MC-F-216

Las tecnologías ecológicas y
de bajo coste en depuración
Prof. Dr. D. A. Aznar Jimé
Jiménez
Dpto. C. e I. de Materiales e I. Quí
Química
UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID
Las tecnologías ecológicas y de bajo coste, desarrollado por
el Dr. D. Antonio Aznar, profesor de Ingeniería Química del
Dpto. de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería
Química de la Universidad Carlos III de Madrid.
1
TECNOLOGÍAS ECOLÓGICAS Y DE BAJO COSTE
• Son técnicas extensivas de tratamiento
• Aplicables
a
vertidos
totalmente
degradables, d
aguas sin componente industrial o asimilables a un
vertido urbano
• En comparación con los procesos intensivos:
– Ocupan más superficie (entre 4 y 40 m2/he)
– Costes de inversión generalmente inferiores
– Condiciones
de
explotaciones
menos
difíciles,
má
flexibles y más económicas en cuanto a energía
– Necesitan menos personal y menos especialización
– Baja producción de fangos
2
SISTEMAS NATURALES DE DEPURACIÓN
Procedimientos o técnicas en los que la eliminación de las sustancias
contaminantes presentes en las aguas residuales se produce por
componentes del medio natural, no empleándose en el proceso
ningún tipo de aditivo químico.
Los posibles sistemas de tratamiento se pueden englobar en seis
grandes grupos:
9 Primarios: balsas de estabilización Lagunaje: aerobio, anaerobio,
facultativo, maduración
9 Aplicación subsuperficial: zanjas y pozos filtrantes, infiltración
rápida
9 Aplicación superficial: escorrentía superficial, filtro verde, filtro
macrofitas, filtros de arena, lechos de turba
9 Procesos de biopelícula: lechos bacterianos, biodiscos
9 Tratamientos convencionales: aireación prolongada, fangos activos,
…
3
Cultivo
bacteriano
Fijo
Libre
Balsas de
estabilización
Fosa
séptica
Tanque
digestordecantador
Natural
Lechos
filtrantes
Lagunaje
Aerobio
Macrofitas
Anaerobio
Aireadas
Terreno
Infiltración
Otros
Filtros
verdes
4
BALSAS DE ESTABILIZACIÓN
•Sistemas simples
9pozos negros
9fosas sépticas
9tanques digestor/decantador
•Muy bajo mantenimiento
•Proceso biológico principal anaerobio
•Indicados para pequeños núcleos urbanos (< 1000 e-h) o
asentamientos aislados.
5
POZO NEGRO
Depósito impermeable excavado junto a las casas
para recoger en él las aguas residuales. Por carecer
de salida debe ser vaciado periódicamente.
•
•
Babilonia, siglo V a. de C.
Heródoto describe el uso de pozos negros como
sistema de depuración.
Francia, hacia 1870
6
FOSAS SÉPTICAS
7
7
7
5
1
2
3
1 desengrasador
4
6
4 cámara de aireación
2 cámara de decantación/digestión anaerobia 5 ventilación
3 cámara de digestión anaerobia
6 sifón de vertido
7 bocas de hombre
En este tipo de sistemas se incluyen las fosas sépticas y los
decantadores-digestores. Son sistemas simples de muy bajo
mantenimiento, donde el proceso biológico principal es el
anaerobio, constan de dos o tres compartimentos colocados
longitudinalmente (fosa séptica) o en vertical (tanques
decantadores-digestores), infiltrándose la corriente efluente del
sistema en el terreno o en filtros de arena, de forma que la
depuración
se
completa,
en
condiciones
aeróbicas,
aprovechando la capacidad depuradora de los mismos. Están
indicados para pequeños núcleos urbanos (< 1000 e-h) o
asentamientos aislados.
La fosa séptica es un recipiente hermético diseñado y construido
para recibir las aguas de desecho de una casa, separar los
sólidos de los líquidos, suministrar una digestión limitada a la
materia orgánica retenida, almacenar los sólidos y permitir que
el líquido clarificado sea descargado para su posterior
tratamiento y disposición.
Las fosas sépticas dotadas de una tercer cámara con ventilación
mediante tiro natural y gracias a la aportación de oxígeno, se
completa la oxidación de la materia orgánica de manera que las
condiciones del agua efluente se ajustan más a las permitidas
por la legislación vigente ‘para vertidos a cauces o al terreno.
7
DISEÑO DE FOSAS SÉPTICAS
V = 1,5 · Q
V = 4,5 + 0,75 · Q
(< 6 m3/día)
(< 40,0 m3/día)
•longitud = 2-3 anchura
•1,2 m < hútil < 1,7 m
•resguardo > 0,3 m
•2 compartimentos 2/1
Cámara de grasas
3 compartimentos 6/3/1
tRH =
3 min (Q<120L/min)
5 min (Q>600L/min)
V = Q·tRH·Cpunta (0,03-0,17 m3)
Hútil > 0,5 m
L/a = 1,5 – 2,5
h > 0,3 m
8
Ubicación de fosa séptica
9
Criterios de selección de fosas sépticas
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
0,1-0,5
Movimiento de tierras
Muy sencillo
Obra civil
Muy sencillo
Equipos
Muy sencillo
Simplicidad de funcionamiento
Muy sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuente
Costes de construcción
Bajos
Costes de explotación y mantenimiento
Bajos
Disminución DQO (%)
30-60
Disminución DBO5 (%)
20-60
Disminución SS (%)
50-90
Disminución N (%)
0-60
Disminución P (%)
0-75
Disminución Coliformes fecales (%)
0-50
Efecto de la temperatura
Muy alto
Turbidez del efluente
Muy alto
Variación caudal/carga
Muy alto
Molestia de olores
Frecuente
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Excepcionalmente
Integración con el entorno
Buena
Riesgos para la salud
Altos
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Excepcionalmente
Muy baja
10
TANQUES DIGESTORES-DECANTADORES
Decantador
Digestor
Tanque Imhoff
Decantador
Digestor
Tanque Kremer
El tanque decantador-digestor es de funcionamiento análogo a
las fosas sépticas, produciéndose el tratamiento en dos cámaras
situadas una encima de la otra. En la cámara superior se efectúa
la separación sólido-líquido y en la zona inferior se produce la
digestión anaerobia de los sólidos sedimentados. El diseño de las
paredes de la cámara superior es tal que se impide que las
burbujas de gas producidas por la digestión anaerobia de los
lodos sedimentados arrastren materia sólida hacia la cámara
superior.
