MANUAL DE DISEO: PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

MANUAL DE DISEO: PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)TRATAMIENTO PRELIMINAR[Escribir el nombre del autor]

INTRODUCCIN

Para entrar un poco en materia, no todos los expertos en depuracin, estn de acuerdo con el trmino P.T.A.R., algunos las llaman simplemente Estacin Depuradoras (E.D.). Otros prefieren el termino E.T.A.R., Estacin de Tratamiento de Aguas Residuales, esto viene de la traduccin EQUIVOCADA del Ingles inglesa Wastewater Treatment Plant (WWTP), nosotros en estas pginas usaremos el termino, considerado ms apropiado por el autor, que es el de P.T.A.R.

Una PTAR no es ms que una fbrica de agua limpia. Un error comn es no tratar una PTAR como una fabrica. A esta llega materia prima, Agua Bruta y despus de un proceso salen unos productos: Agua Tratada, Lodos digeridos y Gas. Por esto, gestionar una PTAR requiere una serie de conocimientos sobre Qumica, Fsica, Mecnica, Informtica e Ingeniera, por lo que un buen diseador debe dominar todos y cada uno de estos temas. Lo mismo aplica al equipo operador de la Planta. En Nicaragua esto no es as y al frente de las PTAR hay personas poco a nada cualificadas que aprenden por prueba y error, con el perjuicio que esto conlleva; puesto que cada error en una PTAR significa que no se depura el agua y por tanto se vierten a ros, lagos y mares aguas residuales crudas o inadecuadamente procesadas que adems podrn tener un costo impresionante en la rehabilitacin o nuevo arranque de la facilidad.

Una PTAR es una fbrica deficiente econmicamente, ya que difcilmente ganar dinero en las condiciones de la economa familiar nicaragense y la costumbre arraigada de no reconocer valor econmico alguno en el agua segura y un ambiente saludable. No obstante lo sealado antes, el agua que sale de las plantas cumple con los requisitos exigidos por la legislacin en la mayora de los casos, y el agua sale de la planta con los parmetros exigidos, pero no se tiene en cuenta los daos colaterales, que causan, y en muchas ocasiones, la falta de conocimientos, recursos materiales o suministros. Estos daos pueden ser como ejemplo, malos olores en las zonas colindantes de las PTAR. Estas siempre huelen, pero se puede paliar en cierta medida y no se hace unas veces por falta de medios y la mayora por falta de conocimientos y de profesionalidad de los jefes de planta y operadores, seleccionados digamos de forma anmala. Otro problema se presenta con insectos tpicos.

ESQUEMA DE PTAR

Despus de creada una lnea base adecuada a las tareas de diseo, se procede a la seleccin de tecnologas (Operaciones y Procesos Unitarios) en una secuencia optima para satisfacer las prioridades y necesidades del cliente, las normas ambientales y el aseguramiento de la calidad del efluente. Del anlisis de la calidad y la cantidad de AR a tratar se procede a la organizacin de unas secuencias posibles de operaciones y procesos unitarios, con el propsito expreso de crear una representacin grafica de los mismos en la bsqueda de cumplir. Debemos tener siempre presente que una PTAR tiene dos lneas principales de trabajo, estas son la lnea de agua, donde se trabaja con el agua y la lnea de fangos donde se trabaja con los fangos o lodos. De estas lneas pueden salir unos productos que sern o no demandados por el cliente. A continuacin se incluye un esquema simple y posible (A priori) con las principales partes de una PTAR. En el grafico se muestra un esquema simplificado para ambas lneas de produccin y sus operaciones y procesos en una secuencia que debe ser rigurosamente estudiada[footnoteRef:1]: [1: El esquema se tomo de un documento sin referencia de autor]

Para cada componente incluido se realiza una seleccin de procesos y operaciones unitarias construyendo una secuencia armonizada enfocada en el abatimiento del contenido orgnico y de Xenobiticos ambientales. Se podr observar que se incluye desde Pre tratamientos (Tratamientos Preliminares) y se deja fuera el acondicionamiento de los caudales y su energa para una obra particular que denominaremos Obras Conexas.PRETRATAMIENTO

Esquema del Pre tratamiento de una PTAR

De una forma u otra, casi todas las cosas terminan por llegar a la alcantarilla y de esta a la planta de tratamiento de aguas residuales. Arena, Latas, Botellas, Materiales plsticos, Ltex, Trapos, Ladrillos, Piedras., si no son eliminados eficazmente, pueden producir serias averas en los equipos. Las piedras, arena, latas, etc. Producen un gran desgaste y obstrucciones en las tuberas y conducciones as como de las bombas. A la planta tambin llegan aceites y grasas de todo tipo. Si estas grasas y aceites no son eliminados en el pre tratamiento, ocurrir que los tratamientos biolgicos s ralenticen y el rendimiento de dicho tratamiento decaiga, obteniendo un efluente de baja calidad.

Con todo lo anterior expuesto, podemos ver la importancia del pre tratamiento, escatimar medios o esfuerzos en esta parte de la planta, es bajar rendimiento de todo la planta, aunque tuviera el mejor proceso biolgico.

Objetivos

Con el pre tratamiento se pretende separar del agua residual, tanto por operaciones fsicas naturales como por operaciones mecnicas, la mayor cantidad de materias que por su naturaleza (grasas, aceites, etc.) o por su tamao (ramas, latas, etc.) crearan problemas en los tratamientos posteriores (obstruccin de tuberas y bombas, depsitos de arenas, rotura de equipos, sellado de superficie, toxicidad para la micro biota, etc.)OPERACIONES DE PRE TRATAMIENTO

Las operaciones de pre tratamiento incluidas en una PTAR dependen de:

La procedencia del agua residual (domstica, industrial, etc.). La calidad del agua bruta a tratar (mayor o menor cantidad de grasas, arenas slidos, etc.) Del tipo de uso y tratamiento posterior a la PTAR De la importancia de la instalacin etc.

