Ponencia 29

Tratamientos Primarios

ESQUEMA EDARE stación

D epuradora

A guas

R esidualesAgua residual urbana

Pretratamiento

Materias gruesas y visibles

Desbaste-tamizado RSU

Arenas

Grasas y flotantes

Evacuación

de

subproductos

Desarenado

Desengrasado

Tratamiento 2º

Tratamiento 3º

Tratamiento 1º

Tratamiento

de

fangos

SS DBO

DBO

N y/o P

Contaminación bacteriológica

DBO (N)

AfinoDBO

SS

DQO (M.O. no biodegradable)

Color

Sales

Desinfección

Nitrificación

Carbón activo

Oxidación

Desalación

1.- Objetivos

– Eliminación parcial de sólidos > 1 micra

• Sólidos suspensión

• Algunos coloides (10-3 a 10 micras)

- Eliminación de sedimentables y flotables

– Reducciones asociadas:

• Materia orgánica

• Contaminación bacteriana

-

2.- Tipos de procesos

• Pequeños núcleos: fosas sépticas, tanques Imhoff

• Principales procesos utilizados: Simple separación física sólido - líquido:

- Sedimentación (o decantación primaria). - Flotación. - Proceso mixto (decantación - flotación). Procesos químicos complementarios de mejora: - Floculación. - Coagulación (proceso físico - químico).

• Excepcionalmente dentro del tratamiento primario

filtración, tamizado, lagunaje, etc

3.- Decantación primaria

Objetivo: reducción de las MES bajo la exclusiva acción de la gravedad. Se pretende la eliminación de los sólidos sedimentables y las materias flotantes. 3.1.- TEORÍA DE LA SEDIMENTACIÓN APLICABLE Para la decantación primaria las partículas deben tener características que produzcan su floculación durante la sedimentación. El choque de una partícula con otra debería producir un agregado o flóculo de mayor peso. En este caso la trayectoria de una partícula en un depósito de sedimentación será una línea curva de pendiente creciente.

3.2.- PARÁMETROS DE DISEÑO Velocidad ascensional o carga superficial: Vasc = Q/A. (único parámetro de la sedimentación de partículas discretas). Tiempo de retención hidráulica: TRH = V/Q. El TRH afecta la probabilidad de choque entre las partículas que sedimentan. Define una altura mínima de depósito al ser ambos parámetros interdependientes. No obstante, afectan al rendimiento del proceso: concentración de SS y características floculantes. (En la sedimentación de partículas discretas la principal característica es el tamaño de las partículas).

3.3.- Tipos de decantadores primarios

En depuración de aguas residuales urbanas se utilizan decantadores estáticos (sin recirculación de lodos o fangos). No se utiliza recirculación debido a la presencia de MO en el agua, que podría consumir el poco oxígeno, pudiendo entrar en anaerobiosis, con producción de gases mal olientes, con posible flotación de partículas. El TRH debe limitarse en los decantadores primarios por esta causa. Pueden ser de planta circular o rectangular.

3.4.- Diseño empírico

PARÁMETROS DE DISEÑO DE DECANTACIÓN PRIMARIA

Velocidad Ascensional a Qm < 1.3 m/h

a QMax < 2.5 m/h

Tiempo de Retención Hidráulica a Qm < 2 h

a QMax < 1 h

Carga sobre Vertedero a QMax < 40 m3/(h·m)

Calado (bajo vertedero) 2 a 3.5 m.

Reducción de SS > 65 %

Velocidad de rasquetas D. circular < 120 m/h

D. rectangular < 60 m/h

Tiempo de Retención de Fangos

(frecuencia de purgas)

< 5 h

(< 1h)

Otros criterios de diseño práctico de la decantación primaria: • Si la alimentación es mediante canal de reparto, la pérdida de carga en el elemento unitario de entrada ha de ser de 5 a 10 veces la pérdida de carga en dicho canal. • La corona de reparto en uno circular de alimentación central generalmente cumple las siguientes relaciones: 1) diám. entre 0.05 y 0.20 veces el diámetro del dec., 2) su altura está entre 1/3 y 1/5 de la H máxima del dec. • La pendiente de la solera de un rectangular suele ser del 1 %. En uno circular, puede oscilar entre 2 y 8 %.

• En rectangulares la ratio L/H adopta valores entre 4 y 35, mientras que la ratio L/A está comprendida entre 1.5 y 7.5. • En los circulares la relación radio/altura suele estar entre 2.5 y 8.

• El accionamiento de las rasquetas de los decantadores circulares normalmente necesitan una potencia de 0.001 CV/m2 de superficie del decantador mientras que los rectangulares necesitan 0.01 CV/m2

• Aunque no es predecible empíricamente la reducción de DBO, un valor normalmente alcanzado para aguas residuales urbanas es del 30 %. Este valor suele adoptarse en el diseño de una EDAR para conocer la contaminación del efluente primario. • A partir de datos estadísticos de explotación de múltiples depuradoras se ha llegado a decir que los decantadores circulares obtenían mejores rendimientos. En realidad, teniendo en cuenta la gran cantidad de factores que afectan al funcionamiento de la decantación parece que la anterior afirmación no puede ser enunciada científicamente. Por otra parte, desde un punto de vista hidráulico, el decantador rectangular tendría que funcionar mejor que el circular. Sin embargo, un mejor funcionamiento hidráulico no implica necesariamente un mejor rendimiento.

