CONTENIDO ANEXO A 1. PROCESOS DE TRATAMIENTO

Actualización del Plan Maestro para el Mejoramiento de los Servicios de
Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento en Juárez, Chihuahua.
Anexo A
Procesos de Tratamiento
CONTENIDO
ANEXO A
1. PROCESOS DE TRATAMIENTO ....................................................... 1 1.1. 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2. 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3. 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.3.7 FLOCULACIÓN ............................................................................................. 2 Rango optimo de floculación ............................................................................ 2 Parámetros de diseño......................................................................................... 3 Criterios de diseño para tanques hidráulicos de floculación ........................... 4 SEDIMENTADOR LAMINAR (DE ALTA TASA) .............................................. 4 Parámetros de diseño......................................................................................... 4 Verificación de las condiciones de flujo entre las placas................................. 5 Criterios para el diseño de sedimentadores de alta carga ................................ 6 FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (DAF) ................................................... 6 Descripción de la unidad DAF .......................................................................... 6 Funcionamiento de DAF................................................................................... 7 Conceptos básicos para diseño de DAF ............................................................ 8 Parámetros de diseño......................................................................................... 9 Balance de masa para la zona de contacto, Figura 4. ..................................... 9 Concentración másica ..................................................................................... 10 Relación presión –aire - cantidad de agua a tratar ........................................ 11 1.4. FILTRACIÓN ............................................................................................... 12 1.5. SISTEMA DE DESINFECCIÓN ..................................................................... 17 1.6. TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA PARA RETROLAVADO DE
FILTROS ................................................................................................................. 20 1.7. TANQUE DE RECUPERACIÓN DE AGUA USADA EN RETROLAVADO DE
LOS FILTROS .......................................................................................................... 20 1.8. TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE AGUA TRATADA............................. 20 1.9. MANEJO DE LOS LODOS ............................................................................ 21 1.9.1 1.9.2 1.9.3 1.9.4 1.9.5 1.9.6 1.9.7 Esquema de manejo de lodos provenientes del tratamiento de agua............. 21 Espesamiento gravitacional de lodos .............................................................. 22 Criterios de diseño ........................................................................................... 23 Espesamiento mecánico de lodos. Mesa espesadora ...................................... 25 Deshidratación de los lodos espesados ........................................................... 26 Unidad combinada para tratamiento de lodos provenientes de agua rodada 27 Disposición del lodo deshidratado al relleno sanitario .................................. 28 CUADROS
Cuadro 1 Rango óptimo de floculación según el criterio de Camp ........................................ 3 Cuadro 2 Criterios de diseño para floculadores...................................................................... 4 Cuadro 3 Criterios de Diseño del Sedimentador de Alta Carga ............................................. 6 Cuadro 4 Solubilidad de oxigeno, nitrógeno y aire a diferentes temperaturas ..................... 10 Cuadro 5 Criterios de diseño y operación de sistemas de flotación por aire disuelto .......... 12 Cuadro 6 Fases de Retrolavado del Filtro. Intensidad de Flujo ........................................... 16 Servicios de Ingeniería e Informática, S.C.
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Procesos de Tratamiento
Cuadro 7 Criterios de diseño para filtros .............................................................................. 17 Cuadro 8 Criterios de diseño para espesador establecidos en la literatura .......................... 24 Cuadro 9 Modelos de Mesa de Espesamiento ...................................................................... 26 Cuadro 10 Modelos de Filtro Banda .................................................................................... 27 FIGURAS
Figura 1 Tren de Tratamiento –Alternativa I y Alternativa II ................................................ 2 Figura 2 Unidad DAF, Equipada con dos Cámaras de Floculación ....................................... 7 Figura 3 Corte Longitudinal de la Unidad DAF ..................................................................... 7 Figura 4 Presurización de Reciclado ...................................................................................... 9 Figura 5 Relación entre la Presión y la Solubilidad de Aire en el Agua .............................. 11 Figura 6 Configuración del Filtro ......................................................................................... 13 Figura 7 Módulo prefabricado de bajo dren para Distribución Uniforme de Agua y Aire .. 13 Figura 8 Arreglo del medio de Soporte ................................................................................ 14 Figura 9 Canaletas de Recolección de Agua del Retrolavado .............................................. 14 Figura 10 Evolución de las Perdidas de Carga y la Calidad de Efluente durante la Filtración
.............................................................................................................................................. 15 Figura 11 Desinfección mediante LUZ UV ......................................................................... 18 Figura 12 Esquema del Espesador por Gravedad Propuesto ................................................ 23 Figura 13 Mesa de Espesamiento ......................................................................................... 26 Figura 14 Esquema de Filtro Banda ..................................................................................... 27 Figura 15 Esquema de la Unidad Combinada-Mesa de Espesamiento+Filtro Banda .......... 28 Servicios de Ingeniería e Informática, S.C.
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Procesos de Tratamiento
1. PROCESOS DE TRATAMIENTO
Los procesos involucrados en la potabilización de agua deben de estar seleccionados en
función del tipo y la concentración de los contaminantes en el agua a tratar; los mismos
deben de asegurar el grado requerido de remoción de aquellos contaminantes cuya
concentración excede la establecida como límite máximo permisible en la norma, NOM127-SSAI, 94. Por lo anterior, la información sobre la calidad de agua cruda es un punto
importante en el diseño de las unidades que integran el tren de tratamiento de agua, así
como para el manejo y la disposición de los lodos generados.
A continuación se describen los procesos que están involucrados en el tratamiento de agua
superficial del río Bravo, los criterios de diseño y la metodología de dimensionamiento de
las unidades. Con base a estos procesos en el sub-capitulo posterior se desarrollan dos
alternativas para el tratamiento de agua y se realiza la comparación técnico-económica de
éstas alternativas.
Para el tren de tratamiento de agua fueron seleccionados los siguientes procesos:
-
Tren de tratamiento de agua
Floculación
Clarificación de agua mediante Sedimentación (I alternativa), o Flotación por Aire
Disuelto (DAF- II alternativa)
Filtración
Desinfección con Cloro o Luz Ultravioleta (opción preferible para evitar la
formación de THM)
Tren de tratamiento de lodos
Espesamiento gravitacional (I alternativa) o mecánico mediante mesa espesadora (II
alternativa)
Deshidratación por filtro prensa
Transporte al relleno sanitario
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Figura 1 Tren de Tratamiento –Alternativa I y Alternativa II
1.1. Floculación
En la floculación procede la aglomeración de las partículas suspendidas en el agua,
previamente coaguladas; de esta manera se forma un floc más grande y más fácilmente
sedimentable.
Para la planta del río Bravo fue seleccionado floculador hidráulico de flujo vertical
generalmente por ahorrar el gasto de la energía eléctrica, y por reducir los costos de
mantenimiento de los equipos. Las ventajas de los floculadores hidráulicos son de a) fácil
ajuste de la reducción paulatina del gradiente (G). b) no utiliza partes rotativos ni equipos
mecánicos, c) tampoco energía eléctrica. d) es fácil de mantener. La desventaja de este tipo
de floculador es la limitada flexibilidad al cambio del flujo.