Las operaciones unitarias ms frecuentes en pre tratamiento son:

Separacin de grandes slidos Desbaste Tamizado Dilaceracin Desarenado Desaceitado-desengrasado Pre aireacin

En una planta depuradora no es necesaria la instalacin de todas estas operaciones. Depender de las caractersticas antes descritas. Por ejemplo, para un agua residual industrial raramente ser necesario un desbaste.

SEPARACIN DE GRANDES SLIDOS (POZO DE GRUESOS)

Cuando se prev la existencia de slidos de gran tamao o de una gran cantidad de arenas en el agua bruta, se debe incluir en cabecera de instalacin un sistema de separacin de estos grandes slidos, este consiste en un pozo situado a la entrada del colector de la depuradora, de tronco piramidal invertido y paredes muy inclinadas, con el fin de concentrar los slidos y las arenas decantadas en una zona especifica donde se puedan extraer de una forma eficaz.

A este pozo se le llama Pozo de Muy Gruesos, dicho pozo tiene una reja instalada, llamada Reja de Muy Gruesos, que no es ms que una serie de varillas de acero colocadas verticalmente en la boca de entrada a la planta, que impiden la entrada de troncos o materiales demasiado grandes que romperan o atascaran la entrada a la planta.

La extraccin de los residuos se realiza, generalmente, con cucharas anfibias o bivalvas de accionamiento electrohidrulico.

Los residuos separados con esta operacin se almacenan en contenedores para posteriormente transportarlos a un vertedero o llevarlos a incineracin. En este sistema la tarea consistir en la retirada de estos grandes slidos, para evitar que estos dificulten la llegada del agua residual al resto de la planta, y la de limpiar el fondo del pozo para que no se produzcan condiciones anaerobias y consecuentemente malos olores.

Tambin se debe vaciar el contenedor de forma regular y mantener este con su tapa. El Pozo de gruesos debe ser protegido con valla o baranda. Como se puede observar en la imagen del contenedor el suelo donde este est, tiene una serie de "rales" esto no son ms que vigas de acero que sobresalen 1 o 2 cm del suelo con objeto de evitar que al dejar o recoger el contenedor este se deteriore. Estas vigas es recomendable situarlas tambin en el fondo del pozo de muy gruesos puesto que la cuchara puede deteriorar el suelo del pozo.

En ocasiones es interesante que se hagan unas perforaciones en la base y los laterales del contenedor, de forma que pueda salir el agua que arrastran los muy gruesos extrados por la cuchara, al trasladar la carga este agua, que no deja de ser agua residual, caer del contenedor, y se esparcir por los suelos de la depuradora. Esto nos crea otro problema que es mantener limpio el suelo donde tenemos el contenedor que se llena de charcos de agua residual, desde ahora agua bruta, por lo que con frecuencia debemos limpiar dicha zona, bastara con aplicar una manguera de agua limpia o de agua tratada, este agua debe volver mediante la canalizacin correcta a la entrada de la planta.

DESBASTE O REJILLADO

Los objetivos en esta operacin unitaria son:

Proteger a la PTAR de la posible llegada intempestiva de grandes objetos capaces de provocar obstrucciones en las distintas unidades de la instalacin. Separar y evacuar fcilmente las materias voluminosas arrastradas por el agua, que podran disminuir la eficacia de los tratamientos posteriores.

Esta operacin consiste en hacer pasar el agua residual a travs de una reja. De esta forma, el desbaste se clasifica segn la separacin entre los barrotes de la reja en:

Desbaste fino: con separacin libre entre barrotes de 10-25 mm. Desbaste grueso: con separacin libre entre barrotes de 50-100 mm.

En cuanto a los barrotes, estos han de tener unos espesores mnimos segn sea:

Reja de gruesos: entre 12-25 mm. Reja de finos: entre 6-12 mm.

Tambin tenemos que distinguir entre los tipos de limpieza de rejas igual para finos que para gruesos. Las rejas pueden ser de

Rejas de limpieza manual Rejas de limpieza automtica

Rejas de Limpieza Manual

Se utilizan en pequeas instalaciones o en grandes instalaciones para proteger bombas y tornillos en caso de que sea necesario utilizarlos para elevar el agua hasta la estacin depuradora antes del desbaste. Tambin se utilizan junto a las de limpieza automtica, cuando estas ltimas estn fuera de servicio.

Las rejas estn constituidas por barrotes rectos soldados a unas barras de separacin situadas en la cara posterior, y su longitud no debe exceder aquella que permita rastrillarla fcilmente con la mano.

Van inclinados sobre la Horizontal con ngulos entre 30 45 y hasta 60. Encima de la reja se coloca una placa perforada por la que caern los residuos rastrillados a un contenedor donde se almacenarn temporalmente hasta que se lleven a vertedero. En esta chapa, se depositan los slidos extrados para su deshidratacin retornando el agua libre contenida al canal de flujo.Con el objeto de proporcionar suficiente superficie de reja para la acumulacin de basuras entre limpieza y limpieza, es necesario que la velocidad de aproximacin del agua a la reja sea de unos 0,45 m/s a caudal medio.