11
a = 1,5-10 m
h = 6-9 m
L = 3-5 a
tr (caudal medio) = 2,5 h
tr (caudal máximo) = 1,0 h
tr (digestión fango) = 4 meses
12
Criterios de selección de decantadores-digestores
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
0,05-0,1
Movimiento de tierras
Complejo
Obra civil
Simple
Equipos
Muy sencillo
Simplicidad de funcionamiento
Sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuente
Costes de construcción
Bajos
Costes de explotación y mantenimiento
Moderados
Disminución DQO (%)
30-60
Disminución DBO5 (%)
30-65
Disminución SS (%)
35-85
Disminución N (%)
0-60
Disminución P (%)
0-75
Disminución Coliformes fecales (%)
0-50
Efecto de la temperatura
Muy alto
Turbidez del efluente
Muy alto
Variación caudal/carga
Muy alto
Molestia de olores
Frecuente
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Excepcionalmente
Integración con el entorno
Buena
Riesgos para la salud
Altos
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Excepcionalmente
Muy baja
13
Evacuación de las aguas tratadas
14
Fosa séptica + pozo filtrante
Fosa séptica + zanja filtrante
Fosa séptica + lecho de arena
Fosa séptica + lagunaje
Las aguas efluentes de las balsas de estabilización no suelen
estar en condiciones de ser vertidas directamente a un cauce,
por lo que necesitan un tratamiento posterior para completar la
eliminación de SS, DBO y microorganismos (desinfección). Estos
tratamientos pueden ser:
•Con pozo filtrante: sistema por el cual se completa la oxidación
de la materia degradable y la eliminación de la materia en
suspensión mediante la edafodepuración.
•Con zanja filtrante: sistema similar al de pozos filtrantes para
completar el proceso de depuración.
•Con lecho de arena: se utiliza la capacidad depuradora de uun
filtro de arena o de otro material poroso para completar el
proceso depurador antes de drenar el efluente para su
evacuación posterior a un cauce.
•Evacuación a un estanque o laguna, donde la presencia de
microorganismos y plantas completan el proceso de depuración
15
Lagunaje
Consisten básicamente en un almacenamiento del agua a
tratar durante periodos de tiempo suficientemente largos para
que se produzca una oxidación de la materia orgánica por las
bacterias.
Para el cálculo se deben considerar la mayor parte posible de
los siguientes parámetros:
•DBO
•Evaporación
•SS
•Oxigeno disuelto
•Caudal
•Agitación
•Temperatura media
•Tiempo de residencia
•Nubosidad
•Nutrientes
•Radiación solar
•Toxicidad
•Viento
•pH
•Sólidos inorgánicos disueltos
16
VENTAJAS
• Bajo coste de construcción y explotación.
• Mínima necesidad de aporte energético.
• No requiere personal cualificado para su operación y mantenimiento.
• Buenos rendimientos de eliminación de materia orgánica y sólidos en
suspensión.
• Los lodos producidos están estabilizados, con un alto grado de
mineralización y pequeño volumen, siendo evacuados cada 3-6 años
• Efecto regulador ante variaciones de caudal y composición.
• El agua efluente es apta para el riego.
• Las lagunas se integran fácilmente en el entorno.
DESVENTAJAS
• Grandes superficies de terreno plano.
• Pérdida de agua por evaporación.
• Alto contenido en algas en el efluente.
• Dificultad para modificar las condiciones operativas.
17
FACTORES QUE AFECTAN A LA EFICACIA
• Climáticos: temperatura, radiación solar, viento,
precipitación, evaporación.
• Físicos: estratificación, líneas de corriente,
profundidad.
• Químicos: carga contaminante, valores punta,
presencia de tóxicos e inhibidores, grasas,
nutrientes, pH.
• Biológicos: macrofitas, microfitas, bacterias,
algas, protozoos, hongos, insectos.
18
CONSTRUCCIÓN DE UNA LAGUNA
•Excavación del vaso.
•Impermeabilización del terreno.
•Construcción de los sistemas auxiliares.
La impermeabilidad del estanque se puede lograr con arcilla
apisonada, hormigón o con geomenbranas.
19
Geomembranas.
20
TIPOS DE LAGUNAS
• LAGUNAS ANAEROBIAS
• LAGUNAS FACULTATIVAS
• LAGUNAS AIREADAS
• LAGUNAS DE MADURACIÓN
21
Clasificación
por vía
metabólica
Aerobias
Presencia de oxígeno
molecular en toda la
laguna.
Facultativas
Presencia de oxígeno
molecular en toda la
laguna excepto en el
fondo.
Anaerobias
Ausencia de oxígeno
molecular en toda la
laguna excepto en la
capa más superficial.
22
Remoción
de materia
orgánica
Clasificación
por uso
Anaerobias
Facultativas
Aerobias de alta y baja tasa
Aeradas
Remoción
de nutrientes
Aerobias de alta tasa
Control de
microorganismos
patógenos
Aerobias de maduración
23
LAGUNAS ANAEROBIAS
24
• Se usan normalmente como primera fase en el tratamiento d
aguas residuales urbanas o industriales con alto contenido e
materia orgánica biodegradable.
• Suelen operar
maduración.
en
serie
con
lagunas
facultativas
y
d
• La depuración la realizan bacterias anaerobias.
• La laguna debe tener una temperatura relativamente alt
(óptima a 30ºC).
• Las lagunas han de ser de poca superficie y profundas (3 o 4
m).
• El color gris del agua, las burbujas, la costra sobre la superfici
y la ausencia de malos olores son síntomas de bue
funcionamiento.
• Si las aguas toman un color rosa o rojo es por proliferación d
bacterias fotosintéticas del azufre
En términos generales, las lagunas anaerobias funcionan como
tanques sépticos abiertos y trabajan extremadamente bien en
climas calientes.
El color gris del agua, las burbujas, las costras sobre la
superficie y la ausencia de malos olores son síntomas de un
buen funcionamiento.
Entre los mecanismos que ayudan a mantener el ambiente
anaerobio necesario para el buen funcionamiento de estas
balsas destacan los siguientes:
•La abundante carga orgánica, presente en la alimentación da
lugar a que el posible oxígeno introducido en las lagunas con el
influente o por reaireación superficial se consuma rápidamente
en la zona inmediatamente adyacente a la entrada o a la
superficie.
•En las lagunas anaerobias se produce la reducción de los
sulfatos, que entran con el agua residual, a sulfuros. La
presencia de sulfuros en el medio disminuye la posibilidad de
crecimiento
de
las
algas
en
dos
formas:
a) La penetración de la luz necesaria para el crecimiento de las
algas se ve impedida por la presencia de sulfuros metálicos en
suspensión, como el sulfuro de hierro, responsables de la
tonalidad gris de las lagunas anaerobias. Estos sulfuros acaban
precipitando en el fondo de las lagunas, y provocan la coloración
gris oscura o negra que presentan los fangos.
b) Los sulfuros solubles son tóxicos para las algas, de modo que
los cortos períodos de residencia, la falta de iluminación y un
ambiente de composición química hostil impiden el crecimiento
de éstas y en consecuencia mantienen el medio en condiciones
25
• Sedimentación
• Hidrólisis.
• Formación de ácidos.
• Formación de metano.
26
CONDICIONES OPERATIVAS
• Los tiempos de retención entre 2 y 5 días.
• Elevado ratio de carga: 100-500 g DBO5/m3/día
El volumen de la laguna es:
V = Li · Q / lv (m3)
lv = carga volumétrica (g DBO5 / m3.día)
Li = concentración del influente (mg DBO5 mg/l)
Q = caudal de entrada (m3/día)
• La temperatura debe estar entre 30-35 ºC.
