Sistemas de desbaste

FT-PRE-001
FICHAS TÉCNICAS
DE ETAPAS DE PROCESO DE
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DE LA INDUSTRIA TEXTIL
SISTEMAS DE DESBASTE
SERIE: PRETRATAMIENTOS
TÍTULO
SISTEMAS DE DESBASTE (FT-PRE-001)
Fecha de elaboración
Diciembre de 2014
Revisión vigente
SISTEMAS DE DESBASTE
SISTEMAS DE DESBASTE (FT-PRE-001)
Fecha
Diciembre 2014
Autores
Joaquín Suárez López
Alfredo Jácome Burgos
Pablo Ures Rodríguez
Revisado
Modificaciones
Fecha
Modificado por:
Objeto de la modificación:
FT-PRET-001
SISTEMAS DE DESBASTE
FT-PRE-001
ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN
2.- DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DE REJAS Y TAMICES
2.1.- Rejas de desbaste
2.2.- Tamices
3.- CRITERIOS DE DISEÑO
3.1.- Rejas de desbaste
3.2.- Tamices
3.3.- Almacenamiento de residuos
4.- CONDICIONES TÉCNICAS PARTICULARES
4.1.- Rejas de desbaste
4.2.- Tamices
4.3.- Compactador de residuos
5.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL
6.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL
7.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
BIBLIOGRAFÍA
REFERENCIAS DE TECNOLOGÍA
ANEXO 1.- COMPARATIVA DE CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO
ANEXO 2.- ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS
ANEXO 3.- DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO
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1.- INTRODUCCIÓN
Las aguas residuales brutas, antes de su tratamiento propiamente dicho, se someten a una serie de operaciones
físicas que constituyen el pretratamiento. El objetivo del pretratamiento es separar del agua la mayor cantidad
posible de las materias transportadas a través de los colectores y que, por su naturaleza y tamaño, generan ciertos
problemas tales como: obstrucción de tuberías, desgaste de equipos, formación de costras, enarenado de
depósitos, etc.
Mediante las operaciones del pretratamiento se eliminan residuos de tamaño grande y medio. En general, se trata
de la contaminación más visible y molesta desde el punto de vista de la explotación (sólidos de grandes y medianas
dimensiones, arenas, grasas, etc.). Entre los elementos que realizan esta función se tiene las rejas o tamices.
2.- DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS DE REJAS Y TAMICES
1.1.- Rejas de desbaste
Las rejas de desbaste se colocan en dirección transversal u opuesta al flujo de agua, de tal forma que el agua pase
a través de ellas, quedando retenidos sólidos con un tamaño superior a la separación entre las barras. En función
de la separación entre barras se tiene desbaste de gruesos y desbaste de finos.
En general, las rejas pueden fabricarse con forma curva o recta (plana). Cuando son rectas, la colocación de las rejas
respecto a la horizontal puede ser vertical o inclinada.
Las rejas pueden ser de limpieza manual o automática.
Figura1.- Rejas inclinadas de limpieza manual.
Las rejas de limpieza automática minimizan los problemas de atascos y reducen el tiempo para su mantenimiento.
El mecanismo de limpieza suele ser un peine móvil que periódicamente barre la reja, extrayendo los residuos
retenidos. En las rejas curvas el movimiento mecánico del peine es circular.
Figura 2.- Rejas curvas con peines giratorios de limpieza mecánica.
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Si la reja es plana o recta el peine o rastrillo de limpieza realiza un movimiento de traslación mediante sistemas
basados en cilindros neumáticos u oleo-hidráulicos, o en cadenas o cables. El movimiento del peine se puede
realizar por la cara anterior, o posterior, de la reja. En el caso del uso de cables es conveniente revisar
periódicamente su tensión para asegurarse que durante el ciclo de limpieza el peine llega hasta el extremo inferior
de la reja para evitar que se acumulen residuos al pie de la reja.
Peine
Cables
Canal
Reja curva
A
B
Brazo
articulado
Escurridor
Reja recta
D
C
Figura 3.- Esquemas de rejas mecánicas de limpieza por la cara anterior. A) Reja curva; B) Reja de garfio; C)
Rejas de brazos; D) Reja telescópica.
LIMPIA PEINE
PEINES
LIMPIADORES
BOCA DE
DESCARGA
CADENA
AGUA
REJA
Figura 4.- Esquemas de reja automática de cadena con múltiples peines de limpieza.
