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SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PRESENTADA POR:
D. JOSE ANTONIO RODRIGUEZ GARCÍA
JEFE DF LA E.D.A.R. DE BURGOS
1. CONTAMINACIÓN DEL AGUA
El agua es un bien, que ha sido utilizado por el hombre desde su existencia hasta
nuestros días para múltiples fines; como elemento de transporte, energía, alimento,
diversión, etc. Con el desarrollo industrial, la agricultura, la superpoblación, etc. el
hombre está haciendo mayor uso de ella, devolviéndola de nuevo a su seno, la tierra,
alterada en su composición, produciendo el fenómeno tan familiar en nuestros días
como es el de la contaminación. Esta es tan importante en los núcleos de las grandes
poblaciones industriales que el ciclo natural hidrológico es incapaz de realizar los
fenómenos de autodepuración, con lo cual se produce un gran desequilibrio en la
naturaleza y en los sistemas acuáticos, la muerte de nuestros ríos.
El desarrollo tecnológico no solamente ha conseguido producir el fenómeno de la
contaminación sino que esta llegando a plantear soluciones técnicas con el objeto de
reducir controlar y aprovechar dicha contaminación. Existen unas instalaciones las
cuales conocemos con el nombre de Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales
(E.D.A.R.) las cuales están destinadas a tratar la contaminación del agua con el objeto
de volverla a nuestros ríos lo más impoluta posible y de esta forma no alterar en gran
medida los ciclos naturales hidrológicos.
2. EVALUACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN
La contaminación de un agua urbana se estima en función de varios parámetros, siendo
los más importantes y característicos los siguientes:
- Caudal.
- Concentración de materias en suspensión (S.S.).
- Demanda bioquímica de oxigeno (DBO5).
- Demanda química de oxígeno (DQO).
Además y con el objeto de permitirnos tener un mayor conocimiento del origen de
nuestra contaminación, existe otra serie de parámetros que nos permiten valorar su
contaminación en vertidos industriales:
- pH.
- Temperatura.
- Nitrógeno.
- Fósforo.
- Aceites y grasas etc.
A continuación presentamos una tabla de valores de los parámetros más importantes
que pueden encontrarse en la composición de las aguas residuales urbanas,
clasificándolas en
- Fuertes.
- Medias.
- Débiles.
COMPOSICIÓN DEL AGUA RESIDUAL
- CAUDAL:
El caudal a tratar en una E.D.A.R. es función de la población, tipo de red de
alcantarillado: unitaria o separativa, nivel de filtración de aguas freáticas, etc.
En general podemos considerar que las aportaciones para:
- Poblaciones < 10.000 habitantes: 150 l./hab./dia
- Poblaciones 10.000-50.000 habitantes: 200 l./hab./día
- Poblaciones > 50.000 habitantes 350-400 l./hab./día
El caudal varía a lo largo del día, obsevándose una o varias puntas. El valor de los
caudales puntas es importante para el dimensionamiento correcto de los equipos de
depuración. Se utilizan los valores siguientes:
- Caudal medio diario: Qtotal/24 horas
- Caudal medio diurno: Qmedio diario/14 = 1.7 Qmedio diario = 1 .7Qm
- DEMANDA BIOQUíMICA DE OXIGENO DBO5:
Es uno de los parámetros más importantes para determinar la contaminción orgánica de
las aguas residuales. Representa la cantidad de oxigeno disuelto consumido por los
microorganismos presentes en el agua durante un cierto tiempo, al descomponer por
oxidación bioquimicamente la materia orgánica.
El tiempo de incubación admitido e impuesto por las normas oficiales es el de 5 días y a
una temperatura de 20ºC.
Las aportaciones de DBO5 por habitante y día dependen generalmente del nivel de vida
de la población, siendo ésta mayor cuanto más alto es el indice del nivel de vida.
