Al estudiarse una toma de agua, debe evitarse al máximo el arrastre de arena. Si las condiciones locales no lo permiten, será preciso prever un desarenador, a menos que se admita la recuperación de la arena en otro elemento de la planta. En el caso particular de que se incluya en la instalación un predecantador, se podrán eliminar solamente las partículas de dimensiones superiores a 0,3 mm de diámetro, en un canal desarenador con vaciado por caída hidráulica.
También puede separarse la arena mediante un ciclón (hidrociclón en la impulsión de las bombas de captación) pero hay peligro de desgaste de las bombas por abrasión. Con los hidro-ciclones se obtiene un excelente desarenado con arenas de 100 a 500 micras, pero crean una pérdida de carga bastante fuerte (del orden de algunos metros de altura de agua con un mínimo aproximadamente de 0,50 m en el caso de aparatos de fabricación muy cuidada). Si la instalación incluye un tamizado (con malla de 1 a 2 mm, por ejemplo), deberá efectuarse un desarenado previo para evitar problemas en los tamices.
- Su superficie horizontal se calcula en función de la velocidad de sedimentación Vc de las partículas de menor tamaño que deben retenerse, y del caudal máximo que circulará por el mismo:
Superficie horizontal = caudal máximo/Velocidad Vc de la partícula menor a retener
- Su sección transversal es función de la velocidad horizontal de flujo deseada. Esta velocidad será superior a la velocidad crítica de arrastre VI de las partículas depositadas, si se desea efectuar una evacuación hidráulica de la arena, e inferior si se prevé una evacuación por barrido de fondo.
Fig. 58. Desarenador desaceitador.
1 - Canal de entrada.
2 - Válvula de llegada.
3. Puente móvil para elevación de la arena.
4 Tranquilizador.
5 - Válvula de desaceitado.
6 - Canal de evacuación de aceite.
7 - Válvula de salida.
6 - Canal de salida. Alimentación de la decantación.
9 - Evacuación de la arena.
10 - By-pass por vertedero de rebose.
11 - Tubos de invección de aire.
3.2. Desarenado de aguas residuales urbanas
El problema es mucho más difícil de resolver, debido a la heterogeneidad
del medio.
En este caso, se trata de separar la arena de otras materias presentes en el agua,
en especial materias orgánicas, de forma que la arena retenida no arrastre
materias contaminadas, lo que, generalmente, es muy difícil. La arena que
se extrae contiene siempre una cierta proporción de materia orgánica,
que sedimenta al mismo tiempo. La separación de estas materias se realiza
adoptando una velocjdad de barrido de 0,30 m/s aproximadamente. Puede mejorarse el
resultado mediante un lavado final de la arena extraída del desarenador reduciéndose
entonces a menos del 30 % el contenido de materia orgánica de la arena lavada.
- Principales tipos de desarena dores.
Se utilizan, por orden creciente de importancia y de eficacia:
- Canales desarenadores simples en los cuales la velocidad de flujo varía con el caudal. Se utilizan en pequeñas instalaciones de depuración. La arena se extrae manualmente de un canal longitudinal, con una capacidad de almacenamiento de 4 a 5 días aproximadamente.
- Canales desarenadores con velocidad de flujo constante (del orden de 0,30 m/s) provistos de 1 o, mejor, 2 canales equipados con un vertedero de salida de ecuación lineal (altura de agua proporcional al caudal). Generalmente, van provistos de un canal de almacenamiento, de limpieza manual, pero pueden estudiarse con un transporte hidráulico de la arena hacia una tolva que lleva un dispositivo mecánico de extracción. Tiempo de permanencia: 1 a 2 minutos, aproximadamente.
- Desarenadores circulares, con alimentación tangencial, o agitación mecánica, o, mejor aún, inyección de aire, en los cuales la velocidad de barrido de fondo creada se mantiene sensiblemente constante, cualquiera que sea el caudal. La arena, almacenada en una tolva central, se extrae mediante una bomba o por un emulsor de aire, y se envía a un compartimiento de secado por gravedad. Tiempo de permanencia: 2 a 3 minutos, aproximadamente.