3.5.- FANGOS PRODUCIDOS Pf1º = producción de fangos primarios (kg SS/día) Q = caudal de tratamiento (m3/d). SS = concentración media de SS del agua residual afluente (mg/L). R = rendimiento medio de SS de la decantación primaria (%).

í ó

5

º1 10 RSSQPf

C

PfV

10

º1

Si se considera la densidad de fango igual a la del agua el volumen de fangos primarios producidos puede estimarse mediante:

El fango 1º generalmente tiene un color "marrón-sucio" y mal olor. Tiene gran cantidad de patógenos y es putrescible, debido a la materia orgánica que contiene. Generalmente requiere estabilización. Aunque no drena bien en eras de secado, se deshidrata bien mecánicamente. La concentración del fango 1º suele estar entre 3 y 8 %. Se limita al 3 %, para el diseño. Cuando se envía el exceso de fangos activos a la decantación primaria la concentración del fango mixto normalmente será menor que la correspondiente al fango primario. En este caso habrá que dimensionar el sistema de evacuación de fangos para el conjunto de fangos mixtos producidos.

3.6.- PRINCIPALES PROBLEMAS DE LA EXPLOTACIÓN Los problemas de la decantación 1ª pueden deberse a: diseño, avería de equipos, composición del afluente y explotación. Además de las posibles variaciones de las características del afluente hay que tener en cuenta los circuitos internos de la EDAR, como puede ser el envío de los sobrenadantes de la digestión a la decantación 1ª. Entre los problemas propios de la explotación el principal consiste en la temporización de la purga de fangos. Con ésta se regula el caudal de extracción de fangos. Si este caudal es excesivo, la concentración de los fangos resulta baja, pudiendo perjudicar a los procesos de tratamiento de fango. Si por el contrario el caudal es pequeño, los fangos se van almacenando en el decantador. Esto puede traer como consecuencia una disminución del rendimiento del proceso y la entrada de los fangos en anaerobiosis, con la consiguiente posibilidad de malos olores y flotación del fango decantado. Parecidas consecuencias puede conllevar la adopción de excesivos intervalos de tiempo entre purgas.

3.7.- APLICABILIDAD La utilidad de la decantación primaria en el contexto de una depuración convencional viene condicionada fundamentalmente por dos factores:

• Nivel de seguridad o garantía de depuración, bajo el concepto de conseguir el mayor grado de depuración en cualquier situación.

• Tipo de tratamiento de fangos adoptado en la depuradora.

Cuando el tratamiento de fangos se realiza de forma conjunta con el tratamiento del agua (caso del proceso de aireación prolongada) no tiene sentido instalar una decantación primaria, ya que sino en el decantador primario se eliminaría los sólidos sedimentables, y para su posterior estabilización se introducirían en la aireación prolongada, lo cual sería equivalente a introducir en este proceso el agua residual pretratada.

Cuando por cualquier circunstancia el tratamiento biológico no funciona, la decantación primaria permite verter agua decantada en vez de agua pretratada (será necesario un by-pass del tratamiento biológico). Por lo tanto se tiene una mayor garantía de depuración en cualquier situación. El nivel de garantía a exigir a una EDAR dependerá de la importancia de la misma. En general, no se recomienda una decantación primaria, cuando el tratamiento biológico de las aguas sea el de aireación prolongada y para poblaciones menores de 20.000 habitantes. Dentro de la aplicabilidad de la decantación primaria hay que tener en cuenta que generalmente constituye un elemento básico del tratamiento físico-químico

Rendimiento eliminación SS 60 - 65 %

DBO5 30 - 35 %

Velocidad ascensional Qmedio < 1.3 m/h

QM (Qmáx) < 2.5 m/h

Tiempo de retención (V/Q) Qmedio > 2 h

QM > 1 h

Carga sobre vertedero (QP) < 40 m3/h/m

Calado bajo vertedero** 2 - 3.5 m

Velocidad rasquetas (perimetral) Dec. circular < 120 m/h

Dec. recto • < 60 m/h

Tiempo de retención fangos en poceta < 5 h

Concentración de fangos 3 - 5 %

Pendiente solera Dec (rasq) 5 - 10 %

Dec • (rasq) 1 - 2 %

Corona de reparto Diámetro 0.10 - 0.15 dec

Altura 0.25 - 0.50 HT (central)

Accionamiento puente circular: Central > 0.04 rpm

• Dimensiones Relación largo/ancho (1.5-7.5) 3 - 5

Relación longitud/calado 4 - 35

3.8.- Resumen diseño