Tecnología disponibles para el tratamiento de aguas residuales.pdf

8/16/2019 Tecnología disponibles para el tratamiento de aguas residuales.pdf

1/114

1

PTAR Taboada

Introducción

Tecnologías disponibles para el

tratamiento de efluentesindustriales

Ing. Juan Turriate Manrique

Abril, 2016


2/114

2

TRATAMIENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS

El tratamiento de los efluentes líquidosconsta de un conjunto de operacionesfísicas, biológicas y químicas, quepersiguen eliminar la mayor cantidadposible de contaminantes antes de suvertido, de forma que los niveles decontaminación que queden en los

efluentes tratados cumplan los limiteslegales existentes y puedan serasimilados de forma natural por los

cauces receptores.


3/114

3

Propósito del tratamiento

Dependen del destino final y puedenser, básicamente:Modificar las propiedades

fisicoquímicas o biológicas del residuocon el fin de alcanzar nivelescompatibles con los requerimientos de

la descargaSeparar o remover del vertimiento los

constituyentes indeseables


4/114

4

Clasificación de los sistemas de tratamiento

Criterios de selecciónPara la selección de los procesos detratamiento es necesario observar las

siguientes consideraciones:

Características del agua a tratar

Grado de tratamiento requerido segúnel destino final Disponibilidad de espacio

Costos: Capital y O & M


5/114

5

Clasificación de los sistemas de tratamiento:Por el tipo de proceso

En general, los procesos de tratamiento están

categorizados como transporte de momento, masa ocalor o una combinación de los mismos. Por esa razón se

clasifican en:

RIL TRAT.

PRIMARI

O

TRAT.

SECUNDARIO

PRE-

TRATAMIENTO

TRAT.

AVANZADO

AGUA

TRAT.

Sólidos degran

tamaño,arenas

Sólidossuspendidos,grasas, etc.

Biomasa NN

TratamientosFísicos

TratamientosFísicos y/oQuímicos

TratamientosBiológicos

TratamientosFísicos, Químicos,

Biológicos


6/114

6

Clasificación por el grado de tratamiento

E = 85-90%E = 30-50%E = 5%


7/114

7

Clasificación por el grado de tratamiento


8/114

8


9/114

9


10/114

10


11/114

11


12/114

12


13/114

13


14/114

14


15/114

15

PRETRATAMIENTO


16/114

16

Pre tratamiento (Tratamiento Preliminar)

Las aguas residuales antes de su tratamiento, propiamente dicho,se someten a un pretratamiento, que comprende una serie deoperaciones físicas y mecánicas, que tienen por objetivo separardel agua residual la mayor cantidad posible de materias, que, porsu naturaleza o tamaño, pueden dar lugar a problemas en lasetapas posteriores del tratamiento.

El correcto diseño y posterior mantenimiento de la etapa depretratamiento son aspectos de gran importancia, pues cualquierdeficiencia en los mismos repercutirá negativamente en el restode las instalaciones originando obstrucciones de tuberías, válvulas y bombas, desgaste de equipos, formación de costras, etc. Dentro

del pretratamiento se incluyen las operaciones de separación de grandes solidos, desbaste, tamizado y desarenado — desengrase .Después de tal pre-tratamiento, las aguas residuales están listaspara cualquier proceso de depuración tanto físico, químico o

biológico.


17/114

17

Separación de grandes sólidos

Cuando se prevea la presenciade solidos de gran tamaño, o

una excesiva cantidad dearenas, se recurre a ubicar encabecera del PTAR un pozo degruesos, que permita laseparación de estoselementos. Este pozo degruesos tiene en su parteinferior forma de tronco depirámide invertido de paredesmuy inclinadas, al objeto deconcentrar los solidos aeliminar en una zonaespecifica, desde la que sea

fácil su extracción.La retirada de los solidos depositados se efectúa mediante una cucharaanfibia, con movimientos de desplazamiento vertical y horizontal mediantepolipasto y grúa pórtico.Los residuos extraídos por la cuchara se depositan en contenedores, como pasoprevio a su envió a vertedero.

Pozo de gruesos y cuchara bivalva


18/114

18

Desbaste

El objetivo del desbaste es laeliminación de los solidos de

pequeño y mediano tamaño(trozos de madera, trapos,raíces, etc.) que de otro modopodrían deteriorar o bloquearlos equipos mecánicos yobstruir el paso de lacorriente de agua.El procedimiento mas usualconsiste en hacer pasar lasaguas a través de rejas que,de acuerdo con la separaciónentre los barrotes, puedenclasificarse en:

• Desbaste de gruesos: el pasolibre entre los barrotes es de50 a 100 mm

• Desbaste de finos: el paso libreentre los barrotes es de 10 a 25mmEn función de su geometría, las rejas pueden ser rectas o curvas y, según como seejecute la extracción de los residuos retenidos en los barrotes, se distingue entre rejas

de limpieza manual y rejas de limpieza automática

Desbaste de gruesos empleando rejas rectasde limpieza manual

Reja curva de acondicionamiento automático


19/114

19

Desbaste (cribado): Especificaciones de las rejas


20/114

20

Tamizado

Tiene por objeto la reducción delcontenido en solidos en suspensión delas aguas residuales, mediante sufiltración a través de un soportedelgado dotado de ranuras de paso.Se distingue entre tamices estáticosauto limpiantes, tamices rotativos y

tamices deslizantes.Los tamices estáticos auto limpiantesconstan de un enrejado, constituidopor barras horizontales de aceroinoxidable, rectas o curvadas, de

sección triangular, orientadas de talforma que la parte plana se encara alflujo. La inclinación de este enrejadodisminuye progresivamente de arribaabajo, entre 65° y 45°

aproximadamente.Tamizado estático auto limpiante


21/114

21

Tamizado

Los tamices rotativos estánconstituidos por un enrejado cilíndrico

de eje horizontal, formado por barrasde acero inoxidable, de seccióntrapezoidal. El enrejado giralentamente accionado por unmotorreductor.La alimentación al tamiz se efectúapor su parte exterior. Los solidos detamaño superior a la luz de pasoquedan retenidos en la parte externadel cilindro y la eliminación de la capade solidos retenidos en la periferia deltamiz se logra mediante la acción deuna cuchilla y del propio giro de la

unidad. La fracción liquida, con lossolidos de tamaño inferior a la luz depaso, atraviesa el enrejado cilíndrico yse conduce hacia la zona deevacuación.

Tamiz rotativo

Los tamices deslizantes son de tipo vertical y continuo, su luz de paso oscila entre los 0,2 y

3 mm y se suelen emplear en la operación de desbaste de finos.


22/114

22

Tamizado


23/114

23

Desarenado

Tiene por objetivo la eliminación

de materias pesadas de tamañosuperior a 0,2 mm, para evitarque sedimenten en canales yconducciones y para proteger alas bombas y otros elementos dela abrasiónAparte de las arenaspropiamente dichas, se eliminantambién gravas y partículas

minerales, así como elementosde origen orgánico, noputrescibles (granos de café,semillas, huesos, cascaras de

frutas y huevos, etc.).

Desarenado de doble canal


24/114

24

Desarenado

Los canales desarenadores pueden

ser de flujo variable o de flujoconstante. Los de flujo variable seemplean en PTAR pequeñas, y lasarenas se extraen manualmente deun canal longitudinal, con una

capacidad para el almacenamientode arenas de 4-5 días.Los canales desarenadores de flujoconstante mantienen una velocidadde paso fija, en torno a 0,3 m/s,

independientemente del caudal quelos atraviesa, con lo que se lograque sedimente la mayor parte delas partículas de origen inorgánico yla menor las de origen orgánico (<5% de materia orgánica).

Desarenado de doble canal


25/114

25

Desarenadores: Características y función

Estructuras destinadas a removerarenas y otros guijarros presentesen las aguas residualesLos desarenadores pueden serrectangulares o circulares; deflujo horizontal o helicoidal;aireados o no; de limpieza manual o

mecánica

Tienen como función prevenir

la abrasión de equiposmecánicos, evitar lasedimentación de arenas entuberías, canales y tanquesubicados aguas abajo


26/114

26

Desarenadores: Especificaciones


27/114

27

Desarenadores: Especificaciones


28/114

28

Desengrasado

Dentro de losdesengrasadores se distingueentre los desengrasadoresestáticos y los aireados.En los desengrasadoresestáticos se hacen pasar lasaguas a través de un deposito

dotado de un tabique, queobliga a las aguas a salir porla parte inferior del mismo, loque permite que loscomponentes de menor

densidad que el agua, quedenretenidos en la superficie. Laretirada de las grasas selleva a cabo de forma manual,haciendo uso de un recogehojas de piscina.

Desengrasador estático


29/114

29

Desengrasado

En losdesengrasadores

aireados se inyectaaire con objeto dedesemulsionar lasgrasas y lograr unamejor flotacion de lasmismas.

En plantas de tamañomedio-grande lasoperaciones dedesarenado ydesengrasado sellevan a cabo de

forma conjunta enunidades detratamiento conocidascomo desarenadores-desengrasadoresaireados.

Desarenador - Desengrasador aireado


30/114

30

Homogenización: Función

Son tanques que sirven para regular o disminuir los efectos de lavariación del flujo o de la concentración de las aguas residuales.Un tanque de igualación es un depósito de cualquier forma concapacidad suficiente para contener el flujo de agua que sobrepasa undeterminado valor.

El procedimientode calculo se basaen establecer unbalance de masa aintervalos

regulares detiempo


31/114

31

Medición de caudales

Aunque los dispositivos que se empleanpara la medición de los caudales no

ejercen ningún efecto de depuraciónsobre las aguas residuales, juegan unpapel muy importante en el global delproceso pues permiten la determinaciónde los caudales de aguas a tratar y losrealmente tratados.

Esto posibilita, a su vez, ajustar lascondiciones operativas de las distintas

etapas del tratamiento, así como obtenerel coste del tratamiento por unidad devolumen tratado.La ubicación de los medidores de caudaltras el pretratamiento pretendeminimizar los problemas asociados aobturaciones, desgastes, formación de

depósitos de grasas, etc.


