura y concentración.

En el caso de la clarificación por coagulación encontramos en este tipo de aparato las tres etapas de tratamiento descritas en el capítulo de la coagulación:

  • en la parte central: admisión y dispersión de reactivos, floculación de coloides;
  • en el manto de fangos: coalescencia en grandes flóculos;
  • por encima del manto de fangos: separación de los flóculos grandes.

El buen funcionamiento del aparato exige la formación de un manto de fangos y su mantenimiento en un estado adecuado.

1.3.2.2. MANTO DE FANGOS

El manto de fangos es, de hecho, una suspensión fluidificada de flóculos y partículas (FIGURA 11). En un recipiente cilíndrico, la altura del manto de fangos dependerá, no limitativamente:

  • de la cantidad inicial de fangos (o de la altura del manto de fangos en reposo);
  • de la velocidad ascensional del agua;
  • de la densidad relativa de los flóculos y de las partículas en suspensión;
  • del tamaño y forma de los flóculos.

El efecto de la coalescencia sobre los microflóculos aportados dependerá a su vez de:

  • el tiempo que tarden en pasar estos microflóculos a través del manto de fangos, y por consiguiente del espesor del manto, de la velocidad del agua y de la porosidad del manto;
  • del número de flóculos, expresados por su valor específico, en el manto, y por consiguiente de su dimensión y de su concentración;
  • de las características superficiales de los flóculos y microflóculos y por tanto de la naturaleza de los reactivos empleados, de la naturaleza de las impurezas a retener y de la temperatura.

A pesar de la complejidad del problema, la experiencia demuestra que el encargado de la explotación de estos aparatos puede encontrar fácilmente soluciones y obtener un funcionamiento satisfactorio. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que la puesta a punto de las condiciones de funcionamiento no puede obtenerse más que a través de ensayos cuidadosamente realizados en las condiciones particulares del caso y que las enseñanzas obtenidas en la explotación de estaciones análogas en otros lugares no pueden ser simplemente traspuestas sin una minuciosa adaptación. Esta advertencia debe considerarse igualmente en lo que se refiere a las variaciones de calidad de las aguas brutas tratadas y a las variaciones de caudal.

En lo que concierne al comportamiento hidráulico del manto de fangos en un cilindro vertical, en igualdad de condiciones, se ha establecido que su volumen (y en consecuencia su altura) es una función lineal creciente de la velocidad del agua (del caudal); en otras palabras, si se dobla el caudal se dobla la expansión del manto, resultando que la concentración es una función lineal decreciente.

El objetivo deseado consiste en obtener una expansión suficiente del manto de forma que se consiga asegurar una probabilidad adecuada de crecimiento por coalescencia de los microflóculos admitidos por la parte inferior del manto, lo que exige una cierta velocidad vertical mínima, y sin embargo la velocidad ascensional en la parte superior del manto de fangos deberá ser inferior a la que provocaría el arrastre de los flóculos formados. Para soslayar la dificultad que representa la adaptación mutua entre estas dos velocidades, los constructores adoptan a menudo (como ya había hecho Spaulding) una forma troncocónica que asegura una velocidad vertical progresivamente decreciente.

Para evitar que se depositen los fangos sobre las paredes laterales, la pendiente de éstas debe ser superior al 50 %, lo que constituye una dificultad en el diseño de unidades de gran capacidad. En estas últimas, los constructores han adoptado formas con paredes laterales verticales y fondo plano, lo que obliga a utilizar dispositivos repartidores de caudal, colocados sobre el fondo. En consecuencia, se hace más delicado obtener el adecuado equilibrio en el manto de fangos con velocidades que aseguren una buena separación de los flóculos formados.

Como que la expansión depende de la velocidad verdadera con la que pasa el agua a través del manto de fangos, en vez de actuar sobre la velocidad media de paso del caudal, como se hace en los aparatos con paredes exteriores inclinadas, se actúa entonces sobre la concentración óptima del manto de fango (FIGURA 12).

En la TABLA 2 figuran, a título indicativo, las recomendaciones soviéticas dadas en cuanto a las características de explotación de aparatos con manto de fangos.

TABLA 2

Normas de la URSS para mantos de fangos Velocidad

Agua bruta y tratamiento

Velocidad vertical límite

m/h)

Concentración del manto de fangos (mg/l)

Espesor del manto

(m)

  1. sulfato de aluminio

    coagulante férrico

  2. Mat. En suspensión < 100 mg/l

    100 a 400 mg/l

    sulfato de aluminio

    coagulante férrico

  3. Mat. En suspensión

    400 a 1.000 mg/l

    sulfato de aluminio

    coagulante férrico

  4. Mat en suspensión
  5. Mat. En suspensión
  1. a 2.000 mg/l

sulfato de aluminio

coagulante férrico

  1. Ablandamiento con cal y coagulante férrico

Densidad Mg < 25 % dH°

Densidad Mg 25 a 50 % dH°

2,15 a 2,85

2,5 a 3,85

 

 

