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• Jordy Kaleb Rolon

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4.1 INTRUDUCCION Muchas impurezas en el agua son en forma de partículas en suspensión que tener una densidad mayor que la del agua. Ellos permanecen en suspensión debido al movimiento turbulento del agua que fluye. Sin embargo, si las condiciones se hacen más de reposo en la naturaleza, estas partículas se depositan en el marco de la influencia de la gravedad. Este es el principio detrás de los procesos de clarificación. Ejemplos típicos de partículas eliminadas de esta manera incluyen limo, barro, algas y los materiales que se convierten en flóculos en suspensión a través de la coagulación proceso como materia orgánica natural. La aplicación de aclaración se remonta a los primeros registros históricos cuando los seres humanos almacenan agua en jarras y decantaron las capas superiores. Los primeros sistemas de sedimentación a gran escala fueron construidos por los romanos en forma de el Castellae y piscinae de los sistemas de acueducto. Esto fue llevado a la siguiente etapa durante el inicio de la era industrial, donde la solución de los embalses fueron utilizados para almacenar grandes volúmenes de agua. El uso de balsas de decantación llevó para el desarrollo de tanques rectangulares construidos y el flujo radial entonces dispositivos. Los desarrollos primera reportados de sedimentación de alta tasa en el forma de placas de láminas se remonta a Suecia en la década de 1960 a partir de una necesidad de albergar las unidades de tratamiento contra los extremos de invierno. Los más recientes desarrollos han sido el uso de lastre para mejorar las densidades de flóculos con sus orígenes en Australia y Francia. Este capítulo cubre la ciencia y el diseño del proceso de sedimentación procesos que se utilizan en el tratamiento del agua potable y seguirán con una descripción de los principales tipos de procesos utilizados, incluyendo el rendimiento típico datos

4.2 CIENCIA DEL PROCESO Las partículas pueden instalarse en una de las cuatro formas distintivamente diferentes en función de la concentración y la tendencia relativa de las partículas de aglomerado mientras que se asientan. En concentraciones de sólidos baja, típicamente menos de 500 1000 mg l-1, la liquidación se produce sin interferencias de partículas. A medida que la concentración aumenta la influencia de las partículas que rodean aumenta la velocidad de sedimentación. Como la concentración de partículas aumenta además los cambios en el proceso de aclaración a la sedimentación impedida y engrosamiento, que no será discutido aquí. Como una partícula discreta se asienta se acelerará, bajo la fuerza de la gravedad, hasta que la fuerza de arrastre sobre la partícula equilibra su fuerza de peso. En este punto la partícula desciende a una velocidad constante de sedimentación terminal de la llamada velocidad. La expresión exacta de la velocidad de sedimentación terminal de depender en el régimen de flujo alrededor de la partícula, ya que se asienta. Sin embargo, en la mayoría de los casos en el tratamiento del agua potable las partículas caen

en un campo de flujo laminar y la expresión se convierte en ley la conocida Stokes:

donde vt es la velocidad de sedimentación terminal (ms-1),? p es la densidad de la partícula (kg m-3),? es la densidad del agua (kg m-3), d es el diámetro de partícula (m) y? es la viscosidad del agua (kg m-1 s-1). La expresión anterior muestra la importancia de la densidad y la viscosidad del agua en el asentamiento de partículas (Tabla 4.1). Las cuestiones clave relacionadas con la temperatura que tiene un impacto dramático en la viscosidad del agua de tal manera que las partículas se depositan más rápido en el agua más caliente de tal manera que es posible que la tasa de dobles entre verano e invierno. La velocidad de sedimentación de los flóculos es complicado ya que no son esferas sólidas de tal manera que los cambios en la tasa de sedimentación como una función del tamaño, estructura y densidad. Las tasas de sedimentación estándar generalmente se reportan en relación con la arena debido a sus propiedades consistentes y disponibilidad. Las tasas de sedimentación típicos de arena (gravedad específica de 2,65) son 100 mm s-1, 8 mm s-1 y 0,154 mm s-1 para

