recirculación

E. Ronzano y J. L. Dapena
RECIRCULACION
OBJETIVO E IMPORTANCIA DE LA RECIRCULACIÓN
En el proceso de fangos activados, después de la separación del agua tratada y la
biomasa, es necesario reintroducir esta última en las cubas de aeración para mantener
una concentración constante, con la deducción correspondiente de los fangos en exceso:
éste es el objetivo de la recirculación.
Veremos posteriormente que la decantación secundaria debe recibir una carga
superficial de materias en suspensión tan baja como sea posible, compatible con el
caudal a tratar y la concentración necesaria en las cubas. Para lograr estos objetivos
debe producirse una recirculación correctamente controlada.
RELACIONES
Concentración de recirculación: MSR
En la medida en probeta del índice volumétrico de fangos (ver Capítulo 13) IVF, la
fracción sedimentada tendrá una concentración de:
1 .000/IVF en g · 1-1 (76)
Esta relación se deduce directamente de la propia definición de IVF: volumen en cm3
ocupado por 1 g de MS, después de media hora de decantación (o volumen en litros
para 1.000 g).
Sin embargo, entre el ensayo de la probeta y el decantador real existen algunas
diferencias:
En /a probeta:
- La decantación es estática con gran influencia del efecto pared.
- La altura es de 40 cm.
- El tiempo de sedimentación es media hora.
En e/ decantador secundario:
- La decantación es dinámica, con flujos en contracorriente: licor a tratar y fangos a
extraer.
- La altura de licor es de 2 a 4 m.
- El tiempo de decantación es de 2 a 4 h.
- No existe efecto pared.
La ecuación 76 debe corregirse con un coeficiente, para tener en cuenta estas
diferencias:
MSR = 1.000 k / IVF en g · 1-1 (77)
MSR: Concentración en MS de los fangos en recirculación.
k es un factor adimensional que permite pasar de las condiciones de decantación estática
en la probeta a la decantación dinámica en el decantador, dependiendo:
- Del caudal de licor que entra: cuanto más alto, más influencia de los efectos dinámicos
y disminución de k.
- De la altura de fangos en el decantador: Con más altura, mejor es el espesamiento y
mayor el valor de k.
- Del tiempo de retención: k crece con el tiempo.
Estudios experimentales muestran que k puede variar entre 0,5 y 2,0. En Estados Unidos
se adopta generalmente k = 1,0; en la República Alemana, las reglas del ATV (Ref. 45)
dan k = 1,2; comparando varios resultados, este último valor parece más lógico. El
factor k puede tomarse igual a 1,2, respetando las siguientes condiciones:
- Carga hidráulica comprendida entre 0,50 y 1,50 m · h-1.
- Factor de recirculación entre 50 y 150%.
- Índice volumétrico de fangos entre 100 y 250 ml/g.
En estas condiciones podemos escribir:
MSR = l.200/IVF en g· 1-1 (78)
Figura 12.1. Factor de recirculación
Factor de recirculación
Considerando despreciables las materias en suspensión del agua a tratar, un balance de
mezclas da:
MSA =MSR · R / (R + 100)
R: Factor de recirculación en %.
Con el valor de MSR de la relación 78, tenemos:
MSA = l.200 · R/IVF (R + 100) (79)
Con las limitaciones:
50 <R < 150
100 < IVF < 250
De la relación 79 se puede deducir que:
- MSA es inversamente proporcional al IVF.
- Aumenta mucho cuando R pasa del 50 al 150%: del 100 al 180%.
- Aumenta muy poco cuando R pasa del 150 al 500% (que no son valores reales): del
100 al 139%. Pero, en realidad, este aumento de R se traduce en una disminución de k, y
por el contrario disminuye MSA. Esto muestra que R = 150% es un límite que nunca
debe superarse.
INFLUENCIA DEL DECANTADOR SECUNDARIO
En teoría, para extraer los fangos espesados al ritmo que sedimentan, el factor de
recirculación debería seguir las variaciones del caudal instantáneo del agua a tratar. Es
decir, una punta de caudal de agua supondría la misma punta de recirculación, y el
decantador secundario soportaría la suma de los efectos de las dos puntas.
Pero, afortunadamente, el decantador secundario puede y debe utilizar su capacidad de
almacenamiento de materias en suspensión.
Supongamos que, para el caudal medio, el decantador no almacena fangos y que las
materias en suspensión extraídas son iguales a las que entran; el caudal de recirculación
es constante, y suponemos que es igual al caudal medio. Si llega una punta de caudal de
agua de 2, como la recirculación es constante en caudal, el decantador recibe una carga
de materias multiplicada por 1,50. De esta carga, 2/3 se extraen y el tercio restante se
almacena.
Este trasvase de materias, desde las cubas de aeración hasta el decantador secundario,
produce una disminución de la concentración de las cubas y, por lo tanto, también de la
carga que recibe el decantador hasta lograr un nuevo equilibrio.
Por ejemplo:
- Equilibrio anterior (caudal medio):
· Concentración de MSA: 3g · 1-1.
· Caudal de agua: 100%.
· Caudal de recirculación: 100%.
- Nuevo equilibrio (caudal punta):
· Concentración MSA: 2g · 1-1.