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Los mecanismos de automatización de la limpieza de rejas se pueden basar: a) en relojes o temporizadores,
estableciendo el ritmo de limpieza a partir del ensuciamiento medio y de la buena práctica; b) en la pérdida de
carga que se produce al ensuciarse la reja. Esta pérdida de carga queda reflejada en la variación de niveles entre las
caras anterior y posterior. Una sonda de nivel, aguas arriba y/o abajo, manda una orden de limpieza en el momento
en el que la diferencia de nivel supera un cierto valor. Se suelen complementar los dos sistemas.
Los residuos extraídos deben serán evacuados hacia una zona de almacenamiento que dependiendo del tamaño
de la instalación requerirá un transporte, mediante cintas transportadoras o con tornillos sin núcleo.
Independientemente del tamaño de la instalación, la presencia de un elemento de compactación es recomendable.
En instalaciones pequeñas los residuos retirados se pueden acumular sobre una placa perforada para su escurrido.
1.2.- Tamices
El tamizado consiste en una filtración sobre malla delgada. Los tamices, en general, son equipos electromecánicos
autolimpiantes. La luz de los tamices puede ir de 3 a 6 mm. El uso de estos equipos suele requerir de la presencia
de un desbaste previo.
Se distinguen, esencialmente, los tamices rotatorios, de tornillo y deslizante.
Los tamices rotatorios o rototamices son de uso muy generalizado (EDAR grandes y pequeñas) debido a su
simplicidad de mantenimiento y robustez mecánica. Consisten en una reja o malla cilíndrica de eje horizontal,
fabricada en acero inoxidable que gira lentamente accionada por un motor. Los residuos retenidos se retiran
mediante un rascador fijo y se evacuan hacia un contenedor.
PLACA DEFLECTORA
ALIVIADERO
TAMBOR FILTRANTE
ROTATIVO
RASQUETA
AGUA
BRUTA
CAJA
DISTRIBUIDORA
RESIDUOS
TUBO PARA
FLUJO DE LAVADO
AGUA
TAMIZADA
JSL
Figura 5.- Tamiz rotatorio.
En el tamiz de tornillo, el tamizado se realiza a través de una placa perforada semi-cilíndrica. Los sólidos separados
en la zona de filtración se transportan automáticamente fuera del canal mediante un tornillo sin núcleo. Un cepillo
de espiral unido al extremo inferior del tornillo asegura que la malla filtrante esté limpia continuamente. En la parte
superior se realiza una compactación de los sólidos y el agua exprimida escurre hacia el canal. Los residuos
compactados pueden descargarse en los contenedores directamente o en sacos.
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Moto-reductor
Zona de compactado
Zona de transporte
Salida de
sólidos
Zona de
filtrado
Figura 6.-Tamiz de tornillo.
Los tamices deslizantes son de tipo vertical y continuo. Este tipo de tamices incorporan en la cinta un elemento
filtrante llamado diente o gancho. La disposición de los dientes sobre ejes de acero inoxidable forma una rejilla
filtrante que está montada sobre un bastidor-soporte que se instala directamente sobre el canal. Los sólidos
transportados por el agua son capturados por la rejilla filtrante, retirados por los dientes y descargados a un nivel
más alto en la parte trasera del tamiz. El circuito que recorre la rejilla hace que los elementos filtrantes se limpien a
sí mismos a medida que los ganchos o dientes pasan entre los brazos de la siguiente hilera de elementos.
Figura 7.- Esquema de un tamiz deslizante autolimpiante.
Al igual que en las rejas, los residuos extraídos deben serán evacuados hacia una zona de almacenamiento que
dependiendo del tamaña de la instalación requerirá un transporte, mediante cintas transportados o con tornillos
sin núcleo. Independientemente del tamaño de la instalación, es obligatoria la presencia de un elemento de
compactación de los residuos extraídos.
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2.- CRITERIOS DE DISEÑO
Cuando se trate de equipos electromecánicos, rejas o tamices, el diseño está condicionado por las características
de fabricación. Normalmente, habrá que indicarle al proveedor la luz de paso (tamaño medio de los sólidos a
retener), el caudal máximo de pretratamiento, el grado de atascamiento admisible, la concentración de sólidos en
suspensión, y en su caso, la pérdida de carga admisible.