1.1.1 Rango optimo de floculación
Las variables más importantes del proceso de floculación son: la concentración de
coagulante (D), la intensidad de agitación, expresada como gradiente de velocidad (G), y el
tiempo de retención (T).
Andreu-Villegas y Letterman, 1976, a través de muchos ensayos logran a relacionar los
parámetros (T) y (G) con la dosis (D) del coagulante (alumbre) en sistemas de caolina,
donde funciona el mecanismo de coagulación por barrido. La expresión obtenida es la
siguiente:
2 .8
Gopt TD = 4.4 x10 6 ............................................................................1.
Donde
Gopt = gradiente optimo de la velocidad (seg-1)
D = dosis de coagulante (en el rango de 10 a 50 mg/l)
T = tiempo de floculación (min)
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Para determinar la energía requerida para la agitación, como guía se utiliza el parámetro
adimensional (GT), conocido como criterio de Camp. El (GT) depende de la naturaleza de
agua cruda y el tipo de coagulación, indicados en el Cuadro 1.
Cuadro 1 Rango óptimo de floculación según el criterio de Camp
Gradiente de
Velocidad
G (seg-1)
Proceso
Tiempo de
Retención
T (seg)
Criterio de Camp
(GT)
Línea de conducción de la mezcla rápida hasta
100 -150
variable
variable
el floculador
Floculación de alta energía
20 - 100
900 -1500
de 40000 a 75000
Floculación convencional (sedimentación)
10 - 75
1200 -1800
de 30000 a 60000
Nota: Cuando se utilizan polímetros o ayudantes de alto peso molecular se admiten valores de G más altos,
en el rango de 200 a 300 seg-1 y (GT) = (100-150)x103.
Ambos parámetros (T) y (G) dependen de las características de agua cruda, tipo del
coagulante empleado y el tratamiento posterior del agua floculada. Para agua con baja
turbiedad y baja temperatura se recomienda el límite superior del tiempo (T) indicado en el
Cuadro 1, mientras para el agua fácilmente floculada y regiones cálidas, así como para
filtración directa se recomienda el límite inferior (15 min); en estos casos el gradiente (G)
debe de ser más alto para producir un floc de menor tamaño, pero con mayor densidad.
El volumen del tanque de floculación está determinado por el tiempo de retención
requerido para la aglomeración de las partículas; el tiempo típico de retención es de 15 a 30
min. La configuración del floculador depende de la manera con la cual se produce la
agitación (mezcla) de agua; en la práctica se comúnmente se aplican floculadores del tipo
hidráulico o mecánico. Alternativamente se utilizan difusores de aire con chorros de agua
para la mezcla auxiliar, en el caso de sobrecarga de la planta.
1.1.2 Parámetros de diseño
La intensidad de la mezcla, expresada mediante el gradiente de velocidad (G) se calcula
según la ecuación:
G=
Pg
μW
( seg −1 ) ..........................................................................2.
Donde G es el gradiente de velocidad (seg-1)
μ es la viscosidad absoluta de agua
P es la energía disipada en el líquido
W es el volumen del líquido
g =9.81 m/s2 es la constante gravitacional
Para floculadores hidráulicos la ecuación anterior se puede escribir de la siguiente manera:
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ghQ
( seg −1 ) ...................................................................3.
νW
2
Donde g =9.81 m/s es la constante gravitacional
ν es la viscosidad cinemática (m2/seg), función de la temperatura del agua
h es la pérdida de carga hidráulica (m)
Q es el flujo de agua (m3/ seg)
G=
1.1.3 Criterios de diseño para tanques hidráulicos de floculación
En el Cuadro 2 se presentan los criterios de diseño para tanques hidráulicos de floculación
con flujo vertical.
Cuadro 2 Criterios de diseño para floculadores
Floculador de mezcla hidráulica
Canal de mamparas con Flujo vertical
Velocidad del agua en los canales
0.20 – 0.45 m/s
Etapas de floculación
Igual o mayor a 3
Gradiente de velocidad
Rango: de 80 a 20 seg-1
Tiempo hidráulico de retención, total
De 10 a 30 min
Distancia mínima entre mamparas
0.75 m
Número de canales
Mínimo 6
Tirante hidráulico
2.5 - 4.0 metros
Se debe de prever en el diseño del tanque y en el arreglo funcional lo requerido para evitar
la acumulación de sólidos en el fondo y/o para facilitar el retiro de sólidos y limpieza del
tanque.
1.2. Sedimentador Laminar (de alta tasa)
La función del sedimentador es separar los sólidos del agua proveniente del floculador. El
agua clarificada se dirige a los filtros; los lodos se acumulan en el fondo del tanque y se
evacuan periódicamente, para ser deshidratados, antes de su disposición final.
Para la planta del río Bravo fue seleccionado sedimentador con placas paralelas, inclinadas
a 60o por ser unidad más compacta en comparación con otros sedimentadores, y por
presentar mayor eficiencia en la remoción de los sólidos.
1.2.1 Parámetros de diseño
Área horizontal donde se ubican las placas es:
Ah ≥
⎤
Q⎡
w
2
⎢
⎥ ( m ) ........................................................4.
2
α
α
α
l
+
w
cos
sin
U t ⎣⎢ p
sin ⎦⎥
Donde:
Ah = Área horizontal de ubicación de las placas (m2)
Q = gasto de diseño (m3/seg)
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lp= largo de la placa
w = distancia perpendicular entre las placas (m)
α = ángulo de inclinación de las placas respecto al horizontal
Ut = velocidad final de sedimentación de las partículas (m/seg)
La carga superficial en la zona de las placas es:
V=
Q
(m 3 /m 2 día) .........................................................................................................5.
Ah
Donde: V = carga superficial en la zona de las placas (m3/m2día)
La velocidad promedia del flujo en la zona de sedimentación será:
Vo=
Q
Ah sin α
(m / seg) .......................................................................................................6.
Donde: Vo es la velocidad promedia del flujo entre las placas (m/seg)
1.2.2 Verificación de las condiciones de flujo entre las placas
Las condiciones del flujo dependen de la geometría de las placas y la velocidad del flujo
entre las mismas. La geometría de las placas/tubos debe de asegurar un régimen laminar
del flujo entre las placas. Además, entre las placas se tiene que garantizar flujo estable. El
criterio del régimen del flujo entre las placas es el número de Reynolds, mientras la
estabilidad del flujo se demuestra por el número de Froude.
Cumplimiento de las condiciones para el régimen laminar
Para que se cumplan las condiciones de un régimen laminar entre las placas, el número de
Reynolds, Re,cr , debe de ser menor de 500, cumpliendo con el criterio para un régimen
laminar en canales cerrados.
R e ,cr = V max
R h ....................................................................................................................7.