• El potencial redox debe estar entre un mínimo de -0,42 voltios a un
máximo de +0,82 voltios.
• El tiempo de retención de fangos es entre 3 y 6 años. Alto nivel de
mineralización de los mismos
27
LAGUNA ANAEROBIA
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
1-3
Movimiento de tierras
Complejo
Obra civil
Muy sencilla
Equipos
Muy sencillos
Simplicidad de funcionamiento
Muy sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuentes
Costes de construcción
Pocos
Costes de explotación y mantenimiento
Muy pocos
Disminución DQO (%)
20-40
Disminución DBO5 (%)
50-90
Disminución SS (%)
Disminución N (%)
60-80
30-40
Disminución P (%)
10-20
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Muy alto
Turbidez del efluente
Alta
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Frecuente
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Moderado
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Alto
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Moderado
Inexistente
28
LAGUNAS FACULTATIVAS
El lagunaje facultativo se basa en la fotosíntesis. La capa de
agua superior de las balsas está expuesta a la luz. Esto permite
la existencia de algas que producen el oxígeno necesario para el
desarrollo y conservación de las bacterias aerobias. Estas
bacterias son responsables de la degradación de la materia
orgánica. El gas carbónico formado por las bacterias, así como
las sales minerales contenidas en las aguas residuales, permiten
a las algas multiplicarse. De este modo, hay una proliferación de
dos poblaciones interdependientes: las bacterias y las algas,
también llamadas "microfitas". Este ciclo se automantiene
siempre y cuando el sistema reciba energía solar y materia
orgánica. En el fondo de la balsa, donde la luz no penetra, se
encuentran las bacterias anaerobias que degradan los
sedimentos procedentes de la decantación de la materia
orgánica. Se produce a ese nivel una liberación de gas carbónico
y de metano.
La profundidad de la balsa debe permitir:
• evitar el brote de vegetales superiores;
• la penetración de la luz y la oxigenación de una fracción
máxima de volumen
29
O2
Viento
CO2
Zona fótica
(aerobia)
Agua residual
cruda
r
ola
zs
Lu
Agua residual
Fotosíntesis
tratada
(algas)
Zona heterótrofa
facultativa
Degradación aerobia de materia orgánica disuelta
(anaerobia/aerobia)
(bacterias heterótrofas aerobias y facultativas)
Zona anaerobia
(sedimentos)
(DBO5)
Degradación anaerobia de materia orgánica sedimentada
(DBO5)
(bacterias anaerobias y facultativas)
Zonas o capas de una laguna facultativa
Zona fótica
Sistema de aeración donde ocurren dos procesos básicos: la
fotosíntesis y la transferencia de oxígeno atmosférico al agua por
efecto del viento, siendo el primero el más importante.
Profundidad: del orden de 0,60 m, determinada por concentración de
algas y
factores como: sólidos suspendidos, carga orgánica y
transparencia del agua residual.
Zona heterótrofa
Es donde se lleva a cabo la degradación de la materia orgánica
(DBOSOLUBLE) disuelta y coloidal.
Existe una relación simbiótica entre la zona fótica y la zona
facultativa, el producto final de cada zona es utilizado por la otra: la
zona fótica genera oxígeno, usado por bacterias para degradar
materia orgánica, como resultado de la degradación se genera CO2
que
requieren las algas como fuente de carbono para generar
oxígeno..
Zona anaerobia
Se encuentra en el fondo de la laguna, está definida por materia
orgánica sedimentada la cual se transforma, por acción de las
bacterias, en ácidos grasos y posteriormente en metano (CH4),
bióxido de carbono (CO2), ácido sulfhídrico (H2S).
30
•Balsas de gran superficie y poca profundidad relativa
•Proceso aerobio/facultativo/anaerobio (zonas profundas)
O2
Viento
CO2
Materia
orgánica
disuelta
Agua
residual
Materia
orgánica
suspendida
z
Lu
Nuevas
células
NH3
PO4
DBO5
Células
muertas
Lodos
Bacterias
anaerobias y
facultativas
Algas
O2
la
so
r
NH3
PO4
CO2 + NH3
Bacterias
aerobias y
facultativas
Productos intermedios de
degradación (ácidos
orgánicos)
Bacterias
anaerobias
estrictas
Nuevas
células
CO2 + NH3 + H2S + CH4
Tratamiento del agua residual dentro de una laguna facultativa
Tratamiento de agua en una laguna facultativa
El agua residual entra en la laguna, la materia orgánica particulada
sedimenta y se deposita en el fondo, mientras que la materia
orgánica soluble y coloidal será consumida por las bacterias que se
encuentran en la zona de degradación.
Las bacterias utilizan el oxígeno disuelto en el agua para transformar
la materia orgánica en CO2 y en más bacterias, para completar el
proceso es necesario que el agua contenga nitrógeno amoniacal y
fosfatos. Las nuevas bacterias se incorporan al proceso, las células
muertas sedimentan y forman parte de los lodos que se degrada por
vía anaerobia.
El CO2 generado por las bacterias es utilizado por las algas, en
presencia de luz solar, para generar más algas y oxígeno molecular,
que será aprovechado por bacterias aerobias. Bacterias y algas
requieren de nitrógeno y fósforo para completar el proceso de
transformación.
En el fondo de la laguna, en la zona de sedimentos ocurre una
degradación a nivel anaerobio (ausencia de oxígeno) la materia
orgánica particulada es transformada por acción de las bacterias
anaerobias, en compuestos intermedios como ácidos orgánicos y
finalmente, en compuestos más simples como metano, bióxido de
carbono, nitrógeno amoniacal y ácido sulfhídrico.
El CO2, el NH3 y el H2S son altamente solubles, serán utilizados por los
microorganismos o se combinarán para formar nuevos compuestos,
el metano tenderá a escapar a la atmósfera.
31
CONDICIONES OPERATIVAS
9profundidad: 1-2,5 m
9tr = 5-30 días
9ratio de carga
λ5 = 20 T - 60
λ5 = kg DBO5/Ha·día (56 < λ5 < 200)
T = temperatura media (ºC) (28ºC>T>12ºC)
9superficie variable en función del caudal (0,8-4 m)
A = (10 · Li · Q)/ λ5
A = área de la laguna (m2)
Li = Concentración influente (mg DBO5/L)
Q = caudal de entrada (m3/día)
32
LAGUNA FACULTATIVA
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
2-20
Movimiento de tierras
Complejo
Obra civil
Muy sencilla
Equipos
Muy sencillos
Simplicidad de funcionamiento
Muy sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuentes
Costes de construcción
Pocos
Costes de explotación y mantenimiento
Muy pocos
Disminución DQO (%)
50-85
Disminución DBO5 (%)
60-95
Disminución SS (%)
Disminución N (%)
50-90
60-70
Disminución P (%)
10-40
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Muy alto
Turbidez del efluente
Alta
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Moderado
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Moderado
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Medio
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Moderado
Muy baja
33
LAGUNAS AIREADAS
La oxigenación es, en el caso del lagunaje aireado, aportada
mecánicamente por un aireador de superficie o una insuflación
de aire. Este principio se diferencia por la ausencia de la
extracción continua o reciclado de lodos. El consumo de energía
de las dos técnicas es, a capacidad equivalente.