Podemos considerar que para poblaciones superiores a los 20.000 habitantes, las cargas
de DBO5 serán:
- Red separativa: 70 gr./hab./dia
- Red unitaria: 80 gr./hab./día
Al igual que ocurre con el caudal, la DBO5 medida a lo largo del día varia, apareciendo
distintas puntas de concentración, no siendo coincidentes con los puntas de caudal. Se
puede adoptar para calcular la carga máxima instantánea de DBO5 la expresion:
Carga máxima DBO5 = Kp15
Siendo Kp la punta de caudal en tiempo seco, es decir la relación de caudal máximo a
caudal medio.
- SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN S.S:
Representan todo el conjunto de materia bajo forma de partículas en suspensión en el
agua, aproximadamente entre el 25-30% de los sólidos totales, que pueden dividirse de
la siguiente manera:
Sólidos suspendidos:
• Sedimentables 50 %
Mat. orgánica 75 %
Mat. mineral 25 %
• No sedimentables 50 %
Mat. orgánica 75 %
Mat. mineral 25 %
Podemos considerar como valores medios de aportación en materia de suspensión,
después de realizar las operaciones de desbaste y desarenado.
- Red separativa 70-80 gr./hab./día
- Red unitaria 80-90 gr./hab./dia
- DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO:
Es un parámetro de mayor amplitud y de mayor valor numérico que la DBO5 representa
todo aquello que es susceptible de demandar oxígeno tales como sales minerales
oxidables y las materias orgánicas biodegradables y no biodegradables.
Al ser un dato cuya obtención en el laboratorio es de mayor rapidez que la DBO5 en la
mayor parte de las instalaciones se suele relacionar con la DBO5. En la prática no puede
darse valores de la relación DQO/DBO sin efectuar mediciones directas en el vertido.
- NITRÓGENO:
En aguas residuales urbanas el contenido de Nitrógeno total es del 10 al 20% de la
DBO5. Un valor anormal suele ser indicio de contaminación industrial.
- pH:
El pH normal de un agua urbana es de 7 a 7,5; un valor diferente indica, asimismo, la
presencia de vertidos industriales. La depuración biológica se realiza para valores de pH
comprendidos entre 6,5 y 8,5, pero sin que sufra variaciones bruscas.
-TOXICOS:
La presencia de metales pesados puede anular la actividad biológica de los
microorganismos que intervienen en los procesos de depuración. A continuación damos
los principales tóxicos y sus limites admisibles en procesos de depuración biológica
aerobia.
- NUTRIENTES:
Para poder realizar un tratamiento biológico, las aguas residuales deben de tener un
contenido de nitrógeno y fósforo adecuado. Las relaciones para un agua residual urbana
son:
- DBO5/N = 20
- DBO5/P = 100
Un desequilibrio sobre estos valores indica la presencia de vertidos industriales y puede
perjudicar enormemente el funcionamiento correcto de la estación depuradora.
3. ESQUEMA GENERAL DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
En la figura 1 se hace una representación de un esquema general de tratamiento en una
E.D.A.R. en la que distinguimos dos líneas de flujo.
- Línea de Agua
- Línea de Fangos.
3.1.- Línea de Agua:
LA LÍNEA DE AGUA está compuesta por toda una serie de tratamientos, los cuales
realizan la eliminación de un 85-95% de la contaminación orgánica y de la materia en
suspensión, medida en unidades de DBO y S.S. respectivamente.
Los tratamientos de los que está compuesto esta línea de tratamiento son normalmente
los siguientes:
3.1.1.- Tratamiento Primario:
* PRETRATAMIENTO
- Tanque de arenas Grueso
- Desbaste Fino
- Desarenado
- Desengrase
- Predecantación
* DECANTACIÓN PRIMARIA
Normalmente el tratamiento primario puede constituir una primera fase de la
construcción de la estación depuradora en caso de falta de medios económicos para
acometer la ejecución de una depuradora completa, o, en algunas ocasiones, para poder
efectuar un control de análisis del agua decantada correcto y conseguir datos fidedignos
para un dimensionamiento del tratamiento secundario, de acuerdo con las características
de contaminación reales del agua.
