DESARENADO - DESENGRASADO

2.5.1. DESARENADO
2.5.1.1. Consideraciones generales
Su funcIón es separar los elementos pesados en suspensión (arenas, arcillas, limos), que lleva el agua residual y que perjudican el tratamiento posterior, generando sobrecargas en fangos, depósitos en las conducciones hidráulicas, tuberías y canales, abrasión en rodetes de bombas y equipos, y disminuyendo la capacidad hidráulica. La retirada de estos sólidos se realiza en depósitos, donde se remansa el agua, se reduce la velocidad del agua, aumentando la sección de paso. Las partículas en suspensión, debido al mayor peso, se depositan en el tondo del depósito denominado desarenador.
Como regla general, para todas las poblaciones equivalentes superiores a 500 hab. deberá colocarse un desarenador incluso en los sistemas de alcantarillado separativos.
Para valores inferiores a 100 hab. eq, bastará con un pequeño escalón o pozo en el canal inmediatamente detrás de las rejas, siempre que dicho canal sea fácilmente limpiable y esté duplicado para facilitar la limpieza.
En cuanto a las posibilidades de evacuación de arena los sistemas que pueden utilizarse son:

• bomba sumergible que purgue a un contenedor que haga de decantador estático y en el que el agua sobrenadante vuelva a cabecera.
• bombas Mammut.

En ocasiones es también interesante el empleo de un clasificador de arenas.
Existen varias clasificaciones de los desarenadores atendiendo a características, a veces no totalmente disyuntivas, y con denominaciones más o menos confusas. Una de las menos equívoca podría ser la siguiente:

1. Desarenadores de flujo horizontal.
2. Desarenadores de flujo vertical.
3. Desarenadores de flujo inducido.

Experiencias realizadas con distintos tamaños de arena, a distintas velocidades ascensionales, para determinar los porcentajes de pesos de arenas arrastrados por la corriente, han dado los siguientes resultados:

Tabla 2.9. DECANTABILIDAD DE LAS ARENAS

Se ha deducido, también experimentalmente, que la mayor velocidad de caída de la materia orgánica es de 3 a 4 cm/seg. Por consiguiente, si se fija la velocidad ascendente de un desarenador de tipo vertical en 6 cm/seg se puede asegurar que no habrá depósito de materia orgánica mientras que los granos de arena de 0,25 a 0,5 mm quedarán retenidos en su mayor parte.
Dos técnicas son la base de los procedimientos utilizados en la separación de arenas: La separación natural por decantación en canales o depósitos apropiados, y la separación dinámica con procesos utilizando inyección de aire o efectos de separación centrífuga. La separación natural requiere una constancia absoluta en el paso del agua.
En las figuras 2.31. y 2.32. se representan desarenadores de flujo horizontal y en la figura 2.33. un desarenador de flujo inducido (circular) con extracción de arenas por bomba Mammut.

2.5.1.2. Estructuración del cálculo de un desarenador

a) Datos base

• caudal de entrada al desarenador.
• diámetro de la arena que se quiere eliminar.
• temperatura del agua.

b) Determinación de las velocidades (según tablas).

• máxima VH para evitar arrastres.
• Vs de caída en aguas de reposo.

Fig. 2.31. Desarenador de flujo horizontal. Sección transversal


Fig. 2.32. Desarenador de flujo horizontal. Sección longitudinal


Fig. 2.33. Desarenador circular con extracción de arenas por bomba Mammut

c) Sección transversal
Se considera por condiciones de pared, la formación de lineas de corriente y que la relación entre la anchura de la sección (a) y la altura útil (h), debe estar comprendida entre:

1 < a/h < 5

d) Tiempo de retención
Para simples desarenadores el tiempo de retención puede estar entre 2,5 y 5 minutos.
En la práctica y con sufiente aproximación se pueden tomar como base los datos de la tabla 2.10., válidos en sedimentación libre, para partículas de arena de densidad 2,65.