ν
Donde:
Re,cr = límite superior del número de Reynolds que garantiza flujo laminar
ν = viscosidad cinemática del fluido, (m2/s)
Vmax es la velocidad máxima de flujo entre las placas (m/s), la cual se presenta en el
centro del espacio entre las placas
Cumplimiento de las condiciones para el régimen estable
Entre las placas se tiene que garantizar flujo estable. La estabilidad hidrodinámica del flujo
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aumenta al reducir la profundidad, la turbulencia disminuye, la capacidad de transporte del
flujo se ve reducida y los sólidos sedimentan. Cuando NFr >1x10-5 siempre está garantizada
la estabilidad del flujo. Para el flujo en canales, el número de Froude se expresa por la
fórmula:
2
N Fr =
Vo
.....................................................................................................................8.
gRh
Donde:
Vo es la velocidad promedia entre las placas (m/s)
1.2.3 Criterios para el diseño de sedimentadores de alta carga
En el Cuadro 3 se presentan los criterios generales para el diseño de sedimentadores de alta
carga.
Cuadro 3 Criterios de Diseño del Sedimentador de Alta Carga
Parámetro
Distancia perpendicular entre las placas (mm)
Largo de las placas
1
Ángulo de inclinación de las placas respecto al horizontal
2
Velocidad final de sedimentación de las partículas
Carga superficial hidráulica
Símbolo
Valor
w
Lp
α
Ut
0.05-0.1 m
1.20 m
60o
0.12 a 0.7 mm/seg
Menor de 180 m3/m2día
CSH
Notas:
1. Las placas deberán estar inclinadas a 60º para facilitar el deslizamiento de los lodos
en forma natural.
2. El rango de velocidad de decantación de las partículas o tasa de decantación entre
las placas es de 10 a 60 m3/m2d (de 0.12 a 0.70 mm/seg), recomendado por el
CEPIS.
1.3. Flotación por Aire Disuelto (DAF)
1.3.1 Descripción de la unidad DAF
El DAF es una estructura de concreto, Figura 2, donde, comenzando de la izquierda, se
localizan:
Cámara de mezcla rápida,
Dos cámaras de floculación (mezcla lenta),
Unidad DAF, integrada de una cámara de contacto y una de separación de los
sólidos
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Figura 2 Unidad DAF, Equipada con dos Cámaras de Floculación
1.3.2 Funcionamiento de DAF
En la Figura 3 se muestra el corte de la unidad DAF con el objetivo de explicar el
funcionamiento de la misma.
Figura 3 Corte Longitudinal de la Unidad DAF
1. Los coagulantes son dosificados e introducidos en el flujo en la cámara de mezcla
rápida (1); opcionalmente los mismos se pueden introducir en un mezclador
estático, instalado en la tubería de entrada a la planta.
2. Sulfato de aluminio, y polímero catatónico son los reactivos más adecuados en caso
de materia orgánica y algas pero las dosis son muy inferior comparado con las que
se usa en sedimentación. Floculación en dos etapas (2), donde se proporciona un
gradiente de intensidad de mezcla promedio de 70 s-1 con tiempo de retención aprox.
de 15 min (determinados experimentalmente).
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3. La taza hidráulica superficial (CSH) de 9.68 a 19.36 m/h (para los cálculos fue
aceptada una taza de 12.5 m/h).
4. Una parte del efluente (10%) se recicla (4), al inicio del DAF mediante bombas de
reciclado.
5. El reciclado es enriquecido con aire en el saturador (5) a presiones de 60-90 PSI; El
saturador está provisto con empaque para fomentar la mezcla el agua con el aire; se
tiene VFD control de bombas de reciclado (4) para mantener el balance en el
saturador (5).
6. El reciclado ingresa en la cámara de contacto (7) mediante cabezales de distribución
dispuestos en el ancho de la cámara de contacto. Los cabezales son provistos con
orificios o boquillas; la caída de presión produce numerosa cantidad de burbujas
finas con tamaño de 20 a 100 micras.
7. El agua floculada se mezcla con agua presurizada en la cámara de contacto (7)
donde procede la adhesión de los floculos a las burbujas de aire; En la zona de
contacto se forma “agua blanca”; las burbujas finas ascienden por el agua floculada
capturando el floc a su paso hacia la superficie. El flujo es laminar de manera que se
aplica la ecuación modificada de Stock. El proceso es parecido a una filtración de
agua por burbujas de aire.
8. Los aglomerados (birbuja-floculos) flotan hacia la zona de separación (8); La capa
flotante en la superficie es soportada por las burbujas flotantes.
9. La nata en la superficie del tanque (8) se remueve periódicamente mediante
desnatadores hidráulicas o mecánicas
10. El efluente clarificado es recolectado del fondo del tanque mediante una serie de
tuberías perforadas que aseguran la distribución uniforme del flujo.
El lodo extraído del tanque DAF se enviara al tanque de almacenamiento de lodos, vía
gravitacional, donde también ingresa el lodo evacuado del tanque de recuperación de agua
de retrolavado de los filtros, extraído por equipo de barrido.
1.3.3 Conceptos básicos para diseño de DAF
Cualquier sistema de flotación debe presentar las siguientes características:
a) Generación de burbujas de tamaño apropiado en relación con las partículas que se
desea remover.
b) Adherencia eficiente entre las bolas de aire y las partículas en suspensión.
c) Separación adecuada del material flotante.
La flotación puede ser realizada por aire disperso, por bolas generadas a través del proceso
electrolítico y por aire disuelto. Para el caso de la potabilizadora se adoptó la flotación por
aire disuelto con presurización de la recirculación, Figura 4.
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Figura 4 Presurización de Reciclado
1.3.4 Parámetros de diseño
Los proyectos de sistemas de flotación por aire disuelto dependen de la concentración de
partículas suspendidas, cantidad de aire, unidad de saturación, velocidad ascensional de las
partículas, tasa de aplicación y tratamiento químico.
Los principales criterios de diseño se discuten a continuación:
Los principales criterios de diseño se basan en el balance de materia y la cinética del
sistema. En forma simple, el sistema está compuesta de un tanque, desde el cual se recircula
una cantidad determinada de flujo para ser enriquecida con aire a presión; este aire esta
expulsado en la cámara de contacto donde se mezcla con el agua a tratar. Los cálculos están
basados en el balance de masa del aire que entra y sale del sistema de flotación.
1.3.5 Balance de masa para la zona de contacto, Figura 4.
El aire presurizado que entra en la cámara de separación se expresa de la siguiente manera:
A1 = QrCr (mg/seg)
El aire, contenido en el flujo de reciclado que sale (a presión atmosférica) se expresa: A2=
QrCs (mg/seg)
La diferencia (A1-A2) es el aire que se expulsa en la cámara de contacto en forma de
burbujas.
En la cámara de contacto se tiene una mezcla de agua con concentración de aire Cb;
entonces el balance de aire se expresa con la siguiente ecuación: (Qr+Q)Cb = A1- A2 =
QrCr – QrCs,aire =Qr (Cr-Cs,aire)
Finalmente: (Qr+Q)Cb = Qr (Cr-Cs,aire).
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Despejando, para Cb se obtiene:
Qr (Cr − Cs, aire)
Cb =
L (mg / L) ............................................................9.
(Qr + Q)
Donde:
A1- cantidad de aire en el flujo presurizado (mg/l)
A2- cantidad de aire en el flujo a presión atmosférica (mg/l)
(Cb) es la concentración másica de las burbujas de aire en la zona de contacto
(mg/l)
(Cr) la concentración de aire disuelto en el reciclado presurizado, (Qr) que entra en
la cámara de contacto (mg/l)
(Cs, aire) la concentración (en equilibrio) de aire disuelto en el agua a presión
atmosférica (mg/l); es la solubilidad de aire que depende de la temperatura de agua,
Cuadro 4.