- Desarenadores rectangulares aireados, en los cuales el aire que se inyecta provoca una rotación del líquido, y crea una velocidad constante de barrido de fondo, perpendicular a la velocidad de paso, la cual, mucho menor, puede entonces variar sin que provoque ningún inconveniente. El aire inyectado, además de su papel motor, favorece, por su efecto de agitación, la separación de las materias orgánicas que pueden quedar adheridas a las partículas de arena.
La extracción de la arena se realiza automáticamente:
- por un conjunto de emulsores de aire, de funcionamiento sincopado (recogida en tolvas inferiores),
- por barrido (por cadenas sin fin o por puente de rasquetas) hacia una fosa de recogida de extremo, seguido de una recogida por bombeo,
- directamente por bomba aspirante (o emulsor de aire) montada sobre puente rodante. La arena se separa generalmente de la emulsión impulsada por un medio mecánico que reduce la proporción de materias orgánicas asociadas, y que asegura la conservación para el almacenamiento. Estos desarenadores, calculados para un tiempo de permanencia de unos 3 a 5 minutos, una carga hidráulica máxima de aproximadamente 70 m3 de agua/m2 de superficie libre y por hora y una longitud máxima de 30 m, permiten una retención del orden del 80 % de las arenas con una granulometría de 250 micras (a caudal máximo) y de 150 micras (a caudal mínimo).
3.3. Desarenado de aguas residuales industriales
En aguas residuales de fabricación de industrias metalúrgicas o mecánicas,
la separación de arenas y otras materias minerales, con una granulometría
del orden de 100 a 250 micras o superior, puede hacerse:
- en un desarenador de rasquetas, de forma circular, con un diámetro de 5 a 15 m aproximadamente (con alimentación central y recogida de agua periférica), o de forma cuadrada (con alimentación y recogida laterales y opuestas), calculados con una altura líquida del orden de 1 m, y una carga hidráulica de unos 15 a 30 m3 de agua por m2 de superficie libre y por hora. El rascador rotatorio, de arrastre central, empuja la arena a una fosa de recogida lateral; la extracción mecánica se realiza por tornillo de Arquímedes o clasificador alternativo de rastrillos,
- en un hidrociclón a presión, con velocidad de entrada reducida (2 a 3 m/s) para limitar la abrasión. Aparato de 300 a 700 mm de diámetro, aproximadamente. Caudal unitario, hasta 500 m3/h. Pérdida de carga del orden de 2 a 3 m de C.A. Extracción en continuo, con una concentración aproximada del 10% de materias minerales. Con una disposición en sifón de la salida superior, puede conseguirse que la concentración llegue hasta el 20 % aproximadamente, manteniendo un diámetro conveniente en la boca de salida.
Fig. 59. - Desarenador rectangular aireado. Aguas residuales de NANCY (Meurthe-et-Moselle,
Francia).
4. PREDECANTACION
La predecantación es una operacion que se efectúa, antes de la clarificación
con aguas de superficie muy cargadas. Tiene por objeto eliminar la totalidad de la
arena fina y la mayor cantidad posible de barro.
El umbral de concentración de materias en suspensión en el agua bruta,
a partir del cual se hace necesaria la predecantación, es función del
tipo de decantador-clarificador principal. Este umbral puede ser de 2 g/l aproximadamente,
a la entrada de decantadores-clarificadores sin rasquetas, y de 5 a 10 g/l a la entrada
de aparatos provistos de rasquetas.
Según la carga de materias en suspensión y su naturaleza, un predecantador
debe dimensionarse como un decantador (generalmente es el caso de aguas brutas cuya
carga no excede de 20 a 30 g/l) o como un espesador (cuando la carga del agua bruta
es superior a dicho límite).
En efecto, se comprueba, a baja carga, la posibilidad de una decantación natural
sin reactivo; y después, al aumentar la carga, es necesario añadir
un reactivo para alcanzar un rendimiento de clarificación suficiente. Al aumentar
aún más la carga del agua bruta, se comprueba la desaparición
de la fase de sedimentación libre y la aparición de un asentamiento.
