Tema 4 Pretratamientos Ingeniería Sanitaria E.P.S. Ingeniería de Caminos Canales y Puertos UNIVERSIDAD ALFONSO X EL SABI
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Tema 4 Pretratamientos Ingeniería Sanitaria E.P.S. Ingeniería de Caminos Canales y Puertos UNIVERSIDAD ALFONSO X EL SABIO
4.1 Objetivo z El Pretratamiento tiene por objeto separar del agua residual la mayor cantidad de materias que por su naturaleza (grasas, aceites, etc.) o tamaño (sólidos grandes, arenas, etc.) crearían problemas en los tratamientos posteriores. z Los sólidos producen: { obstrucciones de tuberías y bombas { desgaste de equipos { formación de costras { depósitos de arena en digestores anaerobios
z Mientras que los aceites y grasas: { ralentizan el tratamiento biológico y { disminuyen el rendimiento, obteniendo un efluente de baja calidad.
z El Volumen de los residuos suele ser moderado y puede almacenarse y manipularse sin problemas
4.2 Operaciones de Pretratamiento z Las operaciones de Pretratamiento que se incluyen en una EDAR dependen de: { { { { {
La calidad del agua bruta Variaciones del caudal y carga contaminante Tipo de tratamiento posterior adoptado Sistema de tratamiento de fangos Importancia de la instalación
z Fases que puede incluir un Pretratamiento: { { { { { { { { { {
Obra de llegada Separación de grandes sólidos Bombeo de cabecera Desbaste Tamizado Dilaceración Desarenado Desengrasado Homogeneización Preaireación
4.2 Operaciones de Pretratamiento z El desengrasado se realizará, normalmente, en forma combinada con el desarenado, salvo en caso de aguas residuales muy cargadas z De adoptarse el tamizado, esta operación sustituye al desbaste fino. z La homogeneización de caudales en ocasiones combinada con preaireación, es aconsejable ante la existencia de: { Grandes variaciones de caudal a lo largo del día { Puntas de caudal muy altas { Vertidos industriales puntuales, cuya dilución favorezca el tratamiento
4.3 Obra de llegada z Consiste en una arqueta situada en la cabeza de la instalación donde se concentran todos los colectores que lleguen a la planta y en la que se iniciará la línea de Pretratamiento. z Se debe disponer de un vertedero de seguridad y de un by-pass general, de forma que la misma estructura de vertido y el sistema de desagüe sirvan para ambos fines. { El vertedero tiene como misión evacuar, en el curso de agua más próximo, el excedente de caudal sobre el máximo que puede tratar la EDAR. { Se recomienda una velocidad mínima en el sistema de desagüe de 0,8 m/s a caudal medio, para evitar sedimentaciones de partículas o formación de depósitos.