· Caudal agua: 200%.
· Caudal recirculación: 100%.
La masa de fangos a extraer del decantador es constante:
(100 + l00) · 3 = (200 + l00) ·2
De esta forma, para soportar una punta de caudal de agua de 2, con una recirculación
constante, 1/3 de los fangos activados se trasvasa desde las cubas de aeración hasta el
decantador secundario. Pero, en realidad, el almacenamiento de fangos supone una
altura mayor del lecho, un mejor espesamiento y el aumento de k y de MSR. El caudal
líquido de extracción es constante, pero la masa de materias aumenta, y la concentración
del nuevo equilibrio será superior a los 2 g · 1-1 teóricos.
Figura 12.2. Relación: materias en suspensión en aeración MSA
y caudal durante un día. (Curva experimental; datas Ref 13.)
Las normas alemanas del ATV (Ref. 45) calculan la profundidad de los decantadores
secundarios, dividiéndola en 4 zonas, de las cuales la inferior es para el
almacenamiento. Se admite, entre el caudal medio de tiempo seco y el máximo de
tiempo de lluvia, una variación de la concentración en las cubas del orden de 1 g · 1-1.
Con este método de cálculo, la altura de almacenamiento representa aproximadamente
el 40% de la profundidad total.
Para aprovechar mejor las posibilidades del almacenamiento de fangos, la recirculación
debe estar bien controlada, y seguir las variaciones de caudal medio diario y del índice
de fangos. Para comprobar si es suficiente, al terminar la punta diaria, el nivel de fangos
debe ser suficientemente bajo para no interferir en la calidad del agua.
En caso de recirculación superabundante, por no poderse reducir el número de bombas
en marcha, se puede funcionar en discontinuo.
El tiempo máximo de parada debe ser:
- En aeración prolongada: de 2 ó 3 horas.
- En media carga: inferior a 1 hora.
- En baja carga con nitrificación: inferior a 15 minutos.
SELECCIÓN DEL FACTOR DE RECIRCULACIÓN
Es correcto disponer tres factores de recirculación: 50, 100 y 150% del caudal medio.
Pueden utilizarse 3 bombas o tornillos.
A) 100%. Factor normal: se obtiene una concentración de 3 g/l con un IVF de 200 ml/g,
o de 4 g/l con un IVF de 150 ml/g. Son las concentraciones adoptadas en el Capítulo 5.
(Parte II).
En las normas alemanas del ATV (Ref. 45) se consideran los índices volumétricos de
fangos IVF indicados en la Tabla 12.1.
Tabla 12.1
B) 50%. Factor bajo: puede emplearse:
- En continuo: con buenos índices IVF:
inferior a 133 con concentración de 3 g · 1-1
inferior a 100 con concentración de 4 g · 1-1
- En discontinuo: por ejemplo de noche, empleando el 100% de día.
C) 150%. Factor excepcional: a utilizar con precaución y durante tiempos cortos. Puede
obtenerse con la bomba o el tornillo de reserva.
UTILIZACIÓN DEL FACTOR DE RECIRCULACIÓN
Decantadores secundarios con extracción de fangos por aspiración central anular
No existe problema especial: el decantador suministra el caudal pedido por el bombeo.
Decantadores secundarios con extracción de fangos por succión
En este sistema, es el decantador el que determina el caudal: depende de la distancia
vertical entre la salida de los tubos de succión y el nivel del agua en el tanque. La
modificación de la altura de los tubos debe considerarse excepcional. Es un modo
demasiado simple, que no constituye realmente un control. Debe operarse de la
siguiente manera:
- Recirculación del 100%: Sin problemas; los tubos se regulan para extraer un caudal
aproximado al 100%, con 2 bombas.
- Recirculación del 50%: El bombeo, con una bomba, produce un caudal del 50%; como
los tubos pueden dar el doble, el caudal se reduce funcionando los tubos en inmersión o
anegados.
· Si la duración de la marcha al 50% es corta, no hay que tomar precauciones especiales,
sino una vigilancia normal en la salida de los tubos.
· Si es una marcha continua, cada 4 ó 6 horas es necesario, durante 10 ó 15 minutos,
pasar al caudal del 100% para limpiar los tubos de succión con un caudal mayor.
- Recirculación del 150%: Sólo puede obtenerse con una modificación de la regulación
de la altura de los tubos de succión. Puede ser suficiente con modificar una parte de los
mismos, los del interior o los del exterior, según la altura del fango sobre el fondo.
EQUIPOS DE BOMBEO
Se pueden utilizar bombas y tornillos. Cada sistema tiene ventajas e inconvenientes:
- Precio: Los tornillos son más caros que las bombas, y la obra civil correspondiente
también.
- Decantadores de succión: En este tipo de aparatos, como el decantador es el que
determina el caudal por la regulación de sus tubos de succión, es preferible un bombeo a
caudal variable, que puede efectuarse con tornillos.
- Fangos activados con desnitrificación: Con objeto de disminuir la introducción de
oxígeno en el fango recirculado, es preferible emplear bombas en lugar de tornillos.
Cuando el sistema de bombeo sea común a varios decantadores, deben tomarse las
precauciones adecuadas para conseguir una buena equirrepartición de la extracción de
fangos.