Cuadro 4 Solubilidad de oxigeno, nitrógeno y aire a diferentes temperaturas
La ecuación anterior es la base para el diseño del proceso de flotación; conociendo los
parámetros al lado derecho de esta última se puede encontrar la concentración másica de las
burbujas de aire en la zona de contacto.
1.3.6 Concentración másica
La concentración de aire en la suspensión (aire-agua) en la zona de contacto (“agua
blanca”) es afectada por la eficiencia de saturación, por lo cual en la ecuación anterior se
introduce un factor (f). Entonces la concentración másica real se puede expresar con la
siguiente ecuación, obtenida del balance de masa para la zona de contacto, Figura 4:
Cb =
f * r * (Cr − Cs, aire)
L (mg / L) ............................................................10.
(1 + r )
Donde:
r es el la razón de recirculación (Qr/Q)
f- eficiencia de saturación (60-70% para saturadores sin empaque y 90-95% para
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Procesos de Tratamiento
saturadores con empaque)
La diferencia (Cr-Cs,aire) representa la cantidad de aire que será expulsado como burbujas
en la cámara de contacto.
La Figura 5, a continuación presenta la concentración Cr en función de la presión ejercida
en el sistema de presurización (la presión inducida por el compresor). Como se puede
apreciar, en el rango de diseño recomendado en la literatura para estos sistemas (de 400 a
600 kPa) se tiene de 110 a 150 mg/l de aire (Cr) en el reciclado.
Figura 5 Relación entre la Presión y la Solubilidad de Aire en el Agua
1.3.7 Relación presión –aire - cantidad de agua a tratar
La ec. 10 puede ser transformada, para poder incorporar la presión de saturación y la
presión atmosférica, sustituyendo las siguientes relaciones:
Cr
Pop
..................................................................................................................11.
=
Cs, aire Patm
r=
Qr
....................................................................................................12.
Q
Donde:
Pop es la presión de operación
Patm es la presión local
Q es gasto tratado
Qr es gasto de recicle
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Anexo A
Procesos de Tratamiento
Sustituyendo (11) y (12) en (10) se obtiene la relación entre la solubilidad de aire, presión
de operación y cantidad de agua tratada:
A
⎡ fPop ⎤
⎡ fPop ⎤
= rCs , aire ⎢
− 1⎥ = 1.3Ss, aire ⎢
− 1 ............................................................13.
Q
⎣ Patm ⎦
⎣ Patm ⎥⎦
Donde:
(A/Q) es la relación de aire al agua ml de aire/m3 de agua tratada (establecido de 8 a
10 mg/l)
(Ss, aire) es la solubilidad de aire (ml/l)
1.3 es el peso especifico de aire (mg-aire/ml-aire)
Las ecuaciones (10) y (13) son las bases para el diseño de las unidades DAF.
Criterios de diseño
Cuadro 5 Criterios de diseño y operación de sistemas de flotación por aire disuelto
A continuación, se presentan los parámetros para clarificadores DAF que operan a tasa
convencional (hasta 15 m3/m2-hr), y los que son diseñados para operar a altas tasas (de 15 a
30 m3/m2-hr).
1.4. Filtración
Por lo general, los filtros son las unidades más complejas en una potabilizadora y merecen
un análisis más detallado, que se presenta en subsecuentes párrafos.
Descripción del filtro
El filtro es una estructura de concreto, Figura 6, donde, comenzando del fondo, se
localizan:
Bajo dren,
Medio de soporte,
Lecho filtrante, y Canaletas de retrolavado
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Figura 6 Configuración del Filtro
El bajo dren evacua el agua filtrada durante la filtración e introduce agua y aire durante el
retrolavado del lecho. El retrolavado del filtro se efectúa a flujo ascendente con agua o agua
y aire, distribuidos uniformemente en la sección del filtro a través del “bajo dren”.
La parte esencial en el diseño y la operación de los filtros es la selección del tipo de bajo
dren. El bajo dren proporciona la distribución uniforme de agua y el aire para asegurar el
lavado de todo el material filtrante, sin causar revolturas en el lecho. Una de las
tecnologías más avanzadas en este aspecto pertenece a la incorporación estadounidense
Leopold Inc., la cual ofrece módulos prefabricados de polietileno de alta densidad, con
dimensiones ajustables y de fácil instalación, Figura 7.
Figura 7 Módulo prefabricado de bajo dren para Distribución Uniforme de Agua y Aire
El medio de soporte tiene dos objetivos principales: evitar la pérdida del material filtrante,
y distribuir uniformemente el flujo en la sección del filtro. El medio de soporte está
compuesto de varias camas de grava, colocando capa más gruesa sobre el bajo dren, y la
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Anexo A
Procesos de Tratamiento
más fina - inmediatamente debajo del material filtrante.
Este arreglo, presentado en la Figura 8 evita el acarreo de material filtrante hacia el bajo
dren durante la filtración y su arrastre hacia las canaletas durante el retrolavado. El diseño
del soporte permite evitar que las camas de grava se desplacen y el material de las
diferentes camas se mezcle. El arreglo del medio de soporte también proporciona más
estabilidad del lecho durante el retrolavado.
Figura 8 Arreglo del medio de Soporte
MATERIAL
BAJO
El lecho filtrante consiste en dos camas: una de arena comúnmente utilizada en las plantas,
y otra cama de zeolita sobrepuesta sobre la cama de arena, para retener el hierro, el
manganeso y otros metales disueltos en el agua que escapan el tratamiento anterior.
Las canaletas de recolección, localizadas en la parte superior de la unidad, Figura 6, sirven
para recolectar el agua utilizada en retrolavado del filtro. El material de las canaletas debe
de ser resistente y duradero, además la superficie debe de lisa para minimizar la resistencia
hidráulica al flujo, Figura 9.
Figura 9 Canaletas de Recolección de Agua del Retrolavado
Funcionamiento
Para distinguir el propósito de cada sistema, arriba mencionada, a continuación se describe
brevemente el funcionamiento del filtro.
El agua decantada (desde el sedimentador o el DAF), ingresa en el canal frontal del filtro,
de donde pasa por los tres orificios laterales delimitados por las canaletas de recolección de
agua de retrolavado, Figura 6. El agua filtrada se recolecta en el fondo del filtro a través del
sistema de bajo dren, de donde entra a la tubería múltiple; ésta última dirige el agua a la
tubería principal, que reúne el agua de todos los módulos de la planta para descargarla, vía
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Procesos de Tratamiento
bombeo, en el tanque existente de regulación y almacenamiento de agua tratada.
Durante la operación, en el lecho del filtro se acumulan sólidos que obstruyen el paso de
agua, ocasionando pérdidas de carga y una elevación progresiva del nivel de agua en el
filtro. Cuando en nivel del agua en el filtro alcanza su máximo, o la calidad del efluente
rebasa la norma establecida, la operación del filtro se suspende para su retrolavado. La
Figura 10 muestra la evolución de las pérdidas de carga y la calidad del efluente con el
tiempo de filtración.
