Tema 4_Pretratamiento y Tratamiento Primario

Curso Especialista Universitario en Depuración de Aguas Residuales en Pequeños Núcleos: Modalidad online, 6 de abril -19 de julio de 2015 Universidad de Almería

TEMA 4: PRETRATAMIENTOS Y TRATAMIENTOS PRIMARIOS EN PEQUEÑAS DEPURADORAS.

Fco. Javier García Martínez Ingeniero de Caminos, C. y P. - Ldo. en Ciencias Ambientales

 

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TEMA 4: PRETRATAMIENTOS Y TRATAMIENTOS PRIMARIOS EN PEQUEÑAS DEPURADORAS. 1.

PRETRATAMIENTO: ELEMENTOS, DISEÑO Y OPERACIÓN.............................................. 4 1.1.

OBRA DE LLEGADA:..................................................................................................................... 5

1.1.1.

Aliviadero ................................................................................................................................. 5

1.1.2.

By-pass ..................................................................................................................................... 9

1.1.3.

Bombeo................................................................................................................................... 10

1.2.

TANQUE DE RETENCIÓN HOMOGENEIZACIÓN DE CAUDALES Y CARGAS

1.2.1. 1.3.

O TANQUES DE TORMENTAS 11

Diseño de tanques de tormenta .............................................................................................. 13

POZO DE GRUESO ....................................................................................................................... 14

1.3.1.

Diseño del pozo de gruesos .................................................................................................... 16

1.3.2.

Operación del pozo de gruesos .............................................................................................. 19

1.4.

DESBASTE .................................................................................................................................... 20

1.4.1.

Rejas ....................................................................................................................................... 21

1.4.2.

Tamices................................................................................................................................... 23

1.4.3.

Recogida y extracción de residuos del desbaste..................................................................... 31

1.4.4.

Cantidad de residuos generados ............................................................................................ 34

1.4.5.

Diseño del canal de desbaste.................................................................................................. 34

1.4.5.1.

Diseño de rejas .................................................................................................................................. 34

1.4.5.2.

Diseño de tamices.............................................................................................................................. 40

1.4.5.3.

La práctica en el diseño de pequeñas instalaciones............................................................................ 40

1.4.6.

1.5.

Operación del canal de desbaste............................................................................................ 42

1.4.6.1.

Rejillas de barrotes de limpieza manual ............................................................................................ 43

1.4.6.2.

Rejillas con limpieza mecanizada...................................................................................................... 44

1.4.6.3.

Tamices estáticos............................................................................................................................... 46

1.4.6.4.

Tamices rotatorios y deslizantes ........................................................................................................ 46

1.4.6.5.

Elementos de transporte de residuos.................................................................................................. 47

DESARENADO .................................................................................................................................. 48

1.5.1.

Clasificación de los desarenadores ........................................................................................ 48

1.5.2.

Extracción y concentrado de arenas ...................................................................................... 51

1.5.3.

Diseño de desarenadores ....................................................................................................... 55

1.5.4.

Operación del desarenado ..................................................................................................... 58

1.5.4.1.

Desarenador estático: canales desarenadores..................................................................................... 58

1.5.4.2.

Desarenador estático troncocónico: extracción con bombas.............................................................. 59

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1.6.

1.5.4.3.

Desarenador estático: extracción con tornillo. ................................................................................... 60

1.5.4.4.

Desarenador aireado. ......................................................................................................................... 62

DESENGRASADOR. ........................................................................................................................... 63

1.6.1.

Clasificación de los desengrasadores .................................................................................... 64

1.6.2.

Extracción y concentrado de grasas....................................................................................... 65

1.6.3.

Diseño de desengrasadores .................................................................................................... 68

1.6.4.

Operación del desengrasado .................................................................................................. 68

1.6.4.1.

1.7.

Desengrasador con recogida manual. ................................................................................................ 69

DESARENADO-DESENGRASADO CONJUNTO ...................................................................................... 70

1.7.1.

Clasificación de desarenadotes-desengrasadores.................................................................. 70

1.7.2.

Diseño de desarenador-desengrasador.................................................................................. 73

1.7.3.

Operación de desarenador-desengrasador ............................................................................ 75

1.8.

MEDICIÓN DE CAUDAL. .................................................................................................................... 77

1.8.1.

Medición en canales ............................................................................................................... 77

1.8.2.

Medición en tuberías .............................................................................................................. 81

1.8.3.

Puntos donde controlar el caudal .......................................................................................... 83

1.8.4.

Operación de caudalímetros .................................................................................................. 84

1.9.

EJEMPLOS DE CONFIGURACIÓN DE PRETRATAMIENTOS REALES ....................................................... 86

1.10. 2.

RENDIMIENTOS DE DEPURACIÓN EN EL PRETRATAMIENTO .......................................................... 90

TRATAMIENTO PRIMARIO: TIPOS Y DISEÑO ...................................................................... 91 2.1.

DECANTACIÓN PRIMARIA ................................................................................................................. 92

2.1.1.

Tipos de decantadores primarios ........................................................................................... 93

2.1.2.

Rendimientos de depuración de decantadores primarios....................................................... 97

2.1.3.

Diseño decantadores .............................................................................................................. 97

2.1.4.

Operación de decantadores primarios ................................................................................... 99

2.2.

DECANTADORES-DIGESTORES Y TANQUES IMHOFF ........................................................................ 101

2.2.1.

Rendimiento de depuración .................................................................................................. 103

2.2.2.

Diseño decantadote digestores y tanques Imhoff ................................................................. 103

2.2.3.

Operación de decantadote digestores y tanques Imhoff ....................................................... 105

2.3.

FOSAS SÉPTICAS ............................................................................................................................. 107

2.4.

LAGUNAS ANAEROBIAS .................................................................................................................. 109

2.4.1.

Rendimiento de depuración .................................................................................................. 112

2.4.2.

Diseño de lagunas anaerobias ............................................................................................. 112

2.4.3.

Operación de Lagunas anaerobias....................................................................................... 114

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Bibliografía........................................................................................................................113

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1.

PRETRATAMIENTO: ELEMENTOS, DISEÑO Y OPERACIÓN

Como se dijo en el tema 2, las aguas brutas antes de su tratamiento propiamente

dicho se someten a una serie de operaciones, físicas o mecánicas, que constituyen el pretratamiento, siendo éste la primera etapa de cualquier estación depuradora de aguas residuales. El objetivo del pretratamiento es separar o extraer del agua la mayor cantidad posible de las materias transportadas a través de los colectores y que, por su naturaleza, crean problemas en los tratamientos posteriores (obstrucción de tuberías, desgaste de equipos, formación de costras y enarenado de digestores anaerobios, etc.). Un pretratamiento completo puede estar compuesto de: -

Obra de llegada: que puede estar constituido por un aliviadero y un tanque de tormenta (en grandes EDAR y en excepcionalmente en pequeñas edars) y by-pass.

-

Pozo de gruesos.

-

Desbaste.

-

Desarenado-desengrasado.

-

Medición de caudal.

Hay que tener muy claro que el PRETRATAMIENTO ES UNA PIEZA CLAVE en el buen funcionamiento de una EDAR y que si no se realiza una buena operación y mantenimiento del mismo, difícilmente la depuradora podrá obtener buenos rendimientos de depuración.

Se repiten las operaciones básicas de un pretratamiento:

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Figura 4.1

Operaciones básicas en un pretratamiento

1.1. OBRA DE LLEGADA: En todas las EDAR vamos a encontrar en primer lugar una obra de llegada de las aguas brutas. En este elemento se colocan una serie de dispositivos orientados fundamentalmente a la regulación y control de caudales.

1.1.1.

Aliviadero

La misión de este proceso es la de impedir que entre en la planta un caudal de agua que exceda al establecido en el proyecto. De esta manera evitamos sobrecargas del proceso que puedan ocasionar notables alteraciones.

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Además, impide que entre agua en la planta en momentos puntuales por necesidad de reparación de equipos. En estos casos se dice que la depuradora está en by-pass y hay que notificarlo al organismo de cuenca encargado de la vigilancia de la calidad de las aguas.

Figura 4.2

Figura 4.3

Aliviadero lateral de entrada a una EDAR

Aliviadero lateral de entrada a una EDAR en by-pass

Los aliviaderos se suelen colocar cuando el sistema de saneamiento es unitario, es decir, cuando a la red van aguas residuales y aguas de lluvia. Con él se pretende que no entre a la instalación toda el agua que supere el caudal de diseño.

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Se ha comprobado que el agua de lluvia recogida en los primeros 10-15 minutos de la precipitación está tan contaminada como el agua residual de tipo medio y a partir de los 20-30 minutos como el agua residual llega diluida.

Por ello en algunas estaciones

depuradoras se proyectan tanque de regulación para tiempos de permanencia de 20 a 30 minutos (Hernández Muñoz, Aurelio.2001), que recogen las primeras escorrentías con contaminación alta, que se introduce en la depuradora una vez pasado el aguacero. En estos elementos suele instalarse agitadores sumergidos de manera que no se produzca sedimentación y bombas que se encargan de su vaciado. Para calcular el caudal de agua que se deba aliviar se puede recurrir a dos métodos: - Coeficiente de dilución: definido como el cociente entre la suma de aguas negras más las aguas de lluvia y las aguas negras. De esta manera se elige el grado de dilución a partir del cual se empieza a aliviar agua. El coeficiente dependerá del tipo de red de saneamiento y de las características del medio receptor. El valor que toma este coeficiente ha de ser fijado por el organismo de cuenca. Habrá que hacer una consulta en función del lugar de vertido y el potencial contaminante. Suele estar fijado en los planes hidrológicos tomando valores entre 3 y 5. Así, partiendo de las siguientes expresiones

Cd =

Q lluvia que se deja entrar en la edar + Q medio,n Q medio,n

Qdiseño EDAR = Cd ⋅ Qmedio, n Q a aliviar = Q total que llega a la EDAR − Q diseñoEDAR y despejando se tiene que el caudal a aliviar es

Q a aliviar = (Q lluvia total que llega a la EDAR + Q medio,n ) − C d ⋅ Q medio, n

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Este criterio es difícil de justificar desde el punto de vista del impacto sobre el medio receptor, por lo que se desaconseja sin un estudio local más detallado.

-

Concentración máxima de carga en el medio receptor: conociendo la concentración de un contaminante en el agua a verter y la máxima concentración permitida de ese contaminante en el medio receptor se puede aplicar la siguiente formulación basada en un balance de masas

[exigida ] = [rio antes del vertido]× Qrio + [vertido]× Qaaliviar Qrio + Qaaliviar

Despejando:

Qaaliviar =

[exigida ] − [rio antes del vertido] × Qrío [vertido] − [exigida ]

Para dimensionar la longitud del vertedero lateral (L), una vez que se conoce el caudal a aliviar (Qa aliviar) por el mismo, se puede emplear la siguiente fórmula general:

Qa aliviar =

2 μ ⋅ L ⋅ h 2 gh 3

Donde: Qa aliviar: caudal a aliviar (o de vertido) en m3/s L: longitud umbral de vertido, en m H: altura de lámina sobre el umbral del vertedero, en m. G: aceleración de la gravedad, en m/s2. m: coeficiente de caudal de vertedero, adimensional, que varía en función de la altura de la lámina de agua, según la siguiente fórmula

2 0.003 ⎡ h2 ⎤ μ = (0,405 + ) ⋅ ⎢1 + 0.55 ⎥ 3 h (h + P) 2 ⎦ ⎣ Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 8

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Figura 4.4

Esquema para el cálculo de vertedero lateral

Como aclaración hay que tener presente que: -

P: es la altura del labio del vertedero, más un resguardo de 0.02 m

-

P+h : es la altura de la lámina de agua, aguas arriba del aliviadero

Sin no se necesita una gran exactitud o para n primer tanteo puede emplearse la siguiente fórmula propuesta por el la Guía Técnica sobre redes de Saneamiento y Drenaje Urbano del CEDEX (2008), que equivale a adoptar 2/3 μ = 0,43 en la fórmula general anterior:

Q = 1,9 L h 3

1.1.2.

