Diseo de un sedimentador primario de una EDAR

Raquel Lpez Fabin Ins Vzquez Rodrguez Nora Vidal Duarte

Contenido1.Objetivo de la operacin diseada:22.Principios y fundamentos de la operacin:33.Parmetros que influyen:44.Ecuaciones de diseo aplicables:55.Valores tpicos:56.Grficos y fotografas de equipos reales:57.Bibliografa:5

Objetivo de la operacin diseada:Los diferentes procesos y operaciones unitarias se combinan y completan para dar lugar a distintos niveles de tratamiento de aguas. En general en este tratamiento de aguas se diferencian distintos niveles, en primera instancia se establece el nivel de eliminacin de contaminantes (slidos en suspensin, materia orgnica biodegradable, compuestos orgnicos voltiles, patgenos, materiales pesados, nutrientes como nitrgeno y fosforo, materia orgnica refractaria y slidos orgnicos disueltos) necesario antes de reutilizar o verter las aguas residuales al medio ambiente. A partir de este tratamiento se pueden agrupar las siguientes operaciones y procesos unitarios en funcin del nivel de tratamiento de agua que se quiera alcanzar.Para este trabajo nos vamos a centrar dentro de este nivel de eliminacin de contaminantes en el tratamiento primario de las aguas residuales, en el que se elimina una fraccin de los slidos en suspensin y de la materia orgnica del agua residual. Esta eliminacin suele llevarse a cabo mediante operaciones fsicas tales como el tamizado y la sedimentacin. Lo que se obtiene de este tratamiento suele tener una cantidad considerable de materia orgnica y una DBO alta. Por lo que es necesario en la mayora de los casos llevar a cabo despus un tratamiento secundario en el que a menudo se incluye incluso la desinfeccin, aunque posteriormente en funcin del grado de tratamiento que queramos obtener tengamos que someterlo a otras operaciones o procesos ms especficos.La sedimentacin es una operacin de separacin basada en el desplazamiento de las partculas slidas o de gotas de lquido en el seno de otro fluido. Por tanto en el caso de un sedimentador primario de una EDAR el objetivo ser eliminar las partculas slidas en suspensin, a su vez se reduce algo de DBO (demanda biolgica de oxgeno), gracias a la diferencia de peso especfico entre las partculas slidas y el lquido. Los decantadores o sedimentadores son depsitos en los que se hace circular el agua muy lentamente y de forma horizontal, favoreciendo que las partculas en suspensin sedimenten por gravedad. Por lo que principalmente se busca en este proceso de sedimentacin es separar los slidos en suspensin mediante diferencia de densidad. Puesto que la sedimentacin primaria se encuentra en el tratamiento primario de una EDAR, se eliminaran entre 40% y un 65% de las partculas slidas en suspensin y entre un 25% y un 40% de DBO5.El objetivo principal de esta operacin por tanto es conseguir un efluente clarificado, pero tambin es necesario producir un fango cuya concentracin de slidos permita su fcil tratamiento y manejo.Principios y fundamentos de la operacin:Esta operacin de sedimentacin es una operacin fsica, en la que predomina la accin de fuerzas fsicas. La mayora de estas operaciones han evolucionado directamente a partir de las primeras observaciones de la naturaleza por parte del hombre, y fueron los primeros en ser aplicados en el tratamiento de aguas residualesEl tratamiento primario es una sedimentacin, pero depende de la zona donde la encontremos, de la concentracin y de la tendencia a la interaccin de las partculas se pueden encontrar tres zonas: desarenadores, sedimentadores primarios o clarificadores y sedimentadores secundarios. La sedimentacin, por tanto tambin puede ser de cuatro tipos: Sedimentacin discreta: se refiere a la sedimentacin de partculas en una suspensin con baja concentracin de slidos. Las partculas sedimentan como entidades individuales y no existe interaccin sustancial con las partculas vecinas. Este tipo de sedimentacin suele estar presente en la eliminacin de arenas de aguas residuales. Sedimentacin floculenta: se refiere a una suspensin bastante diluida de partculas que se agregan, o floculan, durante el proceso de sedimentacin. Al unirse, las partculas aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad. Su aplicacin suele ser principalmente en la eliminacin de una fraccin de los slidos en suspensin de aguas residuales brutas en los tanques de sedimentacin primaria y en la zona superior de la decantacin secundaria. Tambin elimina los flculos qumicos de los tanques de sedimentacin. Sedimentacin retardada o zonal: se refiere a suspensiones de concentracin intermedia, en las que las fuerzas entre partculas son suficientes para entorpecer la sedimentacin de las partculas vecinas. Por lo que las partculas tienden a permanecer en posiciones relativamente fijas, y