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• Edinson Fabian Prada Jaimes

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CAPITULO IV ELEMENTOS BÁSICOS DEL TRATAMIENTO PRELIMINAR En forma sucinta puede decirse que el proceso de purificación de un agua de origen domestico consiste en retirar por diversos mecanismos los contaminantes que se encuentran en ella. Para lograr dicho objetivo se recurre a una serie de mecanismos que dependen de las características mismas de los contaminantes en cuestión. Por ejemplo para retiro de sólidos gruesos se utiliza una rejilla, de sólidos menores un desarenador o un sedimentador pero para el retiro de sustancias disueltas se debe recurrir a tratamientos biológicos o fisicoquímicos . Se puede en consecuencia hacer una sencilla clasificación de los tratamientos así: Tratamiento Primario: Utiliza propiedades físicas de los sólidos como tamaño o densidad para retenerlos (cribado) ,sedimentarlos, separarlo por flotación, etc, (desarenación, sedimentación, flotación). Tratamiento Secundario: Tratamientos fundamentalmente biológicos en los cuales se retiran sólidos presentes fundamentalmente en suspensión coloidal o disueltos, mediante la presencia de microorganismos (bacterias, protozoarios, etc.). Tratamientos Químicos: Utilizan sustancias que desestabilizan suspensiones de sólidos para precipitarlos seguidamente mediante sedimentación. No muy utilizados por costos elevados con respecto a los anteriores.

CRIBADO El proceso de cribado es un ejemplo sencillo de tratamiento primario que se basa en la propiedad física que constituye el tamaño del sólido para separarlo del la corriente de aguas residuales Su objetivo es el de retirar sólidos gruesos (papeles, trapos, palos, etc,.) antes de la entrada a los desarenadores o dado el caso sedimentadores. Consisten en una serie de barras colocadas inclinadas de frente al flujo dejando una separación de entre 3 y 5 cm. para una primera rejilla y un poco menos, entre 1.5 y 2.5 cm. para una segunda etapa a continuación de la anterior. La velocidad de flujo no debe estar por debajo de 0.6 m/s, para evitar que la arena se deposite en el canal de aproximación. El volumen de sólidos que se obtiene en esta etapa se retira manualmente, en plantas de tratamiento pequeñas o mediante un mecanismo, en algunos casos automático, que se activa por la perdida de carga que produce la acumulación de sólidos en la reja respectiva. Estos sólidos es en algunos casos se entierran en los predios de la planta de tratamiento o son recogidos por la empresa de aseo municipal o en donde existen incineradores que trabajan con los gases de digestión de lodos, son quemados en ellos. En este último caso se requieren del orden de 100 m3 de gas a una temperatura superior a los 800 oC Las cribas se pueden dividir en dos tipos: Gruesas, ubicadas antes del desarenador, con espacio libre entre 3 y 6 cm. para limpieza manual y entre 4 a 6 cm. para limpieza mecánica

Finas para protección de sistemas mecánicos sensibles a la presencia de sólidos como bombas, colocadas por lo general después del desarenador con espacios libres entre 1.5 y 2.5 cm. El dimensionamiento del área requerida para estas unidades se basa naturalmente en el caudal, el tirante de las aguas en el canal, y de la carga de las aguas residuales con material grueso. Se debe determinar en base a la experiencia en otras plantas y en la propia durante su vida útil (reformas), cual es el espacio libre y la sección transversal óptima de las barras. Es importante calcular también el área de flujo entre rejas, teniendo en cuenta un factor de reducción por los sólidos atrapados durante el funcionamiento. La velocidad de flujo a través de las rejas debe encontrarse en un rango que oscile entre 0.8 y 1.0 m/s. Los factores para contracción pueden ser los siguientes:

Tipo de Mantenimiento Manual Mecánico

Tipo de alcantarillado Alcantarillado Combinado separado 0.6 0.75 0.75 0.8-0.9 Tabla 1

DBO

5

1O O %

I n s o lu b le T r a ta m ie n to S e d im e n ta b le P r im a r io 30%

S o lu b le

No S e d im e n ta b le

T r a ta m ie n to S e c u n d a rio

70%

C rib a d o E ta p a b io ló g ic a . L o d o s A c tiv a d o s o F iltr o p e r c o la d o r

D esa ren a d o r

S e d im e n ta d o r . P r im a r io

E flu e n te T r a ta m ie n to P r im a r io y E n tr e g a a T r a ta m ie n to S e c u n d a r io

S e d im e n ta c ió n S e c u n d a ria

E flu e n te a c u e r p o d e a g u a r e c e p to r .

SEDIMENTACIÓN: Pude definirse la como una separación de sólidos del agua aprovechando su mayor densidad con respecto al agua. Es aplicable a aquellos sólidos definidos como sedimentables. Tipos De Sedimentación El fenómeno de sedimentación puede dividirse en varios tipos dependiendo de la forma como ocurra: Si se considera un cilindro de sedimentación pueden distinguirse claramente tres fenómenos distintos a saber según la tendencia que tienen las partículas a interferir unas con otras: •

TIPO I: Sedimentación de partículas discretas dada la baja concentración de sólidos. En este caso las partículas sedimentan sin que se produzca contacto o interferencia entre las mismas. Ejemplo un desarenador o la zona superior de un sedimentador.

•

TIPO II o Floculante: Sedimentación de partículas que floculan o que se aglutinan aumentando su tamaño y por lo tanto su velocidad de sedimentación. Ejemplo: Un sedimentador secundario después de un sistema de lodos activados o de filtro percolador o después de tratamiento de floculación química.