Tamaños de partícula de 1,000 micrómetros, 100 micrómetros y 10 micrómetros, respectivamente. Flocs normalmente tratados en los procesos de sedimentación incluyen aglomerados NOM y turbidez basada. Las tasas de sedimentación típicos en los tamaños que puedan formar son entre 0,2 y 1 mm s-1 para NOM y 0,5 y 2,5 mm s-1 para la turbidez flóculos (Figura 4.1). 4.2.1 ACENTAMIENTO EN LOS TANQUES El proceso de separación más fácil de desarrollar para la clarificación continua de las partículas del agua es un tanque de sedimentación horizontal (Figura 4.2). Considere un tanque L m de largo, Dm profunda y Wm amplia que es operado en un caudal de QM3 hr-1. Una partícula en la entrada al tanque debe caer a

la parte inferior del tanque en el tiempo que tarda el flujo para salir del tanque para ser eliminado. El tiempo necesario para caer la profundidad del tanque es:

t=

D vt

Y el tiempo para que el agua recorra la longitud del tanque es:

t=

L L = v h Q / ( D∗W )

La combinación de las expresiones superiores:

vt =

Q ( L∗W )

Donde L × W es el área de sección transversal del tanque de tal manera que Q / (L x W) es la velocidad de carga de superficie y representa el parámetro de diseño clave para sedimentación. Si la velocidad de sedimentación real es inferior a la hidráulica tasa de carga de la partícula será arrastrado en el flujo y no se conservará. Una consecuencia importante de lo anterior es que, en teoría, la profundidad deL tanque de sedimentación no es importante para decidir el rendimiento de una sedimentación proceso. En realidad, los problemas que se pueden hacer con la estabilidad de flujo y el fregado significa que la profundidad no jugar un papel importante.

OPCIONES TECNOLÓGICAS CLARIFICADORES DE FLUJO HORIZONTAL.

Clarificadores horizontales se basan en rectangular o circular (Figura 4.3) configuraciones y eran a la vez el proceso de clarificación estándar en todo el mundo. Sin embargo, rara vez se utilizan ahora en el Reino Unido y Europa para nuevas obras. Todavía se utilizan en América del Norte debido a su facilidad de cubrir y de la construcción. En tanques rectangulares que el agua sea tratada fluye en un extremo y sale por el otro. Desbordamiento superficie típica tasas están en el rango 1-2mhr-1 para el agua coagulada (típicamente más cerca 1 hr-1 m) con tiempo de retención de 2-3 h. Los problemas de diseño clave se relacionan con buena distribución de flujo en la entrada con una perturbación mínima para evitar floc ruptura y la relación de longitud a anchura. Lo ideal sería que las condiciones de flujo pistón son requerido que necesita una relación de longitud a anchura de 20. En los ratios anteriores práctica5 tienden a ser suficiente. Lodo recogido se desecha a lo largo del piso de la tanque hacia una cámara de recogida de lodos cerca del extremo de entrada del tanque dey se bombea de distancia para su posterior procesamiento. Clarificadores circulares operan desde una alimentación central bien con el flujo en movimiento hacia el exterior para los vertederos periféricos tal que la velocidad disminuye progresivamente. Los tanques contienen generalmente un suelo inclinado que está barrida por un raspador hacia una central de recogida.

Cámara. El perfil de velocidad decreciente permisos ligeramente superior de desbordamiento tasa de tanques rectangulares y ligeramente más corto tiempo de residencia. 4.3.2 PLACAS LAMELLA El principal problema con clarificadores horizontales es el espacio que ocupan en la generación de la zona requerida. Un método de mejorar esto es para insertar una serie de placas o tubos en un ángulo inclinado para aumentar efectivamente el área para el asentamiento , conocido como placas de láminas (Figura 4.4 ) . Hay una serie de diseños propios ( Figura 4.5 ) , recurriendo bien circular , hexagonal.

Fig. 4.4 Esquema de una clarificadora placa lamela.