By-pass

Siempre es recomendable colocar un elemento que aísle el colector de entrada de la EDAR. El objetivo viene dado para facilitar las operaciones de explotación y mantenimiento en la obra de llegada.

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1.1.3.

Bombeo

En muchas plantas, el colector llega a una cota demasiado baja lo que hace necesario diseñar un bombeo. A lo largo de las etapas de tratamiento también se van a producir pérdidas de carga (del orden de 2 a 3 metros en EDARs convencionales). El posible bombeo es preferible que sea posterior a todo el pretratamiento (es indispensable un desbaste previo en todo caso) y deberá ser a suficiente altura para que no sean necesarias más elevaciones de agua en la planta. Es normal la utilización, en este tipo de bombeos, de los tornillos de Arquímedes abiertos (en grandes instalaciones) o bombas con rodete abierto y muy protegido. La mejora en los equipos de elevación permite en la actualidad dejar el proceso de desbaste y desarenado aguas abajo de la elevación, facilitando la posterior manipulación de los residuos que se producen. (Se remite al manual del proyectista de bombeos incluido en la documentación adicional del tema 2).

Figura 4.5

Elevación de cabecera mediante tornillo de Arquímedes en una gran EDAR

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Figura 4.6

Bombeo de entrada de un pequeña EDAR mediante bomba centrífuga sumergible

1.2.

Tanque de retención homogeneización de caudales y cargas

o tanques de

tormentas En casi todas las instalaciones de tratamiento de aguas residuales se producen variaciones tanto del caudal de agua residual como de su concentración. La homogeneización del caudal es una medida que se emplea para superar los problemas de explotación que estas variaciones provocan en las instalaciones, y para mejorar la efectividad de los procesos de tratamiento situados aguas abajo. La homogeneización consiste, en amortiguar por laminación las variaciones de caudal, con el objeto de conseguir un caudal constante o casi constante. Esta técnica puede aplicarse en diversas situaciones, entre las que se encuentran: •

Caudales en tiempo seco.

•

Caudales procedentes de redes de alcantarillado separativas en épocas lluviosas.

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•

Caudales procedentes de redes de alcantarillado unitarias, combinación de aguas pluviales y aguas residuales sanitarias.

En la aplicación de la homogeneización de caudales en línea, la totalidad del caudal pasa por el tanque de homogeneización. Este sistema permite homogenizar las concentraciones de los diferentes constituyentes y amortiguar la variación de los caudales de forma considerable. En la disposición en derivación, sólo se hace pasar por el tanque de homogeneización el caudal que excede un límite prefijado (también se denomina depósito pulmón, al cual se alivian los caudales que exceden del máximo de diseño de la planta). Aunque con este segundo sistema se minimizan las necesidades de bombeo, la homogenización de la concentración de los diferentes constituyentes no es tan alta como con el primero.

Tratamiento Primario

Tanque de homogeneización

Pretratamiento

Tratamiento Secundario

Bombeo a caudal constante

Homogeneización en línea

Pretratamiento

Tratamiento Secundario

Tratamiento Primario

Aliviadero

Tanque de homogeneización Bombeo a caudal constante

Homogeneización en derivación

Figura 4.7 Diagramas

de

flujo

típicos

de

una

EDAR

incorporando

homogenización del caudal: a) en línea, b) en derivación

Las principales ventajas que produce la homogeneización de los caudales son las siguientes:

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•

Mejora del tratamiento biológico, ya que eliminan o reducen las cargas de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se consigue estabilizar el pH.

•

Mejora de la calidad del efluente y del rendimiento de los tanques de sedimentación secundaria al trabajar con cargas de sólidos constantes.

•

Reducción de las superficies necesarias para la filtración del efluente, mejora de los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavado más uniformes.

•

En el tratamiento químico, el amortigua-miento de las cargas aplicadas mejora el control de la dosificación de los reactivos y la fiabilidad del proceso. Aparte de la mejora de la mayoría de las operaciones y procesos de tratamiento, la homogeneización del caudal es una opción alternativa para incrementar el rendimiento, de las plantas de tratamiento que se encuentran sobrecargadas.

A pesar de las ventajas indicadas, como ya se comentó en el tema 2, en el caso de pequeñas poblaciones sólo se han de ejecutar estos elementos cuando sean imprescindibles para mantener el buen estado de los cauces puesto que su explotación es complicada.

1.2.1.

Diseño de tanques de tormenta

En caso de ser necesarios, para su diseño se ha de tener en cuenta que para el cálculo de del volumen existen varias normativas europeas, que proponen procedimientos simplificados, destacando la norma inglesa BS 8005-4 y la norma alemana ATV-A 128. La norma inglesa se basa en retener la denominada “lluvia crítica”, que es aquella que provoca el primer lavado de las calles y la resuspensión de los sedimentos en los colectores. El volumen de esta lluvia dependerá de muchos factores (clima, características topográfica, tamaño de la cuenca, tiempo de concentración de la cuenca y de la escorrentía de cada lugar). El volumen del tanque de tormentas deberá ser, según esta norma, el necesario para que una lluvia de intensidad de 10 l/s.ha y de 20 minutos de duración, no produzca vertidos.

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Estudios realizados por la Confederación Hidrográfica del Norte, utilizando la citada normativa, establecen los siguientes órdenes de magnitud respecto al volumen de tanque por hectárea, para el ámbito de su cuenca (CH Norte, 1995): a) 4 m3/ha neta en zonas de población densa. b) 9 m3/ha neta en zonas de población dispersa. La norma alemana se basa en que el volumen del tanque de tormenta deberá ser el necesario para que una lluvia de 20 minutos y de intensidad calculada mediante la siguiente expresión, no produzca vertidos.

i (l / sha ) = 15

120 Tc + 120

Siendo: i = intensidad de lluvia crítica, en l/s.ha. Tc = tiempo de concentración de la cuenca, en minutos (Tc < 120 minutos). Para tiempos superiores a 120 minutos, la intensidad de lluvia crítica se tomará directamente igual a 7,5 l/s.ha. Con este criterio, el volumen necesario para el tanque de tormentas varía entre un mínimo y un máximo del orden de 5 y 40 m3/ha impermeable, respectivamente (valores normales, entre 15 y 20 m3/ha). Como puede observarse, esta norma da valores más altos que la anterior.

1.3. POZO DE GRUESO

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Se ejecuta cuando se prevé la existencia de grandes sólidos en el agua residual o una excesiva cantidad de arenas que pudieran provocar problemas en la operación de desarenado. Consiste en un pozo situado a la entrada del colector a la depuradora, con fondo tronco piramidal invertido y paredes muy inclinadas con el fin de concentrar los sólidos y las arenas en una zona específica donde se puedan extraer, generalmente mediante cucharas anfibias o bivalvas.

Figura 4.8

Vista general de un pozo de gruesos y cuchara bivalva para extracción de residuos en una EDAR para 10.000 h-e

No es habitual encontrar este elemento en la línea de agua de pequeñas estaciones depuradoras; pero es aconsejable en redes unitarias con gran aporte de arenas y piedras para evitar daños en desbaste.

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Figura 4.9

Piedras en la obra de llegada de un colector unitario en una EDAR de 6.000 h-e

La llegada de gran cantidad de arenas y sólidos puede llegar a atascar las rejas y tamices haciendo necesario la ejecución de un pozo de gruesos o un elemento que retenga las arenas previamente al desbaste.

Figura 4.10

Reja atascada por excesiva llegada de arenas y consecuente alivio incontrolado en la entra de la EDAR

1.3.1.

Diseño del pozo de gruesos

Los parámetros y secuencia de cálculo de lo pozos de gruesos es la siguiente:

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•

Cálculo de la superficie de pozo mediante la carga hidráulica < 300 m3/m2 h (Qmax)

Caudal(Q, m 3 /h) Qmax(m 3 /h) Qmax(m 3 /h) ⇒S= = Ch = Superficie(S, m 2 ) Ch 300 •

Cálculo del Volumen mediante el tiempo de retención: 0.5-1 min. (Q max)

Tiempo retención (Tr) = •

Volumen (V, m 3 ) ⇒ V = Tr × Q Caudal (Q, m 3 / h )

Comprobar que el calado del pozo >2 m (1,5 en pequeñas poblaciones)

Calado (h) =

Volumen (V, m 3 ) ≥2m Superficie (S, m 2 )

LOSA DE HORMIGON e=30 cms HA-30/P/20/IV+Qb Ø 8 a 20 cms

Ø 315 P.V.C.

Ø 315 P.V.C.

HORMIGON DE LIMPIEZA e=10 cms. Ø10 a 15 cms

MURO DE HORMIGON e=30 cms HA-30/P/20/IV+Qb

Ø10 a 15 cms

HORMIGON DE LIMPIEZA e=10 cms. HA-15/20

Ø10 a 15 cms

SECCION A-A

Ø 315 P.V.C.

Ø 315 P.V.C.

Ø 315 P.V.C.

CONTENEDOR SIN TAPAS CAPACIDAD 5 m3

Ø 315 P.V.C.

PLANTA

Figura 4.11

Ejemplo de pozo de grueso en una EDAR de 1.200 h-e construido por la

notable cantidad de sólidos y arenas que llegaban y atascaban la reja de finos

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Figura 4.12

Ejemplo de pozo de gruesos con retirada mediante cuchara bivalva en EDAR de 2.500 h-e

Figura 4.13

Ejemplo de arenero previo al desbaste con retirada manual de arenas (EDAR de 600 h-e)

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Figura 4.14

1.3.2.

Retirada manual de las arenas del arenero anterior

Operación del pozo de gruesos

El objetivo de este elemento es la retención de grandes sólidos y arenas cuando llegan en grandes cantidades a la depuradora. Por ello, la frecuencia de limpieza, frecuentemente mediante cucharas bivalvas, está marcada por la experiencia (normalmente una vez al día). No es recomendable dejar que el pozo se llene excesivamente de arenas ya que pierde efectividad. Las arenas y sólidos retenidos se depositarán en un contenedor para que un gestor autorizado los retire. En cuanto al mantenimiento, se atenderá a las instrucciones del fabricante. Precauciones: Hay que prevenir los resbalones, golpes en la espalda y contactos eléctricos.

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1.4. DESBASTE Su objetivo es la eliminación, mediante rejas o tamices, de las sustancias de tamaño mediano-pequeño que puedan obstruir los canales y tuberías posteriores en una EDAR, así como disminuir la eficacia de procesos biológicos y los rendimientos de la línea de fangos. Como mínimo, deben instalarse dos canales de desbaste por si algún elemento del desbaste queda fuera de servicio debido a posibles averías o a tareas de mantenimiento. También es conveniente que halla un cierre de compuertas. Además, se han de colocar rejas antes de cualquier pozo de bombeo de agua bruta (agua residual que no ha sido tratada previamente y que por tanto contendrán muchos sólidos gruesos). La mayoría de las rejas utilizadas en las instalaciones de pretratamiento, como se puede ver en la imagen 4.14, consisten en barras paralelas situadas en posición inclinada dentro de un canal, de tal forma que las aguas residuales tienen que pasar a través de ellas. Los residuos quedan retenidos en las barras, que se limpian periódicamente de forma automática o manual.

