DEPURACIÓN FÍSICA

DEPURACIÓN FÍSICA
DECANTACIÓN
A. Hernández, A. Hernández, P. Galán
2.6.1. FUNDAMENTO Y ALCANCE
El objetivo fundamental de la decantación primaria es la eliminación de los sólidos
sedimentables. La mayor parte de las sustancias en suspensión en las aguas residuales
no pueden retenerse, por razón de su finura o densidad, en las rejillas, desarenadores y
cámaras de grasa, ni tampoco pueden separarse mediante flotación por ser más pesadas
que el agua.
La reducción de la velocidad de corriente por debajo de un determinado valor, (función
de la eficacia deseada en la decantación), es el fundamento de la eliminación de un 50 a
60 por 100 de las materias en suspensión del influente. Al depositarse estas partículas de
fango, arrastran en su caída una cierta cantidad de bacterias, con lo que se alcanza
también, en este tipo de tratamiento, una reducción de la DBO y una cierta depuración
biológica.
Sirven como decantadores todos los depósitos que sean atravesados con velocidad
suficientemente lenta y de forma adecuada por el agua a depurar. La exigencia, sin
embargo, de separar fácil y rápidamente las partículas sedimentadas de las aguas
clarificadas ha conducido a ciertas formas especiales.
Los elementos fundamentales de todo decantador son:
Entrada del afluente: Deben proyectarse en forma tal que la corriente de alimentación se
difunda homogéneamente por todo el tanque desde el primer momento.
Deflectores: Suelen colocarse a la entrada y salida de la balsa sirviendo, el primero, para
conseguir una buena repartición del caudal afluente, y el segundo para retención de las
sustancias flotantes, grasas y espumas.
Vertedero de salida: Su nivelación es muy importante para el funcionamiento correcto
de la clarificación. Por otro lado, para no provocar levantamiento de los fangos
sedimentados, la relación del caudal afluente a la longitud total de vertido debe ser
menor de 10-12 m3/h/m.
Características geométricas: Las relaciones entre ellas deben ser las adecuadas para la
sedimentación de los tipos de partículas previstas. Su forma puede ser rectangular,
cuadrada o circular.
La sedimentación puede ser:
de flujo horizontal
de flujo vertical
Para el dimensionado, de acuerdo a criterios «de experiencia», basta en principio
seleccionar una carga hidráulica y un tiempo de retención adecuados para obtener el
rendimiento que se desee.
Carga hidráulica,
CH = Q/A
Tiempo de retención,
tr = V/Q
siendo:
CH = Carga hidráulica (m3/m2.h)
Q = Caudal circulante a depurar (m3/h)
A = Superficie horizontal (m2)
tr = Tiempo de retención (h)
V = Volumen del tanque de decantación (m3)
En la figura 2.35 y tabla 2.13. y en la figura 2.36 y tabla 2.14 se incluyen los esquemas
y principales características geométricas de un decantador circular y de otro rectangular
de flujo horizontal.
2.6.2. RENDIMIENTOS ALCANZABLES EN LOS DECANTADORES PRIMARIOS
Se adjuntan gráficos de rendimientos elaborados con aguas residuales en España (fig.
2.37).
Estos valores pueden ser considerados como valores orientativos.
El disponer o no decantación primaria no depende del tamaño de la planta, sino del tipo
de tratamiento biológico, dándose la paradoja de que es fácil encontrar numerosas
referencias de plantas de baja carga y de alta carga sin decantación primaria pero no así
en el proceso denominado convencional. La decantación primaria es siempre obligada
cuando posteriormente se vayan a aplicar las aguas al terreno o se utiliza un sistema
biológico de lechos bacterianos. En los restantes casos, la omisión de la decantación
primaria presenta dos vertientes:
Fig. 2.35. Esquema decantador circular flujo horizontal
Tabla 2.13. CARACTERíSTICAS DECANTADOR CIRCULAR FLUJO
HORIZONTAL
Ventajas
1) Mayor simplicidad de operación de la planta.
2) Homogeneidad en la calidad del fango.
3) Remoción del fango en un sólo punto.
4) Eliminación de malos olores al entrar el agua directamente al tanque de ai-reación, si
las aguas llegan en condiciones sépticas.
5) Mejoría de la sedimentabilidad del fango activado.
6) Aumento de la capacidad de absorción de puntas de carga, debido al mayor contenido
de fangos en el tanque de activación.
7) Mejora los sistemas con largos períodos de aireación, con digestión aerobia
principalmente, en climas templados y cálidos.
Fig. 2.36. Esquema decantador rectangular flujo horizontal
Tabla 2.14. CARACTERÍSTICAS DECANTADOR RECTANGULAR FLUJO
HORIZONTAL
Fig. 2.37. Rendimientos de la sedimentación en función de la concentración y período
de retención
Desventajas
1) Mayor consumo energético en el proceso biológico por fangos activos.
2) Menor producción de gas en la planta.
3) Peligro de formación de sedimentaciones en el depósito de aireación, si no hay una
instalación de desarenado bien dimensionada, de formación de fangos flotantes en el
decantador secundario, si no hay una buena eliminación de grasas a la entrada de la
planta y, quizás, una capacidad de espesamiento más reducida del fango mezcla en
algunos casos.
