Ficha Técnica Manual

Culturalmente,
Degrémont
tiene
por
costumbre compartir la pasión que sus
colaboradores manifiestan por las actividades
del agua con el público.
Como complemento del Manual Técnico,
Degrémont publica la "Fichas Técnicas” para
conocer mejor las diferentes técnicas disponibles y para
descubrir las novedades y los grandes avances tecnológicos.
Las Fichas Técnicas Manual Técnico
del Agua Degrémont
Aguas Residuales
Desalación
Agua Potable
AquadafTM - SeadafTM - GreendafTM
Clarificación agua de superficie
F
L
O T A C
I
Clarificación agua de mar
Ó
N
D
E
FLOTACIÓN
La flotación es un proceso de separación sólido-líquido o líquidolíquido que, contrariamente a lo que ocurre en decantación,
se aplica a partículas cuya masa volúmica es inferior a la del
líquido que las contiene. Estas partículas se recogen, en forma
de espuma (fangos flotantes), en la parte superior del equipo.
La flotación se dice que es natural cuando la diferencia de
masa volúmica entre las partículas y el agua es suficiente para
una separación.
La flotación se dice que es asistida cuando utiliza medios
externos (aire o aire y reactivos) para mejorar la separación
de partículas flotables (pero con una velocidad de separación
insuficiente).
La flotación se dice que es provocada cuando la densidad
de la partícula, originalmente superior a la del líquido, es
artificialmente reducida para provocar su flotación. Se
aprovecha la aptitud que tienen ciertas partículas sólidas (o
líquidas) para unirse a burbujas de gas (generalmente, de
aire) para formar «compuestos» menos densos que el líquido
del cual constituyen la fase dispersa. El fenómeno que se inicia
es trifásico (gas-líquido-sólido) y depende de las características
físico-químicas de las tres fases, en particular de la afinidad de
sus interfases (mayor o menor hidrofobia)
A
L T A
Defosfatación terciaria
V
E
L
O
C
I
D A
D
• el aumento de la concentración de burbujas aumenta la
probabilidad de encuentro entre partículas sólidas y
burbujas. Además, la baja velocidad ascensional de las
burbujas en relación con la masa de fluido les permite una
buena adherencia a las partículas frágiles que conforman los
flóculos;
• finalmente, el acoplamiento es más fácil si su diámetro es
mucho menor que el del flóculo en suspensión.
Para la separación de las partículas voluminosas, más ligeras
que el agua e hidrófobas, que flotan naturalmente y en las que
sólo es necesario mejorar la flotación y mantener la «torta»
en la superficie, se pueden utilizar burbujas de mayor tamaño
(burbujas finas o, incluso, medianas son suficientes). Este es el
caso de la separación de grasas.
FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (FAD)
CONVENCIONAL
Este tipo de flotador se adapta particularmente bien al
tratamiento de aguas poco cargadas, produciendo un flóculo
ligero y frágil. La velocidad de separación es de 8 a 10 m·h–1.
FLOTACIÓN PROVOCADA POR
MICROBURBUJAS
Burbujas de 2 a 4 mm se clasifican como «medianas», burbujas
de varios cientos de µm a 1 mm como «finas» y las de 40 a 70
µm como “microburbujas”.
En el tratamiento del agua, se reserva el término «flotación» a
la flotación provocada usando microburbujas. Este proceso se
conoce como Flotación por Aire Disuelto (DAF).
Este tipo de flotación es la que normalmente se utiliza en el
tratamiento de agua, ya que se adapta al tratamiento de flóculos
que, a menudo, son frágiles y de densidad relativamente baja y,
generalmente, constituidos de hidróxidos y/o materias orgánicas.
Para la separación de flóculos es necesario el uso de
microburbujas. En efecto, por ejemplo, hay 8.000 veces más
aire en una burbuja de 1.2 mm que en una burbuja de 60 µm.
De manera que:
• el uso de burbujas de varios milímetros de diámetro conduciría,
para una buena repartición de las burbujas en toda la sección
del equipo, a un flujo de aire mucho mayor que en el caso de
las microburbujas, y este aumento de aire genera corrientes
turbulentas perturbadoras;
El coagulante y el agua bruta a tratar se introducen en la zona de
coagulación  para neutralizar las cargas de coloides presentes
en el agua. Una vez que las cargas han sido neutralizadas,
los coloides se aglomeran entre ellos por agitación para
formar flóculos en la zona de floculación.  Estas partículas
aglomeradas en el agua se envían a la zona de flotación,  donde
microburbujas de aire se difunden. Los flóculos se adhieren a las
burbujas de aire y suben a la superficie, donde flotan, formando
así un verdadero lecho de fangos,  que se elimina mediante
una rasqueta  o por desbordamiento,  sin perturbar la zona
de expansión en los canales dedicados. El agua tratada se
recupera por la parte inferior.