2,85 a 3,25

3,25 a 3,60

 

 

3,25 a 3,60

4,00 a 4,30

 

 

3,60 a 4,00

4,00 a 4,30

 

 

4,30 a 5,00

3,60 a 4,00

 

260 a 600

300 a 600

 

 

600 a 1200

700 a 1400

 

 

  1. a 2000

1100 a 2200

 

 

1900 a 6000

2200 a 7500

 

 

2400 a 8000

1600 a 4000

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2,5

2,5

 

1.3.2.3. CONCENTRACION DE FANGOS

Si r es el rendimiento de separación del decantador, M la cantidad de materias en suspensión generadas a la entrada del decantador (materias en suspensión en el agua bruta más precipitados provenientes de los reactivos), debe eliminarse una cantidad de sólidos igual a:

Q*M*r

si Q es el caudal de agua bruta.

Sea C la concentración de fangos obtenida en el concentrador, el caudal g de fangos concentrados que se debe evacuar viene dado por 12 relación:

Para limitar las pérdidas de agua debe, en consecuencia, intentarse obtener C elevadas.

La experiencia enseña que el tiempo mínimo de permanencia de los fangos a concentrar en el concentrador, debe ser del orden de seis horas. Estos concentradores deben estar proyectados respetando los parámetros correspondientes a las tres funciones siguientes:

  • separación de la fase líquida de la sólida (sedimentación parcialmente entorpecida) en la parte superior;
  • almacenaje de los fangos separados (sedimentación entorpecida) en la parte intermedia;
  • espesamiento progresivo de los fangos separados (deshidratación) en la parte inferior.

Las superficies necesarias para un caudal que en las dos primeras funciones, como el tiempo necesario (es decir, el volumen inferior de almacenaje) en la tercera función, están en relación directa con la naturaleza de los fangos y deben determinarse experimentalmente. De una manera general, los fangos cristalinos que provienen del ablandamiento, sedimentan rápidamente y se espesan con facilidad, los fangos cargados de coagulantes hidrolizados necesitan concentradores de gran superficie y muy voluminosos. La naturaleza de la materia en suspensión que proviene del agua bruta, influye igualmente de forma muy sensible.

1.3.3.4. SEDIMENTADOR CON CARGA SOLIDA ARTIFICIAL (FLOCULOS LASTADOS)

Una idea interesante ha sido propuesta en Hungría por un grupo de investigadores (1) y que ha llevado a realizaciones industriales muy satisfactorias. Para acelerar la decantación han intentado lastrar cada flóculo con un grano de materia compacta (FIGURA 13).

A partir de los ensayos realizados, se ha elegido el cuarzo, con una granulometría de 25 a 125, utilizándose para fijarlo en los flóculos un elemento intermedio, un polielectrólito. Los resultados mejores se han obtenido con poliacrilamidas de elevado peso molecular (superior a 1 000 000), y en los casos en los que las poliacrilamidas no pueden ser empleadas, pueden realizar la misma función ligante otros polielectrólitos de origen natural.

En este procedimiento, la microarena (en dosis muy elevadas) se adiciona al agua bruta que ha recibido anteriormente el polielectrólito y los coagulantes.

Al ser muy elevada la dosis de microarena, el procedimiento estaría obstaculizado por el empleo de cantidades extremadamente importantes de arena que debería suministrarse como reactivo y evacuarse con los fangos. Esta microarena es por ello reciclada tras la separación de los fangos (con rasquetas) por medio de un dispositivo apropiado (hidrociclón).

La mejora del rendimiento es muy sensible. En los aparatos de corriente vertical se realiza una separación inmediata del agua tratada de los fangos lastrados, muy cerca del fondo del decantador. Las condiciones de explotación son independientes de las variaciones de calidad del agua bruta, al estar la carga de microarena aportada artificialmente en una proporción mucho mayor a la de las materias en suspensión naturalmente acarreadas. Las velocidades verticales de separación alcanzan en estas condiciones los 6 m3/h.

 

1.3.2.5. CLARIFICACION EN LECHO FLUIDIFICADO GRANULAR

Un estudio más profundo de las propiedades de las microarenas y en general de los medios granulares muy finos, ha conducido a la puesta a punto de una clarificación de tipo nuevo (1) en la que intervienen conjuntamente los procesos que se producían en los aparatos con manto de fangos, el efecto de retención por filtración a través del lecho fluidificado de microgranos activados y el efecto que evita la expansión del manto de fangos por medio de un sedimentador de placas inclinadas (FIGURA 14).

El agua bruta que ya ha recibido los reactivos de coagulación se introduce por la base del aparato con la forma adecuada, provocando la fluidificación del lecho microgranular activado en el que disminuye el grado de turbulencia conforme avanza el agua a tratar.

En la parte inferior del lecho fluidificado, la fuente de agitación de los microgranos produce una microturbulencia que se generaliza en toda la masa del agua y que asegura una dispersión extremadamente eficaz y rápida de los reactivos, que acelera de forma considerable los fenómenos de floculación de los coloides y la formación de compuestos hidrolizados de los reactivos coagulantes. Esta aceleración se ha constatado y verificado experimentalmente, pero no ha recibido todavía una explicación teórica satisfactoria.