Como valores medios de rendimientos en el tratamiento primario pueden admitirse para
la:
- DBO5: 25-35%
- M.S. : 60-65%
3.1.2- Tratamiento Secundario:
*REACTOR BIOLÓGICO
- Aeración.
- Recirculación.
- Extracción de fangos en exceso.
• DECANTACIÓN SECUNDARIA OCLARIFICACIÓN
• DESINFECCIÓN
Las partículas coloidales cuyo tamaño está comprendido entre 10-3 -10-6 mm. y que su
eliminación no se puede realizar en el tratamiento primario por simple decantación ya
que los tiempos de sedimentación que requerirían serían enormemente grandes. Por
ejemplo el tiempo de sedimentación para 1 m. de agua sería para una:
Para conseguir su separación y eliminación del agua residual es necesario que las
bacterias descompongan la materia orgánica afluente de las partículas coloidales,
sintetizando nuevas células formando flóculos de tamaño suficiente como para poder
decantar y separarse del agua ya depurada en los clarificadores o decantadores
secundarios.
Los flóculos biológicos son recirculados nuevamente al reactor biológicos con el objeto
de poder seguir realizando el proceso de tratamiento, mientras que el afluente
procedente del decantador secundario se lleva a una cámara de contacto con un tiempo
de retención de aproximadamente 30 minutos para realizar una desinfección mediante
inyección de cloro.
Los rendimientos medios en el tratamiento secundario, depende del tipo de reactor
biológico adoptado; para el caso de un reactor de fangos activados a media carga, se
puede considerar como valores frecuentes:
- DBO5: 93-97%
- DQO: 88-92%
- S.S.: 88-97%
- NT: 30-83%
- PT: 30%
3.2.- Línea de Fangos.
La LÍNEA DE FANGOS es la parte del proceso que más variables admite de sistemas
de tratamiento, siendo lo más frecuente, encontrar E.D.A.R. con un espesamiento
independiente de los fangos primarios y fangos en exceso, posteriormente los fangos,
una vez concentrados, se envían a una instalación de digestión anaerobia en dos etapas:
la primera calentada y la segunda sin calentamiento. Los fangos digeridos se
acondicionan químicamente, enviándose a una instalación de secado mecánico mediante
filtros prensa, filtros banda o centrifugación.
El gas metano producido en el reactor anaerobio es almacenado en un gasómetro, para
reutilizarlo en el calentamiento del digestor primario. El exceso se quema en una
antorcha, se recupera en un motor-generador, para producir energía eléctrica o se utiliza
como elemento combustible de calefacción de los edificios y tratamientos de la
E.D.A.R.
Por lo que las líneas más generales y frecuentes de tratamiento de fangos son:
* CONCENTRACIÓN DE FANGOS
- Espesamiento
- Flotación
- Sistema Mixto
* TRATAMIENTO BIOLÓGICO
- Anaerobio
- Aerobio
* DESHIDRATACIÓN Y SECADO
- Filtros Prensa
- Filtros Banda
- Centrifugas
4. SISTEMAS PARCIALES DE TRATAMIENTO
4.1. - Desbaste:
Es una operación física de pretratamiento de A.R cuya finalidad es la de retener la
mayor cantidad posible de materias de un cierto volumen, presentes en el agua, las
cuales de no ser eliminadas previamente podrán dar lugar a alteraciones en los
tratamientos posteriores de las aguas y los fangos, produciéndose como casos más
frecuentes:
- Roturas de ejes de impulsores en bombas hidráulicas.
- Atascamiento de conducciones de purgas de tratamientos.
- Formación de costras superficiales, impidiendo la circulación normal
de los fluidos.
- Sobrecalentamientos de motores eléctricos, etc.
La eficacia de este tratamiento depende fundamentalmente de la separación entre los
barrotes de la reja y en función de esta separación distinguimos:
- PREDESBASTE: 100-50 m.m.
