FT-PRIM-002 FICHAS TÉCNICAS DE ETAPAS DE PROCESO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL

DECANTACIÓN PRIMARIA CONVENCIONAL SERIE: TRATAMIENTOS PRIMARIOS

          TÍTULO

DECANTACIÓN PRIMARIA CONVENCIONAL (FT-PRIM-002)

Fecha de elaboración

Mayo de 2015

Revisión vigente

 

DECANTACIÓN PRIMARIA CONVENCIONAL

FT-PRIM-002

DECANTACIÓN PRIMARIA CONVENCIONAL (FT-PRIM-002) Fecha

Mayo de 2015

Autores

Joaquín Suárez López Alfredo Jácome Burgos Pablo Ures Rodríguez

 

DECANTACIÓN PRIMARIA CONVENCIONAL

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ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN 2.- DECANTACIÓN PRIMARIA: FUNCIÓN Y OBJETIVOS 2.1.- Tipología de decantadores primarios 2.2.- Utilidad / aplicabilidad 3.- DISEÑO 3.1.- Parámetros de diseño 3.2.- Criterios de diseño 4.- PRODUCCIÓN DE LODOS 5.- RENDIMIENTO 6.- CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARTICULARES 7.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL 8.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL 9.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN BIBLIOGRAFÍA ANEXO 1.- COMPARATIVA DE CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO ANEXO 2.- ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS ANEXO 3.- DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO

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1.- INTRODUCCIÓN El tratamiento primario tiene como objetivo reducir la concentración de sólidos en suspensión del agua residual. La base de esta reducción está en la tranquilización del agua en un tanque (se reduce la velocidad del flujo) para que los sólidos con una densidad significativamente mayor que la del agua sedimenten; adicionalmente, materias menos densas que el agua (aceites y grasas, etc.) flotarán. En un tratamiento primario se producirá un efluente menos turbio (por la reducción de sólidos en suspensión), y también se generarán unos fangos o lodos “primarios”. Estos lodos normalmente contienen una fracción orgánica biodegradable, de modo que un tratamiento primario supone también una reducción de la DBO. La magnitud de esta reducción dependerá del proceso utilizado y de las características del agua residual bruta. Aunque hay varios procesos que se pueden considerar incluidos dentro del tratamiento primario (filtración, tamizado, lagunas, fosas sépticas, tanques Imhoff, etc.) los principales procesos utilizados en las EDAR de mediano y gran tamaño se pueden clasificar como sigue:



Proceso de separación sólido – líquido (sin adición de reactivos químicos): - Decantación primaria



Proceso de separación sólido – líquido (con pre-adición de reactivos químicos): implica que previamente se han mejorado las características de los sólidos en suspensión mediante la adición de coagulantes y/o floculantes. Se lo conoce como proceso físico-químico. Se tiene: - Decantación primaria mejorada - Flotación con aire disuelto (proceso FAD) - Proceso mixto (decantación - flotación)

2.- DECANTACIÓN PRIMARIA: FUNCIÓN Y OBJETIVOS El objetivo de la decantación primaria es la reducción de sólidos en suspensión de las aguas residuales bajo la exclusiva acción de la gravedad. En consecuencia, se pretende la eliminación de sólidos sedimentables y de materias flotables. La decantación primaria se aprovecha de que una parte significativa de los sólidos en suspensión de las aguas residuales tienen ciertas características que producen su floculación natural durante la sedimentación. Es decir que, al chocar una partícula con otra se agregan formando una nueva partícula de mayor tamaño y aumentando, en consecuencia, su velocidad de sedimentación.

2.1.- Tipología de decantadores primarios En tratamiento de aguas residuales es habitual el uso de decantadores estáticos. No hay mecanismos ni flujos que busquen incrementar la sedimentabilidad de las partículas. No se hace recirculación de lodos. En cuanto a la forma en planta de un decantador, esta puede ser rectangular o circular. En las siguientes figuras se presentan imágenes y esquemas de decantadores primarios.

Figura 1.- Imágenes de un decantador primario circular con puente.

 

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Barredoras de espumas

Puente de acceso

Canal de recogida de efluente

Campana deflectora Placa deflectora periférica

Caja de espumas

Salida de agua tratada Rasquetas de fondo Conducto de entrada de agua

Poceta de fangos

Tubería de extracción de fango

Figura 2.- Esquemas generales de un decantador circular con puente.

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h ent/2 Superficie horizontal efectiva

hent h ent/2 Entrada

htot

60º

Figura 3.- Esquema general de un decantador circular o tronco-cónico sin puente.

Conducto de entrada de agua

Canal de espumas

Placa deflectora

Barredoras de espumas

Poceta de fangos Rasquetas de fondo Purga de fangos

Figura 4.- Esquema general de un decantador rectangular con puente.

Canal de recogida de efluente

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2.2.- Utilidad/aplicabilidad En general, con la adopción de la decantación primaria será de esperar menos problemas de explotación de las etapas de proceso aguas abajo, normalmente un biológico. Por ejemplo, se reduce la acumulación de aceites y grasas en la biomasa del reactor biológico, se minimiza o evita posibles sedimentaciones en el reactor, se reduce la tendencia al bulking “no filamentoso” de la biomasa de unos fangos activos, etc. Dentro de la aplicabilidad de la decantación hay que tener en cuenta que puede constituir un elemento básico del tratamiento físico-químico. La utilidad de la decantación primaria en el contexto de una línea de depuración convencional viene condicionada sobre todo por dos factores:

 

Nivel de seguridad o garantía de depuración: bajo el concepto de conseguir el mayor grado de depuración en cualquier situación. Tipo de tratamiento de fangos adoptado en la EDAR.