Fig. 4.5 (a) Varios formatos de láminas (adaptado de Gregory et al., 1999); (b) Esquema de una Paquete de placas de láminas. O tubos rectangulares, pero la mayoría tienen una separación de 50 mm y una longitud de entre 1 y 2 m . Las placas se asentaron en un ángulo de entre 50◦ y 70◦ para que sean auto-limpieza. Tonos más bajos se utilizan de vez en cuando a un precio tan bajo como 7◦ pero eso requiere de volver periódica lavado para mantener el Canalizar bloqueen. En la mayor aclaración procesa el agua fluye hacia arriba a través de las placas. Las partículas se separan si se caen en un individuo placa o tubo y se deslizan hacia abajo hasta que se recogen en forma de lodo. Teniendo en cuenta un conjunto de láminas de láminas con placas N cada W amplia y de largo en un ángulo de 60◦ con un lanzamiento de p ( Figura 4.6) la superficie total de área disponible para la sedimentación se puede calcular como: A effective = × W (Np + cos 60◦) La inclusión de las placas dentro de flujo o manta floc clarificadores horizontales puede Permitir un aumento de la tasa de carga del orden de 2-3 sin deterioro en la concentración de efluente. Las tasas de carga típicas para este tipo de sistemas son entre 5 y 10 m hr- 1 4.3.3 CLARIFICADORES DE FLUJO VERTICAL - CLARIFICADORES MANTO DE LODO El clarificador floculó o lodos manta es un diseño simple que comprende un Tolva tanque inferior circular o cuadrada (Figura 4.6). Agua coagulada es Fed hasta el ápice de la tolva y los flujos de agua en un flujo ascendente expansión (Disminución de la velocidad) patrón que permite que se produzca floculación. En un punto diseñado para estar alrededor de la parte superior de la sección de tolva, la velocidad de flujo ascendente del agua es igual a la velocidad de sedimentación de los flóculos de tal manera que permanecen en suspensión con agua limpia arriba. Los flóculos en suspensión se acumulan y formar una

manta que actúa como un lecho de filtro captura de pequeños flóculos y partículas de tal manera que el proceso de clarificación se mejora. Como partículas floculadas continuar a acumularse en la manta su altura aumenta hacia la parte superior del tanque. El nivel de la manta se controla mediante la eliminación de sólidos a mantener una zona de agua clara entre la manta y las presas de salida. La capacidad de la manta para capturar pequeños flóculos y partículas depende de la concentración de la manta, el flujo de sólidos en la manta y la velocidad de flujo ascendente (Figura 4.7). La turbidez del efluente se deteriora rápidamente una vez que una cierta velocidad de flujo ascendente umbral ha sido sobrepasado (punto A) como la concentración manta floc (punto B) disminuye por debajo del punto de flujo máximo en la manta (punto C). Figura 4.7 también demuestra que no hay mejora en la turbidez en el aumento de la concentración manta más allá de la obtenida en el flujo máximo de partículas como la manta está trabajando a su máxima eficiencia de captura.

Fig. 4.6 Esquema de clarificadores manta de flóculos - (a) fondo de la tolva y (b) de fondo plano.

Fig. 4.7 Relación entre la calidad del agua asentado y operación manta (adaptado de Gregory Et al., 1999).

Una manta floc muy estable puede funcionar con sólo una pequeña agua clara Región por encima de ella (0,1 m) aunque los niveles ligeramente más profundas se utilizan a menudo para compensar las inestabilidades del proceso. Velocidades de flujo ascendente se fijan en aproximadamente 50% de la sedimentación terminal velocidades de las partículas libres que equivale a alrededor de 1.3 m hr-1. Caudales más altos son posibles con el ablandamiento del agua plantas que pueden funcionar tan arriba como 5 m h-1. El inconveniente de la diseño es que se requiere un tanque de profundidad razonable para generar la tolva diseño, como el ángulo de la tolva es de alrededor de 60◦, para evitar los lodos se pegue a la paredes. Esto establece un límite práctico para el tamaño de un tanque de individuo a alrededor 5 m. Para habilitar tanques más grandes un número de diseños modificados han sido desarrollados incluyendo multi-tolva y los tanques de fondo plano. Estos últimos son más común en las nuevas plantas que utilizan ya sea de alimentación candelabro invertido múltiple tuberías o laterales en todo el piso. Una versión del proceso es la Pulsator clarificador (Superpulsator ), mediante Infilco Degremont, que deriva su nombre del hecho de que el flujo entra en el tanque en pulsos (Figura 4.8).El agua entra a través de una cámara en la que se eleva el nivel del agua.

Fig. 4.8 Esquema de un clarificador Pulsator R Por encima del nivel del agua en el depósito bajo la influencia de un vacío parcial.