Figura 10 Evolución de las Perdidas de Carga y la Calidad de Efluente durante la Filtración
4
PÉRDIDA DE CARGA (m)
TURBIEDAD (UTN)
15
ALTURA MAXIMA
POR CONSTRUCCIÓN
T2
nivel agua
3
PÉRDIDAS
10
CALIDAD
2
"FUGA" DE CONTAMINANTE
Hf
NORMATIVIDAD
Ht
5
1
T1
Ho
0
0
0
4
8
12
16
20
24
28
TIEMPO DE OPERACIÓN (hrs)
Simbología:
Ho – Perdidas de carga en lecho limpio
Hf – Pérdidas ocasionadas por la acumulación de los sólidos en el lecho
Ht – Perdidas de carga final, que indican cuando se tiene que retrolavar el filtro
Las dos líneas en la figura anterior, por lo general, se comportan de la siguiente manera:
Calidad del filtrado: La turbiedad comienza por decrecer y luego permanece estable
durante un cierto tiempo hasta la "fuga" del contaminante. Durante el tiempo T1 se obtiene
una calidad del efluente que cumple con la Normatividad.
Perdidas de carga: Por otra parte las pérdidas de carga aumentan proporcionalmente
conforme a la cantidad del material retenido en el lecho, hasta alcanzar la altura máxima
por construcción en el lapso de tiempo T2.
El tiempo T1, durante el cual se obtiene un agua de calidad deseada, y el tiempo T2, que
corresponde al necesario para alcanzar la perdida de carga máxima por construcción, varían
extraordinariamente. Los factores, que influyen sobre los tiempos T1 y T2 son: las
características y la cantidad de la materia suspendida en el agua, la granulometría y
propiedades del material filtrante, tasa de filtración, espesor del lecho filtrante. Por
definición, el filtro ideal será aquel para el cual el tiempo T1 será igual al tiempo T2; en la
práctica se adopta un margen de seguridad en funcionamiento con T1>T2.
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Procesos de Tratamiento
En cualquiera de los dos casos: deterioración del filtrado (cuando la calidad del filtrado deja
de cumplir la norma), o cuando las pérdidas alcanzan la carga máxima disponible, es
necesario efectuar el retrolavado del filtro con el fin de regenerar su capacidad.
Retrolavado
En las plantas grandes, el retrolavado de los filtros se realiza con agua y aire para ahorrar el
gasto de agua y mejorar la eficiencia del proceso. El agua a flujo ascendente “arrastra” los
sólidos adheridos a los granos y las impurezas acumulados en el lecho filtrante y descarga
en las canaletas de recolección de agua de retrolavado, localizadas en la parte superior de la
unidad, Figura 6. Las canaletas vierten en el canal frontal del filtro de donde, mediante un
sistema múltiple el agua se evacua hacia el tanque de recepción de agua usada en
retrolavado.
El agua requerida para el retrolavado del filtro se suministra desde el tanque de agua
filtrada, mediante bombas centrífugas. La primera fase de retrolavado se realiza con aire,
proporcionado de un soplador; en la segunda fase de retrolavado se sigue suministrando
aire, y también se conecta uno de los equipos para el suministro de agua (lavado con
aire+agua); en la última fase de retrolavado se desconecta el suministro de aire y se conecta
el segundo equipo de bombeo para suministrar más agua en esta fase. Los equipos bombean
el agua en una tubería principal, conectada con los múltiples del módulo de la planta. El
sistema alimenta el bajo dren del filtro, Figura 7, el cual distribuye el agua de manera
uniforme en toda la sección de la unidad, evitándose espacios "muertos", y "bolas" de lodo
en el lecho del filtro. El bajo dren está diseñado para poder operar con agua y aire durante
el retrolavado de la unidad.
La eficiencia de retrolavado de los filtros está asociada con la intensidad y el tiempo de
alimentación de agua-aire; los criterios de diseño de retrolavado se presentan en el Cuadro
6.
Cuadro 6 Fases de Retrolavado del Filtro. Intensidad de Flujo
Fase
1 - aire
2 - aire + agua
3 - agua
Duración
(min)
3-5
2-5
6 - 15
Tasa (Intensidad), V
(m3/m2h)
45 – 70
5 - 10
37 - 54
Respecto a la frecuencia de retrolavado, es suficiente efectuar el lavado de un filtro cada 48
horas; debido a la alta calidad que se produce de las unidades DAF, los filtros no sufren
atascamiento y las perdidas de carga aumentan muy lentamente, y no hay necesidad de
frecuentes retrolavados de los filtros. Sin embargo, a favor de la seguridad, la capacidad de
los tanques y equipos se han calculado para retrolavar un filtro cada 24 horas. Un filtro se
retrolava cada 24 hrs; para dar servicio de los 12 filtros en la planta, cada 2 hora se tiene
que retrolavar 1 filtro, es decir, se realizan 12 retrolavados al día.
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1.4.1.1 Consideraciones generales para el diseño de los filtros. Criterios de diseño
Tipo, dimensiones y numero de filtros
Tasa de filtración seleccionada y perdida final de carga hidráulica
Control del flujo en la unidad
Tipo del medio, granulometría y espesor
Configuración del falso fondo y tipo de bajo dren
Modo de retrolavado, expansión del medio filtrante y evacuación de agua de
retolavado. Control de proceso de retrolavado.
Cuadro 7 Criterios de diseño para filtros
Características
Filtros rápidos de arena
Tasa de filtración, m3/m2 hr *
Tamaño efectivo, mm
Gravedad específica
Coeficiente de uniformidad
Lecho dual y medio múltiple
Tasa de filtración, m3/m2 hr*
Arena:
Profundidad del medio filtrante, cm
Tamaño efectivo, mm
Gravedad específica
Coeficiente de uniformidad
Antracita:
Profundidad del medio filtrante, cm
Tamaño efectivo, mm
Gravedad específica
Coeficiente de uniformidad
Espesor del medio filtrante
Parámetro
Lecho común de arena
Lecho de medio dual
Lecho múltiple (antracita, arena y granate)
Lecho de arena gruesa (1.0 – 1.5 mm)
L = espesor del medio filtrante, en mm
de = tamaño efectivo del medio filtrante, en mm
Rango
5-10
0.45-0.65
Igual o mayor a 2.6
< 1.5
< 12
Igual o mayor a 30
0.45-0.65
Igual o mayor a 2.6
1.4-1.7
Igual o mayor a 45
0.9 – 1.4
Igual o mayor a 1.55
≤ 1.4
Relación L/de
≥ 1,000
≥1,250
1.5. Sistema de Desinfección
La UV será colocada en el efluente general de agua filtrada, antes del ingreso del tanque
almacén de agua de lavado de filtros y el tanque de agua clara ó potable. Es el desinfectante
principal y estará operando en forma constante.
Este proceso se lleva a cabo en la cámara de desinfección que es una estructura rectangular,
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Procesos de Tratamiento
donde están instaladas las lámparas de luz ultravioleta; los equipos tienen la opción de
instalarse en un canal a cielo abierto. El agua que pasa por el canal está expuesta a la
radiación de una cierta longitud de onda particular. Durante esta exposición, la energía UV
penetra la estructura exterior de la célula del microorganismo y altera el ADN de la misma.