Se debería mencionar que en aguas residuales no siempre es
posible eliminar por flotación todas la materias en suspensión.
Inevitablemente, algunas, al ser muy pesadas, se acumulan
en el fondo del equipo. Por ello, los flotadores que tratan las
aguas residuales urbanas e industriales o fangos están siempre
equipados de un sistema de evacuación de fangos del fondo
(fondo cónico de gran pendiente o rasquetas de fondo).
FLOTADOR
VELOCIDAD
RECTANGULAR
DE
ALTA
El origen de esta tecnología viene de la necesidad de aumentar
la velocidad de separación por encima de 8-10 m·h–1. El tamaño
de las obras , entonces, se reduce.
Los principales avances corresponden a:
• la expansión del agua presurizada en toda la anchura del
flotador. Se puede crear así un verdadero “lecho de burbujas”
de 1-2 m de alto;
• la utilización de los colectores dispuestos en el fondo o un
suelo perforado para recoger el agua en la totalidad de la
superficie y no solamente en un extremo.
• separación de fangos biológicos procedentes de los procesos
biológicos de cultivos fijos sobre soportes libres;
• espesamiento de fangos activados en exceso procedentes
del tratamiento biológico (incluyendo los fangos de lavado de
filtros y biofiltros);
• separación y recuperación de fibras en aguas de papelera, de
materias grasas y proteínas en industrias agroalimentarias;
• separación de aceites en aguas residuales de refinerías,
aeropuertos y metalurgia;
• separación de hidróxidos metálicos o de pigmentos.
AquadafTM - SeadafTM - GreendafTM
Floculación mecánica
Las modificaciones hidráulicas de los flotadores convencionales
han desembocado en las siguientes mejoras:
• el manto de burbujas se convierte en un colchón con una
concentración decreciente de arriba hacia abajo donde
continua la floculación. La separación sólido/líquido se puede
afinar gracias a una concentración de burbujas y de flóculos
más elevada que en un reactor difusor convencional, mejorando
las posibilidades de encuentro y aglutinamiento. Además, el
manto de burbujas crea altas velocidades ascensionales
de los agregados burbujas-flóculos. De hecho, la velocidad de
las microburbujas pasa de 5 a 25-40 m·h–1 (dependiendo de las
características del flóculo y de la temperatura del agua), gracias
a la coalescencia y/o aglomeración;
• la forma de un flotador de manto de burbujas es diferente de
la de un flotador convencional. La «longitud» entre la entrada
y salida en este tipo de equipos es menor que la anchura, de
manera que el manto afecta a todo el volumen del equipo;
• la duración de la floculación previa podrá ser restringida a 1015 minutos (en lugar de 15-30 min);
• la evacuación de fangos por desbordamiento se adapta bien a
la forma de la celda (corta en longitud y bastante ancha) . Un
«cuchillo hidráulico» ayuda a despegar la torta de las paredes y
limita la cantidad de agua descargada con el fango.
APLICACIONES DEL FAD
Las aplicaciones del FAD en el tratamiento de aguas son múltiples:
• separación de materias floculadas en clarificación de agua
de superficie (para aguas poco cargadas de materias en
suspensión «MES», pero ricas en materias orgánicas «MO», en
algas y/o fuertemente coloreadas, como ocurre con las aguas
de lagos o presas) o en clarificación de agua de mar como
pretratamiento de osmosis inversa;
• tratamiento terciario fisicoquímico en el tratamiento de aguas
residuales;
Floculación hidráulica
LOS FLOTADORES DE ALTA VELOCIDAD DE
DEGRÉMONT
Basado en la tecnología desarrollada por RICTOR, AquadafTM
- SeadafTM - GreendafTM, son las soluciones propuestas por
Degrémont para la flotación de agua dulce, agua de mar y agua
residual respectivamente. La flotación llamada «turbulenta»
fue desarrollada por la sociedad finlandesa Oy Rictor. Esta ha
desarrollado una placa de recogida perforada que favorece el
reparto uniforme de las microburbujas en toda la superficie del
tanque. Su funcionamiento es de 3 a 5 veces más rápido que el
de un proceso tradicional. Degrémont dispone de una licencia en
exclusividad para la explotación de este proceso.
Desarrollo del proceso
Con el fin de responder a las diferentes necesidades de sus
áreas de especialización, Degrémont ha desarrollado el proceso
realizando mejoras en el diseño del floculador (haciéndolo
más compacto), en el dispositivo de inyección de aire y en los
reactivos usados para tratar las aguas muy difíciles.