En las capas inferiores del lecho fluidificado, los microflóculos entran en contacto con los microgranos en el seno de una agitación moderada fijándose sobre su superficie de forma que al salir el agua del lecho fluidificado ya está clarificada.

El fenómeno de la adherencia sobre una superficie, que es un fenómeno que se utiliza en la filtración por lecho de arena (ver capítulo filtración) permite que se consigan velocidades verticales muy elevadas que son superiores a las de arrastre de los microgranos. Para retener a estos últimos debe disponerse en la parte superior del aparato, antes de los colectores de drenaje, un sistema de placas inclinadas que actúen como desarenador.

Las velocidades verticales que se alcanzan en este tipo de aparatos son de 12 m/h, o sea, diez veces más que las de un decantador horizontal, cuatro o seis veces más que en un decantador de manto de fangos y el doble de las obtenidas en un decantador con carga sólida artificial.

Estos aparatos reúnen dos buenas cualidades: son muy compactos y tienen una eficacia muy elevada.

Una condición esencial para su buen funcionamiento reside en mantener el lecho fluidificado en un nivel inferior al de saturación de la superficie total del lecho de microgranos. Los microflóculos sólo se fijan sobre la superficie libre de los granos.

Para asegurar este resultado, parte del lecho fluidificado se purga periódicamente y se limpia en un dispositivo apropiado, que puede ser, por ejemplo, un hidrociclón.

 

1.3.2.6. DESTINO FINAL DE LOS FANGOS

Excepto en algunos casos particulares, los fangos retenidos en los decantadores y en los filtros se reenvían generalmente al medio natural, ya sea directamente por descarga al mar o a un río, ya por intermedio de una red de alcantarillado.

Para un consumo medio de 2001 por habitante y por día, puede estimarse en 7 g/habitante/día el peso seco de fangos de hidróxidos generados en una estación de tratamiento en que se utilice coagulación. Este valor aumenta considerablemente hasta 54 g/habitante/día en los fangos primarios decantables de un efluente urbano. El problema de los fangos de hidróxidos no es, por tanto, muy grande, pero tampoco es despreciable.

Estos fangos contienen una importante cantidad de polucionantes saporíferos, compuestos tóxicos extraídos de las aguas tratadas, y no se cree conveniente por esta razón reenviarlos al río de donde se han extraído.

Es interesante observar que por simple espesamiento natural, los fangos que se obtienen con un contenido de agua del 99,9 %, arrojan un agua prácticamente desprovista de polución: a modo de ejemplo, la DQO del agua recuperada es del orden de 25 cuando la de los fangos es de 9000.

Desde un punto de vista práctico, se tienen que almacenar los fangos producidos, es pues muy interesante deshidratarlos según el esquema de la FIGURA 15; la última etapa puede ser: un filtro prensa, un filtro bajo vacío, o bien una centrífuga.

Interesa hacer notar que los fangos adoptan una forma de escamas y tienen un aspecto sólido irreversible a partir del momento en que la concentración de materia seca alcanza al 25 % en peso.

Se han propuesto diferentes procedimientos para recuperar el hierro o el aluminio de los fangos de hidróxidos. Económicamente, estas recuperaciones no tienen mucho interés, y por otra parte tropiezan con reticencias por parte de los higienistas que temen reciclajes de polución. Debe observarse, sin embargo, que este reciclaje tiene la ventaja de disminuir considerablemente la importancia de los fangos residuales, que de todas formas deben evacuarse (FIGURA 16).

El problema del reciclaje de los fangos de ablandamiento es, por el contrario, fácilmente realizable y rentable si el tamaño de la fábrica alcanza una capacidad suficiente para justificar la importancia de las inversiones que se deben realizar.

El esquema de recuperación es similar al de la deshidratación de los fangos de hidróxidos. Se utiliza finalmente una centrífuga cuyo efluente concentrado se manda a un horno de cal rotativo. La cal se produce en exceso respecto a las necesidades de la fábrica y puede venderse si el mercado local se presta."(4)

1.4. REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE (RAFA)

1.4.1. REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE (UASB) TAMBIÉN CONOCIDO COMO RAFA

El aumento de conciencia de que el tratamiento de efluentes es de vital importancia para evitar la contaminación ambiental, resultó en la necesidad de desarrollar procesos que combinen una alta eficiencia de tratamiento con bajos costos de construcción y mantenimiento (Van Haandel y Lettinga, 1994). El UASB (Reactor Anaeróbico de Flujo Ascendente y Manto de Lodos) aparece entonces como una opción viable para el tratamiento de efluentes orgánicos líquidos. El concepto de reactor UASB fue desarrollado en los años 70 por Lettinga y colaboradores (Lettinga et al., 1980; Lettinga y Vinken, 1980) y es ahora aplicado mundialmente para el tratamiento de efluentes cloacales en países de clima tropical (Seghezzo et al., 1998). En climas templados y subtropicales no ha sido utilizado, principalmente por limitaciones de temperatura, la cual afecta la tasa de hidrólisis del material particulado y reduce la eficiencia del tratamiento. En el país no existen antecedentes de tratamiento anaeróbico de líquidos cloacales. La principal característica de un reactor UASB, además del flujo ascendente, es la formación de un manto de lodo floculento o granular con buena capacidad de sedimentación, en donde se realiza la actividad biológica. La granulación es un proceso que ha sido citado en pocas oportunidades durante el tratamiento de líquidos cloacales (Barbosa y Sant’Anna, 1989).