En la etapa de aireación, las aguas a tratar están en presencia
de microorganismos que van a consumir y asimilar los
nutrientes constituidos por la contaminación a eliminar. Estos
microorganismos son principalmente bacterias y hongos
(comparables a los que están presentes en las estaciones de
lodos activados).
En la etapa de decantación, las materias en suspensión que
son los montones de microorganismos y de partículas
aprisionadas, decantan para formar los lodos. Estos lodos están
bombeados regularmente o retirados de la balsa cuando
constituyen un volumen demasiado importante. Este piso de
decantación está constituido de una simple laguna de
decantación, o incluso, lo cual es preferible, por dos balsas que
es posible de derivar por separado para proceder a su limpieza.
En lagunaje aireado, la población bacteriana sin recirculación
conduce:
• a una pequeña densidad de bacterias y a un elevado tiempo
de tratamiento, para obtener el nivel de calidad requerido ;
• a una floculación poco importante de las bacterias, lo que
conlleva el implantar una laguna de decantación de dimensiones
grandes.
34
•LAGUNAS AIREADAS:
9sistemas aerobios
9aireación forzada (1-2 kW/1.000 m3)
9mezcla perfecta (≈3 kW/1.000 m3)
9profundidad: 1,8-6 m
9tr = 2-10 días
9ratio de carga (80 - 95 kg DBO5/Ha·día )
9superficie variable en función del caudal (0,8-4 m)
35
LAGUNAS AIREADAS
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
1-3
Movimiento de tierras
Complejo
Obra civil
Muy sencillo
Equipos
Muy sencillo
Simplicidad de funcionamiento
Normal
Necesidad de personal
Regular
Duración de los controles
Regular
Frecuencia de los controles
Frecuente
Costes de construcción
Altos
Costes de explotación y mantenimiento
Intermedios
Disminución DQO (%)
70-90
Disminución DBO5 (%)
60-97
Disminución SS (%)
70-92
Disminución N (%)
10-60
Disminución P (%)
25-40
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Muy alto
Turbidez del efluente
Alta
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Excepcional
Molestia de ruidos
Frecuente
Molestia de insectos
Moderado
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Bajos
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Moderados
Muy bajo
36
LAGUNAS DE MADURACIÓN
Las lagunas de maduración son sistemas aerobios estrictos,
donde el agua sufre una última etapa de acondicionamiento para
eliminar gérmenes patógenos (desinfección) por medio de la luz
solar, y algún contaminante residual que pueda permanecer en
la misma (restos de DBO, SS, etc.)
•Tienen como función la eliminación de agentes patógenos.
•Deben operar siempre como lagunas secundarias.
•Son de poca profundidad, extensas y soleadas.
•Pueden usarse como etapa final del tratamiento de otros
sistemas de depuración.
37
•Se supone toda la masa de agua en condiciones aerobias
•Son tanques de poca profundidad (0,3-1,2 m) con una producción máxima
de algas. Su función es eliminar patógenos
•La ecuación de diseño de Mara supone una cinética de eliminación de
patógenos de primer orden, así como un régimen de flujo en mezcla
completa en la laguna.
Ne = Ni / (1 + kbt*)
Ne : número de coliformes fecales / 100 ml en el efluente
Ni : número de coliformes fecales / 100 ml en el influente
kb : constante de velocidad eliminación coliformes (día-1)
t*
:
tiempo
de
retención
(días)
>10
días
•Para construir varias lagunas de maduración en serie, la ecuación sería:
Ne = Ni / (1 + kbt*1) + (1 + kbt*2) ... (1 + kbt*n)
•La constante de velocidad kb depende de la temperatura de la siguiente
manera:
kb = k20 θ(Tª-35)
k20 : constante de velocidad a 20 ºC (día-1)
θ : coeficiente de temperatura (adimensional)
38
LAGUNA MADURACIÓN
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
4-8
Movimiento de tierras
Complejo
Obra civil
Muy sencilla
Equipos
Muy sencillos
Simplicidad de funcionamiento
Muy sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuentes
Costes de construcción
Pocos
Costes de explotación y mantenimiento
Muy pocos
Disminución DQO (%)
50-60
Disminución DBO5 (%)
65-90
Disminución SS (%)
Disminución N (%)
90-95
60-70
Disminución P (%)
10-20
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Muy alto
Turbidez del efluente
Muy alta
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Moderado
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Moderado
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Medio
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Moderado
Muy baja
39
Vista aérea de un sistema lagunar.
40
Facultativa
Anaerobia
Facultativa
Anaerobia
Facultativa
Aerobia de maduración
Facultativa
Aerobia de maduración
Facultativa
Facultativa
Facultativa
Facultativa
Pueden constar de una o varias lagunas; cuando es una, suele ser
facultativa.
Se encuentran arreglos de dos o más lagunas facultativas.
Pueden operar en serie o en paralelo, en serie hay menor producción de
algas que al operar en paralelo. El sistema paralelo permite mejor
distribución de sólidos.
41
ZANJAS FILTRANTES
Se
basan
en la capacidad depuradora
(edafodepuración) el cual se comporta como:
del
terreno
9un lecho filtrante: dado el carácter granular del terreno, el
agua circula a su través mediante el fenómeno de infiltración,
siendo necesaria una granulometría media del terreno que le
permita una velocidad de infiltración aceptable;
9un adsorbente: dada la capacidad de retención superficial de
los materiales constitutivos del suelo;
9un sistema biológico: la presencia de microorganismos en el
terreno hace que este actúe como un sistema biológico
soportado. La mejor o peor aireación natural del terreno
favorecerá que los procesos biológicos sean aerobios o
anaerobios.
El terreno utilizado puede ser natural (tapando la zanja con el
mismo material excavado) o no (lechos de arena).
La excavación puede recubrirse con una geomembrana para
evitar que el agua infiltrada llegue al supere el nivel freático y
contamine el acuífero, recogiéndose el agua mediante un
sistema de drenaje.
42
L
a
h
a =0,9-1,2 m
h = 0,5-0,7 m
L = 25-30 m
La aplicación al terreno, de forma subsuperficial, de los efluentes procedentes de
Fosas Sépticas o Tanques Imhoff se realiza a través de lechos excavados, por los
que las aguas se dispersan en el suelo, depurándose en su transcurrir por el
mismo.
Los lechos, excavados en el terreno, presentan anchuras de 0,9 –1,2 m, longitudes
inferiores a 30 m y profundidades comprendidas entre 0,5 – 0,7 m. En el fondo
de los lechos se extiende una capa de arena, de unos 5 cm de espesor, sobre la
que descansa una capa de grava de unos 60 cm de profundidad. Embutidos en la
grava se disponen drenes paralelos, que permiten la dispersión en el terreno de
las aguas a tratar. Sobre la capa de grava se extiende una capa de tierra vegetal,
de unos 20-30 cm. El agua residual pretratada (procedente de Fosas Sépticas o
Tanques Imhoff), descarga en una arqueta de reparto, que permite la
alimentación alternada de los distintos drenes. Con esta disposición la superficie
filtrante está constituida únicamente por el fondo del lecho, y si bien, pueden ser
más sensibles a las obstrucciones que las Zanjas Filtrantes, los Lechos Filtrantes
presentan la ventaja de necesitar una menor superficie para su implantación.
