dar-tema_403272009

Ingeniería SanitariaE.P.S. Ingeniería de Caminos Canales y Puertos

UNIVERSIDAD ALFONSO X EL SABIO

Tema 4Pretratamientos

4.1 ObjetivoEl Pretratamiento tiene por objeto separar del agua residual la mayor cantidad de materias que por su naturaleza (grasas, aceites, etc.) o tamaño (sólidos grandes, arenas, etc.) crearían problemas en los tratamientos posteriores.Los sólidos producen:

obstrucciones de tuberías y bombasdesgaste de equiposformación de costras depósitos de arena en digestores anaerobios

Mientras que los aceites y grasas:ralentizan el tratamiento biológico ydisminuyen el rendimiento, obteniendo un efluente de baja calidad.

El Volumen de los residuos suele ser moderado y puede almacenarse y manipularse sin problemas

4.2 Operaciones de Pretratamiento

Las operaciones de Pretratamiento que se incluyen en una EDAR dependen de:

La calidad del agua brutaVariaciones del caudal y carga contaminanteTipo de tratamiento posterior adoptadoSistema de tratamiento de fangosImportancia de la instalación

Fases que puede incluir un Pretratamiento:Obra de llegadaSeparación de grandes sólidosBombeo de cabeceraDesbasteTamizadoDilaceraciónDesarenadoDesengrasadoHomogeneizaciónPreaireación

4.2 Operaciones de PretratamientoEl desengrasado se realizará, normalmente, en forma combinada con el desarenado, salvo en caso de aguas residuales muy cargadas

De adoptarse el tamizado, esta operación sustituye al desbaste fino.

La homogeneización de caudales en ocasiones combinada con preaireación, es aconsejable ante la existencia de:

Grandes variaciones de caudal a lo largo del día

Puntas de caudal muy altas

Vertidos industriales puntuales, cuya dilución favorezca el tratamiento

4.3 Obra de llegadaConsiste en una arqueta situada en la cabeza de la instalación donde se concentran todos los colectores que lleguen a la planta y en la que se iniciará la línea de Pretratamiento.

Se debe disponer de un vertedero de seguridad y de un by-pass general, de forma que la misma estructura de vertido y el sistema de desagüe sirvan para ambos fines.

El vertedero tiene como misión evacuar, en el curso de agua más próximo, el excedente de caudal sobre el máximo que puede tratar la EDAR.

Se recomienda una velocidad mínima en el sistema de desagüe de 0,8 m/s a caudal medio, para evitar sedimentaciones de partículas o formación de depósitos.

4.3 Obra de llegada

El agua de lluvia recogida en los primeros 10-15 minutos de la precipitación estátan contaminada como el agua residual de tipo medio y a partir de 20-30 minutos como agua residual diluida.Estos hechos hacen pensar en la necesidad de construcción de depósitos de retención (tanques de tormenta) para tiempos de permanencia de 20 a 30 minutos, que recojan las primeras escorrentías con contaminación alta. Una vez finalizada la aportación de tormenta, el volumen retenido se reintroduce progresivamente en la depuradora para su tratamiento.En sistemas unitarios, y en caso de no existir tanque de tormenta, el coeficiente de dilución a partir del cual se realizan vertidos sin tratar al cauce receptor depende del tipo de las características de la cuenca receptora. Su expresión es:

Se suelen adoptar valores entre 2 y 5En el caso de un aliviadero previo a la depuradora con un Coef. de Dilucción = 5,el colector aguas abajo del aliviadero transportaría un caudal de máximo de 5Qpn y el aliviadero se dimensionaría para

Qv = Qmax-5QpnDonde:

Qv = Caudal vertido por el aliviaderoQmax = Caudal máximo transportado por el colector agua arriba, incluyendo aguas blancas y negras.Qm = Caudal punta de aguas negras

asAguas Negr

Lluvia Aguas de as Aguas NegrDilucciónCoef

+=.