32/114

32

Medición de caudales de aguas residuales

NO EXISTE UNA SOLUCIÓN TECNOLÓGICA ÚNICA

NI GENERALIZADA PARA MEDICIÓN DE AGUASRESIDUALES. Este campo de medición es tal vez una de los desafíos

más complejos en medición de caudal. Presenta una variedad de condiciones hidráulicas,

mecánicas y químicas: tubería parcialmente llena,descarga por gravedad, variaciones dramáticas en gasto,canales abiertos, contenido de sólidos y grasas, etc.

Es indispensable definir de antemano el objetivo de la

medición: ¿monitoreo? ¿conservación? ¿eficiencia?¿telemetría?... o…¿facturación de servicio? Es necesario evaluar las distintas opciones de tecnología

existentes hoy en el mercado.


33/114

33

Aforador Parshall

El aforador Parshall es una estructura hidráulica que

permite medir la cantidad de agua que pasa por unasección de un canal. Consta de cuatro partesprincipales:1 Transición de entrada.2 Sección convergente3 Garganta.4 Sección divergente.En la transición de entrada, el piso se eleva sobre el fondooriginal del canal, con una pendiente suave y las paredes se

van cerrando, ya sea en línea recta o circular.En la sección convergente, el fondo es horizontal y elancho va disminuyendo.En la garganta el pico vuelve a bajar para terminar conotra pendiente ascendente en la sección divergente


34/114

34

Aforador Parshall


35/114

35

Aforador Parshall

NOMENCLATURAW= Ancho de la garganta

A= Longitud de las paredes de lasección convergentea=Ubicación del punto de medición HaE= Longitud de la sección convergenteC= Ancho de la salidaD=Ancho de la entrada de la secciónconvergente

E=Profundidad totalT=Longitud de la gargantaG=Longitud de la sección divergenteH=Longitud de las paredes de lasecciónK=Diferencia de elevación entre lasalida y la

M=Longitud de la transición de entradaN=Profundidad de la cubetaP=Ancho de la entrada de la transiciónR=Radio de curvaturaX=Abscisa del punto de medición Hb Y=Ordenada del punto de rnedicion


36/114

36



37/114

37



38/114

38



39/114

39



40/114

40



41/114

41

TRATAMIENTOS PRIMARIOS

Tecnologías disponibles para eltratamiento de efluentesindustriales


42/114

42

TRATAMIENTOS PRIMARIOS: SEDIMENTACIÓN

Se entiende por sedimentación la remoción por efectogravitacional de las partículas en suspensión presentes en el

agua. Estas partículas deberán tener un peso específico mayor

que el fluido.

La remoción de partículas en suspensión en el agua puede

conseguirse por sedimentación o filtración. De allí que ambos

procesos se consideren como complementarios.

La sedimentación remueve las partículas más densas, mientrasque la filtración remueve aquellas partículas que tienen una

densidad muy cercana a la del agua o que han sido resuspendidas

y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior.

Ó


43/114

43

TRATAMIENTOS PRIMARIOS: SEDIMENTACIÓN

La sedimentación es un

proceso físico que aprovechala diferencia de densidad y

peso entre el líquido y las

partículas suspendidas

Los sólidos, más pesados queel agua, precipitan

produciéndose su separación

del líquido La sedimentación primaria aplica

para partículas floculentas (con osin coagulación previa)

Los sedimentadores pueden ser

circulares o rectangulares


44/114

44

Tipos de sedimentación

Las partículas en suspensión sedimentan en

diferente forma, dependiendo de las

características de las partículas, así como de

su concentración. Es así que podemos

referirnos a la sedimentación de partículas

discretas, sedimentación de partículas

floculentas y sedimentación de

partículas

por caída libre e interferida.


45/114

45

Sedimentación de partículas discretas

Se llama partículas discretas a aquellas partículas que

no cambian de características (forma, tamaño,densidad) durante la caída.

Este tipo de partículas y esta forma de sedimentación

se presentan en los desarenadores, en los

sedimentadores y en los presedimentadores como paso

previo a la coagulación en las plantas de filtración

rápida y también en sedimentadores como paso previoa la filtración lenta.


46/114

46

Teoría de la sedimentación discreta (libre)

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

se basa en la suposición de que laspartículas son esféricas con diámetroshomogéneos.

Cuando una partícula se sedimenta, vaacelerándose hasta que las fuerzas queprovocan la sedimentación, en particular elpeso efectivo de la partícula, se equilibrancon las resistencias o fuerzas de fricciónofrecidas por el liquido. Cuando se llega aeste equilibrio, la partícula alcanza unavelocidad de sedimentación constante,denominada velocidad final desedimentación de la partícula.

