See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/324506644 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 CITATIONS READS 0 1,998 3 authors, including: Pablo Ures Joaquín Suárez University of A Coruña University of A Coruña 12 PUBLICATIONS 46 CITATIONS 65 PUBLICATIONS 725 CITATIONS SEE PROFILE SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Depuración de aguas residuales empleando reactores biopelícula de membrana aireada View project SEDUNIT - Sedimentation, erosion and cohesive sediment transport analysis in combined sewers (MINECO-FEDER) View project All content following this page was uploaded by Pablo Ures on 13 April 2018. The user has requested enhancement of the downloaded file. 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 FT-PRE-002 Pág. 1 de 18 REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN FT-PRE-002 Pág. 2 de 18 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 Pág. 3 de 18 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. REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN FT-PRE-002 Pág. 4 de 18 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. REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN FT-PRE-002 Pág. 5 de 18 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. REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN Pág. 6 de 18 FT-PRE-002 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). REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN FT-PRE-002 Pág. 7 de 18 REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN FT-PRE-002 Pág. 8 de 18 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. REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN FT-PRE-002 Pág. 9 de 18 BIBLIOGRAFÍA AWWA; (1975); "Control de calidad y tratamiento de agua"; American Water Works Association; Instituto de Estudios de la Administración Local; Madrid. DEGRÉMONT; (1973); "Manual técnico del agua"; tercera edición española; ISBN 84-300-1651-1. DEGRÉMONT; (1979); "Manual técnico del agua"; cuarta edición española; ISBN 84-300-1651-1. METCALF-EDDY; (1985); "Ingeniería sanitaria. Tratamiento, evacuación y reutilización de aguas residuales"; Editorial Labor; Barcelona; ISBN 84-335-6421-8. NALCO CHEMICAL, Co.; (1993); "Manual del agua. Su naturaleza, tratamiento y aplicaciones"; McGraw-Hill; Méjico; ISBN 968-451-290-2. RIGOLA LAPEÑA, M.; (1989); " Tratamiento de aguas industriales: aguas de proceso y residuales"; Colección Prodúctica; Editorial Marcombo; Barcelona; 158 págs.; ISBN: 84-267-0740-8. SAINZ SASTRE, J.A. (2007); “Tecnologías para la sostenibilidad. Procesos y operaciones unitarias en depuración de aguas residuales “; Colección EOI Medio Ambiente, Fundación EOI, ISBN 978-84-88723-58-1 STEEL, E.W.; McGHEE, T.; (1981); "Abastecimiento de agua y alcantarillado"; Editorial Gustavo Gili, S.A.; Barcelona; 636 págs.; ISBN 84-252-0094-6. TEBBUTT; T.H.Y.; (1990); "Fundamentos de ccontrol de la calidad del agua"; Editorial Limusa; México; 240 págs.; ISBN: 968-18-3317-1. WEBER, W.J.; (1979; " Control de la calidad del agua. Procesos fisico químicos"; Editorial Reverté, 654 pgs.; ISBN 84291-7522-9. REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN REFERENCIAS DE TECNOLOGÍA FT-PRE-002 Pág. 10 de 18 REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN FT-PRE-002 Pág. 11 de 18 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.). REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN Figura 3 Croquis del efecto de un sistema de agitación en superficie. Figura 4 Sistema de agitación de tipo eyector. FT-PRE-002 Pág. 12 de 18 REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN Figura 5 Sistema de agitación en fondo. Figura 6 Sistema de agitación/aireación flotante de eje vertical. FT-PRE-002 Pág. 13 de 18 REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN Figura 7 Sistema de agitación/aireación flotante de eje oblicuo. Figura 8 Detalles de equipos de agitación de fondo e impulsor. FT-PRE-002 Pág. 14 de 18 REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN . Figura 9. Imagen general de un tanque de regulación-homogeneización. Figura 10 Imagen general de un tanque de regulación-homogeneización. FT-PRE-002 Pág. 15 de 18 REGULACIÓN-HOMOGENEIZACIÓN FT-PRE-002 Figura 11 Tanque de regulación-homogeneización en una industria textil en Turquía. View publication stats Pág. 16 de 18