El nivel de garantía a exigir a una EDAR dependerá de la importancia de la misma. Cuando por cualquier circunstancia el tratamiento biológico no funciona, la decantación primaria permite verter agua decantada en lugar de agua solo pretratada. Por lo tanto, se garantizaría un mayor nivel de depuración en esa situación. En general, se recomienda la no consideración de la decantación primaria cuando el proceso biológico sea de baja, o muy baja, carga orgánica, por ejemplo: aireación prolongada, lechos biopelícula aireables sumergidos, etc. Es decir, se asume que la materia orgánica sedimentable formará parte del sustrato a degradar por la biomasa del reactor biológico. En depuración de aguas residuales de pequeños núcleos o colectividades, de hasta 200 habitantes, la decantación primaria se puede realizar mediante fosas sépticas, y si se llega hasta los 500 habitantes se puede recurrir a tanques Imhoff. En ambos procesos, se produciría también una digestión parcial de los lodos primarios.

3.- DISEÑO 3.1.- Parámetros de diseño Los parámetros más importantes para el dimensionamiento de la decantación primaria son:



Velocidad ascensional o carga hidráulica superficial: se obtiene de dividir el caudal efluente entre la superficie horizontal de decantación:

VASC 

Q A

Donde:

VASC = velocidad ascensional (m/h) Q = caudal efluente primario (m3/h) A = superficie horizontal de decantación (m2)



Tiempo de retención hidráulica: relacionado con el calado. Una mayor profundidad aumenta la probabilidad de choque (floculación) entre las partículas que sedimentan, aumentando su velocidad de caída:

TRH 

V Ah  Q Q

Donde:

TRH = tiempo de retención hidráulica (horas) h = calado bajo vertedero (m) V = volumen útil de decantación (m3) 

Carga hidráulica sobre vertedero: corresponde al caudal efluente por metro lineal de longitud del vertedero de salida. Se limita la velocidad de salida del efluente primario para evitar el posible arrastre de lodos:

 

CH V 

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Q LV

Donde:

CHV = carga hidráulica sobre vertedero (m3/h/m) LV = longitud de vertedero (m)

3.2.- Criterios de diseño Tanto en España como en otros países, la aplicación de la decantación primaria en el tratamiento de las aguas residuales tiene un largo recorrido. Esto ha llevado al desarrollo y adopción de una serie de valores empíricos para los parámetros de diseño. Un estudio comparativo sobre los valores de diseño se presenta en forma de tabla en el Anexo 1 de esta Ficha Técnica. En general, se fijan valores límites para la velocidad ascensional, el TRH y el calado, que están relacionados entre sí (ver valores propuestos de diseño en la tabla siguiente). Por ejemplo, en general se recomienda que el TRH deba ser de un mínimo de 1 hora a caudal máximo. Varias fuentes recomiendan no prolongar excesivamente el TRH porque la materia orgánica tiende con rapidez a pudrirse generando importantes problemas de explotación. Esto hace que en ocasiones el calado teórico necesario pueda alcanzar valores tan bajos como 2 metros. El valor de la carga hidráulica sobre vertedero tiene una limitación que viene impuesta para evitar el arrastre de fangos del fondo del decantador; se llega así a establecer un límite máximo de 10 m3/h/m. Por otra parte, un rendimiento del 65 % en la reducción de SS es un objetivo alcanzable de diseño. Este valor del rendimiento sirve de dato de partida para el cálculo de la producción de lodos primarios. Para evitar perturbaciones producidas por el sistema de purga de lodos se limita la velocidad máxima de desplazamiento de las rasquetas, que en caso de decantador circular viene dada por la velocidad periférica. De igual forma, se limita el tiempo máximo de retención de los fangos en las pocetas de almacenamiento para evitar su anaerobiosis y las consiguientes perturbaciones sobre el proceso, principalmente la flotación de fangos. Además de lo apuntado, hay otros criterios prácticos de diseño de la decantación primaria, por ejemplo:



La corona de reparto en un decantador circular de alimentación central tiene unas dimensiones que generalmente cumplen las siguientes relaciones: 1) su diámetro está comprendido entre 0.05 y 0.20 veces el diámetro del decantador, 2) su altura está comprendida entre 1/3 y 1/5 de la profundidad máxima del decantador.



La pendiente de la solera de un decantador rectangular suele ser del 1%. En uno circular podría ser de hasta un 10 %.



En decantadores rectangulares la ratio longitud/ancho está comprendida entre 1.5 y 7.5 (comúnmente 3). En los decantadores circulares la relación radio/altura suele estar comprendida entre 2.5 y 8.

En la siguiente tabla se establecen los valores de los parámetros de diseño de la decantación primaria.

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Tabla 1.- Resumen de valores de diseño de la decantación primaria. Parámetro Rendimiento(1) VASC TRH

SS

Valor  60 %

DBO5 a Qmedio a Qmax a Qmedio a Qmax

 30 %  1.0 m/h  1.5 m/h 2h 1h

CHV (a Qmax)(2) Calado bajo vertedero(2) Resguardo Concentración del fango primario (para cálculos) Periodo de extracción de lodos primarios Velocidad de rasquetas Pendiente solera Corona de reparto (circular, alimentación central)

Circular (con rasquetas) Rectangular (con rasquetas) Diámetro Sumergencia Sumergencia

Deflector anti-flotantes

Ratio longitud/ancho Longitud máxima Ancho máximo Diámetro máximo

Dimensiones(3)

Tiempo de retención en poceta de fangos (4)

 10 m3/h/m  2.50 m (máximo 5 m)  0.50 m 1% 10 h/día circular < 120 m/h rectangular < 60 m/h 8% 2% 10 % a 20 % de diámetro decantador 1a2m  30 cm 3-5 60 m 20 m 40 m