A temperaturas moderadas, la presencia de sólidos en suspensión constituye un inconveniente para el tratamiento anaeróbico. Para superar este inconveniente, se han propuesto sistemas anaeróbicos en dos etapas. En la primera etapa se retienen e hidrolizan parcialmente los sólidos y en la segunda se degradan los compuestos solubles presentes en el líquido, y aquellos generados durante la primera etapa.

El Tiempo de Retención Hidráulica (TRH) es uno de los parámetros más importantes en todo sistema de tratamiento de aguas residuales. En el caso de los líquidos cloacales, donde la presencia de sólidos en suspensión es considerable, existe un tiempo de retención óptimo que permite una máxima remoción de sólidos y materia orgánica expresada como Demanda Química de Oxígeno (DQO).

Los objetivos del presente trabajo fueron los siguientes:

Estudiar la eficiencia de remoción de materia orgánica en un reactor UASB durante el tratamiento de líquidos cloacales presedimentados en un sedimentador primario convencional.

Evaluar el efecto del tiempo de retención hidráulica sobre la eficiencia de remoción de materia orgánica.

 1.4.2. OPERACIÓN DE UN REACTOR UASB (REACTOR ANAERÓBICO DE FLUJO ASCENDENTE Y MANTO DE LODOS) A ESCALA PILOTO.

El trabajo fue llevado a cabo en la ciudad de Salta, cuyo clima está definido como subtropical con estación seca. La temperatura media ambiente es de 16,5°C (Arias y Bianchi, 1996). El proyecto de investigación se llevó a cabo en un reactor UASB a escala piloto instalado en la planta depuradora de líquidos clocales, ubicada en la zona sur de la ciudad de Salta. Las dimensiones del reactor son las siguientes: diámetro: 0.50 m; altura de líquido: 2.55 m; volumen útil: 500 L; área transversal: 0.196 m2.

El cuerpo principal del reactor y el dispositivo interno de separación de fases fueron construidos con poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) y las cañerías empleadas para las conexiones de entrada y salida y el distribuidor del líquido influente son de PVC estándar de ½ o ¾ de pulgada. El reactor cuenta con 15 válvulas esféricas de PVC para la toma de muestras, distribuidas a lo largo del reactor y espaciadas 0.15 m entre sí. El líquido influente es sometido previamente a un tratamiento primario que consiste en el pasaje a través de rejas, desarenadores y sedimentadores primarios. En la Figura 1 se pueden apreciar detalles del reactor.

GRAFICA 1

Diagrama esquemático del reactor UASB

Para la dosificación del influente se utilizó una bomba peristáltica Watson Marlow 601 F/R Close couple (rango de caudal: 6-960 L/h) para operar caudales nominales de 50 a 500 L/h (Seghezzo et al., 2000). La temperatura del líquido fue monitoreada de manera continua con un termógrafo Novasen 3752-5-S-C (rango de temperatura: 0-50°C).

Desde agosto de 1999 a agosto de 2000 la temperatura media del líquido cloacal presedimentado (influente del reactor) fue de 21.25°C y la del reactor (salida) fue de 21.34°C. La producción de gas se midió a través de un medidor de gas doméstico Galileo MGD G2D1. El caudal se midió con un medidor de caudal marca Kobold KSK 3500 (rango de medición: 0.83-8.3 L/min). La caracterización de los líquidos clocales y de los efluentes del reactor, se realizó a través del análisis físico-químico de muestras compuestas (1 litro cada 2 h durante 24 h), tomadas los días lunes, miércoles y viernes, por personal entrenado de la empresa Aguas de Salta S.A. prestataria del servicio de agua potable y saneamiento en la Provincia.

Las técnicas usadas en el laboratorio han sido tomadas del Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA et al., 1995) y adaptadas a las condiciones del laboratorio. También se utilizaron los micro métodos de HACH®.

Los parámetros medidos y la frecuencia de análisis se indican en la Tabla 3.

TABLA 3

Parámetros determinados en líquido cloacal crudo, influente y efluente del reactor UASB, sobre muestras compuestas (1 L cada 2 h, durante 24 h, lunes, miércoles y viernes).