Generalmente, éste no mejora mediante el empleo de un coagulante tipo sulfato
de alúmina o cloruro férrico, sino que, para alcanzar una compresión
suficiente, es necesario el empleo de polielectrólitos específicos:
en realidad, se pasa de un tratamiento de agua a un tratamiento de fango, siendo
muy variable, de un fango a otro, el límite entre estos dos tipos de tratamiento.
Cuando los predecantadores trabajan como decantadores, su velocidad ascensional varía
entre 2 y 6 m/h en función del contenido de materias en suspensión
que se desee obtener a la salida, la naturaleza de las materias que han de retenerse
y según que se utilicen reactivos o no.
El tiempo de contacto depende de la carga de materias en suspensión, de sus
características de compresión y de la concentración final que
se desea en la extracción, y varia, generalmente, entre 1 hora y 2 horas.
Cuando es elevada la carga de materias en suspensión, o cuando su velocidad
de compresión es lenta, los predecantadores deben considerarse como espesadores
de fangos. En tal caso, la velocidad ascensional es menor (entre 2 m/h y 0,50 m/h,
y a veces menos) y el tiempo de contacto se encuentra comprendido entre 2 y 5 horas.
El rendimiento de clarificación de un predecantador varía de un 50
a un 65 % sin adición de reactivos, pudiendo llegar hasta un 75 a 98 % con
una dosis adecuada de floculante en general, del orden de la tercera parte de la
determinada por el Jar-Test. Cuando se alcanza el umbral de decantacibn frenada,
hay que aplicar dosis crecientes de polielectrólitos, lo que rápidamente
limita el empleo del agua a usos industriales; en efecto, en relación con
las aguas potables, algunas reglamentaciones únicamente autorizan dosis muy
pequeñas de polielectrólitos (del orden de 1 mg/l).
Al igual que los decantadores, los predecantadores son de forma rectangular o circular.
Los fangos se extraen:
- sin rascado, por extracción gravitaria, a partir de tolvas incorporadas,
- sin rascado, mediante bombas aspirantes montadas sobre un puente grúa de corredera, de movimiento alterno, que se desplaza a una velocidad del orden de 1 a 3 cm/s. El puente puede ir equipado con una bomba de inyección de agua destinada a provocar el desprendimiento de la masa de fango depositada hacia la aspiración de las bombas aspirantes,
- con rascado, a partir de una o de varias fosas, por extracción gravitaría, o por bombas fijas.
El estudio de los predecantadores exige un conocimiento preciso de los volúmenes de fangos producidos en los períodos críticos, así como de las posibilidades de compresión de estos fangos.
Fig 60 - Predecantación del agua de abastecimiento a BANDUNG (Indonesia)
5. DESACEITADO. DESENGRASE
Los problemas de desaceitado y de desengrase de las aguas son de varios tipos
- desaceitado de aguas de superficie, antes de su tratamiento,
- desengrase de aguas residuales urbanas, antes de su vertido al alcantarillado, desengrase como pretratamientó en una estación depuradora de aguas residuales urbanas,
- desaceitado de aguas residuales de refinería de petróleo y petroquímicas,
- desaceitado de aguas condensadas, para su reutilización en una caldera (ver condensados, pág. 690).
El desaceitado es una operáción de separación líquido-líquido,
en tanto que el desengrase es una operación de separación sólido-líquido
(siempre que la temperatura del agua sea suficientemente baja para permitir la coagulación
de las grasas).
Los aceites y grasas, generalmente más ligeros que el agua, tienden a subir
a la superficie. Por ello, todo dispositivo en el que se reduzca la velocidad de
flujo, y que ofrezca una superficie tranquila, actúa como separador de grasa
y aceite.
La recogida en superficie y la evacuación, dentro de lo posible, se efectuarán
por vertido (o por arrastre sobre cinta sin fin), por lo que se refiere al aceite,
y por rascado para las grasas.
5.1. Desaceitado de aguas de superficie
Tiene por objeto separar los aceites libres, con el fin de evitar que sean arrastrados
hasta la estación de tratamiento.
Para ello, se favorece la flotación natural en alguna de las obras de llegada,
en la toma de agua o en el canal de llegada. Un tabique en sifón hace de presa.
