Post on 05-Jan-2016
Carlos Calvo Luque
Yeray Garca Magaa
Alonso Gmez Gonzlez
Enrique Lpez del Val
Jenifer Moreno Cabello
Gonzalo Yage Fernndez
Diseo de una EDAR urbana (lnea de aguas, lnea de lodos y
regeneracin del agua)
Contaminacin Hdrica
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
I
INDICE
1. LINEA DE AGUA. ................................................................................. 1
1.1. PRETRATAMIENTO .............................................................................................. 2
1.1.1. Descripcin y diseo de equipos .................................................................... 2
1.1.2. Tornillo de Arqumedes .................................................................................. 5
1.1.3. Canal de desbaste y rejas ............................................................................... 6
1.1.4. Desarenador-desengrasador ........................................................................ 14
1.2. TRATAMIENTO PRIMARIO ................................................................................ 19
1.3. DISEO DEL TRATAMIENTO BIOLGICO...................................................... 25
1.3.1. Diseo del proceso de fangos activados ...................................................... 26
1.3.2. Diseo de la zona anxica ........................................................................... 35
1.3.3. Eliminacin biolgica de fsforo ................................................................. 39
2. LINEA DE LODOS .............................................................................. 42
2.1. INTRODUCCIN ................................................................................................ 42
2.2. ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD: .................................................................. 44
2.2.1. Diseo de los espesadores de lodos por gravedad....................................... 46
2.2.2. DBO5 eliminada en el espesador por gravedad. ......................................... 49
2.3. ESPESAMIENTO POR FLOTACIN .................................................................. 49
2.3.1. Descripcin del proceso ............................................................................... 49
2.3.2. Diseo del flotador ....................................................................................... 51
2.3.3. Balances de materia en torno al espesador ................................................. 51
2.3.4. Clculo del caudal de recirculacin ............................................................ 52
2.3.5. Diseo de los flotadores ............................................................................... 53
2.4. TANQUE DE MEZLCA. LODOS MIXTOS. ......................................................... 55
2.5. ESTABILIZACIN DE LODOS. .......................................................................... 57
2.5.1. Digestin anaerobia. Fundamento. .............................................................. 58
2.5.2. Digestin anaerobia. Tipos de digestores. ................................................... 59
2.5.3. Digestin anaerobia. Condiciones de operacin. ........................................ 62
2.5.4. Digestin anaerobia. Diseo de los digestores. ........................................... 63
2.6. LNEA DE GAS..................................................................................................... 65
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II
2.7. DESHIDRATACIN DE LOS LODOS ................................................................. 68
2.7.1. Centrifugacin de los lodos: ........................................................................ 71
2.7.2. Diseo de las centrfugas: ............................................................................ 72
2.8. BOMBAS .............................................................................................................. 75
2.8.1. Bombas de lodos ........................................................................................... 78
2.8.2. Bombas de aguas .......................................................................................... 79
2.9. DESTINO FINAL DE LOS LODOS ...................................................................... 79
3. REGENERACIN. TRATAMIENTOS TERCIARIOS ................... 83
3.1 DISEO DEL EQUIPO DE DECANTACIN LASTRADA ................................. 86
3.2 DOSIS DE COAGULANTE, MICROARENA Y FLOCULANTE .......................... 89
3.3 DISEO DEL FILTRO DE ARENA ...................................................................... 91
3.4 ANTES DEL PROCESO DE ULTRAFILTRACIN ............................................. 92
3.5 ULTRAFILTRACIN ........................................................................................... 94
3.6 DOSIFICACIN POSTERIOR DE REACTIVOS ................................................. 97
3.7 PROCESO DE SMOSIS INVERSA (OI) ............................................................ 97
3.8 PROCESO FINAL DE DESINFECCIN ............................................................. 99
4. BIBLIOGRAFA ................................................................................ 101
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1
1. LINEA DE AGUA.
La actividad humana provoca una alteracin de las caractersticas de las aguas, esto es, una
alteracin de su calidad, por lo que quedan inhabilitadas para determinados fines. Una EDAR
es una estacin depuradora (regeneradora) de aguas residuales, que recoge el agua residual de
una poblacin o de una industria y, despus de una serie de tratamientos, la devuelve de
nuevo a su cauce receptor, una vez se han alcanzado los lmites que exige la legislacin
vigente.
Las ARU se caracterizan por tener todas una composicin similar, por lo que pueden ser
depuradas por una misma secuencia de tratamiento tal y como se muestra en la figura 1.1.
Figura 1.1. Esquema de tratamiento para aguas residuales urbanas.
En concreto, la lnea de agua consta de las siguientes etapas.
- Pretratamiento
- Tratamiento primario
- Tratamiento secundario
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1.1. PRETRATAMIENTO
El objetivo principal de esta etapa del tratamiento de aguas residuales es la eliminacin de
slidos de alta densidad o de gran tamao con el fin de proteger los diferentes equipos y
lneas de conduccin dentro de la depuradora.