4.3 Obra de llegada z 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 20-30 minutos como agua residual diluida. z Estos hechos hacen pensar en la necesidad de construcción de depósitos de retención (tanques de tormenta) para tiempos de permanencia de 20 a 30 minutos, que recojan las primeras escorrentías con contaminación alta. Una vez finalizada la aportación de tormenta, el volumen retenido se reintroduce progresivamente en la depuradora para su tratamiento. z En sistemas unitarios, y en caso de no existir tanque de tormenta, el coeficiente de dilución a partir del cual se realizan vertidos sin tratar al cauce receptor depende del tipo de las características de la cuenca receptora. Su expresión es: Coef .Dilucción =
Aguas Negr as + Aguas de Lluvia Aguas Negras
{ Se suelen adoptar valores entre 2 y 5
z En el caso de un aliviadero previo a la depuradora con un Coef. de Dilucción = 5, el colector aguas abajo del aliviadero transportaría un caudal de máximo de 5Qpn y el aliviadero se dimensionaría para { Qv = Qmax-5Qpn { Donde: z Qv = Caudal vertido por el aliviadero z Qmax = Caudal máximo transportado por el colector agua arriba, incluyendo aguas blancas y negras. z Qm = Caudal punta de aguas negras
4.3 Obra de llegada ESQUEMA DE CAUDALES TRATADOS CON DECANTACIÓN PRIMARIA TRATAMIENTO PRIMARIO POBLACIÓN
QMAX.PLU
PRETRATAMIENTO
OBRA DE LLEGADA
ALIVIADERO
ALIVIADERO
QPUNTA.PLU = QPUNTA.NEGRAS*Cd
3-4 Qmed
TRATAMIENTO SECUNDARIO
1,5-1,8 Qmed
DESBASTE DE PLUVIALES EFLUENTE EFLUENTE
EFLUENTE
EFLUENTE
ESQUEMA DE CAUDALES TRATADOS CON DECANTACIÓN DE PLUVIALES POBLACIÓN
ALIVIADERO
QPUNTA.PLU = QPUNTA.NEGRAS*Cd
QMAX.PLU
PRETRATAMIENTO
OBRA DE LLEGADA
3-4 Qmed
TRATAMIENTO SECUNDARIO
ALIVIADERO
1,5-1,8 Qmed
DESBASTE DE PLUVIALES DECANTACIÓN DE PLUVIALES
EFLUENTE EFLUENTE
EFLUENTE
EFLUENTE
4.4 Separación de grandes sólidos z Cuando se prevé en el agua residual bruta la existencia de grandes sólidos o de una excesiva cantidad de arenas que podrían provocar problemas en la operación de desarenado, se debe incluir en cabecera de la instalación, un sistema de separación de grandes sólidos: { Consiste en un pozo situado a la entrada del colector a la depuradora { Con el fondo tronco piramidal invertido y paredes muy inclinadas con el fin de concentrar los sólidos y las arenas decantadas en una zona específica, donde se puedan extraer de forma eficaz { Para la extracción de los residuos se utilizan, generalmente, cucharas anfibias de accionamiento electro-hidráulico, actuadas por polipastos o grúaspuente, soportadas por la correspondiente estructura pórtico
4.4 Separación de grandes sólidos z Los residuos procedentes de este sistema se almacenan en contenedores para su posterior transporte a vertedero o a incineración. z Los parámetros de diseño más importantes son: { Carga hidráulica o Velocidad ascensional: Vh 2 m
z A la salida del pozo de gruesos, previamente al bombeo de cabecera se instalará una reja para protección de las bombas, con un paso máximo de 100 mm. Se recomienda que el sistema de limpieza sea mecanizado.
4.5 Bombeo de cabecera z Cuando las aguas residuales llegan por gravedad a la EDAR, se dispone, generalmente de un bombeo de elevación en cabecera de la línea de agua, con el objeto de aportar la altura geométrica suficiente para que el agua discurra por gravedad a la salida de la depuradora. Este bombeo debe tener la capacidad suficiente para elevar todo el caudal que pueda pasar de la arqueta de entrada. z Su ubicación en la línea de Pretratamiento es función de la cota de llegada del colector, si esta lo permite el bombeo debería situarse al final del Pretratamiento o al menos detrás del desbaste de finos, a fin de proteger en la mayor medida posible al bombeo frente a abrasiones o averías producidas por arenas o sólidos. z El bombeo se realiza generalmente con: { Bombas de hélice { Bombas centrífugas horizontales, verticales o sumergibles. Las más usadas son las verticales de rodete abierto, aunque presentan rendimientos ligeramente inferiores a otras (75%), tienen grandes ventajas de mantenimiento. { Tornillos de Arquímedes.