Figura 4.15

Izquierda: Rejas manual y automática de finos. Derecha: reja manual de gruesos.

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1.4.1.

Rejas

Atendiendo a la separación entre los barrotes las rejas se clasifican en: •

Gruesos: el paso libre entre barrotes es de 50 a 100 mm

•

Medio: el pasos libre entre barrotes es de 25 a 50 mm.

•

Finos: el paso libre entre barrotes es de 10 a 25 mm.

En función de la disposición del plano de los barrotes, las rejas se clasifican en: •

Verticales

•

Inclinadas

•

Curvas

En función de su sistema de limpieza •

Limpieza manual: la limpieza manual se realiza con un rastrillo y la rejilla más adecuada es la inclinada (20º -50º respecto la horizontal). No deben ser de gran longitud. Son las más frecuentes en las pequeñas instalaciones, pero no por ello las más adecuadas para estas instalaciones donde la dedicación del personal es menor.

•

Limpieza mecánica: eliminan los posibles problemas de atascos y reducen el tiempo para su mantenimiento. El mecanismo de limpieza suele ser un peine móvil que periódicamente barre la reja, extrayendo los sólidos retenidos. En las rejas curvas el movimiento del peine es circular. Si la reja es plana el movimiento de traslación se realiza con sistemas basados en cilindros neumáticos u óleohidráulicos, en sistemas basados en cadenas o en cables. El movimiento del rastrillo se puede realizar bien por la cara anterior o por la posterior de la reja.

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En el momento de realizar el diseño del pretratamiento, es importante valorar si instalar las rejas manuales o automáticas, ya que una buena solución evita muchos problemas posteriores. Lo normal es proyectar un canal de desbaste con rejas de finos y gruesos automáticas y otro en paralelo con rejas manuales que entra en funcionamiento en caso de avería de las rejas automáticas.

Figura 4.16

Reja automática curva de finos. Muy empleada en pequeñas instalaciones.

Tradicionalmente se ha recomendado instalar rejas manuales en pequeñas poblaciones, pero la práctica ha demostrado que es mejor instalar rejas automáticas (en caso de haber acometida eléctrica o posibilidad de ejecutar una instalación solar) debido a la escasa presencia de personal. Una reja manual apenas tiene mantenimiento, pero se puede atascar en pocos segundos si en el agua residual trae bolsas de plástico o trapos, la reja no se desatascará hasta que no haya una visita del operario con lo que se corre el riesgo de aliviar agua sin tratar. En cambio, una reja automática evita esa problemática compensando las necesidades de mantenimiento del equipo.

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Figura 4.17

Reja automática de cadenas. Menos empleadas en pequeñas instalaciones pero indicadas cuando los canales son muy profundos

1.4.2.

Tamices.

Su misión es la de eliminar las partículas menores. Puede efectuarse con tamices o cribas que retienen los sólidos gruesos en una reja interna. Actualmente, se tiende al uso generalizado de tamices en los pretratamientos de las EDARs para mejorar los rendimientos de las etapas posteriores. El tamizado consiste en una filtración sobre un soporte delgado perforado. En función de las dimensiones de los orificios del soporte se diferencian los siguientes tipos: •

Macrotamizado; se realiza sobre chapa perforada o enrejado metálico con luz de paso superior a 0,3 mm. Se utiliza para retener materias en suspensión, flotantes o semiflotantes, residuos vegetales, ramas, etc.

•

Microtamizado; se realiza sobre tela metálica o plástica de malla inferior a 0,1 mm. Se utiliza para eliminar materia en suspensión de aguas naturales o aguas

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residuales pretratadas. Este tipo, generalmente, se suele usa en depuradoras industriales. La tendencia actual es colocar tamices que sustituyen a la reja de finos e incluso a la de gruesos. El paso de estos tamices está entre 1 a 6 mm. con lo que en pequeñas instalaciones permite la eliminación del desarenado incluso el tratamiento primario. Los tamices más usuales son: -

tamices estáticos autolimpiantes

-

tamices rotativos (pérdida de carga 2m)

-

tamices deslizante (0,1-04 m)

-

tamices de escalera móvil (0,2-0,5 m)

Atendiendo al modo de funcionamiento podemos encontrar los siguientes tipos: •

Tamices estáticos autolimpiantes, llevan una reja constituida por barras horizontales de acero inoxidable, rectas o curvadas, de sección triangular entre las cuales se filtra el agua. Tienen grandes pérdidas de carga, de 1,2 a 2,1 m. Son muy frecuentes en pequeñas instalaciones cuando hay bombeo previo.

Figura 4.18

Tamiz estático autolimpiante

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•

Tamices rotatorios o rototamices, constan de un tambor de eje horizontal, constituido por barras de acero inoxidable de sección trapezoidal que gira lentamente. Las materias retenidas en la reja se recuperan por medio de un rascador fijo y se evacuan. Tienen grandes pérdidas de carga, de 0,8 a 1,4m; pero menos que los autolimpiantes. Son muy frecuentes cuando hay bombeo previo.

•

Tamices deslizantes, son de tipo vertical y continuo. Los sólidos retenidos son separados mediante bandejas o rastrillos horizontales autolimpiables. Este tipo de tamices incorpora en la cinta un elemento filtrante llamado diente o gancho. La disposición de los dientes sobre ejes de acero inoxidable forma una rejilla filtrante que está montada sobre un bastidor soporte que se instala directamente sobre el canal. Son frecuentes en pequeñas edar. Pérdidas de carga, 0,1-0,4 m

Figura 4.19

Rototamiz.

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Cadena sin fin

Figura 4.20

•

Tamiz deslizante.

Tamices curvos, tienen una estructura idéntica a las rejas curvas, tan sólo se diferencian en que el paso de la maya es menor. Son muy frecuentes en instalaciones pequeñas donde la altura del canal del desbaste es pequeña.

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Figura 4.21

•

Tamiz curvo

Tamices en escalera: están compuesto por un conjunto de láminas en toda la longitud del mismo, unas móviles y otras fijas intercaladas, que se soportan mediante un bastidor. Cuando se inicia el funcionamiento del tamiz, todas las cuchillas móviles inician un movimiento ascendente, desplazando el manto hacia la parte superior hasta llegar a la zona de descarga (ver esquema en la figura). Tiene poca perdida de cargar, de 0,2 a 0,4 m, son muy eficientes. No suelen ser frecuentes en pequeñas instalaciones por su alto coste pero pueden ser una opción muy adecuada dada su robustez. (en la documentación complementaria se puede ver un video del funcionamiento de un tamiz en escalera gobernado en función de la pérdida de carga)

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Figura 4.22

Funcionamiento de un tamiz en escalera (Fuente: Huber)

Figura 4.23

•

Tamiz en escalera

Tamices helicoidales: El tamizado se realiza a través de una placa perforada

semi-cilíndrica. Los sólidos separados en la zona de filtración se transportan

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automáticamente fuera del canal mediante un tornillo sin núcleo. Un cepillo en espiral unido al extremo inferior del tornillo asegura que la malla filtrante esté limpia continuamente. Mientras son transportados por el tornillo sin núcleo los sólidos escurren por gravedad. Muchos de estos tamices están dotados de equipos de lavado del residuo con agua de proceso y con equipos compactadores.

Figura 4.24

Tamices helicoidales

En las pequeñas depuradoras, los tamices más utilizados actualmente son los estáticos y los rotatorios, aunque cada vez se instalan más los de escalera por sus buenos resultados. La configuración más extendida recientemente en el canal de desbaste es la de una reja de gruesos seguida de un tamiz. Incluso en reforma de estaciones depuradoras en funcionamiento, cuando las rejas de finos llegan al final de su vida útil, son sustituidos por un tamiz.

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Figura 4.25

Configuración del canal automático del desbaste más extendida recientemente: reja de gruesos seguida de un tamiz

Figura 4.26

Izquierda: reja de gruesos y de finos que han llegado a su vida útil. Derecha: tamices que han sustituido a las rejas de finos

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1.4.3.

Recogida y extracción de residuos del desbaste

Para extraer los residuos generados a lo largo de los procesos de pretratamiento existen diferentes sistemas, los más utilizados en pequeñas depuradoras son: •

Cestón de residuos: en las rejas manuales los residuos arrastrados por el peine se suelen depositar en un cestón colocado sobre el propio canal de desbaste. El fondo del centón tiene unas perforaciones lo suficientemente pequeñas para que no caigan los residuos retirado, pero lo suficientemente grandes para permitir que escurra el lixiviado.

Figura 4.27

•

Cestón de recogida de una reja manual de gruesos

Tornillo de Arquímedes: se emplea para la extracción de las arenas o residuos del desbaste. Consiste en un sistema de extracción mecánica en el que un tornillo va girando y extrayendo las arenas haciéndolas subir hasta la altura deseada para finalmente ser depositadas en un contenedor.

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Figura 4.28

Figura 4.29

•

Tornillos transportadores

Tornillo transportador sobre el que descarga directamente la reja de finos

Cinta transportadora: se emplea para la extracción de las grasas o de los residuos que se recogen de rejas o tamices (residuos de desbaste). Es una cinta en movimiento en la que se depositan los residuos y son conducidos hacía el contenedor correspondiente.

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Figura 4.30

•

Cintas transportadoras

Prensas compactadotas: en grandes estaciones depuradoras, debido a la gran cantidad de residuos generados y para minimizar el volumen y por tanto costes de transporte se recurre a prensas. En pequeñas instalaciones no tienen sentido ya que los residuos generado son pocos y no se pueden almacenar durante muchos días por problemas de salubridad.

Figura 4.31

Prensa de residuos en una EDAR de 200.000 h-e

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1.4.4.

Cantidad de residuos generados

La cantidad depende del paso de las rejas y de la contaminación del agua bruta, según el CEDEX se pueden adoptar los siguientes rangos: -

Desbaste de gruesos: 2-5 dm3 habitante/año

-

Desbaste de finos: 5 a 15 dm3

-

Tamizado:15 a 40 dm3

Figura 4.32

Generación de residuos en la reja tamiz de una EDAR de 900H-e: 8 bolsas de basura a la semana

1.4.5.

Diseño del canal de desbaste

Seguidamente se describen los pasos a seguir en el diseño de un canal de desbaste

1.4.5.1. Diseño de rejas 1. Se calcula la sección del canal mediante la fórmula Manning: 2

S ⋅ R H3 ⋅ I Q= n

1

2

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Para ello se ha de cumplir unas velocidades mínimas para evitar sedimentaciones: •

Velocidad en el canal a Qmed ≥0,4 m/s

•

Velocidad en el canal a Qmax ≥ 0,9 m/s

La realidad en las pequeñas estaciones depuradoras es que aplicando esta fórmula se obtienen unos anchos muy pequeños por lo que se fija un ancho mínimo constructivo en 30 cm. (diámetro de los colectores más pequeños, pvc 315 mm.).