- DESBASTE MEDIO: 25-10 m.m.
- DESBASTE FINO: 10-3 m.m.
La velocidad de paso a través de la reja debe ser suficiente para conseguir que las
partículas se fijen a la reja y no la atraviesen y al mismo tiempo produzcan una pérdida
de carga excesiva que provoque una sedimentación y un atascamiento en la profundidad
de los barrotes.
En general se adoptarán velocidades del orden de:
Media: 0,6 mlseg.
Máxima: 1,4 m/seg
Siendo VM = QM/SMX ((E+e)/E) · (1/C)
- QM : Caudal máximo que ha de pasar en m3/seg.
- SM : Sección del campo de reja en m2 para QM.
- VM : Velocidad efectiva de paso a QM.
- E : Distancia entre barrotes.
- e : Espesor de un barrote.
- C : Coeficiente de atascamiento.
La variedad de los detritus extraídos de los sistemas de desbaste es muy amplia, desde
plástico, trapos, colillas, vísceras, etc., hasta elementos de gran tamaño como botellas,
cepillos, latas metálicas, etc., los cuales son retenidos y eliminados en el predesbaste. La
evacuación de los residuos extraídos se realiza directamente a una cinta transportadora o
tornillo helicoidal el cual descarga libremente a un contenedor. El volumen de detritus
extraído varía de una ciudad a otra, considerando como un valor medio:
50 litros/1.000 m3 agua tratada.
Ciertos tipos de instalaciones concentran el volumen de residuos extraídos en el
pretratamiento en un solo punto, en el cual disponen de uná prensa hidráulica con el
objeto de reducir el volumen de dichos residuos y de esta forma se reduce en un 30-40%
los gastos de transportes.
4.2. - Desarenado-Desengrase:
Estas dos operaciones, aunque de carácter distinto, se realizan normalmente en el mismo
aparato.
El desarenado tiene por objeto eliminar las materias pesadas de granulometría superior a
unas 200 micras como grava, cenizas, arenas, etc.
El desengrase tiene por objeto eliminar los cuerpos flotantes más importantes: grasas,
fibras, pelos, etc. Constituye una barrera de seguridad contra vertidos accidentales de
hidrocarburos.
Los desarenadores pueden ser estáticos o aireados. En los sistemas de desarenado
constituidos por canales debe conseguirse que el agua circule a una velocidad del orden
de 0,3 m./seg., con el objeto de que la arena se deposite en el fondo, limitando al mismo
tiempo, de forma considerable, que se depositen las materias orgánicas.
En los desarenados aireados, la velocidad del agua es suficientemente baja para permitir
que se deposite la arena, y las materias orgánicas se mantienen en suspensión mediante
una agitación realizada por inyección de aire comprimido. Los sistemas aireados
presentan con respecto a un canal las siguientes ventajas:
- Insensibilidad a las variaciones de caudal y por lo tanto supresión de
todo órgano hidráulico de regulación de lámina de agua.
- La aeración permite un aumento del contenido en oxígeno no
despreciable del orden de 1 a 3 mg./l., suficiente para evitar o limitar
fermentaciones perjudiciales al nivel de la decantación primaria.
El desarenador rectangular está constituido por un canal de sección trapezoidal. En el
fondo las arenas depositadas en un canal son recogidas mediante una bomba vertical
instalada sobre un puente transversal de vaivén. Las arenas son enviadas a unos canales
laterales para ser extraídas mediante un sistema de tornillo helicoidal o clasificador y
evacuar directamente a un contenedor. Como valor medio de extracción de arenas se
puede considerar:
50 litros/l.000m3 agua tratada.
La distribución del aire se realiza a través de una rampa longitudinal por medio de unas
soplantes. Las grasas y flotantes son evacuados por medio de rasquetas instaladas
transversalmente en los puentes hacia un sistema de concentración de grasas
desnatadora, para ser evacuadas a un contenedor. Como valor medio de extracción de
grasas se puede considerar:
10 litros/l.000 m3 agua tratada.