La distancia entre zanjas debe ser entre 1,0 y 2,5 m y el drene debe encontrarse
como a más de 0,6-1,5 m del nivel superior de la capa freática. La carga
hidráulica aplicable es de 0,02-0,05 m3/m2·día
43
ZANJAS FILTRANTES
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
6-66
Movimiento de tierras
Muy sencillo
Obra civil
Muy sencillo
Equipos
Muy sencillo
Simplicidad de funcionamiento
Sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuente
Costes de construcción
Muy altos
Costes de explotación y mantenimiento
Intermedios
Disminución DQO (%)
65-90
Disminución DBO5 (%)
90-98
Disminución SS (%)
60-90
Disminución N (%)
25-98
Disminución P (%)
80-98
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Baja
Turbidez del efluente
Muy baja
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Moderado
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Excepcionalmente
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Altos
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Fuerte
Inexistente
44
LECHOS FILTRANTES
45
El mecanismo de remoción de materia orgánica consiste en que la matriz de
suelo se somete a ciclos intermitentes de carga hidráulica, en los cuales se
alternan periodos de inundación y de secado del suelo. En el periodo de
inundación, el agua residual aplicada lixivia el nitrato previamente convertido
por las bacterias aerobias presentes en la matriz de suelo, presentándose entonces
condiciones anaerobias e iniciándose un proceso de denitrificación, que es el
mecanismo primario de remoción de nitrógeno en un sistema de filtración rápida.
El porcentaje de remoción de nitrógeno puede ser hasta del 80 % en condiciones
óptimas. A medida que se seca la superficie del suelo, las bacterias aerobias se
activan nuevamente y comienzan a descomponer la materia orgánica presente,
iniciándose entonces un proceso de nitrificación. La descomposición de la
materia orgánica ayuda a resquebrajar la soglea, y la nitrificación microbiana
libera sitios de adsorción de amoniaco en materiales arcillosos y en los humus
presentes. El periodo de secado es esencial para la restauración de condiciones
aerobias en la matriz del suelo, ya que el oxígeno atmosférico penetra en el suelo
y las bacterias que oxidan la materia orgánica y el amoniaco disponen de
oxígeno. Por lo que concierne a otros constituyentes, se ha encontrado que los
suelos que se usan en los sistemas de infiltración rápida generalmente tienen una
baja capacidad de retención de sales solubles, pero pueden retener cantidades
grandes de metales pesados y de fósforo. Se ha encontrado que los principales
mecanismos de remoción de fósforo en estos sistemas son la adsorción y la
precipitación química.
46
LECHO FILTRANTE
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
2-25
Movimiento de tierras
Muy sencillo
Obra civil
Muy sencillo
Equipos
Muy sencillo
Simplicidad de funcionamiento
Sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuente
Costes de construcción
Muy altos
Costes de explotación y mantenimiento
Altos
Disminución DQO (%)
90-95
Disminución DBO5 (%)
80-98
Disminución SS (%)
50-90
Disminución N (%)
10-90
Disminución P (%)
30-55
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Baja
Turbidez del efluente
Muy baja
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Moderado
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Excepcionalmente
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Altos
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Fuerte
Inexistente
47
DISEÑO DE POZOS FILTRANTES
Limitación recomendada de uso:
•Vertidos de vivienda familiar
Problemas en el sistema:
•Limitación del subálveo
•Extracción de sólidos y eliminación
•Olores
El número de pozos (N), su diámetro (D) y altura se relejan
en función de los habitantes equivalentes servidos, con una
dotación < 250 l/he.d. El pozo filtrante se ve precedido de
una cámara de grasas, un pozo de registro, una fosa séptica
y una arqueta de reparto.
48
49
Población
(he)
Características de los Pozos
filtrantes
N
D (m)
H (m)
4a5
1
1.50
1.50
6 a 10
1
1.80
1.80
11 a 15
1
2.40
1.80
16 a 20
2
1.80
1.80
21 a 25
2
2.10
1.80
26 a 30
2
2.40
1.80
31 a 40
2
2.70
2.40
41 a 50
2
3.00
2.40
51 a 60
3
3.00
2.40
61 a 70
4
3.00
2.40
71 a 80
4
3.00
2.40
81 a 90
4
3.00
2.70
91 a 100
4
3.00
2.70
50
POZO FILTRANTE
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
1-14
Movimiento de tierras
Muy complejo
Obra civil
Sencillo
Equipos
Muy sencillo
Simplicidad de funcionamiento
Muy sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuente
Costes de construcción
Muy altos
Costes de explotación y mantenimiento
Intermedios
Disminución DQO (%)
55-80
Disminución DBO5 (%)
90-98
Disminución SS (%)
50-90
Disminución N (%)
25-98
Disminución P (%)
80-98
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Baja
Turbidez del efluente
Muy baja
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Moderado
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Excepcionalmente
Integración con el entorno
Inexistentes
Riesgos para la salud
Inexistentes
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Excepcionalmente
Inexistente
51
INFILTRACIÓN RAPIDA
Es esencialmente un proceso de tratamiento por filtración, adsorción y
degradación biológica, en el cual se aplica el agua residual sobre la zona superior
del terreno, donde parcialmente se evapora percolando el resto a través del
terreno, sufriendo un proceso de filtración por un lecho formado por las
partículas del terreno, un proceso de adsorción –e incluso de cambio iónico- por
los minerales presentes y un proceso de degradación biológica por parte de los
microorganismos presentes en el terreno. Un proyecto que busque la aplicación
de este sistema, deberá considerar, como mínimo, los siguientes aspectos:
•Objetivos de diseño
•Elección del emplazamiento
•Tratamiento previo a la aplicación
•Clima y almacenamiento
•Tasas de aplicación
•Superficie necesaria
•Características de los bancales
•Altura del nivel freático
•Técnicas de distribución
•Recogida de la escorrentía
52
El agua residual, tras recibir los pretratamientos correspondientes, se distribuye
en balsas de infiltración o de distribución con una escasa profundidad donde no
existe vegetación alguna, aunque sí se puede tener si se reparte el agua residual
empleando sistemas de aspersión de alta carga. La mayor parte del agua aportada
percola, siendo una mínima parte la que se evapora. Este sistema tiene el
importante inconveniente de necesitar aguas residuales con una carga
contaminante bastante reducida, por la posibilidad de contaminación de las aguas
subterráneas.
53
Cargas hidráulicas correspondientes a cada tiempo de
infiltración, a partir de la definición del tiempo preciso para
un descenso de la lámina de agua en los ensayos de
infiltración de 2.5 cm. La distancia mínima entre las paredes
verticales de dos zanjas será de un metro.