•

TIPO III o Retardada: Concentración intermedia en la cual se producen contactos entre partículas generando fuerzas que hacen que se retarde la sedimentación. Las posiciones relativas de las partículas permanecen casi fijas sedimentando la masa sólida como una sola unidad. Ejemplo: Tanques de espesamiento de Lodos.

•

TIPO IV o Compresión : Ocurre cuando la concentración de lodos es lo suficientemente alta para que se ha forme una estructura de lodo la cual sigue disminuyendo de altura solamente por su propio peso, expulsando la masa de agua contenida. Ejemplo: En tanques de espesamiento. •

Estos conceptos son de utilidad por ejemplo en las siguientes campos : • Remoción de arena • Sedimentación Primaria previa a un sistema biológico (primaria). • Sedimentación de lodos biológicos posterior a un sistema biológico en el sedimentador secundario, espesamiento.

TEORÍA DE LA SEDIMENTACIÓN •

Sedimentación de la Zona I: Partículas discretas. Ley de Stokes:

W =(ρs -

ρ) gV ➾peso de una partícula

V = volumen ρs = Densidad de la partícula sólida ρ =Densidad del agua Fuerza de rozamiento: la partícula desciende aumentando su velocidad hasta que la fuerza de rozamiento iguala la de su peso W = Fr haciendo la velocidad constante: Fr = CdρAV2

se tiene una situación de equilibrio de fuerzas en las que la aceleración es cero y velocidad constante De la igualdad W = Fr y despejando V se obtiene V ={2g(ρS - ρ)/[ρ CdρA]}1/2 El coeficiente de fricción se conoce en función del número de Reynolds para flujo laminar de la siguiente expresión

Cd = coeficiente de fricción de un fluido que es función del numero de Reynolds

3 0.34 + 1/ 2 Nr Nr Ecuación 1

Cd = 24 +

Nr =

Vs * d

ν

=

ρ * Vs * d µ

Ecuación 2

ν = viscosidad cinemática Si Nr < 0.3 y

Cd = 24/Nr

µ = cinemática absoluta

V = g(ρS - ρ)d2/18µ Stokes Hazen considerando la sedimentación de partículas discretas en un tanque ideal planteo una sencilla pero importante teoría que lleva su nombre. En esta teoría su autor supone que en esta zona de sedimentación se dan unas condiciones ideales, que naturalmente en la realidad no se producen, pero que permiten simplificar el análisis y obtener algunas conclusiones interesantes. Dichas condiciones son: Los sólidos suspendidos se encuentran uniformemente distribuidos con respecto a la altura H de entrada. Esto significa que si se tomase una serie de muestras a diferentes alturas y se analizara la granulometría de los sólidos, todas mostrarían el mismo resultado, o la misma distribución de diferentes tamaños de partículas y pesos. El flujo se produce en una forma totalmente uniforme vertical y horizontalmente. Dicho en otras palabras, las líneas de flujo se distribuyen uniformemente y tienen el mismo valor de velocidad y dirección horizontal en toda el area de la sección transversal de la zona de sedimentación. No se producen corrientes ni de viento ni de densidad.. Si una partícula alcanza el fondo de la zona de sedimentación se considera removida del liquido y la velocidad horizontal no sobrepasa un valor que pueda ser resuspendida y arrastrada nuevamente por el agua. Supóngase que se quiere remover todas las partículas sólidas con diámetros y densidades tales que posean un Vs (velocidad de sedimentación) mayor que una que se definirá como Vsc y que corresponde a una partícula que siga la justamente la trayectoria que coincide con la diagonal del rectángulo imaginario que delimita la zona de sedimentación:

Esta partícula no sedimenta

Vo Vsc

H

Todas las partículas que tengan una trayectoria bajo la diagonal incluida la misma diagonal sedimentarán y seán removidas.

L

Zona de Sedimentación esquematica de un sedimentador Gráfica 1

Vsc es por definición la velocidad de sedimentación crítica y corresponde a la velocidad mínima necesaria que debe tener una partícula para que la totalidad de partículas que tienen esa velocidad de sedimentación sean removidas. En la gráfica 1 puede observarse como partículas con menor velocidad (menor pendiente en el gráfico) y entrando por la parte superior no sedimentarán en su totalidad, sino solamente la proporción de ellas que entre a una altura tal que pueda alcanzar el fondo de la zona de sedimentación, antes de abandonar la misma. La Condición para una partícula sedimente es que: Vsc * t= H , también t = tiempo de retención = L/ Vo por semejanza de triángulos se tiene: Vsc/H = Vo/L

⇒ Vsc*L = H.Vo pero Vo = Q / b.H ⇒ Vsc = H*Vo/L

⇒ Vsc = H* Q / b*H*L ⇒ Vsc = Q / b*L Vsc= Q / As La relación = Q / As se conoce como carga superficial y corresponde según lo anterior a la relación entre del caudal dividido en el área superficial de la unidad que remueve sólidos; así la altura del sedimentador no guarde relación, al menos en teoría con la remoción de partículas. Todas las partículas cuya velocidad de asentamiento sean mayores que Vs serán removidas en su totalidad, según la teoría de Hazen. Partículas que tienen velocidad de asentamiento V's < Vs se asentaran en una proporción:

Vo Vo

H

Vsc Vsc

a

Vs