El rea adicional necesaria para limitar la velocidad se puede obtener ensanchando el canal de la reja y colocando sta con una inclinacin ms suave. Conforme se acumulan basuras, obturando parcialmente la reja, aumenta la prdida de carga, sumergiendo nuevas zonas a travs de las cuales pasar el agua.

Las tareas a realizar en las rejas de limpieza manual son:

Vigilar que no se acumulen muchos slidos en la reja, para lo cual debemos de limpiarla con cierta periodicidad, este perodo varia de una planta a otra siendo la experiencia del encargado el que determine este periodo. Las razones de tener que limpiar las rejas con cierta frecuencia es para evitar que se pudran los slidos orgnicos all retenidos, dando lugar a malos olores. Vaciar la cuba de los slidos con cierta regularidad, por los mismos motivos antes expuestos. Reparar y sustituir los barrotes que se hayan roto.

Problemas derivados:

Como la limpieza se hace peridicamente, llegamos a un grado de colmatacin de materia, que al ser eliminada puede provocar un aumento brusco de la velocidad de paso del agua a travs de la reja, lo cual conlleva una menor retencin de residuos y una disminucin en el rendimiento.

Tambin existe el riesgo de estancamientos, o por descuidos, o por la llegada brusca de materias vegetales, pudindose dar tambin un desbordamiento.

Con el objeto de evitar esto es necesario calcular ampliamente la superficie y la inclinacin de la reja. Actualmente, se tiende a instalar rejas de limpieza mecnica aun en pequeas instalaciones para reducir al mnimo el trabajo manual y los problemas derivados de un mantenimiento defectuoso.

Rejas de Limpieza Mecnica

Este tipo de rejas es fabricado por varias empresas especializadas y ser el ingeniero que realiza el proyecto el que determine qu tipo de equipo va a instalar, las dimensiones del canal de la reja, el intervalo de variacin en la profundidad del flujo en el canal, la separacin entre barrotes y el mtodo de control de la reja.

La principal ventaja de este tipo de reja, es que elimina los problemas de atascos y reducen el tiempo necesario para su mantenimiento. Una reja mecnica va normalmente protegida por una pre-reja de barrotes ms espaciados (50-100 mm), prevista generalmente, para limpieza manual, pero que deber ser tambin automtica en el caso de instalaciones importantes, o si el agua bruta llega muy cargada de materias gruesas. De los distintos tipos de mecanismo, el ms utilizado consiste en un peine mvil, que peridicamente barre la reja, extrayendo los slidos retenidos para su evacuacin.

Las rejas pueden ser curvas o rectas, y a su vez la limpieza puede ser por la cara anterior o por la cara posterior, teniendo cada tipo de limpieza sus ventajas e inconvenientes. Las de limpieza anterior pueden sufrir posibles atascamientos cuando se depositan grandes slidos, o gran cantidad de slidos, al pie de la reja, provocando el bloqueo del mecanismo hasta que se elimine la obstruccin. Las de limpieza posterior no tienen este problema de obstruccin ya que las pas del peine, al desplazarse por detrs no estn sujetas a bloquearse por formacin de depsitos de materia al pie de la reja. Sin embargo, hay un mayor riesgo de rotura de los dientes ya que han de tener mayor longitud, y tambin existe el problema de que los slidos que queden en el rastrillo pueden ser retornados al agua bruta, ya que la limpieza del rastrillo en este sistema se sita abajo de la reja.

En cuanto a su diseo, estas rejas pueden ser curvas o rectas. Las rejas curvas son solamente de limpieza frontal, consistiendo dicho sistema en uno o dos peines situados al extremo de un brazo que gira alrededor de un eje horizontal. Estn indicadas para instalaciones de importancia media con aguas poco cargadas. Su instalacin se realizar en canales poco profundos, entre 0,4-2 m. La altura del agua ocupa normalmente el 75% de la longitud del radio. La eliminacin de los residuos se realiza un poco por encima de la lmina de agua. Las rejas rectas pueden ser de limpieza frontal y de limpieza posterior, con numerosas variantes en su diseo en funcin del sistema de limpieza que se emplee (de cable con rastrillo, de cables con garfio, de cadenas de cremallera, de tornillos...). Se emplean en instalaciones de gran importancia y para grandes profundidades. Existen rejas que pueden funcionar en canales de hasta 10 m. de profundidad.

Automatismo y proteccin de las rejas mecnicas

El funcionamiento, generalmente discontinuo, del dispositivo de limpieza de la reja, puede automatizarse mediante:

Temporizacin: Se establece la secuencia de funcionamiento del rastrillo mediante en reloj elctrico de cadencia-duracin regulable, en funcin del tiempo de funcionamiento diario calculado.

Prdida de carga: El dispositivo de limpieza se pone en marcha automticamente cuando la prdida de carga entre la zona anterior y la zona posterior de la reja, debido a su colmatacin parcial, sobrepasa un valor establecido.

Sistema combinado de temporizacin y prdida de carga. Las rejas deben ir equipadas con un dispositivo limitador de par, para que en caso de sobrecarga o de bloqueo se pongan fuera de servicio, evitando el deterioro de las mismas.