Parámetros

Frecuencia

pH

3 veces por semana

DQO total (mg/L)

3 veces por semana

DQO filtrada papel (mg/L)

1 vez por semana

DQO filtrada membrana (mg/L)

1 vez por semana

Sólidos sedimentables (10y 2 h) (ml/L)

1 vez por semana

Sólidos totales y volátiles sin filtrar (g/L)

1 vez por semana

Sólidos totales y volátiles filtrados papel (g/L)

1 vez por semana

Sólidos totales y volátiles filtrados membrana (g/L)

1 vez por semana

Sólidos Suspendidos sin filtrar (SS HACH®) (g/L)

1 vez por semana

Alcalinidad (mgCaCO3/L a pH 4)

1 vez por semana

Ácidos grasos volátiles (mg/L)

1 vez por semana

Conductividad (CND) ( S/cm)

1vez por semana

Total de Sólidos Disueltos (TDS HACH®) (g/L)

1 vez por semana

Demanda Biológica de Oxígeno (DBO5) total (mg/L)

1 vez por semana

Se realizaron ensayos de Actividad Metanogénica Específica, expresada como gDQO-CH4/gSSV.d (gramos de metano en términos de demanda química de oxígeno por gramo de sólidos volátiles en suspensión por día) en el lodo anaeróbico desarrollado en el reactor, siguiendo las normas del Departamento de Tecnología Ambiental de la Universidad de Wageningen en Holanda (DET, 1994).

El Reactor anaerobio de flujo ascendente que se muestra  en las fotografías corresponden a un sistema de tratamiento tipo anaerobio, a escala piloto,  fue construido en el área del terreno donde se encontraban las antiguas lagunas de estabilización (En la actualidad el sistema de tratamiento de las lagunas ha sido modificado de lagunas facultativas a lagunas aireadas facultativas).

GRAFICA 2

Reactor anaerobio de flujo ascendente de tratamiento tipo anaerobio

 

Desgraciadamente  por abandono de las investigaciones que ahí se efectuaban  y por falta de mantenimiento y operación este reactor quedo en desuso.

GRAFICA 3

Reactor anaerobio de flujo ascendente de tratamiento tipo anaerobio vista lateral

 

La fotografía muestra los dispositivos de muestreo y eliminación de lodos, las tuberías son parte de un sifón, cada una de las salidas en la parte inferior corresponden a diferentes alturas en el tanque reactor.

El desagüe provenía de uno de los canales distribuidores de aguas residuales a las lagunas.


En el  sistema de tipo piloto se consideraron los siguientes parámetros de diseño:
Gasto a tratar:


Volumen del tanque:
Dimensión del tanque:
Periodo de retención:

GRAFICA 4

Cámara de distribución de Caudales

.Otra vista del reactor donde se muestran las tuberías recolectoras de gas (tuberías pintadas de naranja),  frontalmente se visualiza la cámara de distribución de caudal y la tubería de ingreso (encajonada en concreto)

GRAFICA 5

Reactor anaerobio de flujo ascendente de tratamiento tipo anaerobio vista superior

 

Esta fotografía  muestra la cámara de distribución de caudales, en la primera línea de perfiles metálicos (de abajo hacia arriba) se prevé la instalación de  una pantalla deflectora para evitar que las aguas residuales ingresen directamente a la segunda línea de perfiles,  rompiéndose de esta manera la  velocidad,  aquietándose el flujo de aguas residuales. En la segunda línea de perfiles, la cual está compuesta de 10 celdas iguales,  se colocarán  10 vertederos triangulares para regular el ingreso constante y uniforme del  gasto a cada una de las tuberías de distribución de  aguas residuales que las derivarán  al fondo del tanque anaerobio. Nótese al fondo de cada celda  de ingreso de las tuberías ingresantes al reactor, que la boca de ingreso de las mismas  se encuentran protegidas con papel. La tubería de ingreso proveniente de la cámara de rejas, que se encontraba muy superficialmente fue protegida con un dado de concreto a todo lo largo del tubo.

GRAFICA 6

Cámaras Recolectoras de Gas

Vista de la zona superior del reactor lateralmente se encuentran las cámaras recolectoras de gas, en el centro el canal recolector de aguas residuales y en el fondo se muestran las pantallas deflectoras que evitan que las burbujas de gas salgan con las aguas residuales  que han  pasado  a través del manto de lodos.

GRAFICA 7

Cámaras Recolectoras de Gas vista opuesta

Vista opuesta de la fotografía anterior donde se muestra la salida  del canal vertedero y la instalación sobre ella de algunas planchas con configuración diente de sierra para que el agua residual tratada ingrese al canal en forma uniforme a lo largo del mismo.  Al fondo (bajo el canal recolector) se muestra  las pantallas deflectoras.
Las pantallas que se utilizaron fueron de asbesto cemento, desgraciadamente este tipo de elementos si bien son baratos y fáciles de montar no son adecuados para este tipo estructuras por que no es fácil impermeabilizar las juntas produciéndose fuga de gas y de malos olores.

Lo recomendable de acuerdo a esta experiencia es utilizar elementos continuos donde no exista traslapes ni fisuras.