El conjunto de residuos extraídos de los sistemas de pretratamiento, detritus, arenas,
grasas y flotantes, pueden ser depositados en los vertederos municipales con el resto de
los residuos de la ciudad.
4.3. - Decantación Primaria:
El objeto de la decantación primaria es el de la eliminación a un bajo costo de
explotación
- 85-95% de las materias sedimentables.
- 50-65% de las materias en suspensión.
- 25-50% de la DBO5 y de la DQO.
La explotación es de una gran sencillez y permite un desengrasado complementario ante
una aportación masiva de fuel.
Los recipientes donde se realiza este tratamiento son de construcción normalmente
circular, aunque puede realizarse de forma rectangular.
Los fangos son extraídos mediante sistemas automáticos de purga a una concentración
entre 3-10 gr./l. y son enviados a los espesadores.
Lo flotantes y grasas se acumulan en altas concentraciones y son evacuados
periódicamente conjuntamente con los del pretratamiento.
4.4. - Tratamiento biológico aerobio:
Fangos activados y decantación secundaria:
La degradación de la materia orgánica se produce como consecuencia de la acción de
los microorganismos.
Las bacterias depuradoras las podemos clasificar en dos grupos:
- Las bacterias heterótrofas: Sintetizan su alimento y energía vital a
partir de la materia orgánica.
- Las bacterias autótrofas: Aseguran su subsistencia dependiendo
exclusivamente de la materia mineral.
Las bacterias están compuestas de pequeñas células microscópicas, envueltas de
mucosidades acuosas, y se reproducen por división.
La proliferación de las bacterias depende de las especies consideradas y del medio
(alimento, oxígeno, pH, temperatura, presencia de otras bacterias, toxicidad).
Asociadas a las bacterias se encuentran generalmente los protozoos siendo la mayor
parte de ellos depredadores que se alimentan esencialmente de bacterias y participan de
la formación de flóculo.
MECANISMO DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO AEROBIO POR
FANGOS ACTIVADOS.
Los flóculos de los fangos activados están formados de una materia gelatinosa en la
cual viven las bacterias y los protozoos.
La depuración del agua se efectúa de la siguiente manera:
- Absorción de la materia orgánica por los microorganismos:
Las materias orgánicas disueltas son inmediatamente fijadas en la
superficie de la molécula o complejo molecular.
- Los enzimas extracelulares, sustancias liquidas activas segregadas
por la membrana de las células disuelven en el agua las materias
sólidas y coloidales, las cuales posteriormente son absorbidas siendo
por tanto un fenómeno superficial.
- Combustión aerobia de las materias almacenadas:
La combustión se realiza en el seno de la célula por los enzimas
intracelulares y con consumo de oxigeno. Los productos de la
oxidación son gas carbónico, amoniaco, agua y diferentes anhídridos
en cantidades menos importantes.
Esta combustión es caracterizada por tres grupos de reacciones:
a.- Reacción de oxidación de la materia orgánica:
Suministrando la energía necesaria para la vida y el
crecimiento de los microorganismos.
CxHyOz+ O2 ---> CO2+ H2O+ energía
Materia Orgánica + O2 ---> CO2+ H2O + energía
b.- Reacción de Síntesis:
Utilizan la materia orgánica, el oxígeno y la energía
liberada por la reacción de oxidación a) para asegurar su
crecimiento en tamaño y en número.
CxHyOz+NH3+O2+bacterias 1 enzimas --->
CO2+H2O+bacterias 1+ nuevas bacterias
Materia Orgánica+O2+bacterias 1 enzimas --->
CO2+H2O+bactcrias 1+nuevas bacterias.
c.- Reacción de autooxidación o respiración endógena:
Las mismas células compuestas de materia orgánica son
susceptibles de oxidarse si no encuentran en el medio
ambiente acuoso la materia orgánica suficiente.