Adems, debern instalarse dos o ms rejas para que pueda quedar fuera de servicio una de ellas por bloqueo o por cuestiones de mantenimiento, sin tener que parar el desbaste. En caso de que solo hubiera una unidad instalada, ser necesario establecer un canal de bypass con una reja de limpieza manual para ser usada en casos de emergencia. Dicho canal estar normalmente fuera de servicio impidiendo el flujo de agua a su travs por medio de tablones de cierre o por una compuerta cerrada.Diseo[footnoteRef:2] y Consideraciones hidrulicas[footnoteRef:3] para rejas de limpieza manual. [2: Metcalf and Eddy, 1981. Tratamiento y depuracin de Aguas residuales. Ed. Labor S.A. Barcelona Espaa.] [3: INAA, Ente regulador. Gua tcnica para el diseo de Alcantarillado Sanitario y sistemas de tratamiento de aguas servidas]

Como se sealo con anterioridad, en las instalaciones de limpieza manual, las rejas de barra generalmente son instaladas con un ngulo de 30 a 45 grados con la horizontal. Cuando son equipos de limpieza mecnica este ngulo es establecido por el fabricante en funcin de las condiciones locales y de acuerdo con el tipo de equipo empleado, siendo norma entre 60 a 90 y ms frecuentemente 75.

La velocidad de paso a travs de la reja debe ser el adecuado para que los Slidos en Suspensin se apliquen sobre la misma sin que se produzca una prdida de carga demasiado fuerte, ni un atascamiento en la parte profunda de los barrotes. Como valores medios se estima que la velocidad de paso a travs de barras limpias debe estar entre 0,4 0.75 m/s. a caudal mximo. Imhoff recomienda un mnimo de 0.60 m/s. Es recomendable verificar estos lmites para caudal Mximo, Mnimo y Medio.

La velocidad de aproximacin a la reja en el canal debe ser mayor de 0,4 m/s, a caudal mnimo, con objeto de evitar depsitos de arena en la base de la unidad. A caudales mximos (lluvias y tormentas) la velocidad de aproximacin debe aumentarse a 0,9 m/s. para evitar que se depositen las arenas dejando bloqueada la reja cuando es ms necesaria. A la hora de calcular cual ser la velocidad del agua a travs de la reja, se supone que un 25-30 % del espacio libre entre los barrotes est ocupado por los residuos retenidos. Se crean prdidas de carga que varan entre 0.1-0.2 m para las rejas gruesas y entre 0,2-0,4 m para las rejas finas. El ente regulador seala una prdida de carga admisible de 0.15 metros.

Fijada la velocidad del agua a travs de las rejas se puede calcular el rea til o rea libre para flujo mediante:

Donde:Au es el rea til.Q es el caudal V es la velocidad de paso a travs

Conocindose la abertura entre barras (a) como el grosor de las mismas (t) se puede calcular el rea total o seccin de flujo aguas arriba de la reja (S) mediante:

O

El denominador a/(a+t) es denominado impropiamente eficiencia (E) de la reja pero no representa ms que la relacin entre el rea libre y el rea total del caudal.

De ah que: La Eficiencia vara entre 0.6 a 0.85 siendo ms comn alrededor de 0.75. La velocidad aguas arriba de la reja (v) ser el producto de la velocidad a travs de la reja (V) por la Eficiencia

Donde: v es la velocidad aguas arriba de la reja E es la Eficiencia

Prdidas de carga en la reja.

Para la determinacin de las prdidas de carga por el paso del agua a travs de las rejas, se han propuesto una serie de formulas y mtodos de clculo se citan entre los ms comunes a Kirschmer, Fellenius, Escande, Spangler, Metcalf and Eddye, etc.

La formula de Kirschmer es:

Donde: Hf1 son las prdidas de carga por Kirschmer, en metrosK es un factor que depende de la forma de las barras (ver cuadro siguiente)t abertura de las barras o la ms grande dimensin normal a la direccin de flujo a abertura o espaciamiento libre (til) de las barrasv velocidad aguas arriba de la reja ngulo de la reja con la horizontalg constante de aceleracin gravitacional igual a 9.8 m/s2

La expresin conocida como de Metcalf and Eddy es caracterizada por su simplicidad:

DondeHf2 prdidas de carga por Metcalf and Eddy en metros v es la velocidad aguas arriba de la reja (v=V*E)V es la velocidad a travs de la reja (0.6 a 0.85 m/s)Existen perdidas de carga por velocidad en metros (Hf3) que pueden ser estimadas por:

De los resultados se escoge el valor que de la mxima prdida y con l se procede a los clculos siguientes en el proceso de diseo hidrulico (Ver ejemplo de clculo anexo) Este valor se toma como la perdida de carga en la reja (Hf)

Las prdidas de carga con reja obstruida en metros (Hfo) se estiman por la formulacin siguiente:

Donde:O es el porcentaje de obstruccin aceptado para la rejaLos dems parmetros ya fueron definidos anteriormente

El nivel del agua sobre la reja en metros (Y2) es determinado por el nivel del agua aguas arriba (Y1) y por las prdidas de carga en las rejas.

Conociendo la profundidad aguas arriba se determina el ancho necesario para la unidad (Ancho del canal.) Cuando se instalan rejas mecanizadas el ancho del canal est determinado por equipo a instalar y est entre 0.6 a 3.6 metros y se puede considerar el empleo de rejas mltiples. Las rejas mecnicas son suministradas con alturas de 3 a 12 metros.Volumen, naturaleza y evacuacin de residuos retenidos

El material retenido en m3/da, (R), en las rejas puede estimarse tomndola como el producto de la tasa de aplicacin en lt/m3 (r) por el caudal (Q) de aguas residuales en m3/s:

Los volmenes obtenidos varan segn la estacin y segn el tipo de agua residual, siendo bastante difcil de calcular si no se tienen datos reales. De todas formas, se toman como valores normales, segn el tipo de reja:

Reja fina: 6-12 l/d/1000 hab. Reja gruesa: 15-27 l/d/1000 hab.