4.3 Obra de llegada

ESQUEMA DE CAUDALES TRATADOS CON DECANTACIÓN PRIMARIA

EFLUENTE

DESBASTE DE PLUVIALES

POBLACIÓN TRATAMIENTO SECUNDARIO

TRATAMIENTO PRIMARIO

ALIVIADERO

EFLUENTE

QMAX.PLU

OBRA DE LLEGADA

QPUNTA.PLU =QPUNTA.NEGRAS*Cd

PRETRATAMIENTO

ALIVIADERO

3-4 Qmed 1,5-1,8 Qmed

EFLUENTE EFLUENTE

ESQUEMA DE CAUDALES TRATADOS CON DECANTACIÓN PRIMARIA

EFLUENTE


POBLACIÓN TRATAMIENTO SECUNDARIO

TRATAMIENTO PRIMARIO

ALIVIADERO

EFLUENTE

QMAX.PLU

OBRA DE LLEGADA


PRETRATAMIENTO

ALIVIADERO

3-4 Qmed 1,5-1,8 Qmed

EFLUENTE EFLUENTE

ESQUEMA DE CAUDALES TRATADOS CON DECANTACIÓN DE PLUVIALES

EFLUENTE



POBLACIÓN

QMAX.PLU

ALIVIADERO OBRA DE LLEGADA

TRATAMIENTO SECUNDARIO

1,5-1,8 Qmed3-4 Qmed

ALIVIADERO

EFLUENTE

EFLUENTE

DECANTACIÓN DE PLUVIALESEFLUENTE

PRETRATAMIENTO

ESQUEMA DE CAUDALES TRATADOS CON DECANTACIÓN DE PLUVIALES

EFLUENTE



POBLACIÓN

QMAX.PLU

ALIVIADERO OBRA DE LLEGADA

TRATAMIENTO SECUNDARIO

1,5-1,8 Qmed3-4 Qmed

ALIVIADERO

EFLUENTE

EFLUENTE

DECANTACIÓN DE PLUVIALESEFLUENTE

PRETRATAMIENTO

4.4 Separación de grandes sólidos

Cuando se prevé en el agua residual bruta la existencia de grandes sólidos o de una excesiva cantidad de arenas que podrían provocar problemas en la operación de desarenado, se debe incluir en cabecera de la instalación, un sistema de separación de grandes sólidos:

Consiste en un pozo situado a la entrada del colector a la depuradora

Con el fondo tronco piramidal invertido y paredes muy inclinadas con el fin de concentrar los sólidos y las arenas decantadas en una zona específica, donde se puedan extraer de forma eficaz

Para la extracción de los residuos se utilizan, generalmente, cucharas anfibias de accionamiento electro-hidráulico, actuadas por polipastos o grúas-puente, soportadas por la correspondiente estructura pórtico

4.4 Separación de grandes sólidosLos residuos procedentes de este sistema se almacenan en contenedores para su posterior transporte a vertedero o a incineración.

Los parámetros de diseño más importantes son:Carga hidráulica o Velocidad ascensional: Vh<= 300 m3/m2.h, a Qmax

Tiempo de retención td: 0,5 – 1,0 min, a Qmax

Calado del pozo de decantación: > 2 m

A la salida del pozo de gruesos, previamente al bombeo de cabecera se instalará una reja para protección de las bombas, con un paso máximo de 100 mm. Se recomienda que el sistema de limpieza sea mecanizado.

4.5 Bombeo de cabecera

Cuando las aguas residuales llegan por gravedad a la EDAR, se dispone, generalmente de un bombeo de elevación en cabecera de la línea de agua, con el objeto de aportar la altura geométrica suficiente para que el agua discurra por gravedad a la salida dela depuradora. Este bombeo debe tener la capacidad suficiente para elevar todo el caudal que pueda pasar de la arqueta de entrada.Su ubicación en la línea de Pretratamiento es función de la cota de llegada del colector, si esta lo permite el bombeo debería situarse al final del Pretratamiento o al menos detrás del desbaste de finos, a fin de proteger en la mayor medida posible al bombeo frente a abrasiones o averías producidas por arenas o sólidos.El bombeo se realiza generalmente con:

Bombas de héliceBombas centrífugas horizontales, verticales o sumergibles. Las más usadas son las verticales de rodete abierto, aunque presentan rendimientos ligeramente inferiores a otras (75%), tienen grandes ventajas de mantenimiento.Tornillos de Arquímedes.