Figura 4.33

El diámetro del colector (pcv 315) ha fijado el ancho mínimo del canal de desbaste de una EDAR de 750 h-e

2. Se calcula el ancho en la zona de rejas: En la zona de la rejilla hay que dar un sobreancho al canal para mejorar el funcionamiento hidráulico. La velocidad de paso y la pérdida de carga producida por las rejas son dos aspectos importantes que deben tenerse en cuenta en el diseño de una instalación de desbaste. Las velocidades han de cumplir que: •

Vpaso (Qmed) < 1,0 m/s

•

Vpaso (Qmax) < 1,4 m/s

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Para el cálculo del ancho del canal se recurre a la siguiente expresión dada por el CEDEX:

⎛ Q E+e⎞ W =⎜ ⋅ ⎟⋅C ⎝V ⋅ H E ⎠

h=

Q 1 ⋅ Vc W

Donde: •

W: ancho canal en las rejas (m).

•

Q: caudal (m3/s)

•

Vc: velocidad de paso del agua entre las barras (m/s)

•

h: nivel de aguas arriba de la reja (m)

•

e: ancho de barrotes (mm)

•

E: separación entre barrotes (mm.)

•

C: coeficiente de seguridad que considera la colmatación (1,3Æ 30% de colmatación)

3. Se comprueba la pérdida de carga sufrida en la reja: La pérdida de carga puede establecerse según la fórmula:

Δh = K 1 ⋅ K 2 ⋅ K 3 ⋅

ν2 2g

Δh = pérdida de carga (m) y = velocidad de paso en el canal (m/s) g = aceleración de la gravedad (m/s2) •

Valores de K1 (atascamiento) Reja limpia: K1 = 1

⎛ 100 ⎞ ⎟ ⎝ C ⎠

2

Reja atascada: K 1 = ⎜

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Siendo C el porcentaje de sección de paso que subsiste en el atascamiento máximo tolerado. Este último, del orden del 60 al 90% está relacionado con el tipo de reja (limpieza manual o mecánica), con las dimensiones de las materias que se retienen y con su naturaleza. Para evitar el arrastre de estas materias, debe limitarse la velocidad real de paso por la reja limpia dentro de un valor comprendido entre 0,60 y 1,20 m/s. •

Valores de K2 (forma de la sección horizontal de los barrotes):

Figura 4.34

•

Coeficiente K2

Valores de K3 (sección de paso entre barrotes). s = separación libre entre barrotes a = anchura de barrotes z = espesor de los barrotes h = altura sumergida de los barrotes, vertical u oblicua Todos estos valores deben expresarse en la misma unidad.

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⎛ s ⎞ ⎜ ⎟ ⎝s+a⎠ z ⎛2 ⋅⎜ + 4 ⎝s 0

1⎞ ⎟ 0,1 h⎠

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

245 51,5 18,2 8,25

4,0

2,0

0,97 0,42 0,13

0

0,2

230

48

17,4 7,70 3,75 1,87 0,91 0,40 0,13 0,01

0,4

221

46

16,6 7,40 3,60 1,80 0,88 0,39 0,13 0,01

0,6

199

42

0,8

164

34

12,2 5,50 2,70 1,34 0,66 0,31 0,12 0,02

1

149

31

11,1 5,00 2,40 1,20 0,61 0,29 0,11 0,02

15

6,60 3,20 1,60 0,80 0,36 0,13 0,01

1,4

137 28,4 10.3 4,60 2,25 1,15 0,58 0,28 0,11 0,03

2

134 27,4 9,90 4,40 2,20 1,13 0,58 0,28 0,12 0,04

3

132 27,5 10,0 4,50 2,24 1,17 0,61 0,31 0,15 0,05 Tabla 1: Valores del coeficiente K3

Puede determinarse igualmente, la pérdida de carga producida por la rejilla, por la fórmula de KIRSCHNER: 4

2 ⎛ a ⎞3 ν Δh = f ⋅ ⎜ ⎟ ⋅ Sen α ⎝ s ⎠ 2g

Siendo:

Δh = pérdida de carga (m) a = anchura de barrotes (mm.) s = separación de los barrotes (mm.) α = ángulo de la rejilla con la horizontal V = velocidad de paso (m/s) f = coeficiente de Kirschner dependiendo de la forma de los barrotes que puede deducirse de la figura siguiente:

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Figura 4.35

Coeficiente f de Kirschner

En esta fórmula no se contempla el grado de colmatado Las pérdidas de carga admisibles pueden determinarse según el gráfico siguiente:

Figura 4.36

Pérdida de carga admisible en rejas

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1.4.5.2.

Diseño de tamices Los parámetros a considerar en el diseño de una instalación de tamizado son

básicamente los mismos que para las rejas: •

Velocidad de paso o en este caso caudal que es posible tratar con una unidad determinada de tamiz.

•

Dimensiones constructivas del equipo: ancho del canal o sección de las tuberías influentes y efluentes.

•

Pérdida de carga.

No existen fórmulas generales para el cálculo de estos parámetros debido a la enorme diversidad de equipos existentes en el mercado. En cada caso particular el proyectista deberá dirigirse a los fabricantes e indagar, sobre catálogos concretos, qué equipo se adopta mejor a sus necesidades.

1.4.5.3.

La práctica en el diseño de pequeñas instalaciones.

En la práctica, en pequeñas instalaciones si se sigue el proceso descrito anteriormente se puede llegar a dimensiones difíciles de ejecutar, por ello la secuencia a seguir en el diseño de un canal de desbaste es la siguiente:

El ancho mínimo del canal por proceso constructivo: 30 cm.

Se comprueba que con el ancho del canal, el equipo de desbaste tiene suficiente capacidad y no genera una pérdida de carga excesiva

Llamada a fabricantes para la comprobación Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 40

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Un último aspecto a tener en cuenta el diseño de los canales de desbaste es la pendiente del canal. En la teoría sería la pendiente obtenida del cálculo de su capacidad (del calculo el ancho, paso 1). En la práctica, la pendiente será casi horizontal, por razones constructivas y a antes de las rejas se ejecutará una caída (escalón) igual a la pérdida de carga del equipo/s

Pte.

Figura 4.37

0,20

de desbaste más la pendiente necesaria en el propio canal.

Detalle de la ejecución del canal de desbaste con una reja tamiz ( en este

caso no hay reja de gruesos porque el agua llega de una estación de bombeo donde se instaló una desbaste previo a las bombas centrífugas)

Por último, se ha de indica que podemos encontrar en el mercado canales de desbaste prefabricado en PRFV, como el que se ve en la figura de la página siguiente:

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Figura 4.38

1.4.6.

Canal de desbaste prefabricado en PRFV

Operación del canal de desbaste.

Seguidamente se dan las nociones para una correcta operación de las distintas unidades que configuran un canal de desbaste:

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1.4.6.1.

Rejillas de barrotes de limpieza manual

Este tipo de rejillas de limpieza manual requieren una atención frecuente. Cuando los desperdicios se acumulan en la rejilla bloquean el canal haciendo que las aguas residuales salgan por el aliviadero o retrocedan al colector. Si no se efectúan limpiezas frecuentes, en el momento en el que se realicen, puede generar una avalancha repentina de aguas residuales sépticas. Esto originará una carga de “choque” en la instalación que se puede traducir en un efluente de baja calidad. La frecuencia de limpieza debe ser como mínimo de dos veces al día, pero será la experiencia en explotación la que la fije. Se ha de resaltar que en periodos de lluvia la frecuencia debe ser mayor dado que los colectores traerán un mayor volumen de residuos.

Figura 4.39

Excesiva acumulación de residuos

La limpieza debe realizarse con un rastrillo de púas que encaja entre los barrotes. Los residuos retirados se depositarán en un contenedor o cesta sin dejar que se acumulen. Precauciones: Se debe tener extrema precaución al rastrillar la rejilla, ya que el apoyo de los pies puede presentar dificultades debido al agua y la grasa, a la falta de espacio al colocarse, a la situación del recipiente para la basura, etc. Debe pues, examinarse esta zona cuidadosamente para descubrir los riesgos y tomar las medidas correctoras pertinentes. Un buen cuidado de la instalación, unas barandillas de protección, un colgador u otro soporte

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para el rastrillo, una colocación adecuada de los pies, etc. reducirá, en gran medida, la posibilidad de accidentes.

1.4.6.2.

Rejillas con limpieza mecanizada.

Las rejillas con limpieza mecanizada eliminan el problema de la subida del nivel del agua residual y reducen, en gran medida, el tiempo necesario para el cuidado de esta parte de la instalación. Se utilizan diversos mecanismos, el más habitual consiste en unos rastrillos móviles que sacan la basura del canal y la depositan en tolvas u otros recipientes. Hay que conservar estos equipos bien lubricados y ajustados, y seguir cuidadosamente las instrucciones del fabricante. Unos minutos dedicados a los procesos de mantenimiento pueden ahorrar horas o días de problemas en la instalación, y ayuda a mantener la depuradora funcionando eficazmente. El ciclo de limpieza se suele temporizar. Los mecanismos de automatización se pueden basar en relojes o temporizadores, estableciendo el ritmo de limpieza a partir del ensuciamiento medio y la experiencia, o mediante sistemas basados en la pérdida de carga que se produce al atascarse la rejilla. Esta pérdida de carga queda reflejada en la variación de niveles entre las caras anterior y posterior. Sondas detectoras de nivel aguas arriba mandan una orden de limpieza en el momento en el que la diferencia de nivel supera un cierto valor. Se suelen complementar los dos sistemas.

Figura 4.40

Sonda de nivel aguas arriba que controla el funcionamiento de un tamiz deslizante.

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Se ha de procurar que las rejas no funcionen sin residuos retenidos, pero tampoco es conveniente que estén sin funcionar largos periodos de tiempo debido a la carga de “choque”, que se comentó en las rejas de limpieza manual. A veces quedan retenidos residuos que no se pueden extraer del equipo, por lo tanto, se deben

hacer

comprobaciones

periódicas con

objeto de

retirar

estos

materiales

manualmente. Asimismo, se seguirán las recomendaciones de mantenimiento indicadas por el fabricante. Precauciones: Siempre, antes de cualquier operación se debe desconectar el equipo. Nunca se acerque a realizar una operación de mantenimiento mientras el equipo esté funcionando. Hay que prestar especial atención a los equipos de marcha lenta, puesto que son especialmente peligrosos, aunque no lo parezcan por la lentitud de su movimiento.

Figura 4.41

“Seta de emergencia” para parar el equipo ante situaciones de peligro

El material retirado de las rejillas resulta muy desagradable y es poco salubre, produce malos olores y atrae a roedores y moscas, por lo que se depositará en

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contenedores situados en la zona de desbaste que serán retirados por un gestor autorizado de residuos

1.4.6.3.

Tamices estáticos.

Estos tamices no tienen ningún componente electromecánico, lo que hace que la operación y mantenimiento se limite a comprobar periódicamente el correcto estado de la estructura del equipo y a la limpieza periódica de la malla que retiene los residuos con agua a presión y un cepillo de cerdas rígidas. En ocasiones se puede formar una película de grasa que colmata el tamiz, en esos casos hay que recurrir a productos que no sean tóxicos para los procesos biológicos. Precauciones: Hay que prevenir los resbalones, y los golpes en la espalda.

1.4.6.4.

Tamices rotatorios y deslizantes

Al igual que las rejas, hay que conservar estos equipos bien lubricados y ajustados y seguir con cuidado las instrucciones del fabricante. A veces quedan retenidos residuos que no se pueden extraer del equipo. Se deben hacer comprobaciones periódicas con objeto de retirar estos materiales manualmente. Asimismo, se seguirán las recomendaciones de mantenimiento indicadas por el fabricante. La frecuencia de funcionamiento de los tamices deslizantes está controlada de la misma manera que la explicada en las rejillas de limpieza mecanizada, es decir, bien por nivel de agua o por tiempo. En el caso de los tamices rotatorios, éstos siempre están controlados por nivel. En el caso de ser alimentados por un bombeo, algo muy frecuente, funcionarán de forma simultánea con las bombas.