La fuerza que provoca la sedimentación, en este caso el peso efectivo de la partícula,es la diferencia entre su peso y el empuje hidrostático


47/114

47


La fuerza de resistencia que trata de impedir la sedimentación es: .Donde: FD es la fuerza de resistencia; CD es el coeficiente de fricción;A es el área proyectada de la partícula, A = 1 /4pd3; yV es la velocidad relativa entre la partícula y el fluido

Para las condiciones que definen la velocidad final de

sedimentación, FS = FD:

Considerando que V= Vs y para partículas esféricas: V =1/p6d3 y A = 1/4pd2

Que es la Ley de Newton

Para las partículas esféricas, el coeficiente de fricción CD

está relacionado con el número de Reynolds NR definidopor la ecuación

En general, para el coeficiente CD se puede obtener unaaproximación por la fórmula

( )


48/114

48


Para partículas no esféricas puede emplearse la figura adjunta, sin más que considerar quecada curva corresponde a un valor especifico definido como esfericidad (la esfericidad es elcociente entre el área superficial de una esfera que tenga el mismo volumen que la partículay el área superficial de dicha partícula).

í d l d ó d (l b )


49/114

49


Muchos problemas de sedimentación en los tratamientos de aguas residuales se presentan en

la zona de Stokes. Sustituyendo CD = 24/NR = 24μL/dVspL se obtiene

Que es la Ley de Stokes

Gráfico logarítmico de Vs en

función de d.

Para un problema especifico en la zona de Stokes (ps, pL yμL fijadas) se tendría la ecuación:

En la zona de Transición:

En la zona de Newton:

Aun en el caso de los desarenadores, estateoría antes establecida tiene doslimitaciones importantes:

(1) las partículas de arena son muyraramente esféricas, y(2) las partículas de arena no tienen

densidad uniforme

í d l di ió di (lib )


50/114

50


Concepto de tanque de sedimentación ideal


51/114

51

Concepto de tanque de sedimentación idealDesarrollado por Hazen [8] y Camp [2],

El modelo conceptúa cuatro zonas:

1. Zona de entrada. En la cual el flujo puedeconsiderarse laminar. Se supone que en el límitede esta zona (siguiendo la línea vertical xt) laspartículas se distribuyen uniformemente según la

sección de entrada.2. Zona de sedimentación. Se supone que la

partícula deja de estar en suspensión cuando llegaal fondo de esta zona (línea horizontal ty).

3. Zona de salida. El agua residual se recoge aquíantes de su paso al tratamiento posterior.

4. Zona de lodos. Esta zona es la reservada para la

retirada de los lodos.



52/114

52

p qDesarrollado por Hazen [8] y Camp [2],

La consideración de triángulossimilares en la figura

C t d t d di t ió id l


53/114

53


F t d ti d t ió


54/114

54

Factor de carga y tiempo de retención

El flujo específico o factor de carga se define como:

definido como la velocidad de sedimentación Vs de unapartícula que se sedimenta a lo largo de una distancia igual ala profundidad efectiva del tanque durante el período teórico

de retención. Esto resulta de la definición del período deretención (o residencia)

A partir de la ecuación (Q/A) se obtiene que la velocidad desedimentación Vs definida como Vs = H/t es equivalente alfactor de carga, ya que:

V l id d d t


55/114

55

Velocidad de arrastre

La velocidad de arrastre Vs es el valor de la velocidad

de paso V para la cual, las partículas «previamentesedimentadas», son arrastradas

La velocidad de arrastre se puede calcular a partirde la siguiente ecuación empírica

donde Vc es la velocidad de arrastre (mm/seg), o sea, la velocidad de paso requeridapara arrastrar todas las partículas de diámetro d o inferior; BETA es una constante(0,04 para arena granular: 0,06 para material no uniforme y que puedeapelmazarse):f es el factor de fricción de Weisbach-D'Arcy (0,03 para el cemento); ges la aceleración de la gravedad (mm/seg2) (normal = 9800 mm/seg2); d es eldiámetro de la partícula (mm)

Sedimentación de partíc las floc ladas


56/114

56

Sedimentación de partículas floculadas

Partículas floculentas son aquellas

producidas por la aglomeración de

partículas coloides desestabilizadas a

consecuencia de la aplicación de agentesquímicos. A diferencia de las partículas

discretas, las características de este tipo

de partículas—

forma, tamaño,densidad— sí cambian durante la caída.



57/114

57


Modelo de un tanque de sedimentación para deposición con floculante

Un diagrama de sedimentación con floculación es el que se muestraen la figura adjunta. Las trayectorias de sedimentación de laspartículas tienen forma curva, en lugar de las líneas rectas que seproducen en la sedimentación de partículas discretas.

Expresiones de la velocidad de sedimentación


58/114

58

pfloculada: Criterios

Columna de sedimentación de laboratorio

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

se establecen a través de ensayos de sedimentación en laboratorio.

Se usan columnas desedimentación de unos 2,4 m conaberturas para muestreo aprofundidades de 0,6; 1,2; 1,8 y

2,4 m. Los datos obtenidos endichos puntos se utilizan paradeterminar la velocidad desedimentación y su relación con eltiempo de retención. Los datos del

punto de muestreo a 2,4 m seutilizan para determinaciones decompactación y concentración delos lodos.



59/114

59

Procedimiento

Columna de sedimentación de laboratorio

Etapa 1. Calcular la fracción de sólidosque permanecen en suspensión en cada

punto de muestreo.