Los Tornillos de Arquímedes son muy utilizados ya que: No precisan elementos de desbaste previoNo requieren pozos de toma ampliosFuncionan a velocidades relativamente bajas (20 a 120 r.p.m.), reduciendo considerablemente los problemas de abrasiónNo precisan regulación ante oscilaciones de caudalNo rompen los flóculos en los procesos biológicos

Aunque presentan los siguientes inconvenientes:Alto coste de implantaciónRendimiento inferior a las bombas centrífugasLimitación en la altura de elevación, hasta 5 mMayor dificultad para ubicarse en edificios cubiertos


Hay que tener en cuenta en el diseño de los bombeos de elevación:

Deben ubicarse en edificios cerrado y desodorizados, para evitar olores, los tornillos de Arquímedes también deben cubrirse y desodorizarse

El número de unidades de bombeo se determinará en función de las variaciones de caudal diarias que se prevean, recomendándose la inclusión de una bomba de reserva

El bombeo tendrá fácil acceso tanto para equipos como para permitir su fácil limpieza

Se dispondrá de sistemas de elevación y transporte para el manejo de los equipos en caso de avería, las puertas serán de amplitud suficiente para dar paso a las piezas de mayor tamaño, y en caso contrario, se preverán salidas especiales

4.6 Desbaste

Consiste en la separación de cuerpos voluminosos flotantes y en suspensión que arrastra consigo el agua residual. Se realiza por medio de rejillas o tamices y tiene por objeto:

Eludir posteriores depósitos

Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general

Interceptar las materias que por sus excesivas dimensiones podrían dificultar el funcionamiento de las unidades posteriores

Aumentar la eficiencia de los tratamientos posteriores

4.6 Desbaste

4.6.1 Rejas

La instalación de rejas de desbaste, salvo raras excepciones, es indispensable en cualquier depuradora

La separación de los sólidos se realiza mediante barrotes.

Las rejas pueden clasificarse con arreglo a distintos criterios. En función de la separación entre barrotes en:

Reja de finos, con paso libre entre barrotes de 6 a 12 mm

Reja de Gruesos, con paso libre entre barrotes de 20 a 60 mm

Los espesores mínimos de los barrotes deben estar comprendidos entre

Reja de finos: 6 y 12 mm

Reja de Gruesos: 12 y 25 mm

Por el método de limpieza en:Rejas de limpieza manual

Rejas de limpieza automática

4.6 DesbasteRejas de limpieza manual

Se utilizan en pequeñas instalaciones o como protección de elevaciones, cuando estas se realizan antes del desbaste. Últimamente la tendencia es colocar rejas de limpieza automática, incluso en pequeñas instalaciones, por razones de mantenimiento y explotación,Están constituidas por barrotes rectos, normalmente inclinados con ángulos de 60 – 80º sobre la horizontal. Su longitud no debe exceder de lo que pueda rastrillarse fácilmente a mano.La limpieza se hace mediante rastrillos, colocando los objetos rastrillados sobre una placa perforada situada sobre el canal, para su escurridoLa eliminación de la materia almacenada entre limpiezas puede dar como resultado un aumento brusco de la velocidad del agua, lo que ocasiona una reducción en el rendimiento de retención de residuos

Tiene el riesgo que se produzcan obstrucciones , especialmente si la reja tiene una separación entre barrotes menor de 20 mm.Necesitan una especial vigilancia y la necesidad de calcular ampliamente la superficie para evitar limpiezas demasiado frecuentes y riesgos de atascamientos.

4.6 Desbaste

Rejas de limpieza mecánicaEste tipo de rejas eliminan los problemas de atascos y reducen el tiempo necesario para su mantenimiento. Una reja mecánica va normalmente protegida por una pre-reja de barrotes más espaciados (50-100 mm), prevista generalmente, para limpieza manual, pero que deberá ser también automática en el caso de instalaciones importantes, o si el agua bruta llega muy cargada de materias gruesas. De los distintos tipos de mecanismo, el más utilizado consiste en un peine móvil, que periódicamente barre la reja, extrayendo los sólidos retenidos para su evacuación.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 son más eficaces en la retención de sólidos, pero pueden sufrir posibles atascamientos cuando se depositan grandes sólidos, o gran cantidad de sólidos, al pie de la reja, provocando el bloqueo del mecanismo hasta que se elimine la obstrucción. Las de limpieza posterior no tienen este problema de obstrucción ya que las púas del peine, al desplazarse por detrás no están sujetas a bloquearse por formación de depósitos 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 también existe el problema de que los sólidos que queden en retenidos en el rastrillo pueden ser retornados al agua bruta, ya que la limpieza del rastrillo en este sistema se sitúa abajo de la reja.