En el caso de redes unitarias (engloba la misma depuradora las aguas domsticas y las de lluvia y riego), el volumen de residuos es muy variable debido a las tormentas y las lluvias. El volumen tambin vara segn la longitud de los colectores y redes de alcantarillado, o si existen vertidos industriales intermitentes o estacinales.

Extraccin de los residuos

Los residuos retenidos se evacuan hacindolos pasar de la reja a unas cintas transportadoras cuyo sistema de arranque y parada estar sincronizada con el de la reja. De la cinta caen a contenedores donde se depositan hasta su traslado a vertederos o a incineracin. Pero en vez de recoger en una cinta transportadora, tambin se puede hacer caer los residuos a una arqueta de toma de un Tornillo de Arqumedes, dispositivo que permite una evacuacin lateral y almacenamiento de residuos en un receptor de mayor capacidad.

En plantas importantes se utilizan prensas hidrulicas especiales para detritus, previo a su depsito en contenedores. Con ello se consigue reducir el volumen de residuos y adems, disminuir los olores producidos por la materia orgnica en descomposicin. En caso de incineracin, la temperatura debe ser mayor de 800 C para evitar que se produzcan malos olores.

Las tareas a realizar son:

Observar peridicamente, que el mecanismo funciona correctamente. Regular el temporizar dependiendo del volumen de slidos que est llegando a la planta. Mantener limpia la zona de los slidos que hayan podido caer de la cinta transportadora o de la prensa hidrulica. Realizar las tareas de mantenimiento del mecanismo del peine de limpieza, cinta transportadora y prensa hidrulica segn las indicaciones de los fabricantes. Siempre al acercarse a los sistema de desbaste deben ser desconectados, las maquinas de movimiento lento son especialmente peligrosas, pueden cortar un miembro con toda facilidad.

TAMIZADO

Consiste en una filtracin sobre soporte delgado, y sus objetivos son los mismos que se pretenden con el desbaste, es decir, la eliminacin de materia que por su tamao pueda interferir en los tratamientos posteriores. Segn las dimensiones de los orificios de paso del tamiz, se distingue entre:

Macro tamizado: Se hace sobre chapa perforada o enrejado metlico con paso superior a 0,2 mm. Se utilizan para retener materias en suspensin, flotantes o semi flotantes, residuos vegetales o animales, ramas de tamao entre 0,2 y varios milmetros.

Micro tamizado: Hecho sobre tela metlica o plstica de malla inferior a 100 micras. Se usa para eliminar materias en suspensin muy pequeas contenidas en el agua de abastecimiento (Ej.: Plancton) o en aguas residuales pre tratadas. Los tamices se incluirn en el pre tratamiento de una estacin depuradora en casos especiales:

Cuando las aguas residuales brutas llevan cantidades excepcionales de slidos en suspensin, flotantes o residuos. Cuando existen vertidos industriales importantes provenientes principalmente del sector alimentario (residuos vegetales, de matadero, semillas, cscaras de huevo,..).

Los tamices suelen ir precedidos por un desbaste de paso entre barrotes de 10-50 mm. Segn el paso de malla del tamiz existen varios tipos:

Macro tamices rotatorios: Se utilizan con aguas residuales poco cargadas. Consiste en un tambor cilndrico de eje horizontal, en caso de que el nivel del agua vare relativamente poco, o como una banda rotatoria sobre cadenas sin fin, cuando los niveles del agua sufren grandes variaciones. El tamiz va a estar parcialmente sumergido. El agua entra por el interior del tambor y sale al exterior quedando retenidos en las paredes internas del tamiz los residuos a eliminar. El tambor va rotando. En la parte superior del tambor los residuos van siendo eliminados mediante unos chorros de agua que los hacen salir al exterior. El paso de malla est entre 0,3 y 3,0 mm. La prdida de carga es pequea entre 0,2-0,5 m.

Tamices de auto limpieza, estticos o rotativos: Los tamices estticos llevan una reja constituida por barrotes horizontales de acero inoxidable, de seccin triangular. La inclinacin sobre la horizontal disminuye progresivamente de arriba a abajo, pasando de unos 65 a unos 45. El agua entra por arriba y pasa a travs de los barrotes, mientras, la materia retenida va resbalando por el tamiz y saliendo al exterior donde se almacena en contenedores provisionalmente. As obtenemos sucesivamente la separacin, escurrido y evacuacin de las materias slidas. Los tamices rotatorios estn constituidos por una reja cilndrica de eje horizontal con barrotes de seccin trapezoidal, la cual gira lentamente. El agua cae por arriba entrando en el interior del tamiz, en tanto que la suciedad queda retenida en el exterior y son evacuadas a un contenedor provisional por medio de un rascador fijo. El paso de malla es de 0,2-2,0 mm. Las prdidas de carga son elevadas, del orden de 2 m., lo que obliga la mayora de las veces a un bombeo suplementario. Tienen el problema aadido de ser sensibles al atascamiento por grasas coaguladas.

Tamices deslizantes: Son de tipo vertical y continuo. El tamiz lleva a lo largo de l una serie de bandejas horizontales solidarias a la malla. En estas bandejas quedan retenidos los slidos siendo eliminados en la parte superior por un chorro de agua a contracorriente. El paso de malla es de 0,2- 3,0 mm.