Calcular para cada muestra la fracciónde sólidos separada



60/114

60

Procedimiento

Sólidos en suspensión (% SS) separados. en

función del tiempo

Etapa 2. Para lograr una

aproximación de los datosexperimentales construir un

gráfico del % SS separado con

respecto al tiempo.



61/114

61

Procedimiento

Etapa 3. A partir

de la figuraanterior construir

el gráfico de

sedimentación



62/114

62

Procedimiento

Etapa 4.

Calcular el

% de SS

separado y el

factor de

carga

superficial

(m3/d · m2).



63/114

63

ProcedimientoEtapa 4Preparar un gráfico del

% de SS separados enfunción de la cargasuperficial. Los cálculosque se necesitan para

preparar el gráfico sonlos recogidos en elcuadro adjunto

Procedimiento de determinación


64/114

64


Etapa 4. Hacer

un gráfico delporcentaje departículas convelocidad

inferior a laestablecida, conrespecto a lavelocidad desedimentación(m/h) para untiempo deretención de 25min.



65/114

65


Un gráfico típico de este caso, se desarrolla por el análisis de los datos obtenidos de sedimentación

Sedimentación por caída libre e interferida


66/114

66

Sedimentación por caída libre e interferida

Cuando hay altas concentraciones de partículas, se

producen colisiones que las mantienen en unaposición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de

individual. A este proceso de sedimentación se ledenomina depósito o caída interferida o

sedimentación zonal.

Cuando las partículas ya en contacto forman una

masa compacta que inhibe una mayor

consolidación, se produce una compresión o zona decompresión.

Sedimentación por zonas


67/114

67

Sedimentación por zonas

(a) (b) ( C) (d)

Interface 1

H0 vs

Interface 2 v

t=0 tc>t>0 t= tc t=tuConcentración de

lodo unifo rme

Comienzo de

compactación

Final de

compactación

HuHc

PROCESO DE CLARIFICACION PROCESO DE ESPESADO

Xu

Zona de

agua

clarificada

Xc

Zona de

agua

clarificada

Zona de agua

clarificada

Zona de

compactación

Zona de

transición

Zona

Interfacial

La sedimentación por zonas se presenta en clarificadores con lodoscoagulados químicamente, o activos con conc. > a 500 mg/l.

La capa de lodos presenta varias zonas perfectamente diferenciadas. Cadazona se caracteriza por una concentración específica en lodos y por unavelocidad de sedimentación determinada.

Velocidad de sedimentación


68/114

68

Velocidad de sedimentación

La velocidad desedimentaciónpor zonas (VSZ)corresponde a lavelocidad a lacual las partículas

en suspensión sesedimentan antesde alcanzar laconcentración

crítica Xc, y vienedada por lapendiente de latangente AB en lafigura adjunta.

Datos de laboratorio para Vs


69/114

69

Datos de laboratorio para VsLas determinacionesde laboratorio de la

Vs se repiten conlodos de diferentesconcentracionesiniciales X0 (mg/l) deTSS. Esto nos lleva a

una familia de curvasde posible utilidad. Lafigura adjuntapresenta losresultados de

experimentos paralodos activos a variasconcentracionesiniciales X.

Procedimiento para diseñar clarificadores


70/114

70

Procedimiento para diseñar clarificadores

1. Calcular el área de la superficiemínima que se requiere paraconseguir la clarificación del lodo.

2. Calcular el área de la superficiemínima requerida para conseguir elespesamiento de los lodos y alcanzar las concentraciones deseadas.

3. Considerar la mayor de estas dosáreas como área de diseño para elclarificador.

Determinación del área mínima para


71/114

71

conseguir la clarificación de lodos

El área mínima requerida Ac para la clarificación depende

de la velocidad Vs para la cual las partículas ensuspensión se sedimentan antes de alcanzar laconcentración crítica interfacial X c . En condiciones decaudal constante, la velocidad del agua sobre el

vertedero no debe exceder de Vs si se quiere obtener laclarificación.

en la cual Qe es el caudal (m3/h), Vs es la velocidadde sedimentación por zonas (m/min) y Ac el áreamínima requerida para la clarificación (m2).

Balance de materia en un clarificador


72/114

72

primarioLos clarificadores primarios se

diseñan para una separación

determinada (normalmente 40

- 60%) de los sólidos en

suspensión en el vertido de

entrada

Un balance total de los líquidos en

circulación nos daría:

Un balance material para sólidos en

suspensión nos daría

Determinación del área mínima paral d l l d


73/114

73

conseguir el espesamiento del lodo

Procedimiento de Yoshioka y Dick

En primer lugar hay que considerar que los ensayos desedimentación llevados a cabo en laboratorio nocorresponden a un funcionamiento en continuo. La capacidaddel clarificador para arrastrar los sólidos a su parte inferior,con una concentración Xi, por gravedad, en un

funcionamiento discontinuo, viene dada por:

GB= Xi Vi

Donde: GB = Caudal de sólidos (kg/m2 d)

Xi= concentración de sólidos en el lodo (mg/l),

Vi = velocidad de sedimentación en la zona para unaconcentración Xi

Determinación del área mínima parai l i d l l d


74/114

74


Procedimiento de Yoshioka y DickConsiderando que la sedimentación en un clarificador continuo, lossólidos se transportan hacia la parte inferior tanto por gravedadcomo por el movimiento que resulta por la separación de los lodospor el fondo del clarificador. La ecuación de flujo será:

GT= GB+Gu

Donde: GT = flujo total de sólidos (kg/m2 d)

GB= Flujo de sólidos en funcionamiento en discontinuo (kg/m2 d)

Gu = Flujo de sólidos que sale al exterior (kg/m2 d)

Si Gu= Xi Vu y GB= Xi ViGT= Xi Vi+XiVu

At= M/Gt = kg sólidos x día/kg sólidos x m2 d = m2

M= Q 0 X0Donde: Qo= Caudal del afluente, Xo= concentración de sólidos en el afluente

Procedimiento gráfico para determinar GT


75/114

75


1. Construir la curva de flujo de circulación de sólidos endiscontinuo, a partir de la ecuación G

B

= Xi

Vi

utilizando el VSZ (Vi) obtenido de los ensayos de laboratorio endiscontinuo para diferentes concentraciones de sólidos Xi

2. A partir del valor específico de la concentración de loslodos extraídos Xu, en la abscisa, trazar una tangente a la

curva de flujo discontinuo. La Intersección de estatangente con el eje de ordenadas nos dará el flujo totalde sólidos GT

3. El área mínima que se requiere para el espesamiento se

puede obtener de las ecuaciones:



76/114

76

oced e to g á co pa a dete a GT

Determinación del área mínima parai l i t d l l d


77/114

77


Método de Talmadge y

Fitch.El área necesaria para lasinstalaciones de sedimenta-ción y espesado de lodos, se

determina por medio dedatos obtenidos en unensayo de sedimentaciónsimple (batch).

Se deben considerar:- sup. necesaria para laclarificación- sup. necesaria para elespesado

- tasa de extracción del lodo

Determinación del área mínima parai l i t d l l d


78/114

78


As = Q / vs

As: Área seccióntransversal deldecantador

vs: Veloc. de sedimentación (dec. frenada)

Q: Caudal a tratar

Au = Q tu /HoAv: Area de diseño (m2)

tu: tiempo requerido para alcanzar concentración de fangos deseada (min), Ho: altura inicial (m)

Procedimiento para determinartu:

1. Se traza la horizontal a laprofundidad Hu (correspondientea la que todos los sólidos seencuentren a la concentracióndeseada para el lodo del fondodel tanque, Cu).

Hu = Co Ho / Cu2. Se traza la tangente a la curvade sedimentación en el punto Cc.3. Se traza la vertical que pasapor el punto de intersección de

las rectas trazadas en los pasos 1y 2. La intersección de esta rectacon los ejes del tiempoproporciona el valor para tu.

Hu

Sedimentadores primarios: Criterios


79/114

79

p

FLOTACIÓN


80/114

80

O C Ó

Tecnologías disponibles para eltratamiento de aguas residuales

FLOTACIÓN


81/114

81

Se utiliza para la separación de partículas sólidas olíquidas de una fase líquida.

La separación se consigue introduciendo finas burbujasde gas, normalmente aire, en la fase líquida.

Las burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza

ascensional que experimenta el conjunto partícula-burbujade aire hace que suban hasta la superficie del líquido.

De este modo se logra hacer ascender partículas de mayordensidad que el líquido, y favorece la ascensión de las que

tienen menor densidad (aceite en el agua). Se utiliza principalmente para la eliminación de materia

suspendida (grasas) y para la concentración de lodosbiológicos.

FLOTACIÓN


82/114

82

Existen tres métodos para la inducción de la formación de la burbuja:

1. Inyección de aire en el líquido sometido a presión y posteriorliberación de la presión a que está sometido el líquido (flotaciónpor aire disuelto).

2. Aireación a presión atmosférica (flotación por aireación).

3. Saturación con aire a la presión atmosférica, seguido de laaplicación de vacío al líquido (flotación por vacío).

Velocidad ascensionalde las partículas

FLOTACIÓN


83/114

83

En estos sistemas, el aire se disuelve en el agua residual a una presión

de varias atmósferas, para luego liberar presión hasta alcanzar laatmosférica. Las principales aplicaciones de flotación por aire disuelto se centran en

el tratamiento de residuos industriales con un alto contenido de grasas y en el espesamiento de lodos.

FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO

FLOTACIÓN POR AIREACIÓN

Las burbujas de aire se introducen directamente en la fase líquida por mediode difusores o turbinas sumergidas.

La aireación directa por cortos períodos de tiempo no es efectiva paraconseguir que los sólidos floten.

Estas instalaciones no suelen recomendarse para conseguir la flotación degrasas, aceites y sólidos presentes en las aguas residuales industriales, perotiene buenos resultados en el caso de las aguas con tendencia a provocarespumas.

FLOTACIÓN


84/114

84

FLOTACIÓN POR VACÍO

Generalmente se agregan compuestos químicos para facilitar elproceso de flotación, los que crean una superficie o una estructuraque permite absorber o atrapar las burbujas de aire.