El pretratamiento se separa en dos etapas. La primera de ellas es el desbaste. En ella se
eliminan los slidos de mayor tamao y peso, mediante su sedimentacin en un pozo de
gruesos y recogida con una cuchara anfibia. La entrada de slidos grandes flotantes es
bloqueada mediante el uso de rejas de gruesos y de finos. La segunda etapa es el desarenado y
desengrasado. En esta etapa se retiran las arenas, grasas y aceites que se encuentren en el agua
procedente del desbaste en unas unidades llamadas desarenadores-desengrasadores.
1.1.1. Descripcin y diseo de equipos
1.1.1.1. Pozo de gruesos
Figura 1.1.1 - Pozo de gruesos
En la Figura 1.1.1 se muestra un pozo de gruesos. Se trata del primer elemento de
eliminacin de contaminacin que aparece en una depuradora, y por tanto, est colocado en la
zona de entrada a la misma. Es una balsa con un tiempo de residencia muy pequeo para
poder evitar la sedimentacin de materia orgnica y pequeos slidos (ya que para eso se
utiliza un tratamiento primario).
El pozo de gruesos posee una compuerta (generalmente hecha de fundicin) con la que
determina el paso mximo de agua a su interior. En ocasiones en la que el caudal de agua que
recibe la depuradora es demasiado para garantizar las condiciones de tratamiento, se cierra
esta compuerta de forma manual dejando que el agua sobrante vaya a la siguiente depuradora.
La misin del pozo de gruesos es mltiple. Por un lado, su objetivo es eliminar slidos de
gran tamao, adems puede eliminar grandes cantidades de arena para evitar problemas en las
rejas y la sobrecarga del desarenador posterior. Por ltimo, en este equipo tambin se procede
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3
a la eliminacin de arenas gruesas que pueden depositarse en los canales y tuberas. Los
residuos obtenidos no se pueden usar como compost ya que son plsticos y otros materiales
no biodegradables que hay que llevar a vertedero.
Figura 1.1.2 - Cuchara bivalva
El sistema de extraccin de los slidos es una cuchara bivalva (Figura 1.1.2), generalmente
de acero al carbono. Para que la cuchara bivalva no dae el fondo del pozo de gruesos es
necesario colocar un aislamiento, como una chapa de acero de un grosor aproximado de
15mm en el fondo del pozo, que es generalmente de hormign armado.
Los residuos sern vertidos en un contenedor anexado al pozo de gruesos mediante la
descarga de estos en una cinta transportadora que une los dos elementos. El agua pasa al
siguiente equipo (canal de desbaste) por medio de la instalacin de una serie de compuertas
mecnicas de fundicin.
Diseo del pozo de gruesos
Para llevar a cabo el diseo del pozo de gruesos hay que tener en cuenta al ensancharse la
seccin en la zona del canal de llegada el tiempo de retencin hidrulico aumenta hasta
conseguir valores de velocidad de desplazamiento del fluido sea lo suficientemente baja para
depositar en el fondo los slidos de gran tamao.
Para que el pozo de gruesos sea vlido debe cumplir las especificaciones mostradas en la
Tabla 1.1.1.
Tabla 1.1.1 - Especificaciones en el diseo de un pozo de gruesos
Carga hidrulica (a
Qmax) tretencin (a Qmax) Calado del pozo
< 300 m3/m
2h 0,5-1 min > 2m
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Para ello, se deben optimizar los valores del tresidencia y de la vascensional de las partculas, y
comprobar si los elegidos cumplen las condiciones de la Tabla 1.1.1.
Los parmetros generales de diseo que se adoptan para este equipo pueden verse en la
Tabla 1.1.2. Aunque en la construccin de la depuradora de La Gavia slo existe un pozo de
gruesos, en este caso se plantear la construccin de dos pozos, por si en algn momento de la
vida til de la estacin uno no puede usarse, que no tenga que parar la operacin completa de
la planta y pueda seguir tratando una parte del caudal habitual de diseo.
Tabla 1.1.2 - Parmetros de diseo del pozo de gruesos
Qv
(m3/h)
Qmx
(m3/h)
N
equipos
tresidencia
(min)
vascensional
(m3/m
2h)
L/a Vresiduos (m
3/1000m
3 de
agua)
7.200 18.000 2 2 1,5 2 0,5
Ecuaciones de Diseo:
Aplicando las ecuaciones de diseo que se muestran a continuacin se obtienen los
resultados que se reflejan en la Tabla 1.1.3. En estos, puede verse que se cumplen las
especificaciones fijadas en la Tabla 1.1, obtenindose que las dimensiones de los 2 pozos de
gruesos sern 3 m. de altura, 9 m. de longitud y 4.5 m. de anchura.
