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DECANTACION SECUNDARIA
Sedimentación zonal y por compresiónLa sedimentación zonal ocurre cuando las partículas se agregan, formando
una masa que decanta como un manto con una interfase sólido-líquido distintiva
entre el fango decantado y el efluente clarificado. La sedimentación por zona
parece ocurrir en suspensiones de concentración intermedia, tales como el fango
activo y suspensiones floculadas o coaguladas.
La sedimentación por compresión se refiere a la sedimentación que tiene
lugar en el fondo del tanque de sedimentación, en la cual las partículas están
concentradas de tal manera que lo que se produce es una compresión por el peso
de las partículas que se van añadiendo constantemente al fondo por sedimentación
desde el líquido sobrenadante.
El fenómeno de sedimentación que ocurre cuando una suspensión
concentrada, inicialmente de concentración uniforme, se coloca en un cilindro
graduado, se esquematiza en la Figura 15.
La velocidad a la que desciende la interfase sólido-líquido se denomina
velocidad de sedimentación zonal (ZSV) y viene dada en m/h. En un primer
momento esta velocidad es constante (Figura 15) y conforme se acerca a la zona
de compresión disminuye.
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Zona de agua clarificada
Zona de sedimentación zonal
Zona de sedimentación discreta
Prof
undi
dad
inte
rfase
sólid
o-líq
uido
TiempoCilindro
Zona de compresión
ZSV = tg αα
Figura 15. Esquema de las zonas de sedimentación para un fango activo
La velocidad de sedimentación zonal depende de la concentración inicial de
sólidos X, de tal forma que cuanto mayor es la concentración de sólidos, más
lentamente desciende la interfase sólido-líquido (Figura 16).
Figura 16. Variación de la interfase sólido-líquido con el tiempo en una columna de
sedimentación, en función de la concentración inicial de sólidos
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Si representamos en escala logarítmica la velocidad de sedimentación ZSV
respecto a la concentración de sólidos, se obtiene una recta que nos permite
obtener la ley de variación de ZSV con la concentración (Figura 17),
nXeVZSV −⋅= 0
Figura 17. Determinación de la ecuación de la velocidad de sedimentación zonal
Figura 18. Decantador primario rectangular
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Figura 19. Decantador primario circular
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1.1.1 DIMENSIONADO DE DECANTADORES SECUNDARIOS
1.1.1.1 Cálculo del área superficial necesariaEl área superficial de un decantador secundario se puede calcular según dos
métodos
Método de la carga hidráulica superficial:Semejante al criterio para el dimensionado de decantadores primarios, pero
con diferente CH:
a) Método estadounidense: Se considera una CH fija con un valor entre 0.68 y 1.19
m/h para caudal medio.
b) Norma ATV (alemana). En este caso se considera una CH entre 1.6 y 2 m/h,
función del inverso del SVI.
El SVI (índice de volumen de fango) se define como el volumen en mililitros
ocupado por un gramo de materia sólida en suspensión, después de decantar
durante media hora en una probeta de 1 litro y es un indicador de la
sedimentabilidad del fango.
gml
lglmlSVI ===
//
probetaladessuspendidosólidosdeinicialiónconcentracminutos30losalododevolumen
Valores por debajo de 100 ml/g indican unas buenas condiciones de
sedimentación del fango.
Método por flujo de sólidosEste método se basa en el análisis del flujo de masa de los sólidos en el
tanque de sedimentación.
En un tanque de sedimentación idealizado que funciona en estado
estacionario (Figura 20), existe un flujo constante de sólidos que se mueve en
sentido descendente. Dentro del tanque, el flujo descendente de sólidos se
produce por sedimentación por gravedad (zonal) y por transporte de masa debido
al caudal extraído por el fondo que es bombeado y recirculado.
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Qr (recirculación)
Q + Qr
Q (aliviadero)
Tubería extracción defangos
Interfase sólido-líquido
Flujo de sólidos
X (Kg/m3)
Figura 20. Representación esquemática de un tanque de sedimentación operando enestado estacionario
En cualquier punto del tanque, el flujo de masa de sólidos debido a la
sedimentación por gravedad es:
nXog eVXZSVXSF −⋅⋅=⋅=⋅ (m/d))(Kg/md)(Kg/m 32
El flujo de sólidos debido a la extracción es:
AQXuXSF r
rr ⋅=⋅=⋅ (m/d))(Kg/md)(Kg/m 32
El flujo másico total SFt de sólidos es la suma de los componentes anteriores,
rgt SFSFSF +=
La variación del flujo de sólidos con la concentración se representa en la
Figura 21.
El flujo de sólidos debido a la sedimentación por gravedad (zonal) depende
de la concentración de sólidos y de las características de la sedimentación de los
mismos a esa concentración. Como se observa en la Figura 21 a bajas
concentraciones (por debajo de 1000 mg/l aproximadamente), el movimiento de
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sólidos debido a la gravedad es pequeño y aumenta al crecer la concentración de
sólidos. A muy altas concentraciones, la velocidad de sedimentación zonal se
aproxima a cero, y el flujo total de sólidos debido a la gravedad vuelve a
convertirse en un valor muy bajo.
El flujo de sólidos debido al transporte de masa es una función lineal de la
concentración con una pendiente igual a la velocidad de extracción de fangos por
la parte inferior.
Figura 21. Curva de flujo de sólidos
Existe un flujo de sólidos limitante SFL de tal forma que si la cantidad de
sólidos que alimentan el tanque de sedimentación es mayor que ese valor límite,
los sólidos se acumularán en el tanque de sedimentación, pudiendo llegar a rebosar
por la parte superior del tanque.
Por tanto, se tiene que cumplir que,
Xi·ZSVi + Xi·Ur
Xi·ZSVi
Xi·Ur
Ur
Xi
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AXQQ
SF LMrL
⋅+≥
)(
siendo Q, el caudal influente de agua residual
Qr,el caudal de recirculación del decantador secundario al reactor
biológico
XLM, la concentración de sólidos en el reactor biológico (en el caso
de fangos activos)
A, el área superficial
y de ahí se obtiene el área mínima.
El método estadounidense tomo como criterio un valor de SFL entre 100 y 150
Kg/m2·d dependiendo del SVI.
1.1.1.2 Altura de la pared lateralMétodo estadounidense: Creciente con el diámetro. Propone valores entre
3.3 y 4.5 para diámetros de 12 a 42 m
Norma ATV: Función del SVI, XLM y recirculación. Siempre mayor de 2.5 m
1.1.1.3 Carga sobre vertederoMétodo estadounidense: 5 – 10 (m2/h)
1.1.1.4 Pendiente de la soleraMétodo estadounidense: 1:12