4.6 Desbaste

En cuanto a su diseño, curvo o recto: 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 horizontalEstán indicadas para instalaciones de importancia media con aguas poco cargadas. Su instalación se realizará en canales poco profundos, entre 0,4-2,0 m. La altura del agua ocupa normalmente el 75% de la longitud del radioLa eliminación de los residuos se realiza un poco por encima de la lámina de agua. Están indicadas especialmente en instalaciones de importancia media, cuando las aguas están poco cargadas

Las rejas rectas:Pueden ser de limpieza frontal y de limpieza posterior, con numerosas variantes en su diseño en función 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.

4.6 Desbaste

Reja recta de limpieza frontal

Reja recta de limpieza posterior

4.6 Desbaste

Reja recta de limpieza posterior

Reja curva

4.6 Desbaste Reja curva instalada con by-pass

4.6 Desbaste

Automatismo y protección de las rejas mecánicasEl funcionamiento, generalmente discontinuo, del dispositivo de limpieza de la reja, puede automatizarse mediante:

Temporización: Se establece la secuencia de funcionamiento del rastrillo mediante en reloj eléctrico de cadencia-duración regulable, en función del tiempo de funcionamiento diario calculado.

Pérdida de carga: El dispositivo de limpieza se pone en marcha automáticamente cuando la pérdida de carga entre la zona anterior y la zona posterior de la reja, debido a su colmatación parcial, sobrepasa un valor establecido.

Sistema combinado de temporización y pérdida 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.

4.6 Desbaste

Parámetros de DiseñoEn general se suele disponer un mínimo de dos unidades, de modo que sea posible dejar una de ellas fuera de servicio, ya sea por bloqueo o por cuestiones de mantenimiento, sin tener que parar el desbaste.En caso de que solo hubiera una unidad instalada, seránecesario establecer un canal de by-pass con una reja de limpieza manual para ser usada en casos de emergencia.Es conveniente la instalación de compuertas de canal, aguas arriba y debajo de cada reja, de modo que sea posible dejar la unidad en seco.La velocidad del agua en el canal, la velocidad de paso por la reja y la pérdida de carga producida por las rejas son los aspectos más importantes que deben tenerse en cuenta en el diseño de una instalación de desbaste.Separación libre entre barras

Rejas gruesas: 2 <= s <= 6 cm Rejas finas: 0,6 <= s <= 1,2 cm

Se dispondrán dos rejas, una para gruesos y otra para finos

4.6 Desbaste

Velocidad del agua en el canal debe ser:mayor de 0,4 m/s a caudal mínimomayor de 0,9 m/s a caudal máximo, cuando estos se producen por grandes lluvias o tormentas, con objeto de evitar depósitos de arena en la parte inferior de las rejas de limpieza mecánica.

La velocidad de paso a través de la reja deber ser suficiente para que los sólidos en suspensión se apliquen sobre la reja, sin que provoque una pérdida de carga demasiado fuerte, ni se produzca un atascamiento en la parte profunda de los barrotes.

Generalmente se adopta una velocidad de paso menor de 1,0 m/s a caudal medio y menor de 1,4 m/s a caudal máximo.

Se diseñan para que funcionen correctamente con un 30% de colmatación.

4.6 Desbaste

La anchura del canal en la zona de la reja vendrá dada por la siguiente expresión:

siendo:W: Ancho del canal en la zona de la reja (m)Q: Caudal máximo que pasa por el canal (m3/s)V: velocidad máxima de paso del agua por la rejilla (m/s)H: Nivel aguas arriba de la rejilla (m)S: Separación libre entre barrotes (m)

C: Coeficiente de seguridad para rejillas finas (0,10 m) o gruesas (0,30 m)

CS

SB

HV

QW +

+×

=

S

BHW

Planta Alzado

4.6 DesbasteEn la altura del canal de desbaste se tendrá en cuenta la sobreelevación debida a la obstrucción de la rejilla:

Altura total = Calado aguas abajo del canal + pérdidas de carga (∆H) + resguardo por rebosamiento (20-30 cm)

Pérdida de carga a través de una reja (∆h), en m∆h = K1 * K2 * K3 (V2/2g)

V: Velocidad de acercamiento en el caudal, en m/sg: Aceleración de la gravedad (m/s2)K1: Valores de atascamiento.