El ADN alterado evita la replicación de la célula, haciendo que ésta muera.
Figura 11 Desinfección mediante LUZ UV
El método de desinfección por medio de luz ultravioleta (UV) está basado en el efecto
germicida de la onda UV, emitida en tres diferentes bandas UV-A, UV-B y UV-C, Figura
11. La radiación con mayor efecto germicida se encuentra entre las bandas UV-C y UV-B,
correspondiendo a 260 nm. La longitud de onda es inversamente proporcional a la
frecuencia de la onda, lo que significa que a menor longitud de onda corresponde mayor
frecuencia; una mayor frecuencia está asociada con una mayor fuerza o energía.
La sensibilidad de los microorganismos a la radiación UV varía, ya que algunos tienen
mayor resistencia y no se destruyen en la misma proporción. La dosis UV es directamente
proporcional a la intensidad del emisor, multiplicado por el tiempo que un microorganismo
está en contacto con la radiación dentro de la cámara de contacto.
Criterios de diseño
1. Cámara de reacción en canal abierto.
2. El diseño debe realizarse para el flujo máximo de la planta
3. La transmitancia debe estar entre 85 y 95%
4. La cámara radiada debe tener dispositivo de control de nivel del agua.
5. Debe diseñarse pantallas difusoras perforadas que distribuyan el flujo en el reactor.
6. El sistema de lámparas deberá tener limpieza mecánica y química programable.
7. La colocación de las lámparas es horizontal.
8. La cubierta de las lámparas debe estar fabricada de cuarzo.
9. Las lámparas deben ser de amalgama y baja presión.
10. Las lámparas deben producir radiación monocromática con mínimo de 85% de luz
con longitud de 253.7 nm.
11. La reposición anual de lámparas debe ser igual o menor al 40%.
12. Las lámparas deben estar garantizadas para funcionar 9,000 horas.
13. El consumo de energía es del orden de 1.2 kW/1000 L de agua procesada.
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Poder destructivo
El grado de destrucción microbiológica es un producto de dos factores: la residencia real (o
tiempo de contacto) dentro de la cámara de desinfección; y la intensidad, que es la cantidad
de energía por unidad de área (calculada por dividir la producción en watts por el área de
superficie de la lámpara). Al cálculo que relaciona la intensidad de energía aplicada durante
cierto tiempo de exposición se le ha denominado dosis; la dosis es el producto de intensidad
y el tiempo de residencia, expresado mediante la siguiente ecuación:
D10 =
( I )(t exp )
( Arad )
=
(mW )(seg )
............................................................14.
(cm 2 )
Donde: D10 = Dosis emitida (mWseg/cm2)
I = Intensidad UV, expresada (mW).
texp = Tiempo de exposición, expresado en (seg).
Arad = Área de irradiación, expresada en (cm2)
La luz UV es radiada por tubos de cuarzo (emisores) que se instalan en una cámara de
desinfección. Cada fabricante proporciona las especificaciones y el arreglo de los emisores
en función del gasto a tratar y el tiempo de contacto. La cámara de desinfección debe de
cumplir el objetivo de conducir el líquido cerca de los emisores y conservar los parámetros
de diseño: flujo y tiempo de exposición.
El dimensionamiento de la cámara depende del número, la forma y la configuración de los
módulos de los emisores (lámparas UV); las dimensiones se deben de ajustara las
recomendaciones del fabricante.
Ventajas que ofrece UV
Las ventajas y beneficios de esta técnica son los siguientes:
1. No se requieren químicos consumibles, no se manejan químicos tóxicos, no hay
necesidad de almacenamientos especiales.
2. No es precursor para formación de trihalometanos en la presencia de materia
orgánica, como es el caso de desinfección con cloro
3. No existe riesgo de sobredosis.
4. Es ambientalmente amigable.
5. Bajo consumo de energía (del orden de 1.2 kW/1000L)
6. Mínima depreciación.
7. Bajo costo de inversión y funcionamiento.
8. Inactivación de patógenos en fracciones de segundo.
9. No daña las instalaciones hidráulicas.
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10. De fácil aplicación, sólo se necesitan dos conexiones de agua y una conexión de
energía.
11. Fácilmente adaptable al caudal y condiciones variables del agua.
12. Proceso inmediato, no se necesita de tiempos de retención muy largos.
13. Simplicidad y facilidad de mantenimiento, limpieza periódica y reemplazo de
lámparas anualmente, no tiene piezas móviles
1.6. Tanque de Almacenamiento de Agua para Retrolavado de Filtros
La capacidad del tanque de almacenamiento de agua para retrolavado de los filtros está
calculada con base de realizar dos filtros en forma simultánea.
1.7. Tanque de Recuperación de Agua Usada en Retrolavado de los Filtros
El agua producto del retrolavado de los filtros es captada en el tanque de recuperación de
agua, el cual á equipado con un sistema recolector de lodo sumergido que enviara el lodo
sedimentado hacia el espesador de lodos; en este último se juntan también los lodos
generados en las unidades DAF o los sedimentadores. El sobrenadante se recicla al inicio
del tren de tratamiento. Este tanque operará de manera intermitente, por cargas, ya que
estará recibiendo agua del retrolavado de filtros en ciclos de 2 horas, en operación normal.
Para este caso lo más desfavorable será cuando las carreras de operación de los filtros se
presumen cada 12 horas, es decir habría 24 retrolavados por día. Para efectos de seguridad,
la capacidad de este tanque es de dos lavados diariamente por cada filtro.
La capacidad de extracción del mecanismo barredor de lodo depositado en el tanque se
encontrará en el rango de 4 – 8 gpm/pie de cabezal (48.7–99.3 l*min/m) de acuerdo a la
velocidad de recorrido de estos sistemas, por lo que la capacidad de manejo del sistema de
bombeo que enviará el lodo hacia el espesador estará acorde a la capacidad de extracción
del sistema.
1.8. Tanque de Almacenamiento de Agua Tratada
Se utilizará el tanque de regulación existente, más cercano al sitio la planta, aunque éste
sitio todavía no está determinado hasta el momento.
Sin embargo, en todos los casos se requiere un bombeo hasta el tanque de regulación, una
línea de impulsión y un análisis detallado respecto a la capacidad y el modo de operación
del tanque existente, con el fin de incorporar el agua tratada al sistema de abastecimiento.
Una vez seleccionado el sitio de la planta, los costos de operación y mantenimiento para el
sistema de incorporación serán iguales para todas las alternativas de potabilización.
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Procesos de Tratamiento
1.9. Manejo de los Lodos
1.9.1 Esquema de manejo de lodos provenientes del tratamiento de agua
El sistema de manejo de lodos puede ser combinación de varios procesos, incluyendo como
último paso-la disposición final. El manejo típico de lodo que se genera en grandes plantas
donde se utiliza como coagulante sulfato de aluminio "alum sludge" en las potabilizadoras
es:
Acondicionamiento químico
Espesamiento
Deshidratación
Relleno sanitario.