4.5 Bombeo de cabecera z Los Tornillos de Arquímedes son muy utilizados ya que: { No precisan elementos de desbaste previo { No requieren pozos de toma amplios { Funcionan a velocidades relativamente bajas (20 a 120 r.p.m.), reduciendo considerablemente los problemas de abrasión { No precisan regulación ante oscilaciones de caudal { No rompen los flóculos en los procesos biológicos
z Aunque presentan los siguientes inconvenientes: { { { {
Alto coste de implantación Rendimiento inferior a las bombas centrífugas Limitación en la altura de elevación, hasta 5 m Mayor dificultad para ubicarse en edificios cubiertos
4.5 Bombeo de cabecera z Hay que tener en cuenta en el diseño de los bombeos de elevación: { Deben ubicarse en edificios cerrado y desodorizados, para evitar olores, los tornillos de Arquímedes también deben cubrirse y desodorizarse { El número de unidades de bombeo se determinará en función de las variaciones de caudal diarias que se prevean, recomendándose la inclusión de una bomba de reserva { El bombeo tendrá fácil acceso tanto para equipos como para permitir su fácil limpieza { Se dispondrá de sistemas de elevación y transporte para el manejo de los equipos en caso de avería, las puertas serán de amplitud suficiente para dar paso a las piezas de mayor tamaño, y en caso contrario, se preverán salidas especiales
4.6 Desbaste z Consiste en la separación de cuerpos voluminosos flotantes y en suspensión que arrastra consigo el agua residual. Se realiza por medio de rejillas o tamices y tiene por objeto: { Eludir posteriores depósitos { Evitar obstrucciones en canales, tuberías y conducciones en general { Interceptar las materias que por sus excesivas dimensiones podrían dificultar el funcionamiento de las unidades posteriores { Aumentar la eficiencia de los tratamientos posteriores
4.6 Desbaste 4.6.1 Rejas z La instalación de rejas de desbaste, salvo raras excepciones, es indispensable en cualquier depuradora z La separación de los sólidos se realiza mediante barrotes. z Las rejas pueden clasificarse con arreglo a distintos criterios. En función de la separación entre barrotes en: { Reja de finos, con paso libre entre barrotes de 6 a 12 mm { Reja de Gruesos, con paso libre entre barrotes de 20 a 60 mm { Los espesores mínimos de los barrotes deben estar comprendidos entre z Reja de finos: 6 y 12 mm z Reja de Gruesos: 12 y 25 mm
z Por el método de limpieza en: { Rejas de limpieza manual { Rejas de limpieza automática
4.6 Desbaste Rejas de limpieza manual z Se utilizan en pequeñas instalaciones o como protección de elevaciones, cuando estas se realizan antes del desbaste. Últimamente la tendencia es colocar rejas de limpieza automática, incluso en pequeñas instalaciones, por razones de mantenimiento y explotación, z Están constituidas por barrotes rectos, normalmente inclinados con ángulos de 60 – 80º sobre la horizontal. Su longitud no debe exceder de lo que pueda rastrillarse fácilmente a mano. z La limpieza se hace mediante rastrillos, colocando los objetos rastrillados sobre una placa perforada situada sobre el canal, para su escurrido z La eliminación de la materia almacenada entre limpiezas puede dar como resultado un aumento brusco de la velocidad del agua, lo que ocasiona una reducción en el rendimiento de retención de residuos z Tiene el riesgo que se produzcan obstrucciones , especialmente si la reja tiene una separación entre barrotes menor de 20 mm. z Necesitan una especial vigilancia y la necesidad de calcular ampliamente la superficie para evitar limpiezas demasiado frecuentes y riesgos de atascamientos.