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Dado que la luz de paso de los tamices es muy pequeña es posible que se lleguen a obstruir, por lo que es recomendable realizar limpiezas periódicas con agua a presión y un cepillo de cerdas rígidas. Precauciones: Siempre, antes de cualquier operación, se debe desconectar el equipo. Nunca se acerque a realizar una operación de mantenimiento mientras el equipo este funcionando. Como en el apartado anterior, cabe destacar que el material retirado de los tamices resulta muy desagradable y poco saludable, produce malos olores y atrae a roedores y moscas, por lo que se depositarán en contenedores situados en la zona de desbaste que serán retirados por un gestor de residuos.

1.4.6.5.

Elementos de transporte de residuos.

En caso de que las rejas o los tamices no descarguen los residuos retenidos directamente en un contenedor, se ha de recurrir a tornillos o cintas. En el caso de los tornillos, su funcionamiento deberá estar enclavado al de la reja o tamiz del que recoja los residuos, por lo que ajustando el funcionamiento de éstas últimas será suficiente. Para su mantenimiento se seguirán las recomendaciones del fabricante. En el caso de las cintas transportadoras, al igual que los tornillos su funcionamiento está enclavado a la reja o tamiz del que recoja los residuos. El mantenimiento será el recomendado por el fabricante. Una parte delicada de estos equipos son los rodamientos, por lo que se recomienda hacer un seguimiento periódico de su estado. Se han de retirar diariamente los residuos que queden retenidos en ellas. Precauciones: Hay que prevenir los resbalones, golpes en la espalda y atrapamientos en la cinta o el tornillo

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1.5.

Desarenado

Tiene por misión la eliminación de arenas, partículas sólidas y de otras sustancias presentes en el agua pesadas de tamaño superior a 0,2 mm. que sedimenten en canales y conducciones y para proteger a los equipos electromecánicos de la abrasión. Además de permitir la sedimentación de las arenas, realiza una función de barrido, limpiando parte de la materia orgánica sedimentada con la arena a la que estaba adherida. En pequeñas edar NO son necesarios cuando: •

Las redes son estrictamente separativas.

•

Siendo la red unitaria, hay poca presencia de arenas en el agua bruta y en el canal de desbaste existe un tamizado de menos de 2 mm. o el tratamiento primario está preparado para ello.

Por el contrario, en pequeñas edar SÍ son necesarios cuando: •

Las redes de saneamiento son unitarias.

•

O cuando las redes separativas están en mal estado.

1.5.1.

Clasificación de los desarenadores

Existen distintos tipos de desarenadores, siendo los más frecuentes en las pequeñas EDARs los siguientes: •

Desarenadores estáticos de flujo horizontal: Los desarenadores de flujo horizontal consisten en canales en los cuales la arena se acumula en un sobrefondo. Las condiciones de diseño del desarenador se deben cumplir en la parte superior. El rendimiento del desarenador va a ser función directa de la velocidad del flujo a través del canal. En una EDAR los caudales que se tratan oscilan

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enormemente, por lo que las velocidades en el canal también oscilarán. En los desarenadotes de flujo horizontal se diferencia entre los de flujo variable y

aquéllos en los que mediante determinados mecanismos se consigue un flujo constante:

o

De flujo variable: En este tipo de desarenadotes se permite la variación

de la velocidad. Se diseñan para un caudal máximo y cuando trabajan con caudales medios o mínimos se tiene la seguridad de que su rendimiento es mayor. Se utilizan en pequeñas instalaciones de depuración. La arena se extrae manualmente de un canal longitudinal con una capacidad de almacenamiento de 4 a 5 días.

Figura 4.42 Desarenador estático de flujo variable.

o

De flujo constante: este tipo de desarenadores necesitan ir equipados

con vertederos o secciones de control que aseguren la misma velocidad ante cualquier caudal. Una variación de caudal se refleja con un incremento de nivel. Se recurre a secciones de control con formas especiales o a secciones del tanque con forma parabólica. En el caso de pequeñas poblaciones, se ha observado que los canales

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 49

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desarenadores de tipo constante no suelen funcionar correctamente, debido a que los bajos caudales y su variabilidad impiden mantener una velocidad de paso de 0,3 m/s de forma constante, acumulándose arenas con alto contenido en materia orgánica.

Figura 4.43

•

Desarenador estático de flujo constante.

Desarenadores estáticos troncocónicos: son depósitos de forma troncocónica en las que se genera un flujo tranquilo que permita sedimentar las arenas en el fondo.

Figura 4.44

Limpieza de un desarenador troncocónico

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•

Desarenadores aireados: se introduce aire para favorecer la separación de las arenas de otros contaminantes. Al airear de este modo, se oxigena asimismo un agua residual que puede estar en condiciones sépticas, ayudando a evitar olores y colaborando con el proceso de tratamiento biológico. No son habituales en pequeñas instalaciones.

Figura 4.45

Esquema conceptual del desarenador aireado (Universidad de Cantabria)

Figura 4.46

1.5.2.

Desarenador aireado.

Extracción y concentrado de arenas

Las arenas deben extraerse lo antes posible en el proceso de tratamiento ya que es abrasiva y desgastaría rápidamente las bombas y demás equipos. Seguidamente se hace

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 51

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un repaso de las distintas alternativas existentes para extraer las arenas retenidas en un desarenador. •

Con bomba centrífuga sumergible: El accionamiento puede ser manual o temporizado. La frecuencia la marcará la experiencia en la propia EDAR.

Figura 4.47

Desarenador estático de forma troncocónica en la que la extracción se realiza mediante bomba centrífuga sumergible

•

Bombas especiales de arena: eje prolongado, autoaspirantes

Figura 4.48

Bomba de eje prolongado específica para arenas en un desarenador troncocónico aireado

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 52

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•

Bomba de aire (Airlift)

Figura 4.49

•

Extracción de arenas en un desarenador troncocónico aireado

Tornillo, directamente del desarenador

Un práctica muy útil y que simplifica los pretratamientos es extraer la arena directamente con un tornillo de Arquímedes de esta manera “nos ahorramos” el concentrado y lavado de arenas posterior.

Figura 4.50

Extracción directa de las arenas con un tornillo

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 53

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En algunas depuradoras, sobretodo las de mayor tamaño, las arenas una vez extraídas son sometidas a una etapa de concentrado para eliminar la mayor parte del agua presente y reducir así los costes de transporte y gestión de los residuos. Para ello, la arena extraída por alguno de los medios anteriormente expuestos se puede enviar a los elementos que se ven en la siguiente figura:

• un clasificador de tornillo • un contenedor filtrante • una era de secado. • clasificador manual

Figura 4.51

Figura 4.52

Distintas maneras de concentrar las arenas extraídas

Esquema de lavador-concentrador de arenas mediante tornillo sin fin.

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 54

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Figura 4.53

Foto y esquema de lavador-concentrador de arenas mediante rasqueta oscilante o de vaivén.

Según datos empíricos los volúmenes de arenas extraído pueden ser de 10-170 l/m3 pero para calcular con desconocimiento de datos reales se suele tomar 50l/m3 de agua residual.

1.5.3.

Diseño de desarenadores

Los parámetros habituales de diseño de desarenadotes son los siguientes:

Parámetro Carga hidráulica m3/m2/h

Desarenado estático

Desarenador aireado

≤ 70

≤ 70

0,3

≤0,15

1-2

2-5

>0,3

>0,5

Longitud/anchura

-

3:1 – 5:1, Valor típico 4:1

Profundidad (m)

0,25-0,50

>2

Qmax Velocidad horizontal (m/s) Tiempo de retención Qmax (min.) Anchura

Suministro de aire (Nm3/min. por m de canal)

0,2-0,6, Valor típico 0,5

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 55

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En pequeñas estaciones depuradoras NO son de aplicación los métodos empleados en grandes

instalaciones

además

de

no

ser

recomendable

diseñar

desarenadotes

independiente aireados por la complejidad en la explotación. En caso de optar por ejecutar un desarenar independiente se suele recurrir a desarenador estático de flujo horizontal. En la práctica, el diseño se realizaría teniendo presente los siguientes pasos: 1) Se fija un ancho y un calado mínimo en función de equipos y operación de extracción. 2) Se comprueba que se cumple con la carga hidráulica establecida en la tabla anterior. 3) Se calcula el largo mínimo para cumplir con la carga hidráulica máxima y la velocidad horizontal. No es recomendable que los tiempos de retención sea muy elevados ya que entonces se depositaria materia orgánica que complicaría la gestión de las arenas retenidas.

En la siguiente tabla se hacen los cálculo “teóricos” (en las columnas sin sombreado) y el diseño “coherente y práctico” (en las columnas sombreadas de color azul claro)

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 56

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Población (hab.)

250

250

500

500

750

750

1000

1000

perd.

200

200

200

200

200

200

200

200

Caudal medio (m3/día)

50

50

100

100

150

150

200

200

Caudal medio horario (m3/h)

2,08

2,08

4,17

4,17

6,25

6,25

8,33

8,33

Cp

3,5

3,5

3

3

3

3

3

3

Caudal punta (m3/h)

7,29

7,29

12,50

12,50

18,75

18,75

25,00

25,00

Caudal min

0,63

0,63

1,25

1,25

1,88

1,88

2,50

2,50

Ch (m3/m2h)

70

70

70

70

70

70

70

70

Superficie mínima (m2)

0,10

0,10

0,18

0,18

0,27

0,27

0,36

0,36

Ancho adoptado

0,027

0,3

0,038

0,3

0,057

0,3

0,077

0,3

Calado adoptado

0,25

0,30

0,30

0,30

0,30

0,30

0,30

0,30

0,3001

0,0225

0,3046

0,0386

0,3046

0,0579

0,3006

0,0772

0,0857

0,0064

0,1015

0,0129

0,1015

0,0193

0,1002

0,0257

0,0257

0,0019

0,0305

0,0039

0,0305

0,0058

0,0301

0,0077

0,2143

0,2571

0,2571

0,2571

0,2571

0,2571

0,2571

0,2571

3,8580

0,3472

4,6992

0,5952

4,6992

0,8929

4,6382

1,1905

3,86

0,35

4,70

0,60

4,70

0,89

4,64

1,19

4,50

1,00

4,70

1,00

4,70

1,00

4,70

1,20

0,2

0,7

0,3

0,4

0,3

0,3

0,3

0,3

Dotación (l/hab d) descontadas

Velocidad h. Qmax (m/s) Velocidad h. Qmed (m/s) Velocidad h. Qmin (m/s) Tiempo sedimentación H/h/Vs (min) Largo minimo por Vs Largo mínimo por Ch Largo adoptado Tr Qmax (min)

Tabla 2: Ejemplo de cálculo razonado de un desarenador estático de flujo horizontal (se aporta en la documentación adjunta como documento editable, ampliado a 2.000 h-e).

En la siguiente tabla se proponen las dimensiones para un desarenador estático de flujo horizontal en función del “tamaño” de la instalación:

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Población

750

1000

1250

1500

1750

2000

Ancho (m)

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

Alto (m)

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

1

1,2

1,3

1,5

1,8

2,0

Largo (m)

Tabla 3: dimensiones para un desarenador estático de flujo horizontal variable

1.5.4.

Operación del desarenado

Se tratarán los distintos tipos de desarenadores estáticos, en función del tipo de extracción de arenas, así como los desarenadotes aireados.

1.5.4.1.