K1 = 1 para rejas limpias.K1 = (100/C)2 para rejas atascadas

• C: % de sección de paso que subsiste en el atascamiento máximo tolerado (60-90%)

K2 : Valores referentes a la sección horizontal de los barrotesK3 : Valores de sección de paso ente barrotes

e: Espacio entre barrotesd: Anchura de barrotesz: espesor de los barrotesh: altura sumergida de los barrotes

4.6 Desbaste

0.050.150.310.611.172.244.5010.027.51323

0.040.120.280.581.132.204.409.9027.41342

0.030.110.280.581.152.254.6010.328.41371.4

0.020.110.290.611.202.405.0011.1311491

0.020.120.310.661.342.705.5012.2341640.8

0.010.130.360.801.603.206.6015421990.6

0.010.130.390.881.803.607.4016.6462210.4

0.010.130.400.911.873.757.7017.4482300.2

00.130.420.972.04.08.2518.251.52450

1,00,90,80,70,60,50,40,30,20,1

e / (e + d)(z / 4) ((2 /e) + (1 / h))

4.6 Desbaste

4.6 Desbaste

4.6.2 TamicesEl tamizado consiste en una filtración sobre soporte delgado que se utiliza en numerosos campos del tratamiento de agua. Para las aguas residuales se utilizan pasos entre 2 y 6 mm.Si bien en principio los tamices se utilizaban sólo en casos especiales, cuando las aguas residuales llevaban cantidades excepcionales desólidos en suspensión o cuando existían vertidos industriales del sector agroalimentario (residuos vegetales, cáscaras de huevo, semillas, etc…), en la actualidad su uso está generalizado sustituyendo a las rejas finas, e incluso en pequeñas instalaciones sustiuyendo a la operación de desarenado y al tratamiento primario.En función del paso establecido se pueden obtener los siguientes resultados:

Retención de DBO5: 10-15%Retención de S.S.: 15-25%Retención de arenas: 10-80%

Producen una alta pérdida de carga, de 0,5 a 2,0 m, dependiendo del tipo y paso establecido.Deben construirse obligatoriamente en material inoxidable de alta calidad.Los tamices más usuales en el pretratamiento de aguas residuales se detallan a continuación:

4.6 Desbaste

Tamices estáticos autolimpiantesLlevan una reja constituida por barrotes horizontales de acero inoxidable, de sección triangular. La inclinación sobre la horizontal disminuye progresivamente de arriba a abajo, pasando de unos 65º a unos 45º. El agua entra por arriba y pasa a través de los barrotes, mientras, la materia retenida va resbalando por el tamiz y saliendo al exterior donde se almacena en contenedores provisionalmente. Asíobtenemos sucesivamente la separación, escurrido y evacuación de las materias sólidas.

4.6 Desbaste

Los tamices rotativosestán constituidos por una reja cilíndrica de eje horizontal con barrotes de sección 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 pérdidas de carga son elevadas, del orden de 2 m., lo que obliga la mayoría de las veces a un bombeo suplementario.Tienen el problema añadido de ser sensibles al atascamiento por grasas coaguladas.

4.6 Desbaste

Tamices deslizantes

Son de tipo vertical y continuo.

Los sólidos retenidos son separados mediante bandejas horizontales, dientes u otro tipo de artilugios, distribuidos a lo largo del tamiz.

La pérdida de carga oscila entre 0,1 y 0,4 m.

4.6 DesbasteTamices de escalera móvil

Están formados por un gran número de láminas de acero inoxidable en forma de escalones.Una de cada dos láminas es móvil y describe un movimiento circularmediante un motor móvil, una caja de engranajes, cadenas y ruedas excéntricas.Las partículas que quedan atrapadas en las barras filtro se elevan automáticamente hasta la siguiente barra fija del escalón, cada vez que la escalera completa un ciclo de rotación.Con este sistema de extracción de los sólidos retenidos son difíciles las obstrucciones, teniendo capacidad de elevación de sólidos de gran tamaño.La pérdida de carga para este tipo de tamices oscila entre 0,2 y 0,5 m.