4.6 Desbaste Rejas de limpieza mecánica z Este tipo de rejas eliminan los problemas de atascos y reducen el tiempo necesario para su mantenimiento. z Una reja mecánica va normalmente protegida por una pre-reja de barrotes más espaciados (50-100 mm), prevista generalmente, para limpieza manual, pero que deberá ser también automática en el caso de instalaciones importantes, o si el agua bruta llega muy cargada de materias gruesas. De los distintos tipos de mecanismo, el más utilizado consiste en un peine móvil, que periódicamente barre la reja, extrayendo los sólidos retenidos para su evacuación. z Las rejas pueden ser curvas o rectas, y a su vez la limpieza puede ser por la cara anterior o por la cara posterior, teniendo cada tipo de limpieza sus ventajas e inconvenientes: { Las de limpieza anterior son más eficaces en la retención de sólidos, pero pueden sufrir posibles atascamientos cuando se depositan grandes sólidos, o gran cantidad de sólidos, al pie de la reja, provocando el bloqueo del mecanismo hasta que se elimine la obstrucción. { Las de limpieza posterior no tienen este problema de obstrucción ya que las púas del peine, al desplazarse por detrás no están sujetas a bloquearse por formación de depósitos de materia al pie de la reja. Sin embargo, hay un mayor riesgo de rotura de los dientes ya que han de tener mayor longitud, y también existe el problema de que los sólidos que queden en retenidos en el rastrillo pueden ser retornados al agua bruta, ya que la limpieza del rastrillo en este sistema se sitúa abajo de la reja.
4.6 Desbaste z En cuanto a su diseño, curvo o recto: { Las rejas curvas: z Son solamente de limpieza frontal, consistiendo dicho sistema en uno o dos peines situados al extremo de un brazo que gira alrededor de un eje horizontal z Están indicadas para instalaciones de importancia media con aguas poco cargadas. z Su instalación se realizará en canales poco profundos, entre 0,4-2,0 m. La altura del agua ocupa normalmente el 75% de la longitud del radio z La eliminación de los residuos se realiza un poco por encima de la lámina de agua. z Están indicadas especialmente en instalaciones de importancia media, cuando las aguas están poco cargadas
{ Las rejas rectas: z Pueden ser de limpieza frontal y de limpieza posterior, con numerosas variantes en su diseño en función del sistema de limpieza que se emplee ( de cable con rastrillo, de cables con garfio, de cadenas de cremallera, de tornillos...). z Se emplean en instalaciones de gran importancia y para grandes profundidades. z Existen rejas que pueden funcionar en canales de hasta 10 m. de profundidad.
4.6 Desbaste
Reja recta de limpieza frontal
Reja recta de limpieza posterior
4.6 Desbaste
Reja curva
Reja recta de limpieza posterior
4.6 Desbaste
Reja curva instalada con by-pass
4.6 Desbaste z Automatismo y protección de las rejas mecánicas { El funcionamiento, generalmente discontinuo, del dispositivo de limpieza de la reja, puede automatizarse mediante: z Temporización: Se establece la secuencia de funcionamiento del rastrillo mediante en reloj eléctrico de cadencia-duración regulable, en función del tiempo de funcionamiento diario calculado. z Pérdida de carga: El dispositivo de limpieza se pone en marcha automáticamente cuando la pérdida de carga entre la zona anterior y la zona posterior de la reja, debido a su colmatación parcial, sobrepasa un valor establecido. z Sistema combinado de temporización y pérdida de carga.
{ Las rejas deben ir equipadas con un dispositivo limitador de par, para que en caso de sobrecarga o de bloqueo se pongan fuera de servicio, evitando el deterioro de las mismas.
4.6 Desbaste Parámetros de Diseño z En general se suele disponer un mínimo de dos unidades, de modo que sea posible dejar una de ellas fuera de servicio, ya sea por bloqueo o por cuestiones de mantenimiento, sin tener que parar el desbaste. z En caso de que solo hubiera una unidad instalada, será necesario establecer un canal de by-pass con una reja de limpieza manual para ser usada en casos de emergencia. z Es conveniente la instalación de compuertas de canal, aguas arriba y debajo de cada reja, de modo que sea posible dejar la unidad en seco. z La velocidad del agua en el canal, la velocidad de paso por la reja y la pérdida de carga producida por las rejas son los aspectos más importantes que deben tenerse en cuenta en el diseño de una instalación de desbaste. z Separación libre entre barras { Rejas gruesas: 2