Los flotadores rápidos de Degrémont incluyen los siguientes
elementos:
• la integración de coagulación y floculación con una zona
de agitación hidráulica de tipo pistón para optimizar la
aglomeración de los coloides en flóculos;
• una línea de presurización por unidad;
• boquillas de expansión patentadas para el aire presurizado;
• un depósito de flotación con una placa perforada patentada
que favorece la coalescencia y la aglomeración de las burbujas
y del flóculo;
• un dispositivo hidráulico para recuperación de los fangos con
ayuda de un vertedero móvil.
Los flotadores rápidos de Degrémont’ están estandarizados con
2 tipos de floculación: mecánica e hidráulica.
Fichas Técnicas Manual Técnico del Agua Degrémont
1ª adaptación de Degrémont
Floculación mecánica
tiempo de coagulación flotación
= 2 + 10 min
(1 tanque de coagulación seguido
de 2 celdas de floculación con
agitadora)
2ª adaptación de Degrémont
Floculación hidráulica
Tiempo de floculación coagulación
= 3 + 5 min
(2 tanques de coagulación
seguidos de una celda de
floculación equipada de
deflectores de flujo de pistón)
(Rictor: tiempo de Floculación coagulación = 2 + 12 min)
ÎÎ La gama
SeadafTM (flotador de floculación hidráulica) se adapta a
la clarificación de las aguas de mar o de las aguas salobres
cargadas de materias orgánicas y/o de algas , permanentemente
o de forma estacional. Se integra en una línea de desalación por
osmosis inversa aguas arriba de una etapa de filtros SeacleanTM
o de ultrafiltración.
En instalaciones grandes el uso de pozos costeros se sustituye
por tomas de agua de mar. Estas aguas pueden contener algas
y materias orgánicas: cuanto más caliente es el agua, como en
el Golfo, por ejemplo, mayor será su contenido. Es, por tanto,
necesaria una etapa de filtración convencional o de membranas
aguas arriba de la osmosis inversa.
SeadafTM permite optimizar el funcionamiento de esta etapa de
filtración y reducir las pérdidas de agua asociadas, disminuyendo
la frecuencia de lavado de los filtros en el caso de una filtración
convencional y mejorando los flujos de las membranas en el
caso de una filtración de membranas.
GreendafTM TW, MW y BWW
En el tratamiento de las aguas residuales urbanas GreendafTM
AquadafTM
En el tratamiento para la producción de agua potable,
AquadafTM es el producto dedicado a la clarificación de aguas
superficiales y aguas de pozo.
Su especificidad reside en su flexibilidad. Trata las aguas de
superficie incluso muy frías (hasta de 0°C) y puede soportar
picos ocasionales de sólidos en suspensión o turbidez de hasta
200 NTU. Se adapta a los diferentes tipos de agua gracias a
sus dos etapas de mezcla rápida y a sus 4 puntos posibles de
inyección de reactivos.
El nuevo diseño de la fase de floculación reduce el tiempo de
reacción y disminuye el tamaño de las obras al tiempo que
mantiene el rendimiento.
Las dos versiones de flotadores coexisten:
• AquadafTM MF (Mechanical Flocculation);
• AquadafTM HF (Hydraulic Flocculation).
SeadafTM
es un flotador rápido disponible en 3 productos de floculación
hidráulica.
 GreendafTM TW (Tertiary Water) destinada a la defosfatación
de las aguas depuradas. Permite obtener valores de fósforo en
una media diaria de:
• 1 mg.L-1 para agua de alimentación de 5 mg.L-1 en P total;
• 0.3 mg.L-1 para agua de 1 mg.L-1 en P total.
GreendafTM TW puede estar equipado de una rasqueta cuya
función es la de concentrar el fango a 15 g.L-1. Este fango puede
alimentar una centrífuga directamente.
Se trata de un producto interesante para permitir, en instalaciones
existentes, el cumplimiento de la normativa de vertidos en
fósforo.
 GreendafTM MW (Meteor Water) se destina a la separación
de fangos activados provenientes de procesos biológicos de
cultivos fijos sobre soportes libres de tipo MBBR (Moving
Bed Biofilm Bioreactor - como, por ejemplo, el MeteorTM de
Degrémont).
GreendafTM MW permite obtener vertidos que pueden ser
tratados en tratamiento terciario o ser vertidos en el medio
natural.
GreendafTM MW dispone de rasqueta de superficie para una
rápida eliminación de fangos flotados de superficie.