4.6 DesbasteTamices de perfil en cuña

Constan de un tambor cilíndrico instalado en un contenedor o en el canal, con una inclinación de 35º.El agua entra en el tambor frontalmente quedándose los sólidos retenidos en la malla. Al alcanzar el agua una determinada diferencia de cota arriba y abajo del tamiz, se pone en marcha el sistema de limpieza.El tambor comienza a girar, transportando los residuos hacia la parte superior y haciéndolos caer por medio de agua a presión y un cepillo a una tolva situada en el centro del tambor. Desde ahí, un tornilla sin fin transporta los sólidos hacia el tubo de extracción. Este tipo de tamiz lleva incorporado, en general, un sistema de prensa hidráulica para los residuos. Su pérdida de carga oscila entre 0,2 y 0,4 m

4.7 DilaceraciónTiene por objeto triturar las materias sólidas arrastradas por el agua. Esta operación no está 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 las demás fases del tratamiento, 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 diseño y funcionamiento de la planta.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 sólidos se hacen pasar a través de unas barras de cizalladura o dientes cortantes donde son triturados antes de llegar al tambor.Se homogeneizan en tamaño y atraviesan las ranuras, saliendo por una abertura de fondo mediante un sifón invertido, siguiendo su camino aguas abajo.

4.7 Dilaceración

Esta operación está muy cuestionada y actualmente casi ha desaparecido de la mayoría de las instalaciones.

Primero, no es lógico mantener o retornar al proceso aquellos sólidos 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 práctica, esta operación presenta varios inconvenientes:

La necesidad de una atención frecuente debido a que se trata de un material muy delicado

El peligro de obstrucción de tuberías y bombas provocada por la acumulación en masas de las fibras textiles o vegetales unidad a las grasas

La formación de una costra de fango en los digestores anaerobios.

4.8 Desarenado

El desarenado tiene como objetivo eliminar partículas más pesadas que el agua que no se hayan quedado retenidas en el desbaste, de granulometría superior a 200 micras, sobre todo arenas pero también otras sustancias como cáscaras, semillas, etc. Con este proceso se consiguen proteger los equipos de procesos posteriores ante la abrasión, atascos y sobrecargas.La conveniencia de situar los desarenadores aguas arriba de los equipos mecánicos parece obvia y, en principio las operaciones de pretratamiento deberían instalarse en el siguiente orden:

desbaste – desarenado – bombeo (si es necesario).El desbaste previo de los desarenadores reduce el efecto negativo de ciertos materiales, tales como trapos, plásticos, etc., sobre los equipos mecánicos.En muchas ocasiones, es conveniente situar el bombeo previamente al desarenado, aún a costa de un mayor mantenimiento de las bombas, por razones económicas y de facilidades de operación (accesos, extracción de arenas, etc.). Esto ocurre cuando los colectores de llegada están ubicados a mucha profundidad, cuando el nivel freático está alto, etc.

4.8 DesarenadoEl diseño del desarenador se realiza en base al análisis de los fenómenos de sedimentación de partículas granuladas no floculantes las cuales sedimentan independientemente unas de otras, no existiendo interacción significativa entre las más próximas.

En la práctica se pueden tomar como base los datos válidos en sedimentación libre para:

Partículas de arena de densidad 2,65

Temperatura del agua de 15,5ºC

Eliminación del 90%.

105-120 m/h0,300 mm

85-95 m/h0,250 mm

65-75 m/h0,200 mm

40-50 m/h0,150 mm

Velocidad de sedimentaciónDiámetro de las partículas eliminadas

Normalmente los desarenadores se diseñan para un tamaño de arena superior a 0,200 mm

4.8 Desarenado

El diseño del desarenador será efectivo si además de lograr la extracción de las arenas descritas con suficiente rendimiento, consigue que éstas sean realmente elementos minerales, cuyo contenido en materia orgánica sea ínfimo.Para evitar que la materia orgánica de granulometría similar a la de las arenas sedimente con ellas se diseñan los desarenadores de forma que se asegure en ellos un "barrido o limpieza de fondo". Este fenómeno, se explica por el hecho de que existe una velocidad crítica del flujo a través de la sección, por encima de la cual las partículas de un tamaño y una densidad determinadas, una vez sedimentadas, pueden de nuevo ser puestas en movimiento y reintroducidas en la corriente.Para partículas de 0,200 mm de diámetro y peso específico de 2,65 la velocidad crítica de barrido es 0,25 m/s, adoptándose en la práctica a efectos de diseño una velocidad de 0,30 m/s.Manteniendo esta velocidad, se consigue que las arenas extraídas tengan un contenido en materia orgánica menor del 5%.