Cuando se libera el vacío, mediante la apertura de un orificio de ventilación, el flujo de las mareas a través de las tuberías de distribución. En consecuencia, hay ciclos de bajo flujo seguido por un pulso rápido. Un ciclo típico dura alrededor de 30 a 60 s tiempo durante el cual la capa de lodos se contraerá (surge) y ampliar (bajo caudal) que genera una manta según los informes más uniforme. Extensamente placas inclinadas espaciados también se incluyen para suprimir las corrientes y mejorar sedimentación que resulta en un aumento en la tasa de carga de entre 1,2 y 12 m3 m - 2 h – 1.

4.3.4 LOS SISTEMAS DE TASAS ALTAS SAND FLOCULACIÓN LASTRADA ( ACTIFLO R) El proceso de Actiflo utiliza arena fina en el rango de tamaño de alrededor de 80 a 160 micras como un lastre para mejorar la velocidad de sedimentación de los flóculos y aumentar la cinética de crecimiento durante la floculación (Figura 4.9). Se observan velocidades de sedimentación a ser de un orden de magnitud mayor que en los sistemas tradicionales con una

Fig. 4.9 Photograph of a ballasted floc (with kind permission of OTV – Veolia Water Systems).

Proceso de floculación que es 2-8 veces más rápido. Los beneficios combinados Significa que el proceso es un proceso de clarificación pequeña huella con alrededor

Una reducción del 60-80% en el área en comparación con un sedimentador tradicional. El proceso de se introdujo por primera vez en la década de 1990 para la producción de agua potable de las fuentes de agua de río en Francia. Para el año 2004, la capacidad total instalada para tratamiento de agua potable era de 10 340 160 m3 d-1. La mayoría de las plantas están en los EE.UU. y Francia, que varían en tamaño desde 30 hasta 25 000 m3 h-1 y todavía se basan en las fuentes de agua del río. La tecnología es también utilizado ampliamente para el agua / aplicaciones de aguas residuales y pluviales de las OSC donde hay es una capacidad total instalada de 10 681 800 m3 d-1 a finales de 2004. El proceso incluye tres etapas separadas (Figura 4.10). El agua cruda y coagulante entrar en la primera etapa, de inyección, donde la arena y micro un polímero se inyecta en una zona de mezcla para combinar el balasto a las contaminantes en el agua. Tiempos de retención típicos en la zona son del orden de 2 min. El flujo entonces pasa a la segunda etapa, la zona de maduración, donde los flóculos crecen en un ambiente de cizallamiento reducida de normalmente 160- 200 s-1 para otros 6 min. Los flóculos luego pasan a la solución final zona que incorpora placas de láminas. El tiempo de residencia en esta zona es de él orden de 2-3 min resulta en un tiempo de residencia total en el proceso de unos 10 min. La mezcla reiterada de arena y lodo se bombea a una hidrociclón donde la arena se separa del lodo y se recicla. El flujo de lodo representa típicamente for6% del caudal total de entrada (ciruelo et al., 1998). La eficacia del proceso se puede ver en una prueba simple frasco (figura 4.11), que muestra la velocidad del proceso. En situaciones de lotes de sedimentación

Fig. 4,10 esquemática del proceso Actiflo R Tiempos de 10-30 s son adecuados para la clarificación aunque la mayor parte de la la liquidación se ha reportado que ocurre dentro de los primeros 3 a 5 s .

la principal parámetros de diseño son la tasa de desbordamiento y las tasas de dosificación de arena y polímero. Hasta 200 m se han sugerido hr- 1 tasas de desbordamiento de la mas mayoría de las plantas operan en el rango de 40-80 m hr- 1. Tasas de dosificación de arena mantener una concentración de 2-4 dosis gl- 1 y de polímero se hacen coincidir a las características del sistema, pero son típicamente menos de 0,5 mg l- 1. La tecnología se ha demostrado que coincida e incluso mejorar en la eliminación visto en los sistemas tradicionales, donde hasta el 99% la eliminación de sólidos suspendidos es posible. Un estudio específico mostró que el sistema produce una robusta concentración del efluente de l- 1 independientemente de la carga alrededor de 6 mg en el planta (ciruelo et al. , 1998 ) DENSADEG R Un proceso alternativo utiliza lodo reciclado como la ayuda lastrada y se utiliza Principalmente para las tomas de agua del río (Figura 4.12) . El proceso contiene tres Zonas componen de una zona del reactor, engrosamiento y clarificación. En el reactor de Zona, pre- formadas micro- flóculos se combinan con los lodos de reciclado de la