C5H7NO2+ 5O2 -----> 5CO2+ NH3+ 2H2O
Célula + O2 -----> CO + Amoniaco + Agua.
Esta reacción es muy lenta.
Esta propiedad de la combustión aerobia es utilizada para
la estabilización aerobia de los fangos con el objeto de
disminuir la concentración en materia orgánica de los
fangos y reducir su peso.
Estos fenómenos de adsorción y combustión de la materia
orgánica de las aguas residuales pasan de la forma
disuelta a la forma sólida (flóculo) el cual se puede
separar del agua por decantación.
En resumen, para asegurar la depuración de las aguas residuales por fangos activados,
es necesario:
• Poner en contacto el agua a tratar con un medio rico en microorganismos
adaptados (fangos activados), esta operación se realiza en lo que denominamos
cuba de aeración.
• Disponer de una cantidad suficiente de microorganismos que realice la adsorción
y combustión de la materia orgánica.
• Agitar los fangos activados para asegurar el contacto entre los microorganismos
y el agua y favorecer las transferencias de materia. Esta agitación se realiza
generalmente con los dispositivos de aeración.
• Suministrar el oxigeno necesario para la combustión (dispositivo de aeración).
• Separar el flóculo del agua por decantación.
• Extraer los fangos en exceso producidos.
*CURVA DE CRECIMIENTO:
Cuando se produce la oxidación de la materia orgánica por los fangos activados se
produce siguiendo una curva de la siguiente forma:
- IH fase de crecimiento logarítmico. Esta fase se produce en presencia de una
alimentación abundante. (Carga másica elevada). La concentración en fango
aumenta muy rápidamente.
- HJ fase en la que la alimentación disminuye. La división celular se realiza a
intervalos de tiempo menos frecuentes. (Media carga).
- Si se prolonga la aeración, la parte JD muestra una disminución del peso de
fangos. La alimentación suministrada es insuficiente y las células se auto-oxidan
siguiendo la reacción c).
• VALORES CARACTERÍSTICOS:
Ciertas relaciones son primordiales para seguir el funcionamiento del tratamiento
biológico.
- CARGA VOLUMÉTRICA Cv:
Es la cantidad de DBO5 admitida por día en un metro cúbico de cuba de
aeración.
Cv = (Kg. de DBO5/día)/Volumen de cuba Cv Kg. de DBO5/día/m3
- CARGA MÁSICA Cm:
Cantidad de DBO5 admitida por día y por kilogramo de fango activado.
Cm = (Kg. de DRO5/día)/Vol. cuba aeración x S.S. en la cuba de aeración
Cm Kg. de DBO5/día/kg. de M.S.
- ÍNDICE DE MOLHMAN I.M.:
Es el volumen en cm3 ocupado por 1 gr. de fango después de media hora de
decantación, en una probeta de 1 litro.
I.M. = Volumen / S.S. en la cuba de aeración
I.M. cm3/g.
El índice de Molhman indica la aptitud de los fangos para la decantación.
CONCENTRACIÓN EN OXIGENO DISUELTA:
El funcionamiento óptimo en la cuba de aeración se consigue cuando las
concentraciones de oxígeno disuelto están comprendidas entre 1 y 2,5 mg./l.
• DISPOSITIVOS DE AERACIÓN:
Los dispositivos de aeración deben cumplir dos funciones:
- Aportar el oxígeno necesario a los microorganismos para la
degradación de la materia orgánica.
- Provocar una agitación suficiente para asegurar un contacto íntimo
entre los microorganismos, la materia y el oxigeno introducido.
Los principales dispositivos de aeración son de dos tipos:
- Acreadores de superficie.
- Por introducción de aire mediante compresores o soplante.
- AEREADORES DE SUPERFICIE:
a.- Turbinas de eje vertical.
b.- Aereadores de eje horizontal.
- AEREADORES POR INTRODUCCIÓN DE AIRE:
- Discos porosos.