Las tareas de mantenimiento en este punto son:

Limpiar los tamices de las posibles obturaciones que se hayan podido formar. En las de tipo mecnico se deben realizar las tareas de mantenimiento recomendado por el fabricante

Dilaceracin, Elutriacin o Trituracin

Su objetivo es desmenuzar o triturar los macro slidos arrastradas por el agua. Esta operacin no est destinada a mejorar la calidad del agua bruta ya que las materias trituradas no son separadas, sino que se reincorporan al circuito y pasan a los dems tratamientos, por lo que este paso no se suele utilizar, a no ser que no haya desbaste, con lo que si es necesario incluirlo en el diseo y funcionamiento de la planta. Pero, a veces, aunque haya un desbaste previo, se suelen utilizar dilaceradores para tratar detritus retenidos en las rejas y tamices, siendo despus vueltos a incorporar al agua bruta.

El dilacerador consta de un tamiz tipo tambor que gira alrededor de un eje vertical provisto de ranuras con un paso entre 6-10 mm. Los slidos se hacen pasar a travs de unas barras de cizalladura o dientes cortantes donde son triturados antes de llegar al tambor. Se homogenizan en tamao y atraviesan las ranuras, saliendo por una abertura de fondo mediante un sifn invertido, siguiendo su camino aguas abajo. Esta operacin est muy cuestionada y actualmente casi ha desaparecido de la mayora de las instalaciones.

Primero, no es lgico mantener o retornar al proceso aquellos slidos que pueden eliminarse por desbaste o tamizado, ya que lo que hacemos es empeorar la calidad del agua residual que va a ser tratada posteriormente. Segundo, en la prctica, esta operacin presenta varios inconvenientes: La necesidad de una atencin frecuente debido a que se trata de un material muy delicado; el peligro de obstruccin de tuberas y bombas provocada por la acumulacin en masas de las fibras textiles o vegetales unidad a las grasas; y la formacin de una costra de fango en los digestores anaerobios.

Las tareas a realizar son las que siguen:

Vigilar las posibles obstrucciones de las tuberas. Reponer los dientes del tambor, en caso de rotura. Vaciar la cmara de los slidos que pueden estar retenidos. Todas estas operaciones las debemos de realizar con la maquina desconectada.

DESARENADO

El objetivo de esta operacin es eliminar todas aquellas partculas de granulometra superior a 200 micras (0.2 mm), con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasin, y para evitar sobrecargas en las fases de tratamiento siguiente.

En caso de que sea necesario bombeo, desbaste y desarenado deben ir antes de ste. Pero hay veces que es conveniente situar el bombeo previo al desarenado aun a costa de un mayor mantenimiento de las bombas. Esto ocurre cuando los colectores de llegada estn situados a mucha profundidad, cuando el nivel fretico est alto, cuando existe poco gradiente que impide el funcionamiento de los conductores por gravedad, etc.

DISEO DEL DESARRENADOR DE FLUJO HORIZONTAL

Los clculos tericos para el diseo de un desarenador estn relacionados con los fenmenos de sedimentacin de partculas (Slidos granulares) no floculentas. Las velocidades de sedimentacin se pueden calcular utilizando diversas frmulas:

Stokes, en rgimen laminar Newton, en rgimen turbulento Allen, en rgimen transitorio

A cualquiera de estas frmulas hay que aplicarle una serie de correcciones que tengan en cuenta:

La forma de las partculas o factor de esfericidad La concentracin de slidos en suspensin, si sobrepasan el 0,5% La velocidad de flujo horizontal

En la siguiente tabla podemos comprobar cmo vara la velocidad de sedimentacin en funcin del dimetro de la partcula:

En cuanto al clculo de las dimensiones de un desarenador:

Su superficie horizontal se calcula en funcin de la velocidad de sedimentacin de las partculas de menor tamao que deben retenerse y del caudal mximo que circular por el mismo. Su seccin transversal es funcin de la velocidad horizontal de flujo deseada. Los desarenadores se disean para eliminar partculas de arenas de tamao superior a 0,200 mm y peso especfico medio 2,65, obtenindose un porcentaje de eliminacin del 90%. Si el peso especfico de la arena es bastante menor de 2,65, deben usarse velocidades de sedimentacin inferiores a las anteriores. Pero en esta operacin se eliminaran tambin otros elementos de origen orgnico no putrescibles como granos de caf, semillas, huesos, cascaras de frutas y huevos, que sedimentan a la misma velocidad que las partculas de arena y cuya extraccin no interesa. Este problema se evita con el llamado Barrido o Limpieza de Fondo. Se explica por el hecho de que existe una velocidad crtica del flujo a travs de la seccin, por encima de la cual las partculas de un tamao y densidad determinadas, una vez sedimentadas, pueden volver a ser puestas en movimiento y reintroducidas en la corriente.

Tericamente, para partculas de 0,200 mm de dimetro y peso especfico 2,65, la velocidad crtica de barrido es de 0,25 m/s aunque en la prctica se adopta a efectos de diseo un rango de velocidades entre 0.15 a 0,30 m/s. Con esta velocidad se considera que las arenas extradas salen con un contenido en materia orgnica inferior al 5%.

Tipos de desarenadores

Canales desarenadores

De Flujo Variable: Se usan en pequeas instalaciones. La arena se extrae manualmente de un canal longitudinal que tiene una capacidad de almacenamiento de 4-5 das. De Flujo Constante: Mantienen una velocidad constante de flujo de 0,3 m/s aproximadamente, de forma independiente al caudal que circule por ellos. Las variaciones de altura en el canal nos darn una medida de dicho caudal. El canal ms utilizado es el Canal Parshall: Es un canal simple de paredes paralelas, que sufre un estrechamiento hacia la mitad; si aumenta el caudal aumenta la altura de la lmina de agua, y al revs.