GRAFICA 8

Toma de muestras de agua residual

La estructura que se muestra  (La toma de aguas residuales), estaba  compuesto de dos partes,  un  medidor de caudal (en primer plano) y rejas de desbaste en segundo plano. El flujo de aguas es viendo la figura de atrás hacia delante.
Se optó la  medición por orificio en vez del  vertedero triangular por la simple  razón de que en un vertedero triangular  el gasto varía en función a la potencia 5/2  de la altura (En el vertedero esta relación es de 3/2) y en un orificio circular el gasto varía en función a la potencia ½ de la altura, lo cual lo hace mas preciso y la de altura no afecta Grandemente a la lectura del gasto.

1.4.3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE OPERACIÓN

 

El reactor operó satisfactoriamente, tanto en verano como en invierno, manteniendo una temperatura estable de operación de 21°C, sin registrarse una disminución significativa de temperatura con respecto a la entrada. Durante el período considerado, el reactor mostró una eficiencia promedio de remoción de DQO de 52.9%, a un TRH medio de 5.06 h. La eficiencia promedio del sedimentador fue de 30.7%, con un TRH de aproximadamente 2 h. El sistema completo (Sedimentador + reactor UASB) alcanzó una eficiencia promedio de remoción de DQO de 67.7%. La concentración de DQO medida en el líquido crudo, y en el influente y efluente del reactor se pueden observar en la Figura 2. La concentración media del efluente del reactor fue de 71.62  4.61 mgDQO/L, cumpliendo satisfactoriamente con las normas propuestas de volcamiento para la ciudad de Salta (125 mgDQO/L).

De acuerdo a Wang (1994), un reactor anaeróbico de flujo ascendente es más eficiente que un sedimentador primario convencional en la remoción y degradación de sólidos, por lo que un sistema de dos etapas UASB – UASB sería, en principio, más eficiente que un sistema Sedimentador Primario – UASB como el estudiado.

GRAFICO 9

Valores diarios de DQO (mg/L) en el líquido cloacal crudo y presedimentado (influente del reactor UASB) y en el efluente del reactor. El efluente cumple satisfactoriamente con las normas propuestas de volcamiento para la ciudad de Salta (125 mgDQO/L).

Algunas características del líquido cloacal crudo, del influente (líquido cloacal presedimentado) y efluente del reactor UASB se muestran en la Tabla 4.

TABLA 4.

Características del líquido cloacal crudo, influente (líquido presedimentado), y efluente del reactor UASB durante los últimos doce meses de operación. Intervalos de confianza construidos con un nivel de significación D = 0.05.

Para evaluar el efecto del TRH sobre la eficiencia de remoción de materia orgánica, se probaron 5 distintos TRH: 3, 4.4, 6, 7 y 9 h. En la Figura 3 se puede ver la remoción de DQO, promedio alcanzado (%) en función de los distintos TRH aplicados.

El tiempo mínimo de aplicación de cada TRH fue de 30 días, a los efectos de asegurar condiciones de estado estacionario.

La máxima remoción alcanzada fue de 62.65% para un HRT de 6 h. Como se desprende de la Figura 3, TRH mayores o menores inciden negativamente sobre la eficiencia de remoción de materia orgánica.

Parámetro

Líquido cloacal crudo

Influente

Efluente

Ph

7.63 ± 0.096

7.63 0.064

7.64 0.072

Temperatura

---

21.25  1.37

21.34  1.69

DQO Total

227.52 ± 11.85

152.10  7.49

71.62  4.61

Sólidos totales

---

---

40 30

Alcalinidad

167.62  59.03

159.39  58.09

170.91  60.04

Ácidos grasos volátiles

27.81  13.80

27.70  15.44

24.71  12.09

GRAFICO 10

Eficiencia de remoción de materia orgánica (% DQO) en función del tiempo de retención hidráulica (TRH).

Se observó la formación de gránulos en el reactor. El lodo granular creció a una tasa de 8.5 cm por mes, desde el inicio de las mediciones de actividad, en el mes de diciembre de 1999. Estudios preliminares de la distribución del tamaño de partículas indicaron que más del 30% de los gránulos tenía un diámetro mayor de 1 mm. Se detectaron gránulos de más de 5 cm, con tendencia a flotar, formados aparentemente por la agregación de los más pequeños (Seghezzo et al., 2000). La Actividad Metanogénica Específica promedio del manto de lodos fue de 0.11 a 0.03 gDQO-CH4/gSSV.d (d =0.0

 

1.5. COAGULACIÓN O FLOCULACION

Estas operaciones se realizan después del mezclado, usualmente en un solo tanque, con un tiempo de retención que varía entre 15 y 45 minutos. Este lapso depende de las dimensiones de la unidad y de la velocidad a que pasa el agua a través de ella. Teóricamente se puede calcular el tiempo de retención dividiendo el volumen del tanque entre el gasto en gr., el tiempo de retención que corresponde a un tanque de 6m x 3.5m x 10m, a través del cual pasa un gasto de 12000m3/día, es de: 6 X 3.5 X 10/12000 = 0.00175 días = 0.42 horas = 25 minutos.