 GreendafTM BWW (Biofilter WashWater) permite aligerar
o eliminar los retornos de las aguas de lavado de los biofiltros
que no pueden ser vertidos directamente en el medio natural
por su alto contenido en sólidos en suspensión (200 a 1,000
mg.L-1). Al limitar la carga hidráulica o la carga contaminante,
GreendafTM BWW optimiza la línea de tratamiento decantador
primario-biofiltro. Evita el sobredimensionamiento de la línea
de tratamiento aguas arriba. GreendafTM BWW se caracteriza
particularmente por la presencia de un mezclador en línea,
una rasqueta de superficie y por la ausencia de floculador. La
rasqueta permite obtener una concentración de fango de 15 a
30 g.L-1, comparable a la de fangos espesados.
Fichas Técnicas Manual Técnico del Agua Degrémont
OPERACIÓN
Todos esto flotadores rápidos presentan numerosos puntos
interesantes para la explotación en comparación con la flotación
convencional:
• fácil mantenimiento, ya que existen pocos equipos mecánicos
y ningún módulo lamelar;
• ningún aporte de material para el lastre de flóculos;
• arranque/parada instantáneos (fácil operación y optimización
de la seguridad de los operadores);
• sin grandes riesgos vinculados a la falta de polímeros
(AquadafTM );
• uso ocasional de polímeros (solamente durante puntas de
sólidos en suspensión (AquadafTM - SeadafTM);
• soporta grandes puntas ocasionales de turbidez, de hasta 200
NTU (AquadafTM);
• compatible con altas velocidades de circulación, lo que permite
tratar volúmenes de agua importantes (particularmente útil para
la alimentación de osmosis inversa en desalación (SeadafTM);
• Pocos equipos electromecánicos están en contacto con agua
de mar gracias al reactor de floculación a pistón (SeadafTM);
• balón de presurización revestido, compatible con el agua de
mar (SeadafTM).
Desarrollo sostenible
La flotación rápida es una alternativa interesante a la convencional
desde el punto de vista económico y de desarrollo sostenible:
• la huella se reduce y la altura de las obras se limita gracias a
equipos compactos (70% de ahorro de espacio en comparación
a una instalación de flotación convencional);
• bajo consumo eléctrico, ya que existen pocos equipos
electromecánicos;
• consumo reducido de reactivos;
• poca pérdida de agua relacionada con el lavado, se protegen
los recursos de agua.
ALGUNAS REFERENCIAS DE DEGRÉMONT
(42 referencias de flotadores rápidos instalados en el mundo)
AquadafTM
• Macao MSR, China (mayo 2008) - 60.000 m3.d-1 - 2 AquadafTM = 2x1,340 m3.h-1.
Pretratamiento antes de membranas de un agua con picos de turbidez y presencia de algas; polímero prohibido.
• Apremont, Francia (agosto 2009) - 40.000 m3.d-1 - 2 AquadafTM = 2x1,160 m3.h-1.
Agua bruta < 240 NTU, media de 30 NTU
Línea de tratamiento = AquadafTM flotador, reactor CAP/PulsazurTM, filtración Aquazur®, ultrafiltración UltrazurTM
GreendafTM TW
• Hudson, MA, USA (otoño 2009) - 25.000 m3.d-1 - 2 GreendafTM TW = 2x725 m3.h-1.
Especificaciones sobre los vertidos en el medio receptor = < 0.1 mg.L-1 Fósforo – Turbidez <1 NTU
GreendafTM TW
• Évreux, Francia (marzo 2012) - 164.000 HE - 3 GreendafTM TW = 3x590 m3.h-1.
Especificaciones sobre los vertidos en el medio receptor = 1 mg.L-1 Fósforo - 10 mg.L-1 SS max.
GreendafTM BWW
• Grenoble, Francia (final 2013) - 240.000 m3.d-1 - 2 GreendafTM BWW = 2x350 m3.h-1.
Concentración mínima de fangos flotados = 20 g.L-1
• Al Dur, Bahrain (enero 2012) - 218.000 m3.d-1 (Agua Osmosis Inversa)
Línea tratamiento = SeadafTM - SeacleanTM filtros bicapa - filtros cartucho - 2 etapas de osmosis inversa.
14 SeadafTM = 590.000 m3.d-1
• Barcelona, España (julio 2009) - 200.000 m3.d-1 (Agua Osmosis Inversa)
Línea tratamiento = SeadafTM - filtro Mediazur - SeacleanTM filtros bicapa - filtros cartucho - 2 etapas de osmosis inversa.
10 SeadafTM = 480.000 m3.d-1
Contacto: [email protected]
DEGRÉMONT S.A.
WWW.DEGREMONT.COM
Fichas Técnicas Manual Técnico del Agua n°4 - Abril 2012 - Fotos c´réditos Degrémont
SeadafTM