Regulación y Homogeneización en Tratamiento de Aguas Textiles

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Fichas técnicas de etapas de proceso de plantas de tratamiento de aguas
residuales de la industria textil. Serie pretratamientos. Ecualización y
homogeneization (FT-PRE-002)
Technical Report · December 2014
DOI: 10.13140/RG.2.2.12265.39521
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Pablo Ures
Joaquín Suárez
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FT-PRE-002
FICHAS TÉCNICAS
DE ETAPAS DE PROCESO DE
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DE LA INDUSTRIA TEXTIL
PROCESOS DE
REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN
SERIE: PRETRATAMIENTOS
TÍTULO
PROCESOS DE REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN
(FT-PRE-002)
Fecha de
elaboración
Revisión vigente
Diciembre de 2014
REGULACIÓN - HOMOGENEIZACIÓN
FT-PRE-002
PROCESOS DE REGULACIÓN – HOMOGENEIZACIÓN
(FT-PRET-002)
Fecha
Diciembre 2014
Autores
Joaquín Suárez López
Alredo Jácome Burgos
Pablo Ures Rodríguez
Revisado
Modificaciones
Fecha
Modificado por:
Objeto de la modificación:
REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN
ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN
2.- ESTRATEGIAS DE REGULACIÓN DE CAUDALES
3.- ESTRATEGIAS DE HOMOGENEIZACIÓN DE CONCENTRACIONES
4.- SISTEMAS DE AGITACIÓN
5.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL
6.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
BIBLIOGRAFÍA
REFERENCIAS DE TECNOLOGÍA
ANEJO 1.- DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO
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REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN
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1.- INTRODUCCIÓN
Existe una gran cantidad de industrias que debido a su forma de fabricación por lotes o cargas, jornada de trabajo,
tipo de producción, etc., originan unas aguas residuales que llegan a la planta de tratamiento con unas variaciones
de caudal y/o composición a lo largo del día muy importantes lo que puede dar lugar a un funcionamiento
incorrecto de las etapas de proceso, o bien a un sobredimensionamiento de las mismas.
En el caso de tener un sistema de tratamiento continuo, si la variación de los caudales de entrada es muy
pronunciada se dificulta todo tipo de proceso posterior ya sea este biológico, físico o químico. Algo similar ocurre
con la carga de contaminantes.
Para evitar estas dificultades se diseñan cámaras (tanques, depósitos o balsas) que actúan como pulmones, donde
pueden acumularse las aguas residuales, y luego puede ser dosificadas (normalmente mediante bombeo) al resto
del sistema con un caudal relativamente constante, evitando de esta manera los picos de caudal y de carga.
Se puede diferenciar entre sistemas, o tanques, de regulación de caudal (ecualización) y procesos, o tanques, de
homogeneización de flujos contaminados
Entre las ventajas de un influente regularizado u homogeneizado destacan:










Mejora general de los rendimientos de los procesos, que trabajan con caudales y cargas más
homogéneas.
En los procesos biológicos se consigue atenuar las fluctuaciones de concentración de los efluentes de los
procesos. ya que se eliminan, o reducen, las cargas de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se
consigue estabilizar el pH. Se puede mantener una alimentación constante incluso durante las fases de
parada de los procesos de producción de la industria, lo cual garantiza su estabilidad. Se mejora de la
calidad del efluente y del rendimiento de los tanques de sedimentación secundaria al trabajar con cargas
de sólidos constantes.
Se previene la entrada de altas concentraciones de tóxicos a procesos biológicos.
En el tratamiento químico, el amortiguamiento de las cargas aplicadas mejora el control de la dosificación
de los reactivos y la fiabilidad del proceso. Minimizar los requerimientos de neutralizante para el control
de pH. Minimizar los picos de caudal en sistemas de tratamiento físico-químico compatibilizando las dosis
agregadas con los caudales alimentados.
Facilita el control de la instalación.
Facilita las operaciones y programación de los trabajos de mantenimiento.
Aumenta la vida de las instalaciones al trabajar en condiciones constantes.
Permite optimizar el tamaño de la instalación y evitar el sobredimensionamiento de la depuradora, ya
que habría que dimensionarla, por ejemplo, para los caudales máximos.
Reducción de las superficies necesarias para la filtración del efluente, mejora de los rendimientos de los
filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavado más uniformes.
Se reduce el tamaño y los costos de las unidades de tratamiento ubicadas aguas abajo.
2.- ESTRATEGIAS DE REGULACIÓN DE CAUDALES
La regulación del flujo de agua que llega a la planta de tratamiento consiste en la laminación de los picos y valles
de caudal, de tal forma que la instalación de depuración trabaje con un caudal constante, lo que lleva consigo un
incremento de la eficiencia de los diferentes procesos y operaciones unitarias que la componen.
Básicamente, el proceso de regulación del caudal consiste en una balsa o tanque de volumen adecuado donde
tiene lugar la acumulación del exceso de agua cuando el caudal de llegada es mayor que el caudal medio (o de
diseño de la PTE), y de donde se extrae cuando el caudal de llegada a la planta es menor que el medio. De acuerdo
con lo indicado anteriormente la balsa de regulación embalsará agua cuando el caudal que llega a la instalación
sea mayor que el caudal medio (subirán los niveles) y desembalsará agua cuando el caudal de agua de llegada a la
instalación sea menor que el caudal medio (los niveles descenderán).
Las dos formas básicas de operación de las balsas o tanques de regulación de caudal son:

En línea o serie: La balsa de regulación está en línea con la alimentación a la planta depuradora y, en
consecuencia, todo el agua residual pasará a través del tanque o balsa de regulación.
REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN
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En derivación, paralelo o fuera de línea: Solamente se deriva a la balsa de regulación el caudal que excede
del medio, que es reenviado a la depuradora cuando el caudal de llegada sea inferior al medio.
QETP-MEDIO
JSL2014

FT-PRE-002
ENTRADA
BALSA DE REGULACIÓN
EN LÍNEA
QETP-MEDIO
ENTRADA
QETP-MEDIO -QENTRADA
QETP-MEDIO
JSL2014
ENTRADA
BALSA DE REGULACIÓN
EN PARALELO
Figura 1.- Esquemas básicos de operación de las balsas o tanques de regulación de caudal.
Si el agua residual tiene sólidos en suspensión las balsas o tanques de regulación deben estar agitados para evitar
su decantación.
Las bases de diseño vendrán definidas por la variación de los caudales de alimentación a la instalación a lo largo de
un periodo de tiempo. El volumen requerido para la balsa de regulación del caudal se puede determinar bien
mediante representaciones gráficas de la variación de caudal a lo largo del día o bien mediante balances de masas
a lo largo del tiempo, que se pueden plasmar en forma de tabla en una hoja de cálculo.
a)
Método gráfico:
El volumen necesario se determina a partir de un gráfico de caudales a tratar, en el que se representa las
aportaciones acumuladas a lo largo del día. En el mismo gráfico se muestra también el caudal medio
diario, representado por la pendiente de la recta que va desde el origen hasta el punto final del gráfico.
Para determinar el volumen necesario se traza una línea paralela a la que define el caudal medio diario
tangente a la curva de los volúmenes de aportación acumulados. El volumen necesario viene
determinado por la distancia vertical desde el punto de tangencia a la recta que representa el caudal
medio. Si una parte de la curva de aportaciones acumuladas queda situada por encima de la línea que
representa el caudal medio, modelo de flujo b), la curva de aportaciones acumuladas debe limitarse con
dos líneas paralelas a la del caudal medio y tangentes a la curva de caudales acumulados en los puntos
externos. En este caso, el volumen necesario será igual a la distancia vertical que separa a las dos rectas
que limitan la curva de caudales acumulados. Este procedimiento proporciona los mismos resultados que
si se sustrajera del caudal real que se presenta cada hora, el caudal medio horario y se representara la
curva de volúmenes acumulados resultantes. En este caso, los puntos inferior y superior de la curva se
determinarían trazando las tangentes con líneas horizontales.
La interpretación física de las gráficas es la siguiente. En el punto de tangencia inferior (modelo de flujo
a), el tanque de homogeneización está vacío. A partir de este punto, dado que el caudal que entra es
superior al caudal medio, (la pendiente de la curva de aportaciones es superior al caudal medio), el tanque
de homogeneización empieza a llenarse, hasta alcanzar la medianoche, momento en el que empieza a
vaciarse de nuevo (la pendiente es menor que el caudal medio). Para el modelo de flujo b), en el punto
de tangencia superior el tanque está completamente lleno.
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En la práctica, el volumen del tanque de homogeneización debe ser superior al determinado por
consideraciones teóricas, hecho que se deriva de tener en cuenta los siguientes factores:
El funcionamiento continúo de los equipos de aireación y mezclado no permiten un vaciado total, a pesar
de que pueden adoptarse configuraciones y estructuras especiales.
La recirculación de sobrenadantes y filtrados (flujos de retorno) exige un volumen adicional, caso de que
el retorno se realice al tanque de homogeneización.
Debe contemplarse la posibilidad de imprevistos y de cambios no previsibles en los caudales diarios.
A pesar de que no se puede dar un valor fijo, el volumen adicional puede variar entre el 10 y el 20% del
valor teórico.
Figura 2.- Diagramas de masa esquemáticos para la determinación del volumen de homogenización necesario
para dos tipos de variaciones de caudales (Metcalf & Eddy, 1995).
b)
Método de balance de masas:
Para llevar a cabo el segundo de los métodos indicados, más exacto y fácil de realizar que el primero, se
preparara una hoja de cálculo con las siguientes columnas:








Tiempo (de hora en hora, por ejemplo).
Volumen de agua que llega a la planta en el referido periodo de tiempo (m3).
Volumen acumulado de agua que llega a la planta desde el tiempo cero (m3). El volumen de
agua acumulado en un día dividido por 24 h dará el caudal medio (m3/h).
Volumen de agua extraído de la balsa desde el tiempo cero, que corresponderá con el caudal
medio multiplicado por el número de horas transcurrido.
Diferencia entre las dos columnas anteriores.
Ésta última columna será un conjunto de valores positivos y negativos.
Los valores positivos corresponden con la cantidad de agua que se precisa almacenar, al ser las
cantidades extraídas inferiores a las llegadas.
Los valores negativos representan el agua que se precisa tener almacenada para aquellos
periodos de tiempo en que las extracciones sean superiores a las aportaciones.
El volumen de la balsa de regulación será la suma del valor máximo positivo y del valor mínimo negativo
en valor absoluto. En el caso de que no existan valores positivos o negativos, estos últimos términos serán
cero.
3.- ESTRATEGIAS DE HOMOGENEIZACIÓN DE CONCENTRACIONES
En determinadas plantas industriales la composición del agua residual de alimentación a la planta de tratamiento
varía de forma notable a lo largo del día, o bien se producen descargas puntuales con altas concentraciones de sus
contaminantes. Si estas variaciones son importantes es preciso llevar a cabo una homogeneización del mismo con
el fin de que la planta trabaje en las mejores condiciones posibles.
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La homogeneización de la composición del influente de una planta de tratamiento de aguas industriales, consiste
en la laminación de los picos y valles de contaminación que llegan a la instalación, de tal forma que la alimentación
a la misma sea lo más homogénea posible. Básicamente el proceso de homogeneización consiste en una balsa o
tanque del volumen adecuado, normalmente trabajando siempre lleno que actúa como pulmón, donde tiene lugar
la homogeneización del agua residual.
De acuerdo con lo indicado anteriormente, la forma óptima de trabajo de una balsa o tanque de homogeneización
es siempre llena, de tal forma que el volumen de agua existente en la misma sirva de amortiguación de los picos o
valles de contaminación.
Por otra parte para que tenga lugar una correcta homogeneización entre el afluente y el agua presente en la balsa
es preciso que la balsa se encuentre agitada (suele ser precisa una agitación suave).
El volumen de la balsa de homogeneización vendrá definido en función de las variaciones de la calidad del influente
originadas por los procesos productivos.
La forma de determinar el volumen de una balsa o tanque de homogeneización se puede realizar al igual que en
el caso de las balsas de regulación, por representación gráfica, o bien mediante la realización de un balance de
masas que se puede plasmar en una hoja de cálculo, pero utilizando en este caso kilos de contaminante en lugar
de volúmenes de agua como en el caso de la regulación.
Es importante tener en cuenta, que las balsas de regulación cuando están en línea, durante la mayor parte de su
tiempo están parcialmente llenas con agua, con lo que se va a conseguir un cierto grado de homogeneización del
influente, siempre que dispongan de agitación.
En el diseño de estos equipos habrá que tener en cuenta:

Las balsas de regulación trabajan a nivel variable, y no precisan agitación salvo que el agua tenga en su
composición sólidos en suspensión para evitar su decantación, o bien se pretenda conseguir un cierto
grado de homogeneización.

Las balsas de homogeneización trabajan de forma óptima a nivel fijo y siempre llenas, precisando
agitación.
Si las instalaciones de homogeneización se sitúan por delante de la sedimentación primaria y del tratamiento
biológico, el proyecto debe tener en cuenta la provisión de un grado de mezclado en el depósito de
homogenización suficiente para prevenir la sedimentación de sólidos y las variaciones de concentración y
dispositivos de aireación suficientes para evitar los problemas de olores.
En ocasiones puede resultar más interesante situar la homogeneización después del tratamiento primario y antes
del biológico.
La adopción de un sistema de homogeneización en línea permite amortiguar considerablemente las cargas de
constituyentes en los procesos de tratamiento que tengan lugar a continuación, mientras que la efectividad de la
homogeneización en derivación es bastante menor.
4.- CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARTICULARES
Los dos sistemas básicos de agitación son:


Agitación mecánica. La potencia de mezcla debe ser del orden de 15-25 W/m3 de agua (3 a 4 W/m3 en
algunas referencias). En el caso de las balsas o tanque de regulación que trabajan siempre a nivel
variable, hay que tener en cuenta que los agitadores no pueden quedarse al aire.
Agitación mediante inyección de aire a través de difusores. La cantidad de aire debe estar entre 0,4 y 0,6
m3 de aire/m3.hora. El tipo de difusores a emplear son de burbuja media o gruesa.
En la práctica, el volumen del tanque de homogeneización, o bien el de regulación, debe ser superior al
determinado teóricamente para tener en cuenta los siguientes factores:


La operación continua de los equipos de agitación y mezclado de las balsas de homogeneización y las
de regulación, en el caso de que sean precisos, no permitirán un vaciado total.
El retorno a cabeza de planta de sobrenadantes y filtrados exige un volumen adicional sobre el previsto.
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