- Vibrairs (burbujas de tamaño medio).
- Cañas de inyección (burbujas de gran tamaño).
4.5.- Concentración de Fangos:
Los fangos extraídos en la línea de agua son de dos tipos:
- Fangos primarios
- Fangos biológicos o en exceso.
Los FANGOS PRIMARIOS se obtienen por sedimentación en los decantadores
primarios. Son fangos cuya concentración óptima de purga está entre 5-15 gr./l. y cuya
composición es muy variable, pero principalmente están compuestos de diversas fibras,
pelos, etc., que han conseguido pasar los sistemas de desbaste y que conviene eliminar
antes de introducirlos a las unidades de espesamiento y digestión, empleando unos
sistemas de filtración estática y muy finos, 2-3 mm de luz de paso, como son los
rototamices. De esta forma se llega a conseguir una eliminación considerable de
problemas frecuentes en las E.D.A.R., como son las averías mecánicas en las bombas
hidráulicas, formación de costras superficiales, atascamiento de conducciones, etc.
Posteriormente este residuo puede ser deshidratado mediante una prensa hidráulica con
el objeto de reducir el volumen de transporte. El volumen de residuo extraído puede
considerarse como valor medio:
0,5 - 1,5 l./m3 de fangos tratados.
Los FANGOS EN EXCESO son extraídos del reactor biológico aerobio a una
concentración variable entre 3-6 gr./l. Son fangos producto de la síntesis de la materia
orgánica en materia celular, por lo que su composición se encuentra entre el 70-80% de
materia volátil. Son de aspecto viscoso y de difícil filtrabilidad.
Cualquiera que sea el destino de los fangos es necesario trabajar con unas
concentraciones elevadas, hasta unos determinados limites. Para el caso de una
digestión aerobia, la concentración mínima de alimentación no debe ser inferior al 5%
sin sobrepasar el 10%, para evitar dificultades de agitación, calentamiento y
transferencia de los fangos.
Los sistemas más modernos de concentración de fangos nos llevan a realizar un
tratamiento independiente de los mismos mediante:
- ESPESAMIENTO ESTÁTICO: Fangos primarios.
- FLOTACIÓN: Fangos en exceso.
Los sistemas independientes nos permiten alcanzar fácilmente valores de concentración
del 6-6,5% sin problemas de explotación, frente a valores menores de 4,5% en
tratamiento conjunto y con grandes problemas de funcionamiento y explotación.
- EL ESPESADOR ESTÁTICO es un decantador de 3-4 m. de profundidad y de 10-15
m. de diámetro, provisto de un sistema de barrido y con dispositivos de purgas o
extracción de fangos automáticos. El fango primario es concentrado a valores entre el 8-
10%.
- LA FLOTACIÓN con agua presurizada consiste en provocar un potente
desprendimiento de microburbujas por saturación a presión en aire en un balón, seguida
de expansión. En algunos casos y con el objeto de favorecer el proceso, se adicionan
reactivos químicos, polímeros y el fango es concentrado a valores del 4 al 5%.
4.6. - Digestión Anaerobia.
Dentro de los procesos de estabilización de los fangos, uno de los más frecuentes es el
de la digestión anaerobia, presentando como todo proceso, sus ventajas e
inconvenientes. Como aspectos positivos podemos enumerar los siguientes:
- Reducción de las materias volátiles entre un 45-55% a un coste
energético relativamente bajo.
- Reducción de los costes de reactivo de acondicionamiento y de
transporte de fangos, como consecuencia de la eliminación del 35%
de la masa total de lodos generados en la E.D.A.R. al transformarlos
en materia gaseosa.
- Producción de fangos que no desprenden malos olores y que pueden
almacenarse en estado liquido.
- Producción de biogás de poder calorífico suficiente para utilizarlo
como combustible y producir energía calorífica, mecánica o eléctrica.