Para agregar las partículas sólidas, de manera que se cree unaestructura que facilite la absorción en las burbujas de aire se usa:- Sales de hierro- Sales de aluminio

- Sílice activada

Adición de compuestos químicos

Consiste en saturar de aire el agua residual, ya sea directamente enel tanque de aireación, o permitiendo que el aire penetre en elconducto de aspiración de una bomba.

La arena y demás sólidos pesados, que se depositan en el fondo, setransportan hacia un cuenco central de lodos para su extracción por

bombeo.

Estanque de flotación por flotación


85/114

85

Estanque de flotación por flotación


86/114

86

Como ya se dijo, para modificar la naturaleza de lasinterfases aire-líquido, sólido-líquido o ambas a la vezse suelen utilizar polímeros orgánicos, los que se sitúanen la interfase produciendo los cambios deseados.

Los factores más importantes a considerar en eldiseño de un equipo de flotación son:

- Concentración de sólidos- Cantidad de aire que se va a utilizar- Velocidad ascensional de las partículas- Carga de sólidos

Por ser el método más comúnmente usado, se verá elanálisis de la flotación por aire disuelto.

Flotación por aire disuelto


87/114

87

Los valores típicospara los espesadores

de lodos varían entre0,005 y 0,060.

La eficacia de un sistema de aire disuelto dependeprincipalmente del valor de la relación entre el volumen de

aire y la masa de sólidos (A/S) necesario para obtener undeterminado nivel de clarificación. La relación A/S es variable para cada tipo de suspensión y

puede ser determinada a nivel laboratorio.



88/114

88

La relación entre A/S y la solubilidad del aire, la presiónde trabajo y la concentración de sólidos en el lodo, paraun sistema en el que la totalidad del caudal es

presurizado , está dada por:

A 1,3 sa (f P - 1)

S Sa

donde A/S = relación aire-sólidos, mL (aire)/mg (sólidos).sa = solubilidad del aire, mL/L..f = fracción de aire disuelto a la presión P.

Generalmente, f = 0,8P = presión, atm.= p + 101,35

p = presión manométrica, kPa.Sa = concentración de sólidos en el fango, mg/L.



89/114

89

Para un sistema en el que sólo el caudal de

recirculación es presurizado

A 1,3 sa (f P - 1) RS Sa Q

donde R = caudal de recirculación presurizada, m3/d.Q = caudal de líquido mezcla, m3/d.

El numerador representa el peso del aire y el denominador elpeso de los sólidos.

El factor 1,3 corresponde al peso específico del aire (mg/cc) y el término (-1) del paréntesis se incluye para prever laposibilidad de que el sistema funcione a presión atmosférica.

Flotación por aire disuelto sin recirculación


90/114

90

Flotación por aire disuelto con recirculación


91/114

91

Flotación por aire disuelto para clarificaciónde residuos


92/114

92

de residuos

SISTEMA HIFLOAT. NAIPIER REIDWater and wastewater treatment


93/114

93

Water and wastewater treatment

El sistema HIFLOAT (Sistema de flotador de

aireación) elimina sólidos en suspensión totales (TSS),algas, aceites o grasas, demanda biológica de oxigeno(DBO), demanda química de oxígeno (BQO) de unagran variedad de aguas y aguas residuales.

Utiliza una mezcla de agua y aire saturada el cualdescarga microburbujas, las cuales se elevan hacia lasuperficie debido a su reducida densidad.

Una operación de desnatado remueve las partículasflotantes a la superficie.

Diagrama esquemático de un tanque FA


94/114

94

Diagrama de flujo del proceso HIFLOATSistema de flotador de aireación


95/114

95

Sistema de flotador de aireación

Parámetros de diseño importantes delHIFLOAT Sistema de flotador de aireación


96/114

96

HIFLOAT Sistema de flotador de aireación

Coagulación y floculación

El coagulante es el químico añadido paradesestabilizar las partículas coloidales y promover laformación de floculos

La foculación promueve la colisión entre las partículasen suspensión desestabilizadas con el fin de formarpartículas de mayor tamaño que puedan ser removidasrápidamente.



97/114

97

HIFLOAT Sistema de flotador de aireación

Relación aire a sólido, Radio (A/S)

Para u sistema de aire disuelto saturado, larelación entre el A/S, la solubilidad del aire, lapresión de operación, la concentración de sólidos,

el flujo y la tasa de reciclaje vienen dadas por lasiguiente ecuación:

Relación de reciclaje

El radio de reciclaje es de 8 a 150 % basado n lacalidad de agua en tratamiento.



98/114

98

HIFLOAT Sistema de flotador de aireaciónRazón de carga hidráulica (RCH)

Razón de carga de sólidos (RCS)Es la relación entre los TSS y la cantidad total deaceites y grasa (AOG)

COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN


99/114

99

Tecnologías disponibles para eltratamiento de efluentesindustrtiales

COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN


100/114

100

Partículas coloidales Muchas de impurezas presentes en el agua cruda,incluyendo los m.o. patógenos, los ácidos húmicos que soncorrientemente responsables del color, los ácidos fúlvicos y los complejos arcilla-metal están en el rango del tamaño

coloidal: 1 nm a 10 µm . Los coloides son partículas de tamaño intermedio entrelos sólidos disueltos y las partículas suspendidas, quetarde o temprano decantan por efecto de la gravedad.