El agua desechada de retrolavado de los filtros se almacena en el tanque de recuperación y
después de su decantación, el lodo (1.5% de sólidos) se dirige al espesador de lodos, donde
se junta con el lodo proveniente de las unidades de clarificación (sedimentadores -1.5% de
sólidos o DAF-2% de sólidos). El sobrenadante del tanque de recuperación, junto con el
sobrenadante del espesador se retorna en el inicio del tren de tratamiento, donde se mezcla
con agua cruda, para ser incorporado de nuevo en el proceso de tratamiento.
El esquema propuesto no considera mezclar los lodos generados en clarificación con el
agua desechada de retrolavado de los filtros por la siguiente razón: El agua utilizada en
retrolavado de los filtros es con muy bajo contenido de sólidos, menor de 0.08%, y en caso
de mezcla (sin decantación previa) con el lodo del DAF origina una gran dilución, ya que
los lodos provenientes de los DAF o sedimentadores tienen una concentración de sólidos de
1.5 a 2.0 mg/l.
Los puntos donde se recolectan lodos en la planta potabilizadora son:
1. Unidades DAF o SEDIMENTADORES: el lodo tiene una concentración de sólidos
de 1.0-1.5% (sedimentador), y hasta 3% (DAF); el lodo se envía al espesador de
lodos.
2. Tanque de recuperación de agua de retrolavado de los filtros; el agua se sedimenta
durante 2 horas (el periodo entre dos lavados) y el lodo después de 2 hrs de
sedimentación tendrá una concentración semejante a la de los sedimentadores (del
orden de 1.0-1.5%).
El lodo generado de estas dos unidades opcionalmente se puede dirigir a un cárcamo de
lodos de donde se bombea al espesador, o puede ser conducido gravitacionalmente al
espesador, en función de la configuración topográfica del sitio de la planta.
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1.9.2
Anexo A
Procesos de Tratamiento
Espesamiento gravitacional de lodos
Descripción
La sedimentación por gravedad o espesamiento es la técnica de desaguado más utilizada,
por ser un proceso de alta capacidad y relativamente económico. Los espesadores son
unidades intermitentes o continuas, donde se separa el líquido claro de los sólidos
concentrados. Para partículas que sedimentan relativamente rápido puede ser adecuado un
tanque de sedimentación por cargas, pero en otras operaciones hay que emplear un
espesador continuo con agitación mecánica como el representado en la Figura 12.
El espesador es un tanque con forma circular, Figura 12 y profundidad de lodos que varía
en el rango de 3 a 4 m. El lodo se alimenta en el centro del tanque por medio de un ducto
colocado hasta 1 m. por debajo de la superficie, para causar la menor perturbación posible.
El líquido clarificado se derrama por un canal periférico, mientras que los sólidos asentados
en el fondo del tanque se sacan a través de una salida central.
Uno o más brazos giratorios radiales provistos con aspas se instalan en el interior del
tanque para arrastrar los sólidos depositados. La pendiente del piso del tanque debe de ser
de (2:12) a (3:12) para tener una capa más profunda en la parte central del tanque, permite
un tiempo mínimo de retención, maximiza la profundidad de lodo sobre el tubo de
extracción y facilita la operación de las rastras.
Los mecanismos de espesamiento por gravedad consisten en una estructura de varillas que
se mueve en la masa de lodo para ayudar a liberar el agua retenida. Esta estructura móvil
también soporta un sistema de rastras para el barrido de los sólidos concentrados.
El diseño de la tubería de extracción de lodos es crítico para los espesadores por gravedad.
Debido a las altas pérdidas de carga hidráulica, hay que proporcionar la menor longitud
posible de la línea de succión. A veces se practica instalar doble línea para no suspender la
operación en el caso de taponamiento, frecuente ocasionado cuando se utiliza cal para el
acondicionamiento.
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Procesos de Tratamiento
Figura 12 Esquema del Espesador por Gravedad Propuesto
1.9.3 Criterios de diseño
El dimensionamiento de las unidades de tratamiento de lodos depende de las características
físico-químicas de los lodos generados. Un espesador apropiadamente diseñado debe tener
un área tal, que la velocidad ascendente del líquido en cualquier región no exceda en
ningún momento la velocidad de asentamiento de los sólidos. De esta manera, se evita la
formación de una zona de concentración crítica, donde el sólido se acumula y se derrama
junto con el líquido clarificado.
Para el cálculo del área de un espesador se han desarrollado varios procedimientos, de los
cuales dos en particular se utilizan con mayor frecuencia. El método de Coe y Clevenger,
empleado generalmente cuando el sólido se asienta formando una interfase definida, y el de
Talmage y Fitch. En el método de Kynch se trabaja con un solo ensayo de sedimentación y
es muy útil cuando se tratan lodos floculados.
Para emplear estos métodos en el diseño del espesador se requiere de datos de laboratorio
que determinan la sedimentabilidad del lodo, en cada caso específico. Por lo general, estos
datos no se pueden obtener hasta que la planta se pone en marcha, por lo tanto para el
diseño se utilizan criterios obtenidos de la experiencia práctica recabada en plantas que
están en operación, Cuadro 8.
Para calcular la altura total de un espesador se deben tener en cuenta las alturas de cuatro
zonas: a) zona de clarificación, b) zona de alimentación, c) zona de transición y d) zona de
compresión. Para las alturas de las zonas de clarificación, alimentación y transición, se
considera 0.6 metros un valor normal.
La altura de la zona de compresión se determina, calculando el volumen unitario de la zona
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Anexo A
Procesos de Tratamiento
de compresión con la siguiente correlación:
ρ s − ρl
.................................................................15.
V = tc
( ρ sl − ρ l ) ρ s
Donde:
V = volumen unitario de la zona de compresión (por unidad de flujo de
alimentación)
tc = tiempo de compresión (representa la diferencia entre el tiempo total del proceso
y el tiempo de sedimentación tu)
ρs = densidad del sólido
ρl = densidad del líquido,
ρsl = densidad promedio del lodo comprimido.
El volumen unitario de la zona de compresión se divide entre el área unitaria del espesador
para obtener la altura de la zona de compresión.
En la práctica ingenieril, para el diseño del espesador se toman en cuenta dos parámetros,
Cuadro 8: la tasa superficial y la carga, en términos de peso total de sólidos por unidad de
superficie y por unidad de tiempo.
El criterio de carga de sólidos es más crítico para el diseño de los espesadores.
Cuadro 8 Criterios de diseño para espesador establecidos en la literatura
Carga de sólidos
Concentració
[kg/m2.día]
n resultante
Carga
(%)
Rango
Promedio
Lodos de hidróxidos (alumbre y fierro)
15-25
20
de 2 a 5
(24.4Lodos de hidróxidos acondicionados con cal (0.29-0.37)*
0.32
30
de 6 a 9
48.8)*
Ablandamiento con cal
100-200
150
de 15 a 30
Nota: *Valores referidas para pre acondicionamiento con cal y una concentración obtenida de 6 a 9%
Tipo de Tratamiento Químico
Tasa superficial
[m3/m2.h]
Carga
Rango
promedio
0.17-0.34
0.25
Fuente: Kawamura, Cap.4.3 "Sluge Handling", page 363; Manual de la CNA
El lodo de la coagulación con alumbre, produce de 2 a 5% de contenido de sólidos cuando
es procesado por espesador gravitacional equipado con rastras de agitación. Cuando se hace
acondicionado con cal puede producir de 6 a 9% de contenido de sólidos cuando es
procesado por espesador gravitacional.