Desarenador estático: canales desarenadores.

En estos desarenadores no hay equipos electromecánicos a los que realizar mantenimiento. Constan de dos canales que funcionan alternativamente, de manera que la operación de mantenimiento se reduce al cambiar el canal al que le entra el agua aproximadamente con una frecuencia de una semana, siendo la experiencia en la explotación de cada depuradora la que lo marque. Así que, mientras que a un canal le entra agua, al otro no le entrará para poder así retirar las arenas mediante palas de mano o diversos tipos de recogedores y transportadores.

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Figura 4.54

Retirada manual de arenas.

Precauciones: Hay que prevenir los resbalones y los golpes en la espalda.

1.5.4.2.

Desarenador estático troncocónico: extracción con bombas.

En estos desarenadores las bombas ubicadas en el fondo extraen las arenas junto con agua, por lo que habitualmente las bombean a un clasificador de arenas o a un contenedor permeable para que las arenas se sequen. Así pues, se ha de proceder al mantenimiento que se indique por el fabricante de las bombas. Por otro lado, hay que controlar la frecuencia de funcionamiento de la bomba. Normalmente el funcionamiento de estas bombas está controlado por un relé temporizador. La bomba no ha de funcionar durante un tiempo prolongado ya que bombearía sólo agua, ni tampoco puede permanecer largos periodos de tiempo (más de 12 horas) sin funcionar porque la acumulación de arena sobre la misma puede provocar una avería cuando esta se ponga en marcha.

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Por todo ello, la temporización dependerá de la cantidad de arenas que llegue a cada depuradora. Una temporización con la que se puede empezar es de 5 minutos cada 2 horas. Si se observa que se bombea mucha arena será recomendable aumentar el tiempo de funcionamiento o reducir el tiempo de parada. Si por el contrario lo que se bombea es agua turbia, pero con pocas arenas, habrá que aumentar el tiempo de parada. Y así sucesivamente hasta encontrar la temporización adecuada para cada depuradora.

Figura 4.55

Bomba de extracción de arenas de un desarenador estático.

Precauciones: Hay que prevenir los resbalones, golpes en la espalda y contactos eléctricos.

1.5.4.3.

Desarenador estático: extracción con tornillo.

En estos desarenadores el tornillo toma las arenas del fondo del desarenador o del clasificador de arenas y las conduce, con poco agua, hasta un contenedor. Se ha de proceder al mantenimiento que recomienda el fabricante del tornillo.

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 60

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Por otro lado, el aspecto que hay que controlar es la frecuencia de funcionamiento del tornillo. Normalmente el funcionamiento de los tornillos está controlado por un relé temporizador. El tornillo no ha de funcionar excesivamente porque se consumiría un exceso de energía innecesario, ni tampoco puede permanecer largos periodos de tiempo sin funcionar porque el exceso de acumulación de arena puede hacer que, o bien, el tornillo sufra un desgaste anormal, o bien, que el motor del tornillo se averíe al forzarse.

Figura 4.56

Tornillo de extracción de de arenas en un desarenador estático, antes de su montaje.

Por todo ello, la temporización dependerá de la cantidad de arenas que llegue a cada depuradora. Una temporización con la que se puede empezar es de 5 minutos cada hora. Si se observa que el tornillo no para de sacar arenas será recomendable aumentar el tiempo de funcionamiento o reducir el tiempo de parada. Si por el contrario, el tornillo deja de sacar arenas antes de que se pare, habrá que aumentar el tiempo de parada o reducir el tiempo de funcionamiento. Y así sucesivamente hasta encontrar la temporización adecuada para cada depuradora.

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Precauciones: Hay que prevenir los resbalones, golpes en la espalda, atropamientos en el tornillo y contactos eléctricos.

1.5.4.4.

Desarenador aireado.

En estos desarenadores, se ha de incidir tanto en los medios de extracción de arenas, en la mayoría de los casos bombas o tornillos, como en el sistema de aireación. En el caso de los tornillos y bombas se utilizará la información aportada anteriormente para los dos tipos de desarenadores anteriores y las recomendaciones de mantenimiento del fabricante. En cuanto al sistema de aireación, tanto si es por soplantes que alimentan a los difusores sumergidos en el desarenador, como si son aireadores sumergidos, han de funcionar las 24 horas. Para que no sufran un desgaste prematuro y de cara a tener una cierta fiabilidad, suele haber dos equipos por desarenador de manera que uno siempre esté de reserva. Para que no esté siempre funcionando el mismo y que el equipo de reserva pase largos periodos de tiempo sin funcionar, se recomienda alternarlos (una frecuencia media de alternancia puede ser de una semana). Diariamente hay que observar que la aireación es homogénea en todo el desarenador. Zonas sin airear o zonas excesivamente aireadas nos indican que el equipo de aireación no funciona correctamente, ya sea porque los difusores estén rotos, el aireador sumergido esté obstruido, etc. Es importante estar atentos a cualquier ruido o vibración que puedan indicarnos una posible avería y posibles calentamientos de la soplante y del sistema de aireación. En el caso de que la airación se efectúe con aireadores sumergidos, éstos han de ser extraídos para su limpieza tal y como se muestra en las siguientes imágenes:

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 62

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Figura 4.57

Limpieza de aireador atrancado y limpiado

Precauciones: Hay que prevenir los resbalones, golpes en la espalda y contactos eléctricos.

1.6.

Desengrasador.

No siempre es necesario el desengrasador en una EDARs. Su objetivo es eliminar los distintos tipos de grasas, aceites y espumas presentes en el agua residual, así como elementos flotantes, que podrían perturbar procesos posteriores. En ocasiones puede estar junto con el desarenador. En pequeñas edar NO son necesarios cuando: •

El agua bruta no tenga un alto contenido en aceites y grasas.

•

Exista un tratamiento primario preparado para retener las grasas y aceites, como puede ser un decantador-digestor o un tanque Imhoff.

Por el contrario, en pequeñas edar SÍ son necesarios cuando: •

El agua bruta tenga un alto contenido en aceites y grasas (restaurantes), aunque tengan un tratamiento primario.

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 63

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1.6.1.

Clasificación de los desengrasadores

Existen distintos tipos de desengrasadores, siendo los más frecuentes en las pequeñas EDARs los siguientes: •

Desengrasadores estáticos: consistentes en depósitos donde se produce un “remanso” del agua y en los que en la salida existe algún dispositivo (deflector , skimmer, etc.) que hace que los elementos de menor densidad que el agua queden retenidos en la superficie.

Figura 4.58

•

Desengrasador estático

Desengrasadores aireados: este tipo se inyecta aire para desenmulsionar las grasas y que floten mejor. No son muy frecuentes en pequeñas instalaciones ya que en caso de recurrir a un desengrasador aireado (cuando hay mucha presencia de grasa en el agua bruta) se suelen integrar con el desarenador.

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Figura 4.59

1.6.2.

Desengrasador aireado de industria láctea

Extracción y concentrado de grasas

Las grasas y flotantes se han de extraer de los desengrasadores y concentrarse para acumularlas en un contenedor y posteriormente enviarlas a vertedero. Los mecanismos más empleados en pequeñas instalaciones son las siguientes: •

Extracción directamente del desengrasador de manera manual:

Figura 4.60

Desengrasador estático y “colador” para la extracción de grasas a una era de secado con escurrido al propio desengrasador

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•

Extracción y concentrado mediante skimmer

Salida agua sin flotantes

Flotantes retenidos

Figura 4.61

Camino de salida del agua

Pieza especial en T

Funcionamiento de un skimmer para concentrar grasas en una pequeña edar

Figura 4.62

Detalle de construcción de un skimmer

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•

Mediante un concentrador de grasas o rascador de grasas

Figura 4.63

Esquema de un cocentrador de grasas.

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1.6.3.

Diseño de desengrasadores

Los parámetros de diseño de desarenadotes independientes son los siguientes:

Desengrasador estático

Desengrasador aireado

Carga hidráulica m3/m2/h Qmax

≤ 20

≤ 20

Tiempo de retención a Qmed (min)

>30

Parámetro

Profundidad (m)

1,2-2,4

1,0-2,5

--

2,0

Suministro de aire (Nm3/m3desengrasador)

El proceso de cálculo será el siguiente: 1) Con la carga hidráulica se obtiene la superficie. 2) Con el tiempo de retención se obtiene el volumen. 3) Con la superficie y el volumen se obtiene la altura que ha de cumplir los valores de la tabla anterior.

1.6.4.

Operación del desengrasado Distinguimos entre desengrasadores sin aireadores con extracción manual y

desengrasadores aireados unidos a los desarenadores, lo que se conoce como desarenadores-desengrasadores y que se estudian en el aparatado 1.6.

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 68

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1.6.4.1.

Desengrasador con recogida manual.

Si el desengrasador dispone de skimmer (tubería horizontal acanalada que gira) se ha de ajustar la altura de la ranura para que recoja la menor cantidad de agua posible.

Figura 4.64

Figura 4.65

Desengrasador con skimmer.

Elementos de retirada manual de grasas.

La retirada de la grasa del propio desengrasador o arqueta donde el skimmer conduce las grasas, se ha de hacer cuando se forme una capa consistente, con ello se busca extraer

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 69

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la menor cantidad de agua posible. No obstante, las grasas hay que retirarlas antes de que originen problemas de olores. Precauciones: Hay que prevenir los resbalones, golpes en la espalda y contactos eléctricos.

1.7.

Desarenado-desengrasado conjunto

En las pequeñas estaciones depuradoras de aguas residuales siempre que sea necesario tanto el desarenado como desengrasado, se suelen realizar de manera simultánea en un desarenador-desengrasador.

1.7.1.

Clasificación de desarenadotes-desengrasadores

•

Desarenador-desengrasador estático: se trata de un depósito de forma troncocónica en el que mediante un “remanso” del agua, se produce la sedimentación en el fondo de la arena y en la superficie la acumulación de los elementos de menor densidad que el agua que quedan retenidos en la superficie mediante algún dispositivo (deflector , skimmer, etc.).

Figura 4.66

Desarenador-desengrasador estático

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 70

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•

Desarenador-desengrasador aireado: en este caso se inyecta aire por un lado para evitar que sedimente materia orgánica junto con la arena y para ayudar a desenmulsionar las grasas. Según la geometría y la forma en la que se retiran las arenas y las grasas existen dos variantes: con y sin puente móvil.

o

Con puente móvil: son de tipo canal y en ellos un puente rodante se desplaza periódicamente a lo largo del mismo. De dicho puente cuelga el sistema de extracción de arenas en continuo, mediante bombas centrífugas o air-lift, y el sistema de barrido superficial de flotantes. La mezcla de arena-agua es impulsada a un canal lateral que la transporta a un sistema de secado mediante tornillo de Arquímedes o similar, almacenándose la arena en un contenedor. Los flotantes se envían, generalmente por gravedad, a un contenedor de grasas, o directamente a un contenedor cerrado. Este tipo es poco empleado en pequeñas instalaciones por su complejidad y por la dificultad de encontrar en el mercado unidades de dimensiones adecuadas a los pequeños caudales propios de este segmento de población.

Figura 4.67

Fotografía de un punte desarenador-desengrasador

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 71

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Figura 4.68

o

Esquema de un puente desarenador-desengrasador

Sin puente móvil: es el más empleado en pequeñas poblaciones. Suelen ser depósitos troncocónicos en los que la aireación se realiza con parrilla de difusores o con aireadores sumergidos. La extracción de arenas se realiza bien con bombas centrífugas, sistemas air-lift o directamente mediante tornillo de Arquímedes. Las grasas se suelen extraer mediante una rasqueta de grasas.