La evacuación del aceite se realiza por una toma de superficie, por vertedero
fijo o móvil (tubo giratorio).
5.2. Desengrase de aguas residuales urbanas, antes de su vertido al alcantarillado
Este tratamiento se recomienda, y, a veces, se impone, a numerosas empresas artesanas,
restaurantes, colectividades, etc. Se fabrican separadores de grasa (o cajas de grasa)
normalizados, para caudales hasta 20 a 30 l/s. Estos aparatos se calculan para un
tiempo de retención de 3 a 5 minutos y una velocidad ascensional de 1 5 m/h,
aproximadamente.
Siempre que su explotación se lleve a cabo convenientemente, estos aparatos
pueden retener hasta un 80 % aproximadamente de las materias grasas, y almacenar
del orden de 40 l de materias ligeras por l/s de caudal introducido. Es indispensable
efectuar una limpieza de forma regular. La temperatura del agua debe ser inferior
a 30 ºC, a la salida del aparato. Estos aparatos están concebidos de
forma que se evite, en lo posible, la sedimentación de materias pesadas; sin
embargo, puede disponerse, a su entrada, un depósito de sedimentación
de las materias más gruesas, de fácil limpieza, con un tiempo de retención
del orden de 1 a 3 minutos.
5.3. Desengrase, como pretratamiento, en estaciones de depuración de aguas
residuales urbanas
El decantador primario separa necesariamente las grasas, que se acumulan en la superficie,
pero generalmente se adapta mal a la recogida de éstas cuando su volumen resulta
considerable, con las consiguientes dificultades de explotación.
En aguas urbanas de origen doméstico, el desengrase es conveniente (indispensable
si no se procede a una decantación primaria) y se efectúa satisfactoriamente
en combinación con el desarenado (tranquilización de una fracción
de la superficie líquida en un desarenador aireado y recogida de las grasas
y espumas por vertido o rascado), siempre que las dimensiones del aparato se calculen
consecuentemente.
El aparato lleva una zona de aeración, en la que se inyecta aire por su parte
inferior, y una zona tranquilizada destinada a la acumulación de las grasas
en la superficie. Los fangos sedimentables se deslizan sobre una pared inclinada,
y pasan a la zona de aeración. El tiempo de permanencia del agua en este aparato
es del orden de 10 a 15 mm a caudal medio, con un mínimo de 5 mm. La evacuación
de las grasas puede realizarse por vertedero, o bien por barrido mecánico
de la superficie. El caudal de aire introducido es del orden de 0,5 a 2 m3/h
por m3 de capacidad de desengrasador. En estas condiciones,
puede conseguirse una eliminación del 80 % de las materias grasas.
Puede ser aconsejable el empleo de un desengrasador separado, cuando la calidad del
agua bruta exige la eliminación de gran cantidad de grasa. En este caso, se
calcula la zona tranquila para una velocidad ascensional de 15 a 20 m/h, con un máximo
de 25 m/h.
Se utilizan también estos desengrasadores en el pretratamiento de aguas residuales
de algunas industrias (matadero, industrias de la carne), antes de su vertido al
alcantarillado, obteniéndose, de esta forma, una protección de la red.
Fig. 67. - Desengrasador con inyección de aire. Mataderos de DECIZE.Nièvre
(Francia).
En algunos casos (aguas muy reductoras, o de gran contenido en amoniaco), puede ser interesante utilizar el desengrasador como un elemento de preaeración. En este caso, deberá calcularse con un tiempo de retención de 30 min como mínimo, y un caudal de aire apropiado. Como puede observarse, estos desengrasadores no están previstos para la eliminación de aceites e hidrocarburos, cuya introducción en las redes de alcantarillado está prohibida.
Fíg. 62. Desengrasador-desaceitador.
1 - Llegada de agua bruta.
2 - Aeración por difusores porosos.
3 - Columna de maniobra de la válvula de vaciado.
4 - Bomba hidroneumática.
5 - Cinta transportadora de grasa.
6 - Evacuación de agua.
7 - By-pass.
8 - Válvula de vaciado.
9 - Dispositivo de rascado.
10 - Grupo motorreductor del dispositivo de rascado.
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