Tiempo descenso
lámina de agua
en 2.5 cm
Carga hidráulica
(l/m2 y día)
Anchura
recomendada en
la zanja (m)
< 1 minuto
160 - 210
0.45
< 2 minutos
130 - 160
0.45
<3 minutos
100 - 130
0.60
< 5 minuto
90 - 100
0.60
< 10 minutos
70 - 90
1.00
< 30 minutos
30 - 40
1.25
54
INFILTRACIÓN RÁPIDA
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
2-22
Movimiento de tierras
Sencillo
Obra civil
Muy sencilla
Equipos
Muy sencillos
Simplicidad de funcionamiento
Sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Poco frecuente
Costes de construcción
Muy pocos
Costes de explotación y mantenimiento
Pocos
Disminución DQO (%)
90-95
Disminución DBO5 (%)
80-98
Disminución SS (%)
90-95
Disminución N (%)
20-70
Disminución P (%)
80-98
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Baja
Turbidez del efluente
Muy baja
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Frecuente
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Moderado
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Alto
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Fuerte
Inexistente
55
FILTRO VERDE
56
FILTROS VERDES
adición de aguas a terrenos cubiertos de vegetación
(macrofitodepuración), utilizando conjuntamente la capacidad de
depuración natural de los mismos (edafodepuración).
•Especie vegetal
9evapotranspiración
9capacidad de asimilación de nutrientes
9tolerancia a las condiciones de humedad del suelo
9potencial rentabilidad,
•Terreno
9 disponibilidad (5 ha/1000 he)
9 permeabilidad (intermedia)
9exento de pozos y tomas de aguas potables
9pendiente del mismo entre el 2 y el 6%
•Vertido
9presencia de tóxicos
9 caudal/pluviosidad
¿QUE ES UN FILTRO VERDE
Se denomina Filtro Verde a una Tecnología de Bajo coste y explotación que
aprovecha la capacidad física, química y biológica del suelo para depurar las
aguas residuales.
· FISICA: Filtración según granulometría:
- Suelo Arcilloso: Diámetro partículas<1/16mm.Lenta y efectiva.
- Suelo de Grava: Tamaño de Grano>2mm.Rápida y poco efectiva.
- Suelo Franco: Intermedio.
· QUÍMICA: Asimilación de sustancias químicas como nutrientes, por plantas
como chopos, carrizos, juncos...
· BIOLÓGICA: Metabolización por microorganismos de la materia orgánica. Se
admite que los microorganismos del suelo y de las raíces de las plantas pueden
llegar a eliminar hasta un 85% de la Materia Orgánica que aquel reciba. Por otra
parte, la vegetación clorofílica asimila, siempre que la carga de aguas residuales
se mantenga dentro de ciertos limites, los compuestos nitrogenados, fosfóricos y
potásicos que contengan.
57
CONDICIONES DE OPERACIÓN
•Riego a manta. Rotación de parcelas con ciclos intermitentes (4-10 días)
dependiendo de la pluviometría.
•Caudal de alimentación: entre 20 m3/ha.d y 60 m3/ha.d.
•Características del agua de entrada al sistema: generalmente agua bruta,
o pretratada
58
FILTRO VERDE
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
12-110
Movimiento de tierras
Muy sencillo
Obra civil
Muy sencillo
Equipos
Muy sencillo
Simplicidad de funcionamiento
Muy sencillo
Necesidad de personal
Poca
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Frecuencia regular
Costes de construcción
Intermedios
Costes de explotación y mantenimiento
Pocos
Disminución DQO (%)
70-90
Disminución DBO5 (%)
90-99
Disminución SS (%)
Disminución N (%)
95-99
85-98
Disminución P (%)
85-98
Disminución Coliformes fecales (%)
50-85
Efecto de la temperatura
Muy baja
Turbidez del efluente
Alta
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Moderado
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Frecuente
Integración con el entorno
Bueno
Riesgos para la salud
Inexistentes
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Excepcionalmente
Inexistente
59
FILTRO DE ARENA
Es el sistema de tratamiento de agua má
más antiguo del mundo.
Copia el proceso de purificació
purificación que se produce en la
naturaleza cuando el agua de lluvia atraviesa los estratos de
la corteza terrestre y forma los acuí
acuíferos o rí
ríos subterrá
subterráneos.
Elimina fundamentalmente só
sólidos en suspensió
suspensión y pató
patógenos
Limitació
Limitación recomendada de uso:
< 10000 habitantes
60
Filtración
Rápida
Ascendente
Descendente
Lenta
Descendente
61
INSTALACIONES PREVIAS REQUERIDAS:
•Necesario un desbaste. Rejillas o Tamices
•Necesario desengrasado
•Necesaria decantación física
•Recomendable decantación secundaria
•Instalación de suministro energético en filtros con lavado por aire y
agua
•Eliminación lodos por lavado o limpieza de los filtros
Desaarenadordesengrasador
Desaarenadordesengrasador
Decantador
Filtro
Decantador
Filtro
Otros
tratamientos
Sedimentador
62
FILTRACIÓN RÁPIDA (FR)
FR
Arena
Arena/antracita
Antracita
Qe = Qs = Qf
Entrada Efluente
Qs
Q
e
Lecho Filtrante
0,6-0,9 m
Qe = v e * S e
Qs = v s * S s
Qf
Salida Efluente
Qs
Qf = vf *S f
v f << ve , v s ⇒ S f >> S e , S s
63
CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL FILTRANTE
9Talla efectiva (D10)
9Coeficiente de uniformidad (D60/D10)
9Friabilidad o dureza: es un coeficiente
que mide la pérdida de material filtrante
en forma de “finos”, debido a las roturas
del mismo durante el funcionamiento y
lavados.
porcentaje que pasa (%)
100
9Granulometría
80
60
40
D60
20
0
10
D10
1
0,1
0,01
log10 tamaño partícula (mm)
9Perdida por ataque ácido, generalmente ligado al contenido en
carbonatos.
9Peso específico real: peso del producto por unidad de volumen.
9Peso específico aparente del producto apelmazado o esponjado.
64
LECHOS DE ARENA
Tamaño efectivo (mm)
Mínimo
Máximo
Arena Fina
0,35
0,45
Arena estándar
0,45
0,65
Arena gruesa
0,65
0,85
Coeficiente de uniformidad
Mínimo
Máximo
1,35
1,70
El medio filtrante debe estar compuesto por:
9granos de arena duros y redondeados
9peso específico real ≅ 2,6 kg/
9peso específico aparente ≅ 1,3-1,6 kg/L
9libre de arcilla y materia orgánica
9< 2% de carbonato de calcio y magnesio
65
LECHOS DE ANTRACITA
El medio filtrante debe estar compuesto por:
9granos piramidales, duras (3,5 escala Mosh), peso específico
>1450kg/m3
9alto contenido en carbono fijo
9libre de arcilla, polvo, limo, sulfuros y materiales extraños
9bajo contenido en cenizas y material volátil
9baja friabilidad
LECHOS MIXTOS
9Interfase de los dos materiales < 0,15 m
9∅antracita < 4-6 ∅arena
66
SISTEMA DE LAVADO
El lavado consiste en hacer circular en contracorreinte un cierto
caudal con objeto de retirar del lecho filtrante las partículas
retenidas en él y desapelmazar el lecho.