Figura 4.69 Desarenador-desengrasador sin puente, con aireación mediante soplante y difusores y extracción de arenas con bomba centrífuga

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1.7.2.

Diseño de desarenador-desengrasador

Los parámetros de diseño de un desarenador-desengrasador son los siguientes:

Parámetro 3

2

Carga hidráulica m /m /h Qmax

D-D aireado ≤ 35

Velocidad horizontal (m/s)

≤ 0,15

Tiempo de retención Qmed (min)

10-15

Longitud/anchura

3:1 – 5:1 Valor típico 4:1

Profundidad (m)

2-5

Suministro de aire (Nm3/min. por m de canal)

0,2-0,6, Valor típico 0,5

Tabla 4: Parámetros de diseño de desarenadotes-desengrasadores

En la siguiente tabla se indica el proceso de cálculo (la Excel editable se adjunta como documentación adjunta):

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 73

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Población (hab.)

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

Dotación AARR (l/hab d)

200

200

200

200

200

200

200

200

Caudal medio (m3/día)

50

100

150

200

250

300

350

400

Caudal medio horario (m3/h)

2,08

4,17

6,25

8,33

10,42

12,50

14,58

16,67

Cp

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

3,5

Caudal punta (m3/h)

7,29

14,58

21,88

29,17

36,46

43,75

51,04

58,33

Caudal min

0,63

1,25

1,88

2,50

3,13

3,75

4,38

5,00

35

35

35

35

35

35

35

35

Superficie mínima (m2)

0,21

0,42

0,63

0,83

1,04

1,25

1,46

1,67

Ancho adoptado (0,3/0,25/0,3)

0,85

0,85

0,85

0,85

0,85

0,85

0,85

0,85

Calado adoptado

2,00

2,00

2,00

2,00

2,00

2,00

2,00

2,00

Velocidad h. Qmax (m/s)

0,0012

0,0024

0,0036

0,0048

0,0060

0,0071

0,0083

0,0095

Velocidad h. Qmed (m/s)

0,0003

0,0007

0,0010

0,0014

0,0017

0,0020

0,0024

0,0027

Velocidad h. Qmin (m/s)

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0006

0,0007

0,0008

10

10

10

10

10

10

10

10

Largo mínimo por Tr

0,20

0,41

0,61

0,82

1,02

1,23

1,43

1,63

Largo mínimo por Ch

0,25

0,49

0,74

0,98

1,23

1,47

1,72

1,96

Largo adoptado

1,00

1,00

1,00

1,00

1,30

1,50

1,80

2,00

Tr Qmed (min)

49,0

24,5

16,3

12,2

12,7

12,2

12,6

12,2

Ch (m3/m2h)

Tr a Qmed (min)

Tabla 5: Tabla de calculo de un desarenador-desengrasador aireado Los pasos seguidos en la tabla de cálculo son: 1. Se adopta una Ch de 35 m3/m2/h 2. Se adopta un ancho de 0.85 metros que resulta de sumar: 0.3 m de un canal de desbaste automático +0.25 m de espesor de un muro que sepa los dos canales de desbaste + 0.30 m del canal de desbaste manual. (también se puede adoptar 0.8 m de ancho si el espesor del muro de separación entre ambos canales es de 0.25 m) 3. Con la carga hidráulica y con el ancho se obtiene el largo mínimo por carga hidráulica 4. Se adopta un calado de 2 m 5. Se adopta un tiempo de retención de 10 min.

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 74

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6. Con el calado y con el tiempo de retención se obtiene un largo mínimo por tiempo de retención. 7. Se adopta como largo una cifra redondeada a 5 cm. superior al máximo de los dos calados mínimos calculados, pero siempre mayor de 1 m. Se ha de prestar atención como para poblaciones de iguales o menores a 750 habitantes es difícil evitar tiempos de retención a caudales medios muy elevados, debido a la longitud mínima (1 m.) por condicionantes constructivos. Por último, se puede recurrir a desarenadotes desengrasadores prefabricados en PRFV, en cuyo caso las casas comerciales suelen hacer los cálculos, aunque se deben comprobar.

Figura 4.70

1.7.3.

Desarenador-desengrasador prefabricado en PRFV

Operación de desarenador-desengrasador

El mantenimiento y operación de los equipos de aireación y extracción de arenas se realizará según lo expuesto en el apartado de operación del desarenador aireado. En cuanto al mantenimiento del concentrador de grasas, se han de seguir las recomendaciones del fabricante. En general, es importante estar atentos a cualquier ruido o vibración que puedan ser señal de una posible avería. Así mismo, se han de controlar posibles calentamientos de la soplante y del sistema de aireación.

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Por lo que respecta a la operación del concentrador, se ha de prestar atención a la frecuencia de funcionamiento. Normalmente, el funcionamiento de los tornillos está controlado por un relé temporizador. El concentrador no ha de funcionar excesivamente porque se consumiría un exceso de energía innecesario, ni tampoco puede permanecer largos periodos de tiempo sin funcionar porque el exceso de acumulación de grasas puede hacer que surjan problemas de olores o que no se retiren bien las grasas. Así, la temporización dependerá de la cantidad de grasas que llegue a cada depuradora. Una temporización inicial puede ser de 2 minutos cada hora. Si se observa que en el concentrador aún queda una capa importante de grasas, será recomendable aumentar el tiempo de funcionamiento o reducir el tiempo de parada. Si por el contrario, el concentrador empieza a sacar poca grasa con mucha cantidad de agua, habrá que aumentar el tiempo de parada o reducir el tiempo de funcionamiento. Y así sucesivamente hasta encontrar la temporización adecuada para cada depuradora. Las grasas y las arenas, como se ha comentado, se eliminan en un contenedor específico para cada uno de los residuos. El operador debe estar atento al nivel del contenedor para avisar a la empresa autorizada de recogida de residuos. Precauciones: Hay que prevenir los resbalones, golpes en la espalda y contactos eléctricos.

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1.8.

Medición de caudal.

Aunque los elementos que se utilizan para medir caudal no ejercen función depuradora alguna, es necesaria su instalación para conocer el caudal de aguas residuales y así poder ajustar el bombeo, la aireación y otros procesos de la instalación. Hay que conocer también la variación de caudal para poder calcular las cargas de cada proceso y el rendimiento del tratamiento. La medición de caudal se puede hacer en un canal o en una tubería.

1.8.1.

Medición en canales

En los canales se diseña una sección de control en la que conociendo la altura de la lámina de agua se puede obtener el caudal. Para la medición del nivel de agua se recurren a medidores de ultrasonidos

Figura 4.71

Medidor ultrasónico y display donde se traduce el nivel en caudal

En función de la sección de control adoptada en la que se mide el nivel del agua tenemos:

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 77

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• Canal Parshall: El dispositivo de medición que más se instala es el canal Parshall. En esencia, es un estrechamiento en un canal, que permite determinar el caudal circulante por él, midiendo la profundidad de la corriente. Es un método muy utilizado para medir caudales de aguas residuales, debido a que no tiene ángulos, bordes, o zonas en las que las partículas puedan quedar retenidas, además de tener unas pérdidas de cargas muy pequeñas. No es muy recomendable cuando existe mucha variabilidad en el caudal por lo que no se deberían instalar en pequeñas instalaciones.

Figura 4.72

Canal Parshall con medidor de nivel por ultrasonido

La fórmula empleada para “traducir” el nivel de agua (h) en caudal en función de unos parámetros propios de cada canal es la siguiente:

Q = K ⋅ hau

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Figura 4.73

Partes de un medido de caudal en canal Parshall

• Vertedero: se utiliza en canales abiertos. Consiste en una pared atravesada en el canal, sobre la cual tienen que pasar las aguas residuales. Generalmente está constituida por una lámina de metal, con una abertura de forma rectangular o en “V”. El caudal que pasa por el vertedero se determina por la profundidad de la corriente sobre la abertura. Un inconveniente del vertedero es el espacio relativamente profundo que queda aguas arriba del mismo, ocasionando sedimentaciones y grandes pérdidas de carga. Si el vertedero se coloca a la entrada de la depuradora, los sólidos orgánicos pueden depositarse en ese espacio. Cuando esto ocurre pueden producirse olores y presentar un aspecto desagradable. Además, la acumulación de estos sólidos puede hacer que la medición no sea correcta.

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Figura 4.74

Vertedero rectangular

Los vertederos Thomson en forma de “V”, presentan una gran sensibilidad ante pequeñas variaciones de caudal por lo que son muy adecuados en pequeñas instalaciones con la precaución de hacer un diseño que facilite la limpieza de las sedimentaciones aguas arriba.

Figura 4.75

Vertedero Thomson en forma de “V”, desmontable para poder limpiar los sedimentos acumulados aguar arriba

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La fórmula que gobierna la medición de caudal en un vertedero Tomson es la siguiente:

Q=

8 θ μ ⋅ h 2 2gh tg 15 2

Donde µ es un coeficiente de descarga adimensional. Si el ángulo del vertedero triangular es de 90º, lo más habitual, la formula aplicar es la siguiente:

Q = 1,4 ⋅ h5 / 2 Donde Q tiene unidades de m3/s

1.8.2.

Medición en tuberías

En el caso de medir el caudal en tuberías se suele recurrir a caudalímetros electromagnéticos. Su principio de funcionamiento se basa en la diferencia de longitudes de onda emitida y recibida en el seno del fluido. Esta diferencia se traduce en una velocidad de la corriente de agua y por tanto en el caudal que pasa por la tubería. Constan de una sonda encargada de emitir y recibir las ondas.

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 81

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Figura 4.76

Figura 4.77

Caudalímetro electromagnético

Principio de funcionamiento de caudalímetro electromagnético

Las ventajas de los caudalímetros electromagnéticos en tuberías están en que tienen poca pérdida de carga, tienen mucha precisión, pero en contra, para pequeños caudales

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precisa diámetros pequeños que pueden ocasionar obstrucciones en el caso de aguas residuales. Los elementos descritos anteriormente miden el caudal, pero se necesita otro elemento, llamado display, en el que se pueda leer la medida.

Figura 4.78

Display para visualizar el caudal medido, ya sea por un caudalímetro de vertedero, de canal o electromagnético.

1.8.3.

Puntos donde controlar el caudal

La medición de caudal se ha de instalar en los siguientes puntos: •

Después del pretratamiento: para tener un conocimiento del agua a tratar y así poder ajustar procesos y calcular rendimientos. No se coloca antes del pretratamiento ya que los elementos que son retirados en esta etapa podrían dañar los elementos de medida o alterar las mediciones.

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•

En la salida de la instalación: según los condicionantes de vertidos, siempre ha de haber una medición de caudal a la salida de la EDAR que contabilice tanto el agua depurada como la que se alivia por los by-pas.

•

En otros puntos internos de la EDAR: puede que nos interese conocer el caudal de algunos puntos concretos de la instalación para ajustar procesos, como por ejemplo: recirculaciones, purgas, etc.

1.8.4.

Operación de caudalímetros

Indicaciones generales. La medición del caudal es la determinación de la cantidad de una masa en movimiento que pasa por un punto dado en un espacio de tiempo determinado. Los caudalímetros son mecanismos frágiles, que hay que manejar cuidadosamente y mantenerlos limpios, sólo de este modo podrán cumplir fielmente la misión encomendada. Para ello, los fabricantes del equipo y de los instrumentos deberían suministrar manuales de instrucciones y listas de las partes que los constituyen. Como ya se ha comentado, los caudalímetros se componen de dos partes: -

Una pantalla o display donde aparecen reflejados los valores de caudal y desde donde podremos realizar un calibrado del equipo de una forma automática siguiendo el manual de uso.