El lodo, producto de coagulación con alumbre, acondicionado con 1 mg/l de polímero
puede producir de 4 a 6% de contenido de sólidos cuando es procesado por es espesador
gravitacional.
El acondicionamiento de lodos es aplicable generalmente para lodos de hidróxido para
asistir en el proceso de remoción de agua o para afectar la compresibilidad y minimizar el
taponamiento del medio, como es el caso de operación del filtro banda. Cuando el
condicionamiento es para separación agua/sólidos se utilizan polímeros, para prevenir
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Procesos de Tratamiento
taponamiento del medio se usa cal. Los polímeros con gran peso molecular por lo general
tienen mayor eficiencia y se necesitan menores dosis.
El tipo de polímero y la dosis se deben de establecer "en situ", durante la operación de la
planta mediante pruebas en laboratorio.
1.9.4 Espesamiento mecánico de lodos. Mesa espesadora
Generación de lodos:
1. Unidades DAF o Sedimentadores: el lodo tiene una concentración de sólidos de 1.01.5% (sedimentador) hasta 3% (DAF); el lodo se envía a la mesa espesadora de
lodos.
2. Tanque de recuperación de agua de retrolavado de los filtros; el agua se sedimenta
durante 2 horas (el periodo entre dos lavados) y el lodo después de 2 hrs de
sedimentación tendrá una concentración semejante a la de los sedimentadores (del
orden de 1.0-1.5%).
El lodo generado de estas dos unidades dirige a un tanque de lodos de donde se bombea
hacia la mesa espesadora. El tanque estará equipado con un agitador mecánico sumergible
con la finalidad de mantener en suspensión los sólidos contenidos en el agua y evitar su
depósito en el fondo con los subsecuentes problemas de mantenimiento.
Este tanque estará equipado con dos bombas para manejo de sólidos tipo cavidad
progresiva que enviaran el lodo al proceso mecánico de espesamiento/desaguado del
mismo. El tratamiento mecánico consiste en una mesa para espesamiento y un filtro banda
para deshidratación. Prácticamente el espesamiento y la deshidratación forman una unidad
combinada para ahorrar equipos y accesorios adicionales para su acoplamiento; esta unidad
“combinada” esta descrita con más detalle posteriormente.
La mesa espesadora OMEGA o semejante es diseñada para el espesamiento mecánico EN
CONTINUO de los lodos industriales o urbanos.
Ésta tecnología sencilla y eficiente permite reducir el volumen del lodo tratado por lo
menos 4 veces, con las características siguientes:
bajo consumo energético,
construcción acero inoxidable,
mantenimiento, funcionamiento y control fácil.
La mesa espesadora se utiliza como una etapa previa para una deshidratación por prensado,
cuando se combina en línea con un filtro banda (o filtro prensa), para optimizar el
funcionamiento y la eficiencia del equipo de prensado.
La mesa espesadora se compone de un bastidor en acero inoxidable, un tanque de
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Anexo A
Procesos de Tratamiento
repartición del lodo, una zona de espesamiento por gravedad, un motor de accionamiento
con velocidad variable, una zona de lavado de las bandas encontinuo, una zona de
prensado, sistemas mecánicos de centrado y tensión de las telas, chapas de recuperación
filtrados, tuberías y cableado internos, cuadro de control eléctrico (opción), dispositivos de
seguridad de funcionamiento.
Figura 13 Mesa de Espesamiento
El modelo de mesa espesadora se selecciona respecto a la concentración en Materias Secas
a la entrada, el caudal hidráulico de lodos, y la concentración en materias secas requerida a
la salida. Los datos aquí abajo son indicados por información, para una concentración en
MS a la entrada entre 5 y 10 g/l, y una concentración en MS a la salida de 70 g/l.
Éstos valores pueden ser modificadas respecto a otros parámetros como una concentración
en Materias Secas a la entrada superior a 10 g/l o una concentración en materias secas a la
salida inferior a 50 g/l.
Cuadro 9 Modelos de Mesa de Espesamiento
1.9.5 Deshidratación de los lodos espesados
La deshidratación de los lodos se realiza mediante filtro prensa; el filtro prensa recibe el
lodo de:
Espesador de lodos (I variante) con concentración de sólidos hasta máximo de 4%
Mesa espesadora (II variante) con concentración de sólidos hasta máximo de 7%; el
equipo estará combinado con la mesa de espesamiento; dos equipos combinados
para todos los módulos de la planta.
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El filtro banda cubre las siguientes características:
componentes de alta calidad en su construcción (acero inoxidable 304)
bajo consumo de energía y bajo coste de operación
fácil operación « amigable » para el operador,
sistemas de seguridad de línea que sobrepasan los estándares de otros equipos
similares,
fácil acceso al interior del equipo y a sus componentes para supervisión y el
mantenimiento,
control visual del proceso de filtrado desde el inicio hasta el final.
El filtro banda OMEGA o semejante se compone de un bastidor construido en acero
inoxidable, un sistema de alimentación y repartición de lodos a la entrada, una zona de
escurrimiento por gravedad con un conjunto de separadores de lodo en tresbolillo para
facilitar el drenaje, una zona de media presión ajustable por un émbolo neumático, una zona
de alta presión caracterizada por el trayecto en forma de “S”, un motor que proporciona la
tracción a través de un motorreductor, una zona de lavado continuo de telas, sistemas
automáticos de centrado y tensión de bandas, tolvas de recuperación de agua de filtrado,
tuberías neumáticas y cableado eléctrico interno.
El equipo se ofrece con la opción de equipos periféricos opcionales, tolvas para control de
olores y un tablero de control general.
Figura 14 Esquema de Filtro Banda
Cuadro 10 Modelos de Filtro Banda
1.9.6 Unidad combinada para tratamiento de lodos provenientes de agua rodada
Para el tratamiento de los lodos se opto combinar las dos unidades antes descritas,
ensamblando una mesa tipo Unidad combinada OMEGA 10 LD/OMEGA 1100
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Actualización del Plan Maestro para el Mejoramiento de los Servicios de
Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento en Juárez, Chihuahua.
Anexo A
Procesos de Tratamiento
configuración larga. Las especificaciones técnicas se presentan en la hoja Anexo.
Figura 15 Esquema de la Unidad Combinada-Mesa de Espesamiento+Filtro Banda
La concentración de los sólidos después de espesamiento es hasta 7%, y después de
deshidratación se obtiene una torta con 25% de sólidos.
1.9.7 Disposición del lodo deshidratado al relleno sanitario
Para poder transportarse al relleno sanitario, el lodo debe de tener una consistencia
semisólida con contenido mínimo de 20%. Para su aceptación en el relleno sanitario
municipal se debe demostrar que dichos lodos no son peligrosos, mediante la norma, NOMCRP-001-ECOL/93.
La regulación está ligada con la producción de lixiviados. El requisito incluido en la norma
mencionada es el único que actualmente se exige en México para admitir un residuo en el
relleno sanitario municipal.
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