Debe dejarse por encima del lecho filtrante un espacio de mas del
30% del espesor del mismo para la expansión del lecho durantre el
lavado.
El lavado con aire rompe y facilita el lavado posterior que se puede
hacer más corto, con lo que se ahorra agua de lavado.
El lavado con agua y aire simultáneamente mezcla todas las
partículas del lecho, aunque tengan diferentes tamaños o
densidades.
Los sistemas de lavado pueden ser:
a) Flujo ascendente. Expansión del lecho del 20 al 40%. νlavado >1,7
νfluidización , Qagua=15-100 m3/m2·h
b) Flujo ascendente y lavado superficial
c) Lavado simultáneo con agua y aire. Qaire = 3-90 m3/m2·h,
expansión< 10%.
d) Flujo ascendente y lavado subsuperficial. Medios mixtos.
67
3
2
Velocidad de contralavado (m /m ·h)
100
80
60
40
20
0
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
diámetro del medio (mm)
68
MODALIDADES DE LAVADO DE FILTROS
LAVADO ASCENDENTE CON
AGUA
Tipo
Descripción
Se usa velocidad constante
de alta velocidad durante el lavado con
fluidificación de todas las
(30 a 60 m3/m2h) capas del medio filtrante y
estratificación de partículas
Velocidad inicial más baja
de baja velocidad durante la primera fase del
lavado que durante la
(5 a 25 m3/m2h) segunda sin fluidización en
ambas
de baja velocidad Velocidad baja durante la
seguida de alta primera fase de lavado sin
velocidad
fluidificación y alta durante
(30 a 60+ 5 a 27 la segunda con fluidificación
de partículas
m3/m2h)
AGITACIÓN AUXILIAR
Tipo
Descripción
Medio
filtrante con
que se una
este lavado
Se usa lavado ascendente
solo
arena fina sola
arena y antracita
Con agua
- Chorros fijos
- Chorros rotatorios
arena fina sola
arena y antracita
Con aire
Aire sin flujo de agua
ascendente primero y agua
sola después
arena fina sola
arena y antracita
antracita sola
Con aire
Aire simultáneamente con el
arena gruesa sola o
agua primero y luego agua
antracita sola
sola a una rata mayor
Con aire
Aire simultáneamente con
un flujo de agua ascendente
arena gruesa sola
bajo primero y agua sola con
alta velocidad después
Sin agitación
auxiliar
Max.
expansión
< 20%
> 20%
69
Parámetros de diseño del sistema de filtro de arena
nº líneas tratamiento
nº máximo líneas lavado simultáneo
SSafluente =20-100 mg/L
SSefluente =5-10 mg/L
νfiltración = 5–25
tciclo= 6–24 h
m3/m2·h
nHuecos(%)=50–60(antracita) 40-50(arena)
Wfloculo seco (w/v)=3-6%
n
Hue oc
=<26%
Hseguridad=0,2-0,5 m
Explecho=0-60%
Hvirola=20-50%
∇P(%)=5–30(antracita) 5-4(arena)
D10=0,8–2(antracita) 0,4-1,5(arena)
νagua lavado=15–100 m3/m2·h
νaire lavado=30–90 m3/m2·h
70
Parámetros de diseño del sistema de filtro de arena
Qu =
Caudal unitario (m3/h) =
Vagua filtrada(m3) =
Wsólidos (kg) =
Cap retención (kg/m3) =
Vlecho (m3) =
Hlecho (m) =
Hfiltro (m) =
Perd. cargalecho limpio (m) =
Qu
ν filtración
Qdiseño·Su
=
(nº líneas − nº líneas lavado simultáneomax )
Su =
Sección unitaria (m2)=
νfiltración(m3/m2·h)=
Qdiseño
nº líneas
ν filtración
Vagua filtrada = Qu·t ciclo
(SSafluente − SSefluente )
W
=
sólidos
1000·Vagua filtrada
nHue cos nHue oc
Wretenido =
·
·Wfloculo sec o
100 100
Wsólidos
Vlecho =
∑ Wretenido
Vlecho
+ Hseguridad
Su
Explecho ⎞
⎛
Hfiltro = Hlecho ⎜1 +
⎟ + Hvirola
100 ⎠
⎝
∇P
∇Plecho lim pio = Hlecho·
100
Hlecho =
Qagua lavado (m3/h) =
Qagua lavado = Su·ν agua lavado
Qaire lavado (m3/h) =
Qaire lavado = Su·ν aire lavado
71
FILTRO LENTO DE ARENA (FLA)
Básicamente, un filtro lento consta de una caja o tanque que
contiene una capa sobrenadante del agua que se va a desinfectar, un
lecho filtrante de arena, drenajes y un juego de dispositivos de
regulació
regulación y control.
1-1,5 m
El medio filtrante debe estar compuesto por:
9granos de arena duros y redondeados
9libre de arcilla y materia orgá
orgánica
9Menos del 2% de carbonato de calcio y magnesio
9diá
diámetro efectivo de la arena del orden de 0,15 a 0,35 mm
9profundidad del lecho puede variar entre 0,50 y 1,00 m (espesor
mínimo de 0,30 m)
9coeficiente de uniformidad <3 (recomendado entre 1,8 y 2,0)
72
La velocidad de diseñ
diseño tambié
también es importante al decidir el nú
número de
unidades con las que operará
operará el filtro. Con velocidades mayores de
0,2 m3/m2 hora deberá
deberá considerarse un mí
mínimo de tres unidades.
El área de cada unidad (As) es una funció
función de la velocidad de
filtració
filtración (ν
(νf), del caudal (Q), del nú
número de turnos de operació
operación (C)
y del nú
número de unidades (N).
As = (Q · C) / (N · νf)
73
74
CONCEPCIÓN DEL SISTEMA
9Para que la operación del sistema sea confiable, debe evitarse el
uso de dispositivos para elevar el nivel del agua (bombas).
9En caso de necesidad de bombeos se debería efectuar una sola
etapa de bombeo que eleve el agua cruda hasta un nivel, desde el
cual pueda distribuirse por gravedad al reservorio y a la red.
9Preferentemente, el filtro lento debe operar en forma continua, es
recomendable construir un tanque de almacenamiento de agua cruda
para abastecer por gravedad la planta durante las 24 horas del día.
CONDICIONES DEL AGUA CRUDA
9Temperatura.
9Concentración de nutrientes.
9Concentración de algas.
9Concentraciones altas de turbiedad.
75
UBICACIÓN
9Debe estar en una zona accesible, con vías de comunicación que
faciliten su posterior construcción, operación y mantenimiento.
9El agua subterránea debe estar ausente o muy profunda.
9La zona debe ser segura y no estar expuesta a riesgos naturales o
humanos.