-

Un sensor, que es la que más problemas plantea. Se pueden realizar algunas labores de mantenimiento preventivo del equipo para evitar futuros problemas, asegurándonos de que no hay cuerpos extraños que interfieran en la medición,

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 84

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eliminar los depósitos que puedan formarse con el uso y reparar el sensor o aparato de medida cuando esté estropeado. Dependiendo del tipo de medidor se pueden dar una serie de sugerencias de mantenimiento: • Medidor vertedero: convendría mantener los bordes del vertedero limpios. Se deben limpiar y cepillar los depósitos acumulados en el fondo de la parte de aguas arriba, mantenerlos limpios de cuerpos extraños y de posibles interferencias. • Medidor tipo canal Parshall: convendría mantener limpio de cuerpos extraños y de posibles interferencias el canal de entrada al medidor, así como el medidor en sí. • Medidor

electromagnético:

Habitualmente,

los

fabricantes

suministran

varios

mecanismos para limpiar las partes interiores a intervalos regulares. Si se hace manualmente, debemos asegurar de que se realiza la operación según el programa previsto. Mientras que, si se hace de modo automático, se debe comprobar la operación periódicamente. Con frecuencia se debe quitar el medidor de la tubería y limpiarlo.

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1.9.

Ejemplos de configuración de pretratamientos reales

Seguidamente se exponen algunas fotografías y esquemas de pretratamientos diseñados para pequeñas poblaciones: •

EDAR 500 h-e: canal de desbaste automático con reja tamiz curva, canal manual de desbaste con reja de finos y de gruesos, desarenador desengrasador estático con retirada de arenas directa mediante tornillo de Arquímedes y retirada de grasas mediante skimmer.

A

B

C

C'

A'

B'

Figura 4.79

Fotos, planta y sección de un pretratamiento tipo para una edar de 500 H-e

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Figura 4.80

•

Detalle de skimmer

EDAR 1000 h-e con predominio de restaurantes: canal de desbaste automático con reja tamiz curva, canal manual de desbaste con reja de finos y de gruesos, desarenador desengrasador aireado mediante aireador sumergido con retirada de arenas directa mediante tornillo de Arquímedes y retirada de grasas zona tranquilizadora con rasquetas. Concentrador de grasas

Chapas deflectoras

Compuerta tajadera

ENTRADA DE

CANAL MANUAL

AGUA

CANAL AUTOMÁTICO

a reactor biológico Ø250 mm.

By-pass Ø400 mm.

Escuadra en acero inox. AIS 304 para sujeción turbina aireadora

Figura 4.81

Fotos, planta y sección de un pretratamiento tipo para una edar de 1000He

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C o n c e n t ra d o r d e g r a s a s

C h a p a s d e fle c to r a s

C o m p u e r ta ta ja d e r a

ENTRADA DE

CANAL MANUAL

AGUA

C A N A L A U T O M Á T IC O

a r e a c t o r b io ló g ic o Ø 250 m m .

B y-p a s s Ø 4 0 0 m m .

Figura 4.82

Detalle del concentrador de grasas (izquierda) y chapas deflectoras entre

zona aireada y sin airear (derecha) de un pretratamiento tipo para una edar de 1000H-e

Figura 4.83

Detalle de la aspiración del aireador sumergido de un pretratamiento tipo para una edar de 1000H-e

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•

Pretratamientos compactos prefabricados:

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 89

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1.10. Rendimientos de depuración en el pretratamiento En la siguiente tabla se pueden ver los rendimientos que se pueden obtener en esta fase de depuración, aunque en la práctica se considera que los rendimientos considerados para DBO5, DQO y SS son 0%.

% Reducción (sin

% Reducción (con

tamizado)

tamizado)

Sólidos en suspensión

5-10

5-15

DBO5

5-10

15-25

DQO

20-30

20-40

Parámetro

Arenas Grasa aireados)

90% (desengrasadores

80%

Tabla 6: Rendimientos de depuración en el pretratamiento

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 90

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2.

TRATAMIENTO PRIMARIO: TIPOS Y DISEÑO La directiva europea sobre tratamiento de las aguas residuales urbanas, la

91/271/CEE, define tratamiento primario como aquel proceso físico y/o químico que incluya la sedimentación de sólidos en suspensión, u otros procesos en los que la demanda biológica de oxígeno a los cinco días se reduzca por lo menos en un 20% antes del vertido y el total de sólidos en suspensión en la aguas residuales de entrada se reduzca por lo menos en un 50%. Existen múltiples tratamientos que se pueden considerar incluidos dentro del tratamiento primario (filtración, tamizado, ciertos lagunajes, fosas sépticas, tanques Imhoff, etc.), los principales procesos utilizados se pueden clasificar como sigue: •

•

Procesos de separación sólido-líquido: o

Sedimentación (o decantación primaria).

o

Flotación.

o

Proceso mixto (decantación-flotación).

Procesos complementarios de mejora: o

Floculación.

o

Coagulación.

Mientras que la decantación primaria tiene por objeto la reducción de los sólidos en suspensión de las aguas residual bajo la acción exclusiva de la gravedad, la flotación se emplea para eliminar materias flotables disolviendo aire en el agua, se consigue así que floten sólidos de densidad superior a la del agua. Para aumentar el rendimiento de reducción de sólidos en suspensión, con respecto a los anteriores procesos, que sólo eliminaban los sedimentables y los flotables, será necesario eliminar los sólidos coloidales. Dentro de estos existen coloides desestabilizados que debido a su pequeño tamaño no son eliminados en la decantación primaria. Para conseguir su eliminación es necesario aumentar su tamaño, lo cual se puede conseguir por

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 91

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floculación al agregar varias partículas en una sola. La floculación se puede realizar bien por aireación o bien mecánicamente. El intentar un mayor rendimiento supone eliminar los coloides estables que forman parte de los sólidos en suspensión. Esta desestabilización de las partículas coloidales es la que se realiza a través de la coagulación. La coagulación de las aguas residuales se puede realizar por vía química, que constituye la base del tratamiento físico-químico, o bien, por vía biológica que es uno de los principios en que se basa el tratamiento biológico o secundario de las aguas residuales. Los sistemas de tratamiento primario más empleados en pequeñas estaciones depuradoras de aguas residuales se basan en procesos de sedimentación:

2.1.

•

Decantadores primarios

•

Decantadores-digestores y tanques Imhoff.

•

Lagunas anaerobias

Decantación primaria En este proceso, el agua residual procedente del pretratamiento se hace pasar a un

tanque o depósito. En estos tanques la velocidad de paso se reduce permitiendo así que, por la acción de la gravedad, una parte importante de los sólidos sedimentables se depositen en el fondo y por tanto se clarifiquen las aguas residuales. Los sólidos sedimentados reciben el nombre de fangos primarios.

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2.1.1.

Tipos de decantadores primarios Los decantadores pueden ser estático o dinámicos según cuenten o no con partes

mecánicas. •

Decantadores estáticos: donde a su vez se pueden distinguir entre:

o

Decantadores

cilindricocónicos:

empleados

en

pequeñas

estaciones

depuradoras. Los más empleados son los prefabricados con poliéster de fibra de vidrio (PRF) y pueden estar tapados o sin tapar. Tienen un radio máximo de 2 m.

o

Decantadores lamelares: emplean un elemento físico (lamela), que se dispone inclinado y contra el que chocan las partículas en su recorrido de sedimentación, para deslizarse sobre ella posteriormente. De este forma, se precisa de un menor volumen de sedimentación siendo, por tanto, más pequeños los equipos de decantación. No suelen emplearse en pequeñas instalaciones, salvo en decantación secundaria de sistemas de biopelícula fija.

Figura 4.84 Figura 4.85

Decantador cilindricocónico prefabricado en PRF descubierto

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Figura 4.86

•

Decantador cilindricocónico prefabricado en PRF cubierto

Decantadores dinámicos: cuentan con elementos electromecánicos que se utilizan para recoger los flotantes. Atendiendo a su geometría se distingue entre decantadores dinámicos rectangulares y circulares. Por su geometría se pueden distinguir entre:

o

Decantadores dinámicos circulares: en función de la extracción del fango acumulado en el fondo se distinguen entre decantadores de succión (no empleados en pequeñas instalaciones ya que se recurre a ellos cuando se precisan diámetros muy grandes) y decantadores de rasquetas en los que el fango es “empujado” mediante unas rasquetas de fondo hacia el centro donde es retirado. (en la documentación complementaria se puede ver un video de su funcionamiento)

Figura 4.87 Decantador dinámico circular de rasquetas

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SECCIÓN B - B' PUENTE MÓVIL DE RASQUETAS TOLVA RECOGIDA DE ESPUMAS Y FLOTANTES

PANTALLA DISTRIBUIDORA DE AGUA RASQUETAS

SALIDA DE FLOTANTES Y ESPUMAS

Entrada conexión electrica

PURGA DE FANGOS

ENTRADA DE AGUA A DECANTAR

BOMBA SUMERGIBLE

BOMBEO DE FANGOS

B

B'

PLANTA

Figura 4.88

Esquema de un decantador dinámico circulas de rasquetas con el bombeo de fangos primarios

Recientemente algunos fabricantes han sacado modelos de rasquetas para decantadores

que

no

tienen

puente

superior

que

requieren

menos

mantenimiento.

Figura 4.89

Decantador con rasqueta sin puente superior (Tecnoconverting. Com)

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Figura 4.90 Decantador dinámico circular de succión

o

Decantadores dinámicos rectangulares: son menos frecuentes que los circulares, recurriendo a ellos cuando se disponga de poca superficie o cuando las condiciones geotécnicas del terreno sean tan pobres que haya que recurrir a cimentaciones profundas. No se suele recurrir a ellos en pequeñas instalaciones

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Figura 4.91 Decantador dinámico rectangular

Los decantadores como tratamiento primario no suelen ser frecuentes en pequeñas instalaciones, ya que cuando se precisa de una decantación primaria se suele recurrir a decantadores-digestores. Sí que los decantadores son habituales en el tratamiento secundario de sistemas intensivos ( de oxígeno eléctrico”).

2.1.2.

Rendimientos de depuración de decantadores primarios

En la siguiente tabla se pueden ver los rendimientos que se pueden obtener en esta fase de depuración.

Parámetro

% Reducción

Efluente final (mg./l)

Sólidos en suspensión

60-65

90-00

DBO5

30-35

160-180

Tabla 7: Rendimientos de depuración en decantadores primarios

2.1.3.

Diseño decantadores

Para el dimensionamiento basta, en principio, seleccionar una carga hidráulica y un tiempo de retención adecuados. Los valores recomendados para los parámetros de diseño editados por el antiguo MOPT son los siguientes:

Parámetro de diseño

Circular Rectangular

Carga hidráulica

Qmed 1 3

Carga sobre vertedero (m /ml h) Altura bajo vertedero (m)

Qmáx< 40 2-3,5

Tema 4: Pretratamientos y tratamientos primarios en pequeñas depuradoras. Página 97

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Otros parámetros a considerar en su diseño son:

Parámetro de diseño

Circular

Rectangular

Pendiente fondo

2-8%

0,5-2%

Diámetro campana central

15-20% d decantador

Altura campana central

1/3-1/5 altura máx

Altura bajo vertedero (m)

2-3,5

Velocidad de rasqueta (m/h)