la masa de las partculas sedimenta como una unidad. En este proceso de desarrolla una interfase slido-lquido en la parte superior de la masa que sedimenta. Este proceso se presenta en los tanques de sedimentacin secundaria de tratamiento biolgico. Sedimentacin por compresin: se refiere a la sedimentacin en la que las partculas estn concentradas de tal manera que se forma una estructura, y la sedimentacin solo puede tener lugar como consecuencia de la compresin de esta estructura. La compresin se produce por el peso de las partculas, que se van aadiendo constantemente a esta estructura por sedimentacin desde el lquido sobrenadante. Este tipo de sedimentacin aparece sobretodo en la lnea de fangos donde la concentracin es muy alta.Segn lo anterior en el sedimentador primario aparecern principalmente las sedimentaciones discreta y floculante.En esta operacin los principios fundamentales es que un lquido que contenga slidos en suspensin y se encuentre en estado relativo de reposo, los slidos de peso especfico superior al del lquido tiene tendencia a depositarse y los de menor peso especfico tienden a ascender. Por lo que esto se usar a la hora de disear los tanques de sedimentacin primarias, siendo la finalidad de este tratamiento la fcil eliminacin de slidos fcilmente sedimentables y material flotante. Los tanques de sedimentacin primaria pueden proporcionar el principal grado de tratamiento del agua residual, o se puede emplear como paso previo al tratamiento posterior. Cuando se usan como nico medio de tratamiento estos tanques sirven para la eliminacin de: slidos sedimentables capaces de formar depsitos de fangos en las aguas receptoras, aceite libre, grasas y otras materias flotantes y parte de la carga orgnica vertida en las aguas receptoras. Sin embargo a da de hoy el uso de la decantacin primaria est cayendo en desuso como nico medio de tratamiento, por lo que para lo que se suelen utilizar es como paso previo al tratamiento secundario o biolgicos. Los tanques de sedimentacin primaria que precedan a los procesos de los tratamientos biolgicos se pueden disear de manera que sus tiempos de detencin sean menores y tengan una carga de superficie ms alta que los que se utilizan como nico medio de tratamiento.Parmetros que influyen:Si todos los slidos del agua residual fueran partculas discretas de tamao, densidad, peso especfico y formas relativamente uniformes, la eficacia de eliminacin de dichos slidos dependera del rea superficial del tanque y del tiempo de detencin. En esta situacin suponiendo que las velocidades de circulacin se mantengan por debajo de las de arrastre, la profundidad del tanque no tendra importancia. Sin embargo la mayora de los slidos de la mayora de aguas residuales no se ajustan a estas caractersticas regulares, sino que son de naturaleza heterognea y las condiciones en las que se encuentran varas desde dispersin total hasta floculacin completa. La mayora de los slidos finamente divididos que llegan a los tanques de sedimentacin primaria estn slo parcialmente floculados, pero son susceptibles de flocular. La floculacin se ver favorecida por el movimiento turbulento del fluido en el interior de los tanques, la concentracin y de la naturaleza propia de las partculas a agregarse en la colisin. Por lo que esta agregacin de los slidos ser mayor cuanto mayor sea el tiempo de detencin. Tambin hay que tener en cuenta que en el agua residual aparte de slidos en suspensin hay materia orgnica y bacterias. Los principales parmetros a tener en cuenta a la hora de disear un sedimentador sern: Tiempo de detencin: normalmente los tanques de decantacin primaria estn diseados para asumir un tiempo de retencin de entre 1,5 y 2,5 horas para el caudal de agua residual. Los tanques que proyectan menores tiempos de retencin tendrn una menor eliminacin de slidos en suspensin, por lo que estos menores tiempos habitualmente se usan cuando este tratamiento primario es un tratamiento previo al tratamiento biolgico posterior. Cargas de superficie: los tanque de sedimentacin a la hora de dimensionarlos se suele tener en cuenta la carga de superficie, expresada en unidades de m3/m2 da. La determinacin de una carga depender del tipo de sedimentacin que aparezca. Cargas sobre vertedero: este parmetro tiene gran repercusin sobre el rendimiento de los tanques de sedimentacin primaria, lo ms importante es la ubicacin de los vertederos. Velocidad de arrastre: son las fuerzas que actan sobre las partculas sedimentadas, estas fuerzas son causadas por la friccin del agua que fluye sobre estas partculas. En los tanques de sedimentacin es necesario mantener las velocidades horizontales bajas para que las partculas no sean arrastradas del fondo del tanque. La velocidad crtica viene dada por la siguiente ecuacin:

Donde VH es la velocidad horizontal mnima para que se inicie el fenmeno de arrastre, k es una constante dependiente del tipo de material arrastrado, s es el peso especfico de las partculas, g aceleracin de la gravedad, d es el dimetro de las partculas y f es el factor de friccin de Darcy-Weisbach.En la siguiente tabla mostramos el tiempo de sedimentacin en funcin del dimetro de partcula.Tabla 1. T sedimentacin en funcin del dimetroDimetro (mm)t sedimentacin (1 m)Ejemplo

101 sgrava

110 sarena gruesa

0,12 minarena fina

0,012 harcilla

0,0018 diasbacterias

0,00012 aospartcula coloidal

0,0000120 aospartcula coloidal

0,000001200 aospartcula coloidal

El efecto de la carga superficial y del tiempo de detencin sobre la eliminacin de slidos suspendidos vara ampliamente en funcin de las caractersticas de las aguas residuales, de la proporcin de slidos sedimentables, concentracin de slidos, as como otros factores. Lo ms conveniente es poner mucha atencin en las cargas superficiales para que sean lo suficientemente reducidas para asegurar el rendimiento de las instalaciones en condiciones de caudal mximo.En cuanto al volumen del fango primario, los principales parmetros por lo que estr condicionado son: Las caractersticas del agua residual El tiempo de retencin La existencia o no de tratamiento qumico de floculacin para mejorar la sedimentacin.A continuacin mostramos una tabla donde se muestra el uso de coagulante en funcin de los compuestos del agua.Tabla 2. CoagulantesParmetroSin coagulante (%)Con coagulante (%)

SS40-7060-90

DBO25-4040-70

DQO20-3030-60

Bacterias50-6080-90

Ecuaciones de diseo aplicables:

Valores tpicos:A la hora de disear un decantador o sedimentador primario podemos atender a los parmetros principales que influyen en el proceso o en su geometra.En primer lugar nos centramos en los parmetros que influyen en el proceso, anteriormente comentados uno a uno con mayor detalle, y a continuacin se exponen el rango de valor en el que se suelen encontrar y el valor tpico que normalmente suelen tener estos sedimentadores:CaractersticasValor

IntervaloTpico

Decantacin primaria seguida de tratamiento secundario:

Tiempo de detencin, h1,5 - 2,52,0

Carga de superficie, m3/m2h

A caudal medio1,35 2,03

A caudal punta3,4 5,094,24

Carga sobre el vertedero, m3/m2h5,16 20,610,32

Sedimentador primaria con adicin del fango activado en exceso:

Tiempo de detencin, h1,5 2,52,0

Carga de superficie, m3/m2h

A caudal medio1,02 1,35

A caudal punta2,03 2,92,54

Carga sobre el vertedero, m3/m2h5,16 20,610,32

En cuanto a la geometra del tanque, principalmente se tiene en cuenta el tamao aunque actualmente casi todos los tanques de los que se disponen estn normalizados, y suelen ser o rectangulares o circulares. A continuacin se muestran las caractersticas tpicas de tanques de decantacin primaria:Tabla 3. Valores tpicosTipo de tanque y parmetroIntervaloTpico

Rectangular

Profundidad (m)3-4,53,6

Longitud (m)15-9025-40

Anchura (m)3-2505-10

Velocidad de los rascadores (m/min)0,6-1,20,9

Circular

Profundidad (m)3-4,53,6

Longitud (m)3-6012-45

Anchura (m)65-16080

Velocidad de giro los rascadores (rpm)0,02-0,050,03

En esta tabla podemos distinguir los diferentes valores que toman los tanques en funcin de la geometra. Comentando un poco las caractersticas generales de cada uno, en los tanques rectangulares se suelen incorporar sistemas de rascado de fangos accionados por cadenas o con puentes de traslacin. Los canales de entrada del agua a tratar se deben situar trasversalmente a los tanques en las zonas de entrada, de forma similar a los canales de recogida del efluente en la zona de salida. En los tanque rectangulares, la distribucin del flujo a la entrada del tanque es un factor crtico, las posibilidades para disear esta entrada de agua al tanque son: canales que ocupan toda la anchura del tanque, con vertederos de entrada, sin embargo estos vertederos pueden ocasionar una velocidad vertical que levante las partculas que ya estaban depositadas; canales de entrada con orificios de entrada sumergidos o; canales de entrada con compuertas grandes y deflectores. En cuanto a los tanques circulares el sistema de flujos es radial, a diferencia del flujo horizontal que se daba en los tanques rectangulares. Para conseguir este flujo radial el agua se introduce por el centro o por la periferia del tanque, el ms usado de los dos es el de introduccin central puesto que el otro ha dado algunos problemas en la distribucin del flujo y la eliminacin de espumas.Grficos y fotografas de equipos reales:Graficos de la parte de ecuacionesRectangulares:

Tanque de decantacin primaria con mecanismo de arrastre del fango por puente mvil: tanque de sedimentacin de paredes inclinadas. Los slidos acumulados se extraen por el fondo por bombeo

Tanque de decantacin primaria con mecanismo de arrastre del fango por puente mvil: decantador rectangular convencional.

Circulares:

Tanque circular de decantacin primaria de alimentacin central.

Tanque de decantacin de alimentacin central equipado con puente rascador.Bibliografa: Libro: Ingeniera de aguas residuales: tratamiento, vertido y reutilizacin, Ed. Mc Graw Hill, Autor: Metcalf & Eddy. Biblioteca virtual de desarrollo sostenible y salud ambiental: http://www.bvsde.ops-oms.org/tecapro/documentos/agua/158esp-diseno-desare.pdf http://www.bvsde.ops-oms.org/sde/ops-sde/bvsde.shtml