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Debe tenerse en cuenta un volumen adicional para hacer frente a los imprevistos que puedan
producirse por cambios no esperados del caudal o composición diarios.
A pesar de que no puede darse ningún valor fijo, el volumen adicional puede variar entre el 10 y el 20%
del valor calculado.
El tiempo de retención en este tipo de unidades se estima varia entra 12 y 24 horas para un volumen
definido en función del caudal diario
Para mantener condiciones aerobias se debe suministrar aire a una tasa de 9 a 15 L/m3min de
almacenamiento.
5.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL
A continuación se presentan diferentes tablas en las que se muestran los rangos de variación de los contaminantes
presentes en las aguas residuales de la industria textil serían homogeneizadas en los tanques.
Tabla 1.- Concentraciones de parámetros de contaminación de las aguas generadas en este sector
textil en función del tratamiento y acabado de hilo, tejidos de lana, de algodón o de géneros de
punto (Cámara Valencia, 2000)
PUNTO
PARÁMETRO
HILO
TEJ.ALGODÓN
TEJ.LANA
pH
8 -12
8 – 13
5,5 – 8
5,5 – 9
DQO (mg/L)
600 – 1000
1000 – 3000
1000 – 1800
800 – 1300
DBO5 (mg/L)
200 – 350
300 – 1100
250 – 600
200 – 450
SS (mg/L)
50 - 150
50 – 200
50 – 200
50 – 150
Color (Pt-Co)
100 - 1000
300 - 3000
200 – 1500
1000 - 1000
Consumo de
agua (L/kg)
60 – 125
100 - 400
100 – 300
100 – 200
Tabla 2.- Categorías de proceso textil y características de los efluentes (Judd S. & Jefferson B.,
2003)
Parámetros
Categorías
Limpieza y
acondic. de la
lana cruda
Fabricación de
hilo y tejido
Acabado de
la lana
Acabado de
tejidos de
calada
Acabado de
tejidos de
punto
Acabado de
alfombras
Acabado y
tintado de
hilo
0,2
0,29
0,35
0,54
0,35
0,3
0,31
DBO5 (mg/L)
6000
300
350
650
350
300
250
SST (mg/L)
8000
130
200
300
300
120
75
DQO (mg/L)
30000
1040
1000
1200
1000
1000
800
Aceites y grasas (mg/L)
5500
‐
‐
14
53
‐
‐
Cromo total (mg/L)
0,05
4
0,04
0,05
0,42
0,27
Fenoles (mg/L)
1,5
0,5
0,014
0,04
0,24
0,13
0,12
Sulfuro (mg/L)
0,2
0,1
‐
3
0,2
0,14
0,09
Color (ADMI)a
2000
1000
8
325
400
600
600
8,0
7,0
10
10
8
8
11
DBO/DQO
pH
Temperatura (ºC)
28
62
21
37
39
20
38
a ADMI (“American Dye Manufacturers Institute”) los valores de color proceden de un método especial de determinación del
color en aguas residuales teñidas (Allen et al., 1972; Little. 1978).
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5.- PARÁMETROS Y ESTRATEGIAS DE CONTROL


Tiempo de retención hidráulica.
Prever sistemas de by-pass para poder realizar vaciados de mantenimiento y extracción de sólidos y
residuos acumulados.
6.- PROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN
Problemas de explotación.

Falta de aireación cuando llega mucha materia orgánica.

Acumulación de sedimentos y arenas en el fondo (falta de energía).
 Problemas en la extracción de gruesos o material sedimentado.
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BIBLIOGRAFÍA
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DEGRÉMONT; (1973); "Manual técnico del agua"; tercera edición española; ISBN 84-300-1651-1.
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NALCO CHEMICAL, Co.; (1993); "Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones"; McGraw-Hill; Méjico;
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WEBER, W.J.; (1979; " Control de la calidad del agua. Procesos fisico químicos"; Editorial Reverté, 654 pgs.; ISBN 84291-7522-9.
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REFERENCIAS DE TECNOLOGÍA
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ANEJO 1
DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE
PROCESO
Figura 1
Croquis básico de un sistema de regulación de caudales.
Figura 2
Imagen general de una balsa de regulación de caudales con sistema de agitación/aireación en superficie
(Cumberland County, EE.UU.).
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Figura 3
Croquis del efecto de un sistema de agitación en superficie.
Figura 4
Sistema de agitación de tipo eyector.
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Figura 5
Sistema de agitación en fondo.
Figura 6
Sistema de agitación/aireación flotante de eje vertical.
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Figura 7
Sistema de agitación/aireación flotante de eje oblicuo.
Figura 8
Detalles de equipos de agitación de fondo e impulsor.
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.
Figura 9.
Imagen general de un tanque de regulación-homogeneización.
Figura 10
Imagen general de un tanque de regulación-homogeneización.
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Figura 11
Tanque de regulación-homogeneización en una industria textil en Turquía.
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