4.8 Desarenado

4.8.1 Tipos de desarenadoresExisten tres tipos de desarenadores fundamentales:

Desarenadores de flujo horizontalDesarenadores de flujo verticalDesarenadores de flujo inducido

Desarenadores de flujo horizontalSon utilizados en instalaciones de pequeñas poblacionesConsisten en un ensanchamiento del canal del pretratamiento de forma que se reduzca la velocidad de flujo y decanten las partículas.Debe diseñarse con un canal paralelo para proceder a su limpieza que se realiza manualmente. Suelen instalarse con un canal Parshall a la salida que permite al mismo tiempo mantener la velocidad constante y medir el caudal.

4.8 DesarenadoDesarenador de flujo horizontal

4.8 DesarenadoDesarenadores de flujo

verticalSe diseñan mediante tanques que tienen una velocidad ascensional del agua tal que permite la decantación de las arenas pero no caen las partículas orgánicas.Suelen ser depósitos

tronco-colíndricos con alimentación tangencial.

4.8 Desarenado

Desarenadores de flujo inducidoSon de tipo rectangulares aireados.En estos equipos se inyecta aire por medio de grupos motosoplantes, creando una corriente helicoidal que crea una velocidad constante de barrido de fondo, perpendicular a la velocidad de paso, la cual es mucho menor, puede entonces variar sin que se provoque ningún inconveniente.El aire inyectado además de su papel motor favorece, por su efecto de agitación, la separación de las materias orgánicas que pueden quedar adheridas a las partículas de arena.Los desarenadores aireados ofrecen muchas ventajas sobre otros tipos, tales como:

El agua se airea, con lo que se evita, o aminora la producción de oloresRendimientos constantes para ampliar variaciones de caudalPérdidas de carga muy pequeñasLas arena extraídas tienen un bajo contenido de materia orgánica, siempre que se controle adecuadamente el caudal de airePosibilidad de utilizarlo como desengrasador, cuando el contenido en grasas no es excesivo

4.8 DesarenadoDesarenadores de flujo inducido

4.8 Desarenado4.8.2 Evacuación y tratamiento de arenas

El volumen de arenas extraídas de los desarenadores es muy variable en función de:

El sistema de recogida de las aguas (red unitaria o separativa)Estado de los colectoresCondiciones climáticasTipos de vertido

Según datos manejados por diversos autores los volúmenes de arenas extraídas pueden oscilar entre los siguientes valores:

Si se desconocen datos reales es necesario diseñar con amplitud, considerándose como valor recomendable la siguiente capacidad de extracción:

Red separativa: 5 l/m3 de agua residualRed unitaria: 50 l/m3 de agua residual

Los sistemas de extracción pueden ser:Manuales, se emplean en plantas pequeñas, con desarenadores tipo canalMecánicos, se emplean bombas especiales incorporadas a un puente deinstalación automática. La succión de la arena es continua a medida que avanza el puente

5 - 106 - 20Separativo

10 – 308 80Unitario

Litros/habitante/añoLitros / 100 m3 agua residualSistema de colectores

4.8 Desarenado4.8.3 Parámetros de diseño

0,50,20-0,60 m3/minSuministro de aire

2,5 a 7 mAnchura

7,5 a 20 mLongitud

1,5:11:1 a 5:1Relación anchura-profundidad

2 - 5 mProfundidad

4:13:1 a 5:1Relación longitud anchura

32 - 5 minTiempo de retención a caudal punta

<0,15 m/segVelocidad horizontal

<70 m3/m2/hora (a Qmáx)Carga hidráulica

Aireados

0,5 -1 min (a Qmáx)Tiempo de retención

0,3 - 0,4 m/sVelocidad periférica media


Circulares

20-25 veces la altura de la lámina de aguaLongitud

60s45-90 sTiempo de retención

0,3 m/s0,24-0,40Velocidad horizontal


No aireados

Valor típicoIntervalo

ValorParámetro

4.8 Desarenado4.8.4 Diseño

Para diseñar el desarenador en primer lugar se determina el volumen unitario que necesita el tanque, teniendo en cuenta el caudal detratamiento y el tiempo de retención establecido para conseguir los objetivos de eliminación de arenas.