Durante este lapso, el agua es agitada suavemente para favorecer el que se ponga en contacto intimo las partículas coaguladas, las bacterias y la materia suspendida "hasta que se adhieran entre sí, formando grandes masas de flóculos". El mecanismo físico químico al que se debe esto, es muy complejo y cae fuera del alcance de este tratado elemental.

Bástenos decir que solamente por agitación suave podrán crecer lo suficiente estas partículas coaguladas, para que se puedan depositar fácilmente en el tanque de sedimentación.

Generalmente, las aguas blandas de bajo contenido mineral se coagulan mejor dentro de un ámbito restringido de pH, entre 5.8 y 6.4, mientras que las aguas mas duras, se coagulan muy fácilmente a pH que varia desde 6.8 hasta 7.8. Por regla general, la reacción entre el alumbre y los materiales alcalinos que usualmente se encuentran en el agua de un abastecimiento es muy eficaz para eliminar la turbiedad, y al mismo tiempo se absorbe una cantidad moderada de color debido a los coloides.

Cuando el agua contiene grandes concentraciones de color ( mayores de treinta ppm) , es necesario que la reacción de coagulación se lleve a cabo en pH entre 5.0 y 6.0. Dentro de este ámbito ocurre una acción compleja, que produce el llamado "flóculo coloreado", en vez del flóculo de aluminio ya conocido.

Generalmente hay suficiente alcalinidad en el agua que se va ha tratar para completar el proceso de coagulación. A veces es necesario agregar alcalinidad, ya se con cal o con sosa calcinada, cuando de por si no hay suficiente alcalinidad.

Cuando se requiera coagular en medio ácido para eliminar el color, debe agregarse a veces algún ácido para obtener el valor adecuado del pH. Tales aguas son sumamente corrosivas y deben tratarse subsecuentemente con un álcali, para impedir que haya corrosión en el sistema de distribución.

La agitación suave, que es indispensable para la floculación, puede lograrse hidráulica o mecánicamente. El método hidráulico más común consiste en el bien conocido estanque con tabiques desviadores, en el que el agua fluye "redondo los bordes" o "por arriba y por debajo" del tabique desviador que ha sido dispuesto de manera que se produzca el grado deseado de turbulencia. Desgraciadamente, estos tabiques desviadores son fijos, o cuando menos no son fáciles de ajustar, por lo que el grado de agitación depende del gasto del agua que pase por el estanque. Como quiera que el grado optimo de agitación, cualquiera que sea depende de la temperatura y características del agua, del tipo de coagulante usado y de otras condiciones es indeseable esta falta de adaptabilidad. Basándose en estudios de laboratorio se puede especificar el grado optimo de turbulencia, pero la practica a demostrado que usualmente se logran resultados satisfactorios con velocidades de flujo, entre los tabiques desviadores que varían de 10 a 30 cm por segundo. Desgraciadamente, es difícil expresar numéricamente la bondad de los resultados de un proceso de coagulación – floculación, después que se haya fijado o puestos los tabiques desviadores no hay manera de saber si alguna otra forma de disponerlos hubiera dado mejores resultados. Por lo tanto, siendo los datos de operación muy variables, hay muchas divergencias de opinión acerca de las velocidades mas adecuadas.

La velocidad media de flujo o gasto, en un estanque con tabiques desviadores, se puede calcular mediante la conocida formula hidráulica: V= Q/A, en la que V es la distancia que recorre el agua por unidad de tiempo ( expresada en metros por segundo) , Q es la velocidad de flujo, gasto o volumen de flujo, por unidad de tiempo ( expresada en lts/s o m3/s) ,y A es el área de la sección de flujo perpendicular a la dirección ( expresada en m2) , supóngase que el agua se mueve horizontalmente en entre tabiques desviadores que están a una distancia de 0.45m entre si que el gasto Q se de 0.11 m3/ s, y que la profundidad de esta corriente de agua se de 1.80m entonces la velocidad horizontal V será igual a

Q/ A= 0.11m3/ 0.45 * 1.80 seg. = 0.136m/ seg.

Actualmente, la tendencia es oponerse al uso de tabiques desviadores en los tanques de floculación. En su lugar se instala equipo accionado mecánicamente para proveer la agitación necesaria. El tipo más común de equipo para este propósito en una paletas o agitadores accionados por un motor, diseñado de manera que al girar las paletas produzcan una agitación apreciable, pero no indebida. Se puede regular la velocidad de rotación y se puede operar el equipo de manera que proporcione el grado óptimo de agitación, independientemente de las características del agua en tratamiento, de su cantidad y del tipo de coagulante que se use. Las paletas pueden girar sobre un eje vertical u horizontal, longitudinal o transversalmente a dirección del flujo. A veces se coloca varias paletas en serie, caso en el cual se hace girar la primera paleta a mayor velocidad que las demás. La práctica moderna aconseja que se agite repentina y violentamente el agregarse el coagulante, disminuyéndose gradualmente la turbulencia en cada etapa sucesiva a través del proceso de "mezclado, coagulación, floculación y sedimentación".