Sin embargo, las rejas de desbaste manual, y su canal de instalación, si suelen ser objeto de diseño por parte del
autor de un proyecto de EDAR.
2.1.- Rejas de desbaste
La reja de desbaste es un elemento imprescindible en la línea de agua de la EDAR. Cuando la obra de llegada de
una planta de tratamiento dispone de un pozo de elevación, también llamado bombeo de cabecera, se contará
con un desbaste previo basado en rejas automáticas, donde la luz de paso podrá ser de 20 o 40 mm. La luz del
desbaste, independientemente de la presencia de un bombeo de cabecera, atenderá a los siguientes criterios:
9
9
Si la EDAR cuenta con pozo de gruesos, la luz de rejas será de 40 mm.
Si la EDAR no cuenta con pozo de gruesos, la luz de rejas será de 20 mm.
En cualquier caso, las rejas previas al bombeo tendrán la consideración de una etapa o fase del pretratamiento.
Las barras de las rejas deben tener unos grosores o espesores mínimos, estableciéndose:
9
9
para rejas de 40 mm, un espesor de entre 12 y 25 mm
para rejas de 20 mm, un espesor de entre 6 y 12 mm
Se considerará a efecto de diseño un atascamiento máximo de rejas del 30%, y el caudal de diseño a tratar será
igual al caudal máximo entrante en la EDAR.
2.2.- Tamices
La selección tecnológica del equipo de tamizado se basará en criterios de: caudal máximo de tratamiento,
concentración de sólidos en suspensión, luz de paso y pérdida de carga admisible.
Todo equipo de tamizado debería ir precedido de un desbaste previo basado en rejas.
También se considerará a efecto de diseño un atascamiento máximo de rejas del 30% y el caudal de diseño a tratar
será igual al caudal máximo entrante en la EDAR.
2.3.- Almacenamiento de residuos
Los residuos se transportan (cintas o eyectores neumáticos) hacia un contenedor habitualmente precedido por un
compactador de residuos (como en la figura siguiente). Una buena práctica para la gestión de los residuos del
desbaste es su almacenamiento en un contenedor cerrado.
Los compactadores eliminan agua y reducen el volumen de residuos. Pueden reducir el contenido de agua en un
50 % y el volumen de los residuos hasta un 75 %.
Para evitar que los residuos caigan fuera del contenedor, los desniveles fuertes (más de 1 metro) entre la salida del
residuo compactado y la boca del contenedor deberán ser apantallados.
Deberá facilitarse el acceso a los contenedores, y el suelo donde estos se ubiquen deberá contar con drenaje.
Para limpieza, deberá instalarse un punto de agua de abastecimiento lo más próximo posible a la zona de
contenedores y compactadores.
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3.- CONDICIONES TÉCNICAS PARTICULARES
En el desbaste se produce eliminación de residuos, e incluso de arenas en algunos tamices. Sin embargo, se
considera que esta eliminación de residuos no implica reducción de la carga de sólidos en suspensión del agua
residual bruta ni de su DBO asociada, ni de ningún otro parámetro (por ejemplo: contaminación bacteriana). De
modo que, respecto de los contaminantes a controlar en un vertido (SS, DBO, etc.) se considera que el rendimiento
es nulo.
3.1.- Rejas de desbaste
Las principales exigencias en el diseño y explotación son:
x
Fácil acceso, y con seguridad
x
Energía eléctrica, si son equipos electromecánicos
x
Tapar contenedores, si están al aire libre.
La velocidad de paso a través de la reja debe ser la suficiente para fijar los sólidos contra las barras sin que se
produzca una pérdida de carga demasiado elevada o atascamiento. En canales con rejas electromecánicas la
máxima velocidad de paso entre barras será del orden de 1,2 m/s. La mínima velocidad será de 0,4 m/s, para
minimizar la acumulación de arena u otros residuos por sedimentación.
El número de canales se determinara en funciones de las velocidades mencionadas, para la diferente situación de
caudales. En la zona de la reja se suele dar un sobre-ancho al canal para mejorar el funcionamiento hidráulico.
En canales de desbaste con rejas de limpieza manual la velocidad de aproximación será de 0,6 m/s a caudal medio.