Como aspectos más desfavorables en la implantación de un proceso de este tipo se
encuentran:
- Costes de inversión elevado. Dentro del valor del proyecto este
tratamiento, junto con el tratamiento aerobio, es el de porcentaje de
coste más elevado, aproximadamente 20%.
- Requerimiento de una explotación muy especializada para una
vigilancia y control exhaustivo ya que un desequilibrio del proceso
requiere un tiempo de normalización muy alto.
- Reducción de la materia orgánica de los fangos y por tanto también
su poder calorífico.
- Zona de alto riesgo a nivel de seguridad e higiene en el trabajo, con
riesgo de explosión e incendios por producción y almacenamiento de
biogás.
El proceso de digestión es un proceso biológico de degradación de la materia orgánica
mediante la acción de un determinado tipo de bacterias a una temperatura que
normalmente se encuentra entre 32-35 ºC. El proceso se desarrolla en dos etapas:
• Fase de Licuación: Consiste en una hidrólisis de la materia, gracias a los
enzimas extracelulares liberados por las bacterias presentes en el medio.
Es una fase ácida como consecuencia de la transformación de los
compuestos orgánicos, ácidos grasos, proteínas, glúcidos, lípidos a ácido
acético, propiónico y butírico principalmente.
• Fase de Gasificación: Se produce la transformación de los ácidos
volátiles y alcoholes a gas metano.
Las dos fases del proceso se encuentran en equilibrio a un pH próximo a 7, no
debiéndose bajar por debajo de 6 porque se produciría una inhibición de las bacterias
metánicas y por tanto de la producción de biogás.
El biogás producido es de poder calorífico entre 4.500-6.000 Kcal./m con una
composición normal de:
- 65% Metano.
- 35% Dióxido de Carbono.
- Pequeñas cantidades de nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y otros
hidrocarburos.
La producción de biogás puede estimarse como valor medio de 900-1.000 litro/kg. de
materia volátil destruida cuyo destino puede ser:
- Como combustible de calefacción para mantener el propio proceso de
digestión y otros servicios de la E.D.A.R.
- Como fluido de agitación y homogeneización dcl propio proceso.
- Como combustible para procesos de cogeneración de energía.
4.7. - Deshidratación de Fangos.
Para la Deshidratación de Fangos pueden utilizarse diversos sistemas, siendo los más
actualizados en estos momentos:
- Filtros Banda.
- Filtros Prensa.
- Centrífugas.
La elección de un sistema u otro depende de los resultados que se quieran obtener en el
mismo, en función de los gastos de transporte posible incineración posterior,
reutilización en agricultura etc.
Desde un punto de vista analítico podemos comentar los siguientes datos de diseño de
cada una de las instalaciones.
*FILTROS BANDA
- Capacidad: 120-350 Kg. Ms./h./m.
- Sequedad: 20-28 %
- Dosis de Polielectrólito: 2-7 Kg. de Poli./Tm. de M.S.
- Consumo eléctrico: 20-25 Kw. h./Tm. de M.S.
- Coste de mantenimiento: Bajos
- Consumo de agua: Elevado
- Funcionalidad y manejo de la instalación: Bueno
*FILTROS PRENSA
- Capacidad: 2-4 Kg. Ms./h./m2.
- Sequedad: 30-40 %
- Dosis de Reactivo Químico: 20-40% Ca(OH)2; 8-15% Cl3 Fe
- Consumo eléctrico: 50-150 Kw. h./Tm. de MS.
- Coste de mantenimiento: Elevados
- Consumo de agua: Normal
- Funcionalidad y manejo de la instalación: Compleja y
problemática.
* CENTRIFUGAS
- Capacidad: 250-500 Kg. Ms./h.
- Sequedad: 17-26%
- Dosis de Polielectrolim: 2-5 Kg. de Poli/Tm. de M.S.
- Consumo eléctrico: 15-40 Kw. h./Tm. de M.S.
- Coste de mantenimiento: Bajos
- Consumo de agua: Normal
- Funcionalidad y manejo de la instalación: Bueno