V = Volumen unitario del tanque (m3)Q = Caudal (m3/h)Nº = Número de unidadesTR = Tiempo de retención (min)

A continuación se determina la superficie de desarenador necesaria en función de la carga superficial a la que se deba trabajar. Con estos datos se puede definir las dimensiones del desarenador

S = Superficie de la lámina de agua (m2)Q = Caudal (m3/h)Cs = Carga superficial (m3/m2/h)

Después se determina la longitud del tanque, definiendo una relación entre la anchura y la longitud y en función de la superficie calculada anteriormente.

L = Longitud del tanque (m)

Sl = Superficie lámina de agua (m2)

a = Relación largo/ancho

También es necesario calcular las necesidades de aire, que vendrán dadas por una expresión sobre la base del suministro necesario por unidad de superficie, dato que oscila entre 8 y 10m3/h/m2. El caudal de aire necesario se calculará simplemente multiplicando el valor anterior por el número de unidades y la superficie longitudinal de cada una de ellas

4.8 Desarenado

4.9 Desengrasado

El objeto de esta operación es eliminar las grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos de tratamiento posteriores.

El desengrasado se realiza mediante la insuflación de aire, para deselmusionar las grasas y mejorar la flotabilidad.

Esta separación podría realizarse, teóricamente en los decantadores primarios al ir provistos éstos de unas rasquetas superficiales de barrido, pero cuando el volumen de grasa es importante, estas rasquetas son insuficientes y la recogida es deficitaria.

En aguas urbanas de origen doméstico el desengrasado es conveniente e indispensable cuando no existe decantación primaria, pudiéndose efectuar en combinación con el desarenado o de forma separada.

4.9 Desengrasado

< 5%Materia orgánica en la arena

90%Sequedad de la arena

a Qmed = 5 m3/h/m2a Qmax = 8 m3/h/m2

5 - 8 m3/h/m2Suministro de aire

1,5:11:1 a 5:1Relación anchura-profundidad

2 - 5 mProfundidad

4:13:1 a 5:1Relación longitud anchura

a Qmed = 15 mina Qmax = 10 min

10 - 15 minTiempo de retención a caudal medio

<0,15 m/segVelocidad horizontal

a Qmed = 15 m3/m2/horaa Qmax = 24 m3/m2/hora


Valor TípicoIntervalo

ValorParámetro

Desarenador-DesengrasadorEn la práctica totalidad de las depuradoras la operación de desengrasado se lleva a cabo en el mismo recinto del desarenador aireado, creando una zona de tranquilización donde las grasas flotan y se acumulan en la superficie, evacuándose por vertedero o por barrido superficial. El sistema más extendido de aireación es el de aire comprimido a través de difusores que se sitúan a una altura de 0,4 – 0,5 m de distancia respecto a la solera.

4.9 DesengrasadoDesarenador - Desengrasador

4.9 Desengrasado

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:

Petroquímicas y refinerías de petróleo producen gran cantidad de aceites.Los mataderos producen gran cantidad de grasas, etc., para este caso, el desengrasador se calcula para recibir una Carga Hidráulica menor o igual a 20 m3/m2/h.

Las grasas y flotantes extraídos de los desengrasadores unidos a los flotantes extraídos en la decantación primaria suelen tratarse posteriormente en un concentrador de grasas donde se desprenden de su contenido en agua. Podríamos deshacernos de las grasas y espumas en una digestión anaerobia junto a los fangos ya que son en su mayor parte residuos orgánicos, pero esto no es recomendable, ya que presenta el inconveniente de favorecer la formación de costras en el digestor.Las grasas concentradas se almacenan en contenedores especiales y posteriormente pasan a vertedero. También se podrían incinerar en caso de existiese en la planta un horno de incineración de fangos o para tratamiento de fangos.

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