9De preferencia, la topografía de la zona seleccionada debe reunir
los desniveles necesarios para que el sistema pueda operar
totalmente por gravedad.
ASPECTOS RELACIONADOS CON LA COMUNIDAD
9Efectuar estudios sociológicos para determinar las costumbres y
creencias que puedan afectar la aceptación del sistema.
9Comprobar la información demográfica disponible.
9Determinar los recursos humanos y materiales disponibles para
adecuar el diseño del sistema.
9Estudiar la incidencia
presencia de vectores.
de
enfermedades
de
origen
hídrico
y
76
CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
9Tareas rutinarias:
ƒajustes y medició
medición del caudal
ƒmonitoreo de la calidad del agua producida
ƒlimpieza de la superficie de la arena
ƒlavado y almacenamiento de la arena
ƒreconstrucció
reconstrucción del lecho filtrante
9La limpieza del lecho filtrante debe iniciarse cuando el nivel del
del
agua en la caja del filtro llega al má
máximo y el agua empieza a rebosar
por el aliviadero.
9Para la limpieza de la superficie del lecho filtrante hay dos mé
métodos
manuales disponibles, que son aplicables al medio rural:
ƒRaspado: retirar una capa superficial de alrededor de 2 cm de espesor,
cada vez que la carrera del filtro ha llegado a su fin
ƒTrillado: volteado de la arena del filtro con arrastre por agua del
sedimento retenido por el filtro (trillado en hú
húmedo) o sin arrastre
(trillado en seco)
9Por lo menos, cada cinco añ
años se realizará
realizará el lavado completo del
filtro.
77
Ventajas
Desventajas
La mayor ventaja de esta unidad reside
en su simplicidad. El filtro lento sin
controlador de velocidad y con controles
de nivel mediante vertederos es muy
sencillo y confiable de operar con los
recursos disponibles en el medio rural
de los países en desarrollo.
El filtro lento sin pretratamiento, no
debe operar con aguas con turbiedad
mayor
de
20
ó
30
UNT;
esporádicamente se pueden aceptar
picos de 50 a 100 UNT.
No hay cambios organolépticos en la
calidad del agua
La eficiencia de esta unidad se reduce
con la temperatura baja.
Las comunidades
tratada por la FLA
La presencia de biocidas o plaguicidas
en el afluente pueden modificar o
destruir el proceso microbiológico en el
que se basa la filtración lenta.
aceptan
el
agua
78
FILTRO DE ARENA
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
1-9
Movimiento de tierras
Sencillo
Obra civil
Sencilla
Equipos
Muy sencillos
Simplicidad de funcionamiento
Normal
Necesidad de personal
Regular
Duración de los controles
Regular
Frecuencia de los controles
Frecuencia regular
Costes de construcción
Intermedios
Costes de explotación y mantenimiento
Muy altos
Disminución DQO (%)
70-90
Disminución DBO5 (%)
80-99
Disminución SS (%)
Disminución N (%)
40-99
25-90
Disminución P (%)
20-80
Disminución Coliformes fecales (%)
50-90
Efecto de la temperatura
Muy alta
Turbidez del efluente
Muy baja
Variación caudal/carga
Muy baja
Molestia de olores
Frecuente
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Frecuente
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Inexistentes
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Moderado
Inexistente
79
FILTRO DE TURBA
80
LECHO DE TURBA
Son estanques o balsas rellenas grava, gravilla, arena y turba.
• La turba es un carbón activo de origen vegetal
• El agua residual entra regando la superficie del lecho.
• Sistema de drenaje recoge el efluente en el fondo.
• Terreno debe ser impermeable
Turba (≈ 50 cm)
Arena (≈ 15 cm)
Grava (≈ 15 cm)
Drenaje
Impermeabilización
El tratamiento de aguas residuales por filtración sobre turba se
basa en aprovechar las propiedades de absorción y adsorción de
este carbón mineral, así como de la actividad bacteriana que se
desarrolla en la superficie. Se produce en consecuencia,
fenómenos físicos (filtración), químicos (intercambio iónico) y
biológicos (degradación).
El proceso consiste en una filtración a través de una capa e
turba superpuesta sobre un sistema drenante formado por un
lecho de arena y grava, con tubos drenantes y sobre un suelo
impermeable con una ligera pendiente. El agua residual, que
ocupa un espesor de unos 20 cm sobre la turba, se filtra durante
un tiempo limitado(10 días), siendo necesario la retirada de la
costra que se ha formado en la superficie del lecho de turba,
debido a la retención de la materia en suspensión. Después se
deja un periodo de recuperación (10-20 días), antes de iniciar el
ciclo de aplicación. Como consecuencia del régimen de
explotación, resulta necesario contar al menos con dos lechos en
paralelo y el tamaño recomendado es de 200 m2. La acción de
depuración se realiza en la turba, mientras que el resto de los
estratos empleados sólo retiene al inmediatamente superior.
81
Esquema de funcionamiento
Desaarenadordesengrasador
Tamizado
Lecho de
turba
Laguna aerobia
• Los filtros se disponen en
varias unidades, mínimo dos
• La superficie máxima
recomendada es de 200 m2.
• El agua residual se filtra
durante 20-25 días.
• Retirar la costra que se
forma.
• Reposar el lecho durante
unos 10-20 días.
• Pretratamiento:
fundamental un tamiz.
• Laguna de maduración
para control de patógenos.
82
Parámetros de diseño del sistema de lecho de turba
Qdiseño
CH=20-40 L/m2·h
nº líneas ≥ 3
nº líneas filtrando = 1,5·(nº líneas)
L/A
tciclo = 35-45 d
Qlínea (m3/h)=
Slecho (m2)=
Qlínea =
Qdiseño
nº lineas filtrando
Slecho =
Qlínea·1000
CH
Vturba (m3)=
Vturba = Slecho·0,5
Llecho (m) =
L lecho = (L A·Slecho )
trecuperación (d) =
0,5
trecuperación =
t ciclo
1,5
83
LECHO DE TURBA
Superficie
Necesidad de obra
Mantenimiento y
explotación
Costes
Rendimiento
Estabilidad
Impacto ambiental
Fangos
Superficie necesaria (m2/he)
0,6-1
Movimiento de tierras
Muy sencillo
Obra civil
Compleja
Equipos
Complejos
Simplicidad de funcionamiento
Sencillo
Necesidad de personal
Regular
Duración de los controles
Poca
Frecuencia de los controles
Frecuencia regular
Costes de construcción
Intermedios
Costes de explotación y mantenimiento
Pocos
Disminución DQO (%)
60-90
Disminución DBO5 (%)
70-90
Disminución SS (%)
85-95
Disminución N (%)
20-75
Disminución P (%)
20-30
Disminución Coliformes fecales (%)
50-99
Efecto de la temperatura
Baja
Turbidez del efluente
Baja
Variación caudal/carga
Alta
Molestia de olores
Moderado
Molestia de ruidos
Inexistentes
Molestia de insectos
Moderado
Integración con el entorno
Normal
Riesgos para la salud
Medios
Efectos en el suelo
Producción de fangos
Inexistentes
Inexistente
84