4) Se elimina un elemento de regulación hidráulica y de carga de depuradora, frente a
caudales punta y caudales de lluvia en los sistemas unitarios.
5) Se puede reducir la capacidad de espesado de los lodos que se llevan posteriormente
a digestión.
2.6.3. PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA DECANTACIÓN
En el dimensionado de decantadores hay que atender especialmente a los siguientes
puntos:
1) Superficie de decantación
2) Volumen de decantación
3) Relaciones dimensionales
4) Dimensiones de zona de entrada
5) Vertedero de salida
6) Barrederas de fango
7) Caudales de fangos producidos
8) Pocetas de fangos
1) Superficie de decantación
Relación entre parámetros:
S=Q/V
siendo:
S = Superficie de decantación (m2)
Q = Caudal a tratar (m3/h)
V = Velocidad ascensional (m/h)
Los valores de la velocidad ascensional pueden obtenerse de las tablas 2.15 y 2.16.
Tabla 2.15. VELOCIDADES ASCENSIONALES A CAUDAL MEDIO
Tabla 2.16. VELOCIDADES ASCENSIONALES A CAUDAL MÁXIMO
Cuando la decantación primaria se usa como tratamiento único deben disminuirse las
cifras anteriores en un 30%.
2) Volumen de decantación primaria Relación entre parámetros
V = Q · Tr
siendo:
V = volumen de decantación (m3)
Q = caudal a tratar (m3/h)
Tr = tiempo en retención (h)
Los valores del tiempo de retención pueden obtenerse de la tabla 2.17:
Tabla 2.17. TIEMPOS DE RETENCIÓN
Cuando la decantación primaria se usa como tratamiento único deben aumentarse las
cifras anteriores en un 30%.
3) Relaciones dimensionales
En decantadores circulares de flujo vertical:
siendo:
h = altura del decantador
Ø = diámetro del decantador
puede tomarse:
Ø <40 m
h < 3m
En decantadores rectangulares de flujo horizontal:
siendo:
L = longitud del decantador
h = altura útil del decantador
b = ancho del decantador
pueden usarse las siguientes relaciones:
Tabla 2.18. DIMENSIONES EN DECANTADORES RECTANGULARES
Para tanteos, según Huisman:
H = (1/12) L0,8;
B = (1/8,5)L1,2
4) Dimensiones de la zona de entrada
Decantadores circulares
En decantadores circulares de flujo vertical, siendo para el cilindro central de entrada:
Ø1= diámetro del cilindro
h1= altura del cilindro desde el borde superior del decantador
Ø = diámetro del decantador
h = altura del decantador
Pueden tomarse las relaciones de la tabla 2.19.
En decantadores rectangulares de flujo horizontal, siendo:
Dh = Pérdida de carga ocasionada por el sistema de entrada al decantador.
Puede tomarse como valor para el dimensionado del sistema:
Dh = de 0,20 a 0,30 m
Tabla 2.19. DIMENSIONES EN DECANTADORES CIRCULARES
5) Vertedero de salida
Relación entre parámetros:
L=Q/V
siendo:
L = longitud necesaria de vertedero (m)
Q = caudal a tratar (m3/h)
V = carga de salida por el vertedero (m3/h/m)
se tienen los valores de la tabla 2.20.
Tabla 2.20. CARGA DE SALIDA EN VERTEDERO
6) Barrederas de fangos
Siendo Vr = velocidad lineal de las barrederas de fondo en decantadores.
Pueden tomarse los valores de la tabla 2.21.
Las inclinaciones de los fondos para dichas rasquetas suelen ser:
En decantadores circulares Del 2 al 8%
En decantadores rectangulares Del 0,5 al 2%
dependiendo del sistema de rasquetas empleado.
Tabla 2.21. VELOCIDAD DE BARREDERAS DE FONDO
7) Caudales de fangos producidos
El caudal medio de fangos producido puede calcularse con la siguiente fórmula:
Qf = K · C · Q/10.000 · C1
siendo:
Qf = caudal medio de fangos producidos (m3/h)
Q = Caudal medio de agua a tratar (m3/h)
K = coeficiente de reducción de sólidos en suspensión en la decantación
C = concentración de sólidos en suspensión en el agua bruta (p.p.m.)
C1 = concentración de fangos en la salida de purga del decantador (%)
Como valores usuales de la concentración de fangos en la salida de purga del
decantador, pueden tomarse los de la tabla 2.22.
Tabla 2.22. CONCENTRACIÓN DE FANGOS (%)
8) Pocetas de fangos
Relación entre parámetros
V = Qf · Tr
siendo:
V = volumen de poceta o pocetas (m3)
Qf = caudal medio de fangos producidos (m3/h)
Tr = tiempo de retención del fango en pocetas (h)
Los valores usuales del tiempo de retención en pocetas pueden tomarse de la tabla 2.23.
Tabla 2.23. TIEMPO DE RETENCIÓN EN POCETAS DE DECANTADORES
Notas:
1) En los decantadores circulares con rasquetas de espesado se pueden alcanzar
concentraciones del fango de hasta el 8%.
2) No obstante los tiempos de retención indicados para el dimensionado de pocetas, lo
normal suele ser el que las purgas de fangos se realicen continuamente o mediante
temporizaciones cortas.