La limpieza se realiza con un rastrillo, por lo que resulta conveniente una reja inclinada de 50º a 60º respecto a la
horizontal, y no será de gran longitud.
Una vez conocidas la luz entre barras se puede calcular la pérdida de carga que se produciría considerando los
parámetros de diseño. Se admiten pérdidas de carga de hasta 0,4 metros en rejas de desbaste.
Al ser productos comerciales, la selección de las rejas electromecánicas se obtendrá a partir de la oferta tecnológica
de los proveedores, quienes informarán sobre las pérdidas de carga de las rejas limpias y en funcionamiento.
En los sistemas motorizados, cuyo accionamiento implica el uso de cable (rejas con cazo), se dispondrán de sistema
de control de tensión del mismo. Los motores dispondrán de limitador de par.
Cuando las rejas rectas sean de gran altura, mayor de 3 metros, dispondrán de múltiples peines o rastrillos de
limpieza para evitar el atascamiento.
Los peines de limpieza se ajustarán perfectamente a la luz de los barrotes y serán fácilmente reemplazables.
Todos los canales de desbaste dispondrán de compuertas que permitan su aislamiento en todas las condiciones
hidráulicas posibles.
3.2.- Tamices
Todos los tamices dispondrán de compuertas que permitan su aislamiento en todas las condiciones hidráulicas
posibles.
3.3.- Compactador de residuos
El compactador de residuos es un equipo cuya capacidad depende de la estimación de la máxima producción de
residuos.
En las conducciones por tubería de los residuos compactados se evitará, a toda costa, la presencia de codos o giros
porque suelen producir atascamientos.
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Figura 8.- Esquema del funcionamiento de un compactador de residuos de tamices o rejas
de desbaste.
5.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA
TEXTIL
Uno de los principales residuos que se acumulan en los tamices es la denominada “borra” (lanilla, pelusa, guata).
Cuando en los tratamientos de lavado se utilizan piedras (normalmente pumita) algunas de ellas son arrastradas
en los flujos de vaciado y es necesario retenerlas para que no erosionen o averíen los sistemas de bombeo.
6.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL
Rejas con limpieza manual:
x
La limpieza de las rejas manuales se efectuará por rastrillado, depositándose los residuos que se
extraigan en los cestillos perforados dispuestos al efecto, con objeto de conseguir su escurrido antes de
su recogida en un contenedor, para su posterior envío a vertedero.
x
Cuando los desperdicios se acumulan en la rejilla bloquean el canal haciendo que las aguas residuales
salgan de las arquetas o retrocedan al colector.
x
La frecuencia de limpieza debe ser como mínimo de dos veces al día, pero será la experiencia en
explotación la que la fije.
Reja con limpieza automática:
x
Comprobación del grado de eliminación de residuos por las rejas de desbaste.
x
Inspección de la colmatación de la reja, si está colmatada limpiar antes de que se atranque.
x
Limpieza de las rejas, y en su caso, de la cinta transportadora o tornillos.
x
Controlar nivel de engrase.
x
Supervisión del llenado del contenedor.
x
Inspección electromecánica de funcionamiento.
Tamices:
x
x
x
x
x
x
Comprobación del grado de eliminación de residuos por tamices.
Limpieza del tamiz, y en su caso, de la cinta transportadora o tornillos.
Aviso para retirada de residuos en caso necesario.
Controlar nivel de engrase.
Comprobación del grado de atascamiento de la prensa de residuos.
Supervisión del llenado del contenedor.
x
x
x
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Inspección de la colmatación del tamiz, y si esta colmatado. Limpiar antes de que se atranque.
Inspección electromecánica de funcionamiento.
Cuando se detecten sedimentaciones en el fondo de los canales en los que se ubican las rejas de
desbaste (manuales o automáticas), se procederá a su extracción manual para su envío a vertedero.
7.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
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BIBLIOGRAFÍA
Agencia de Medio Ambiente - Comunidad Autónoma de Madrid. (1992). “Depuración de aguas residuales en
pequeñas colectividades. Recomendaciones para la selección, diseño y dimensionamiento de instalaciones.”
Comunidad Autónoma de Madrid, Madrid.
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activos y estabilización para rangos de población comprendidos entre 500 y 5.000 habitantes equivalentes.
Collado R. (1992). “Depuración de aguas residuales en pequeñas comunidades.” Colegio de Ingenieros de Caminos,
Canales y Puertos: Madrid.