Aunque el alumbre es el coagulante que más se utiliza, hay alguno otros coagulantes que también se utiliza, entre los cuales son de mencionarse:

1.- El alumbre activado, que contiene sílice.

2.- El alumbre negro que contiene carbón activado

3.- El aluminiato de Sodio

4.- La caparrosa verde, vitriolo verde, o sulfato ferroso

5.- El cloruro férrico

6.- El sulfato férrico

Las complejas reacciones mediante las cuales se deciden cual de estos coagulantes debe emplearse. Debe señalarse, sin embargo, que la reacción fundamental que se verifica usando cualquiera de los coagulantes mencionado, depende de la presencia de la alcalinidad en forma que sea, y que el flóculo que se produce es de hidróxido de aluminio o de hidróxido de hierro.

El control de los tanques de coagulación-floculoación consiste, esencialmente, en regular la cantidad de coagulante que se agregara, así con el grado de agitación, si esto último es posible, para asegurarse de que se logren los mejores fóculos con la mínima dosificación de coagulante. A veces es deseable emplear "ayuda de coagulación", para producir un flóculo que se deposite fácilmente. La ayuda de coagulación que se emplea más comúnmente la sílice activada, la de esta sustancia se basa, por lo general en la experiencia y/o en los resultados de estudios sobre coagulación. Es una buena práctica instalar luces sumergidas en el extremo de salida de los tanques, para que se pueda observar las características del flóculo que se forma. El agua en la que se a hecho una coagulación correcta, debe flóculos visibles en un agua clara, como se ven los copos de nieve en al aire limpio, en contraste con el aire brumoso o nublado.

La sedimentación sigue a la coagulación y floculación, primeramente para disminuir la carga en los filtros de arena. La filtración es la etapa final para la remoción física de las impurezas del agua. Es seguro que se puede producir un efluente satisfactorio del filtro, mediante una coagulación eficaz, sin emplear la sedimentación, pero los filtros se taponarían muy rápidamente, y los costos de operación serían tan altos que el proceso no sería práctico.

Por lo general un tanque de sedimentación es una estructura a través del cual fluye el agua a tan baja velocidad que el material suspendido caerá depositándose en el fondo del tanque, saliendo de éste un agua clara. Es obvio que, para una cierta capacidad de una planta de tratamiento, la proporción suspendido que se elimine será mayor mientras más grande sea el tanque de sedimentación. La determinación de las dimensiones que debe tener un tanque para lograr que se obtenga una buena sedimentación es un problema muy complejo, e incluye, entre otras cosas, el hacer un balance económico entre un balance de costo debido a los tanques de sedimentación más grandes y la reducción del costo de operación del filtro. Para complicar aún más el asunto, podría discutirse que un tanque de sedimentación que elimine mejor el material suspendido, no es necesariamente el más adecuado, porque debe depositarse algo del flóculo en la superficie del filtro para que éste opere satisfactoriamente. Sin embargo, se tiende generalmente a obtener una coagulación y clarificación completa, hasta donde sea posible, ya sea que se logre el diseño o por detalles de operación. Generalmente, se especifican períodos de retención de 3 a 6 horas y velocidades horizontales menores de 0.90 m. Por minuto. Probablemente los factores de operación de un tanque de sedimentación son:

1._ Que el agua al entrar en el tanque provoque la mínima turbulencia.

2._ El impedir corrientes de corto circuito o directas entre la entrada y salida.

3._ Que el efluente salga sin provocar disturbios para que no arrastre hacia fuera

del tanque el material sedimentado.

Con mucha frecuencia puede modificarse aproximadamente un tanque que no funcione correctamente, haciendo cambios en los dispositivos de entrada y salida, o instalando tabiques desviadores, para mejor cualquiera de las funciones antes mencionadas.

Si no es muy grande la cantidad de material suspendido, los tanques de sedimentación puede limpiarse vaciándolos primero y removiendo después el material del fondo y los lodos por medio de rastrillos y mangueras a presión. Muchos tanques modernos son limpiados a través de raspadores mecánicos que llevan hacia un extremo el material depositado, o al centro de los tanques circulares, el cual es eliminado después con solo abrir una válvula de drenaje. El método mecánico tiene la ventaja de que el tanque no necesita dejar de operar, no se desperdicia agua porque no se necesita vaciar el tanque y además es posible la eliminación más frecuente del material depositado, logrando así el mínimo de acción bacteriana sobre el material sedimentado, lo cual podría causar problemas de olor y sabor.

  • calvache wilma
  • chavez marivel
  • duran christian
  • guaña edison
  • imba antonio
  • nazate wilmer
  • UNIVERSIDAD Central del Ecuador
  • FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS
  • ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
  • BIOTECNOLOGIA

Juan Sebastián Ramírez

 


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