Parmetros de diseo principales:

Carga Hidrulica menor o igual a 30 a 70 m3/m2/h Velocidad Horizontal de 0.15 a 0,4 m/s, tpico 0.3 m/s Tiempo de Retencin 0.3 a 0.5 min a Carga mxima Relacin largo : Ancho de 2.5:1 a 5:1 Relacin ancho : profundidad 1 : 1 a 5 : 1 Incremento de longitud (L) por turbulencia a la entrada y salida

Diseo hidrulico de Canales desarenadores

Largo del DesarenadorDesarenadores rectangulares aireados

Se inyecta una cantidad de aire que provoca un movimiento helicoidal del lquido y crea una velocidad de barrido de fondo constante, perpendicular a la velocidad de paso, la cual puede variar sin que se produzca ningn inconveniente. Adems se favorece la separacin de las partculas orgnicas que puedan quedar adheridas a las partculas de arena.

Este tipo de desarenador ofrece una serie de ventajas frente a otros tipos:

El agua se airea y por tanto, disminuye la produccin de olores. Rendimientos constantes con lo que podemos variar el caudal sin disminucin del rendimiento. Prdidas de carga muy pequeas. Con un adecuado caudal de aire obtenemos unas arenas muy limpias de materia orgnica. Puede ser usado tambin como desengrasador cuando el contenido en grasas del agua bruta no es muy elevado. Los difusores de aire se colocan en uno de los laterales del desarenador, a una altura entre 0,5-0,9 m. La cantidad de aire que hay que suministrar vara segn la profundidad del canal:

De 3,0-12 l/s por metro de longitud del canal para profundidades superiores a 3,6 m. De 1,5-7,5 l/s por metro de longitud del canal para profundidades menores.

Desarenado y desengrasado pueden ir combinados cuando el primero lleva aireacin.

Parmetros de diseo principales:

Carga Hidrulica menor o igual a 70 m3/m2/h a Carga mxima Velocidad horizontal menor o igual a 0,15 m/s Tiempo de retencin 2-5 min a Carga mxima Relacin longitud-anchura 1:1- 5:1

Desarenadores circulares con alimentacin tangencial

El agua entra tangencialmente en un depsito cilndrico con fondo tronco-cnico produciendo un efecto de Vrtice, el cual da como resultado la sedimentacin de las arenas hacia el centro. Mientras, las partculas orgnicas se mantienen en suspensin mediante un sistema de agitacin de paletas o por suministro de aire con un compresor.

Parmetros de diseo principales:

Carga Hidrulica menor o igual a 90 m3/m2/h a Q mx. Velocidad Perifrica media 0,3-0,4 m/s Tiempo de Retencin 0,5-1,0 min. a Q mx.

Evacuacin y tratamiento de las arenas

Cuando se haga el diseo del pre tratamiento hay que tener muy en cuenta el volumen de arenas extradas, ya que su falta de previsin puede dar importantes problemas de funcionamiento en la depuradora al llegar volmenes superiores a los considerados tericamente. Esto puede ocurrir en poblaciones con calles sin pavimentar, con redes de alcantarillado en mal estado. Si no tenemos datos reales de la cantidad de arena posible, es necesario calcular por exceso los volmenes de extraccin, considerando valores normales:

Redes Separativas 5 l/m3 de agua residual Redes Unitarias 50 l/m3 de agua residual. Otro dato a tener en cuenta proveniente de varias plantas es que se pueden recoger de 1-15 l/hab/ao.

La extraccin de las arenas de los desarenadores puede ser:

Manuales: En plantas pequeas, con desarenadores de tipo canal. Mecnicos: En los desarenadores de canal la extraccin se realiza mediante unas bombas especiales incorporadas a un puente y con la longitud adecuada para llegar al fondo del canal, donde se depositan las arenas, pero sin llegar a tocar el suelo. El puente va avanzando a lo largo del canal y al mismo tiempo la bomba va succionando las arenas depositadas.

En los desarenadores aireados, la arena puede extraerse mediante air-lift (succin a travs de unas bombas situadas en la base de la unidad con recogida en tolvas inferiores), bombas especiales o rasquetas de barrido que empujan las arenas a una tolva de las que son extradas al exterior.

Una vez sacadas las arenas del desarenador, hay que eliminar toda la cantidad posible de agua que llevan. La separacin arena-agua se puede hacer:

Sedimentacin en un depsito poco profundo, con evacuacin del agua por losas filtrantes o vertedero de rebose. Separacin mecnica mediante Tornillo de Arqumedes o Clasificador Alternativo de Rastrillos, y almacenamiento en una tolva fija o en contenedor. Mediante hidrocicln y almacenamiento en tolva con vertedero. Mediante hidrocicln y recogida por Tornillo de Arqumedes antes de su almacenamiento en tolva fija o en contenedor.

En instalaciones importantes se procede a veces a un lavado de las arenas con el fin de disminuir su contenido en materia orgnica. Se puede realizar con Tornillo de Arqumedes con agua de aportacin a contracorriente.

Las tareas a realizar son:

Vaciar los depsitos de arena de los canales de desarenado manual cuando veamos que est lleno. Reparar y cambiar los difusores rotos en los desarenadores aireados. Vigilar que el caudal de aire l los desarenadores aireados es el adecuado. Realizar el mantenimiento de todos los equipos (bombas, rasquetas, cadenas, clasificadores de arena, etc.) segn las recomendaciones de los fabricantes.