Tabla 2.10. DATOS DE SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS

en el que:
d = diámetro de la partícula de arena.
Vc = velocidad de sedimentación, para un fluido de velocidad horizontal nula.
Vc' = velocidad de sedimentación, para un fluido de velocidad horizontal VH.
VH = velocidad horizontal crítica de arrastre de la partícula depositada. Según KALBSKOFF-IMHOFF las velocidades ascensionales aceptables expresadas en (m/h), quedan reflejadas en la Tabla 2.11.

Tabla 2.11. VELOCIDADES ASCENSIONALES EN DESARENADORES

La cantidad de arena recogida en los desarenadores varía de forma muy importante en función del sistema de alcantarillado (unitario o separativo), tipo de sumideros, grado de pavimentación de la zona, características de los terrenos y de la urbanización, etc. Se pueden tomar como valores orientativos los de:
- En urbanización densa 10 l/he.año
- En urbanización diseminada 30 l/he.año

2.5.2. DESENGRASADO
Son importantes los volúmenes de grasas que se vierten en los colectores, procedentes de los garajes (desprovistos generalmente de decantadores de grasas antes de su acometida a la red de alcantarillado), de los hogares y calefacciones, de lavaderos, mataderos y de la escorrentía superficial en colectores unitarios.
Las grasas han creado muchos problemas en la técnica de la depuración de aguas residuales, especialmente en los elementos y procesos siguientes:

• En rejillas finas causan obstrucciones que aumentan los gastos de conservación.
• En los decantadores forman una capa superficial que dificulta la sedimentación al atraer hacia la superficie pequeñas partículas de materia orgánica.
• En la depuración por el sistema de fangos activados dificultan la correcta aireación disminuyendo el coeficiente de transferencia al 55-70% al subir las grasas de 0 a 70 mg/l y participan en la producción del fenómeno de «bulking».
• Perturban el proceso de digestión de lodos.
• La DQO se incrementa en un 20 a 30%, por las grasas contenidas en los vertidos.

Las cantidades de grasas incorporadas en las aguas residuales son muy variables, pero, para aguas urbanas, pueden considerarse unas cifras de 24 g por habitante y día, o bien el 28% de los sólidos en suspensión.
El sistema más comúnmente empleado para la eliminación de grasas consta de 2 fases:
a) La emulsión de las grasas en el arenero mediante aireación, permitiendo su ascenso a la superficie, y su subsecuente retirada.
La velocidad ascensional de las burbujas de grasa puede estimarse entre 3 y 4 mm/s.
b) Separación de grasas residuales en las balsas de decantación, retirando éstas por medio de rasquetas superficiales.

El desarenado y el desengrasado pueden realizarse de forma separada o bien conjuntamente en un mismo depósito. Esta última alternativa presenta las siguientes ventajas:

• Las velocidades de sedimentación de las arenas y de flotación de las partículas de grasa no se modifican prácticamente por realizar el desarenado y la desemulsión de grasas en el mismo depósito. Ello es lógico si se considera la diferencia de densidades entre las partículas de arena y de grasa.
• El aire comprimido añadido para la desemulsión ayuda a impedir la sedimentación de las partículas de fango, poco densas por lo que la arena depositada en el fondo del desarenador es más limpia.
• Las partículas de arena, al sedimentar, deceleran las velocidades ascensionales de las partículas de grasa. Disponen así éstas de más tiempo para ponerse en contacto entre si durante su recorrido hacia la superficie, aumentándose el rendimiento de la flotación de grasas.

La inyección de aire para evitar la sedimentación de materia orgánica, con acción de desemulsionado de grasa puede deducirse de la tabla 2.12., en función de la superficie transversal S del desarenador.

Tabla 2.12. AIRE EN DESARENADORES-DESENGRASADORES

Siendo C_(a) los m³ por hora de aire por metro de longitud del desarenador.
IMHOFF sugiere que el volumen de aire inyectado sea 1/4 del volumen de agua a depurar, para misión de desarenado, impidiendo la sedimentación de materia orgánica.

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