Crites, R. y G. Tchobanoglous. (2000). “Tratamiento de aguas residuales en pequeñas poblaciones”. McGraw-Hill,
Interamericana, S. A.: Santafé de Bogotá, Colombia.
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Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino Pº de la Infanta Isabel, 1, Secretaría General Técnica
NIPO: 770-10-061-3; ISBN: 978-84-491-1071-9.
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WEF-ASCE. (1998). “Design of Municipal Wastewater Treatment Plants.” Volumen 2. WEF Manual of Practice Nº 8.
ASCE Manual and Report on Engineering Practice Nº 76. VA (USA).
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Environment Federation: Alexandria, VA (USA).
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REFERENCIAS DE TECNOLOGÍA
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ANEXO 1.- COMPARATIVA DE CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO
Tabla.- Comparación de criterios de diseño de sistemas de desbaste.
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ANEXO 2
ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS
ESTIMACIÓN DE SUPERFICIE NECESARIA PARA LOS SISTEMAS DE TAMIZADO
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Aguas del Mare Nostrum
http://www.tratamientosdelaguaydepuracion.es/tamiz-rotativo-pretratamientos.html
Capacidad de paso de agua en m3/h para tamices rotatorios
Estecuadrodecapacidadesparatamicesrotatorioshasidocalculadoparaaguasconcontenidoshasta
350ppmdesólidosensuspensión,comoporejemploaguasresidualesurbanas,deindustriaconservera,
etc.
Características técnicas de los tamices rotativos
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ANEXO 3
DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO
Figura 1
Sistema de rejas básico, con caja para acumular residuo y retirar agua.
Figura 2
Sistema de rejas básico, con caja para acumular residuo y retirar agua.
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Figura 3
Rejas gruesas con sistema de limpieza mediante peines acoplados a cadena.
.
Figura 4
Doble sistema de desbaste. Sistema manual básico y sistema con limpieza automática.
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Figura 5
Sistema de rejas gruesas con sistema de limpieza automático.
Figura 6
Rejas gruesas curvas con sistema de limpieza automático:
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Figura 7
Rejas finas curvas con sistema de limpieza automático:
Figura 7
Rejas finas curvas con sistema de limpieza automático:
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Figura 8
Tamiz estático
Figura 8
Tamiz estático
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Figura 9.
Detalle del sistema de tamizado de un tamiz estático.
Figura10
Tamiz estático
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Figura11
Tamiz estático
Figura 12
Tamiz rotativo o de tambor.
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Figura 13
Tipologías de mallas utilizadas en tamices.
Figura 14
Tamiz rotativo o de tambor.
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Figura 15
Tamiz rotativo o de tambor.
Figura 16
Detalle de las conducciones de alimentación y recogida de agua tamizada en un tambor rotativo.
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Figura 17
Sistema de cubierta para un tamiz rotativo.
Figura 18
Detalle de la malla de tamizado de un tamiza rotativo.
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Figura 19
Detalle de la malla de tamizado de un tamiza rotativo.
Figura 20
Disposición de tamices rotativos.
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Figura 21
Detalle de un sistema rotativo en la zona de retirada de residuos.
Figura 22
Solución pequeña y compacta de tamizado mediante tamiz rotativo.
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Figura 23
Esquema de funcionamiento de tamiz deslizante.
Figura 24
Vista general de un tamiz deslizante.
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Figura 25
Vista general de un tamiz deslizante.
Figura 26
Vista general de un tamiz deslizante.
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Figura 27
Vista general de residuos retirados por un tamiz deslizante.
Figura 28
Vista general de residuos retirados por un tamiz deslizante.
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Figura 29
Tamices de tornillo.
Figura 30
Tamices de cama semi-circular.
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Figura 40
Sistema de arrastre de residuos basado en tornillo de Arquímedes sin núcleo.
Figura 41
Sistema de arrastre y compactación de residuos de residuos basado en tornillo de Arquímedes.
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Figura 42
Sistema de arrastre y compactación de residuos de residuos basado en émbolo.
Figura 43
Borra retenida en un tamiza de cuna semicircular con limpieza mediante cepillos.
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Figura 44
Tamiz de cuna semicircular con limpieza mediante cepillos con sobrecarga hidráulica.
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Figura 45
Residuos retirados en un tamiz.
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