Fig. 4.11 Las etapas de funcionamiento: Coagulación - 30 años; Floculación - 1 minuto; Configuración - 10s . (Con amable autorización del OTV - Veolia Water Systems) Zona de espesamiento en combinación con un polímero aniónico. El combinado flujo se dibuja a través de un tubo de aspiración a una velocidad de hasta 10 veces el entrantes flujo de alimentación producir flóculos densos compactos. El flujo pasa entonces a la presettling / zona de espesamiento, donde se produce la mayor parte de la separación. Una lenta rastrillo se mueve a la parte inferior del tanque de ayuda más el espesamiento por la liberación agua arrastrada que se bombea periódicamente a la deshidratación final proceso dentro de la planta de tratamiento. Forma parte de abajo de la zona de espesamiento una flujo parcial se recicla de nuevo a la zona de reactor para actuar como el lastre fresco.

Fig. 4,12 esquemática de un Densadeg. En la zona final, clarificación, el sobrenadante se pasa hacia arriba a través un conjunto de placas de láminas para producir la calidad del agua final. Las tasas de carga típicas para el proceso son reportados a ser alrededor 25mhr-1 para beber aplicación de agua usando coagulaciones, y tan alto como 120 m hr-1 para aplicaciones de OSC. La clave para el proceso es el requisito de generar los flóculos muy densas. Tasas de recirculación de fangos típicos son hasta

10% del flujo a una concentración de entre 10 y 20 gl-1 con aniónico

polímero tasa de dosis de menos de 0,5 mg l-1. Control del proceso viene desde el aumento gradual de cualquiera de los componentes cuando sea necesario como en respuesta a una tormenta en un río. El proceso de r Densadeg como el proceso de r Actiflo ofrece soluciones con reducción de los tiempos de retención hidráulicos (huella), la reducción de la demanda de coagulante y un tiempo de inicio rápido. Este último se informó que alrededor de 15 a 20 min permitiendo a los procesos que se utiliza de forma intermitente; esto es de beneficio especial para aplicaciones de OSC sino que puede aplicarse a la tormenta eventos en potable plantas de agua y el tratamiento de los efluentes de lavado de plantas de filtración. Las reducciones en la demanda de coagulante varían, pero es probable que sean no más de un máximo de 50%. La mayoría de las plantas requieren el uso de un polímero para generar suficiente resistencia para soportar los flóculos zonas de frecuencia de corte altas encontradas en los sistemas de alta tasa. La otra ventaja es que el proceso no es tan sensible a la dosis de coagulante tal que los períodos de dosificación insuficiente hacer no causar problemas graves tales como con los sistemas convencionales. SIROFLOC R El proceso de r Sirofloc fue desarrollado en Australia y ha sido instalado en el Reino Unido, Australia y los EE.UU.. La primera planta en el hemisferio norte se instaló en Redmires en 1988 con una capacidad de 20 ml de D-1. El proceso

funciona poniéndose en contacto con un polvo de diámetro 1-10 micras de magnética óxido de hierro (magnetita) con agua a pH bajo. Bajo tales condiciones la magnetita actúa como un medio de adsorción de la eliminación de cualquier negativamente material cargado como arcilla, algas y NOM coloidal. Después de la adsorción la magnetita en polvo se aglomera bajo la influencia de un campo magnético que hace que el polvo de resolver muy rápidamente. La magnetita se limpia por lavado en una solución de hidróxido de sodio después de lo cual que puede ser reutilizado. El proceso funciona típicamente a una concentración de magnetita de 1,5-2% en peso con la adición de un polímero catiónico en una tasa de alrededor de 1 mg l-1 dosis. Tasas de liquidación de hasta 30 m hr-1 lata ser alcanzados pero en la práctica las plantas funcionan a alrededor de 10 m hr-1. Rendimiento reportado indica tasas de eliminación típica de 99% de turbidez, 96% de color y hasta 99,9% en las bacterias y los virus Tabla 4.2 Resumen de diseño clarificador y remoción.

4.4 APLICACIONES En las aplicaciones de tratamiento de agua un bien diseñado y bien operada clarificador debe producir agua de turbidez por debajo de 5 NTU representando aclarado eficiencias de remoción de alrededor del 90-95 % (Tabla 4.2) . La alta tasa sistemas pueden producir efluentes más claras con turbiedades residuales cerca de 1-2 NTU en algunos informó aplicaciones.