Aunque las partículas coloidales son muy pequeñas, sonlo suficientemente grandes como para dispersar la luz,por lo que estas partículas comunican aspecto turbio uopaco al agua, a menos que estén muy diluidas.

Estabilización de las partículas coloidales


101/114

101

Existen dos tipos de coloides con características :

1. Coloides hidrofílicos (termodinámicamente estables)Presentan afinidad por el agua. Se aíslan y evitan el contacto con otraspartículas, rodeando su superficie con una capa de moléculas de aguahidratación). Ejemplos: grasas, aceites, detergentes, jabones.

2. Coloides hidrofóbicos (termodinam. inestables)

Presentan escasa tendenciaa ser mojados. Deben su estabilidad a cargas eléctricasde superficie. Estas partículas cargadas, se rodean deuna capa de iones de cargaopuesta, llamados contra-iones, constituyendo una

doble capa eléctrica (Capade Stern). Ejemplo: m.o.

Estabilización de las partículas coloidales


102/114

102

La caída del potencial en la doble capa suele llamarse

Potencial Electrocinético o Potencial z. La estabilidad de la dispersión depende de los iones que el coloide adsorba.Casi todas las partículas coloidales, que estén dispersas en agua a pH entre 5 y7, presentan carga negativa y su potencial z varía entre -14 y -30 mV.

Dispersiones con pot. z < -14 mV, tienden a aglomerarse.

Los mejores resultados de desestabilización se presentan cuando el potencialz es cercano a cero.

Dependiendo de las características de los tipos de contraiones involucrados,el potencial z puede ser reducido de las siguientes formas:

1) Por la compresión del espesor de la doble capa debido a laincorporación de contraiones en la capa difusa

2) Por la adsorción específica del contraión sobre la superficiede la partícula, con la consecuente reducción en el potencial.

Definición de términos


103/114

103

CoagulaciónDesestabilización, efectuada general-mente por adición de reactivosquímicos. Por medio de mecanismos de

agregación o de adsorción, anulan lasfuerzas repulsivas.

Floculación

Aglomeración de coloides"descargados", que resulta dediversas fuerzas de atracción entrepartículas puestas en contacto, hastaalcanzar un grosor aproximado de 0,1

micra

COAGULANTE

FLOCULANTE



104/114

104



105/114

105



106/114

106

Formación de puentes entre partículas, en presencia depolímeros orgánicos

Coagulantes

L l d b l d d h d fí l


107/114

107

Los coloides poseen una estabilidad que hace difícil quesedimenten por procesos naturales aplicación de

aglomerantes o coagulantes para su desestabilización yagrupación, consiguiendo así una partícula de mayor tamaño y peso, la cual sí puede sedimentar por acción de lagravedad.

Los principales coagulantes utilizados son sales metálicas:Alumbre o Sulfato de AluminioCalCloruro férricoSulfato férrico

Sulfato ferroso La acción de estos compuestos es compleja y comprende:

- La disolución de la sal- Formación de compuestos complejos del metal- Atrapamiento de partículas individuales en el precipitado.

Coagulantes


108/114

108

Floculantes orgánicos


109/114

109

Polielectrolitos Naturales Proteínas

Ácidos nucleicosÁcido pécticoÁcido algínicoPolisacáridos

Polielectrolitos Sintéticos Aniónicos: PoliacrilamidasAc. poliacrílicosPolimetacrilatosPoliacrilnitrilosPoliestireno sulfonadoÁcidos polivinilsulfónicosDerivados de celulosa

No iónicos: Óx. de etileno polimerizadoPoliacrilimidas

Catiónicos: PoliacrilamidasPolietileniminasPolivinilpiridinasPolidialidimetilamonio

Floculantes minerales


110/114

110

Sílice activada

BentonitaKieselguhrAlgunas arcillasCarbonato de calcio precipitado

Carbón activo en polvo

Determinación de coagulantes


111/114

111

La cantidad de coagulantes no puede ser determinada en base a fórmulasestequiométricas o leyes químicas, debido a la diversidad de factores que

intervienen en el proceso. Por lo anterior, se recurre a técnicas de laboratorio: Pruebas del Test deJarras o Jar Test.

Este procedimiento entrega información para:

- Seleccionar el coagulante adecuado y dosificación de éste- Seleccionar el floculante adecuado y dosificación de éste- Determinación del pH óptimo- Determinación del punto de aplicación del coagulante, floculan-

te y ajuste de pH.

- Optimización de la energía y tiempos de mezclado- Determinación de efectos de dilución del coagulante- Optimización del reciclaje de lodos- Otros



112/114

112



113/114

113

METODOLOGÍA DEECKENFELDER

Para la selección delcoagulante, dosis y pH

óptimo


114/114

MUCHAS GRACIAS

‘El agua es el vehículo de

la naturaleza’.

Leonardo Da Vinci

Tecnología disponibles para el tratamiento de aguas residuales.pdf

Documents

Transcript of Tecnología disponibles para el tratamiento de aguas residuales.pdf