Esta zona es especialmente resbaladiza, se debe tener un cuidado muy especial por este motivo, procurando retirar las manchas de grasa cuando estas aparezcan en el suelo. Tener cuidado de los gases peligrosos cuando trabaje en desarenadores cubiertos. Los clasificadores son maquinas de movimiento lento, y como ya hemos dicho estas maquinas son muy peligrosas. Debemos desconectarlas cada vez que tengamos que manipularlas por cualquier motiv.

Desaceitado-desengrasado

El objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y dems materiales flotantes ms ligeros que el agua, que podran distorsionar los procesos de tratamiento posteriores.

El desaceitado consiste en una separacin lquido-lquido, mientras que el desengrase es una separacin slido-lquido. En ambos casos se eliminan mediante insuflacin de aire, para des emulsionar las grasas y mejorar la flotabilidad. Se podra hacer esta separacin en los decantadores primarios al ir provistos stos de unas rasquetas superficiales de barrido, pero cuando el volumen de grasa es importante, estas rasquetas son insuficientes y la recogida es deficitaria.

Si desengrasado y desarenado, se hacen juntos, es necesario crear una zona de tranquilizacin donde las grasas flotan y se acumulan en la superficie, evacundose por vertedero o por barrido superficial, y las arenas sedimentan en el fondo y son eliminadas por uno de los mtodos que desarrollamos en el apartado anterior. En este caso, las dimensiones del desarenador son diferentes, siendo los parmetros principales:

Carga Hidrulica menor o igual a 35 m3/m2/h a Q mx. Tiempo de Retencin 10-15 min a Q medio Caudal de aire introducido 0,5-2,0 m3/h/m3 de desengrasador

Los desengrasadores separados del desarenado son aconsejables cuando se busca una mayor calidad del agua o cuando el agua proviene de ciertos tipos de industrias por ejemplo:

Petroqumicas y refineras de petrleo producen gran cantidad de aceites, Los mataderos producen gran cantidad de grasas, etc.

Para este caso, el desengrasador se calcula para recibir una Carga Hidrulica menor o igual a 20 m3/m2/h.

Las grasas y flotantes extrados de los desengrasadores unidos a los flotantes extrados en la decantacin primaria suelen tratarse posteriormente en un concentrador de grasas donde se desprenden de su contenido en agua. Podramos deshacernos de las grasas y espumas en una digestin anaerobia junto a los fangos ya que son en su mayor parte residuos orgnicos. Pero esto no es recomendable, ya que presenta el inconveniente de favorecer la formacin de costras en el digestor.

Las grasas concentradas se almacenan en contenedores especiales y posteriormente pasan a vertedero. Tambin se podran incinerar en caso de existiese en la planta un horno de incineracin de fangos o para tratamiento de fangos.

Las tareas a realizar son:

Mantener en perfecto estado las rasquetas de limpieza superficial, y en caso de deterioro, sustituirlas. Vigilar el nivel de los contenedores de grasas para su vaciado. Mantenimiento normal de los equipos segn fabricante. Podramos decir que esta es la zona con ms riesgo de resbaln por la gran cantidad de grasas que puede haber depositado en el suelo y barandillas.

Pre aireacin

Sus objetivos son varios:

Mejorar la tratabilidad del agua, porque esta llega sptica y/o contaminada a la depuracin. Control de olores. Mejorar la separacin de las grasas. Favorecer la floculacin de slidos. Mantener el oxgeno en la decantacin aun a bajos caudales. Incrementar la eliminacin de DBO5. Evitar los depsitos en las cmaras hmedas.

La pre-aireacin se utiliza en:

Cabecera de instalacin En los desarenadores, incrementando el tiempo de retencin y la capacidad de aireacin. En los canales de distribucin a los decantadores primarios. Los principales parmetros de diseo son:

El tiempo de retencin vara segn el objetivo que se pretenda:

La disminucin de los olores y la prevencin de la septicidad implican un tiempo mnimo de 10-15 minutos. La floculacin efectiva de los slidos necesita, aparte de la adicin de ciertos productos qumicos, un tiempo de retencin de 30 minutos. Para la reduccin de DBO ser de 45 minutos.

Los caudales de Aire necesarios para los distintos objetivos son difcilmente calculables, y se basan tanto en la calidad del A.R. como en las caractersticas fsicas del tanque y en la seccin transversal del mismo. El factor predominante es la necesidad de mantener la adecuada turbulencia en el tanque para que su contenido se mantenga en suspensin y no se produzcan sedimentaciones. Esto se consigue suministrando una cantidad de aire mnima entre 2-6 l/s/m del tanque tericamente. En la prctica se deben suministrar 0,8 m3 aire/m3 de agua residual. Mtodos de pre aireacin

Son dos principalmente:

Difusin Aireacin mecnica

Los difusores se clasifican en:

Porosos: Con forma de disco o de tubos. Construidos de SiO2 (xido de silicio) o de Al2O3 (xido de aluminio), pueden ser de tipo cermico o estar construidos sobre una masa porosa con ligazn cermica. No porosos: de tipo boquilla, orificios, vlvulas... Los de tipo boquilla y orificios estn construidos de metal o plstico, tienen aberturas anchas y sueltan unas burbujas ms grandes que los difusores de tipo poroso.

La cantidad de difusores requeridos se calcula determinando la cantidad total de aire necesario y dividindolo por el caudal medio recomendado para cada difusor. Normalmente este caudal es de 1,9-7 l/s/ difusor. La distancia entre difusores es generalmente de 250-600 mm.

La aireacin mecnica se consigue mediante:

Turbinas Aireadores de superficie.

Las tareas a realizar en la O y M sern:

Comprobar que el caudal de aire insuflado es el adecuado. Reparar y cambiar los difusores deteriorados. Mantenimiento de equipos.