(1.1)
S=
(1.2)
(1.3)
L= (
) (1.4)
(1.5)
( ) =
(1.6)
( ) =
(1.7)
(1.8)
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Tabla 1.1.3 - Diseo del pozo de gruesos
Vtil S htil L a Tres(Qmx) Vasc(Qmx) Produccin
residuos
Carga
superficial
m3 m
2 m m m min m
3/m
2min m
3/da m
3/m
2h
120 40 3 8,949 4,474.5 0,8 3,75 43,2 225
Balance de materia en el pozo de gruesos
Como puede verse en la Tabla 1.1.3, en cada pozo se producen 43,2 m3 de residuos al da.
Como se han colocado 2 pozos la generacin de residuos total es de 86,4 m3/da. Aplicando
un balance de masa a los equipos (Ecuacin 1.9), se obtiene la cantidad de agua que pasa al
tratamiento en el siguiente equipo (rejas de gruesos y de finos) es de 172.713,6m3/da,
prcticamente la misma cantidad de agua a la entrada de la depuradora.
(1.9)
1.1.2. Tornillo de Arqumedes
Los tornillos de Arqumedes son un mecanismo para elevar agua usado desde la
antigedad. Presentan pocos riesgos de obstruccin por las piedras, trapos o pedazos de
plstico, etc., que puedan quedar en el agua residual, de ah su aplicacin en la elevacin de
aguas en el pretatamiento en las estaciones depuradoras. Un ejemplo de tornillo de
Arqumedes puede verse en la Figura 1.1.3.
Figura 1.1.3 - Tornillo de Arqumedes
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Diseo
Aunque no se tienen datos de si hay diferencias de alturas que puedan requerir de la
impulsin del agua a tratar, para realizar el diseo de este equipo de impulsin, se recurre a la
Tabla 1.1.4. Dado que el caudal a impulsar es muy grande se necesitar un gran nmero de
tornillos. Se encuentra que para 10 tornillos, el caudal es 200 l/s, lo que encaja
completamente con el tornillo de triple paso con D=900-450mm y RPM=55.
Tabla 1.1.4 - Diseo del tornillo de Arqumedes
1.1.3. Canal de desbaste y rejas
Una vez retirados los residuos de mayor tamao con los que el agua llega a la depuradora
(en el pozo de gruesos), este pasa a la zona de desbaste. Esta zona esta constituida por canales
paralelos en los que se encuentran las rejas de gruesos (Figura 1.1.4) y a continuacin, las
rejas de finos (Figuras 1.1.5 y 1.1.6) en serie.
En los procesos de tratamiento de agua residual estas rejas se usan para evitar que
elementos mecnicos como bombas, o vlvulas, conducciones, etc. se daen por obturacin
de los mismos provocados por los objetos de gran tamao presentes en el efluente de entrada
a la depuradora.
Una rejilla es un elemento con aberturas, que se usa para retener slidos de gran tamao
existentes en el agua residual. Cuanto menor sea la abertura, (paso o luz) de los barrotes,
mayor ser la cantidad de slidos retenidos en la reja, y por tanto, menos residuos pasarn a
los siguientes tratamientos del agua.
Los residuos que retienen estas rejas son de tamao grande y suelen ser piedras, ramas,
papel, races de rboles, plsticos pequeos que han pasado el pozo de gruesos y trapos.
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Tambin puede separar un porcentaje de materia orgnica. Estos residuos tiene un contenido
en materia voltil muy alto (cercanos al 80%) con un contenido en materia seca del 15-25% y
densidad entre 640 y 960 kg/m3.
Dependiendo de la forma que tengan de evacuar los residuos, las rejas pueden ser de
limpieza manual o automticas. En las primeras, un operario se dedica a arrojar los residuos
atrapados en las rejas a un contenedor anexado al canal de desbaste. En el caso de las rejas de
limpieza automtica las rejas poseen una cinta transportadora que sube los residuos y los deja
caer en un contenedor.
Los residuos evacuados se llevan a vertedero, o se incineran.
Figura -1.1.4 - Reja de gruesos
Figura -1.1.5 - Reja de finos
Figura 11.1.6 - Reja de finos
(detalle)
Diseo del sistema de desbaste.
En la presente EDAR se dispondr de 4 canales de desbaste, de forma que si ocurre una
avera podr seguir la depuracin a costa de tratar un caudal inferior al estipulado. Cada canal
tendr una reja de gruesos y una de finos, excluyendo as la incorporacin de tamices, ya que
tienen mayores prdidas de carga y su mantenimiento es ms difcil y costoso.
Las ecuaciones de diseo para las rejas son las siguientes:
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( )
(1.10)
( ) ( )
(1.11)
( )
(1.12)
Para dimensionar el canal de desbaste en la zona de rejas se usan las siguientes ecuaciones:
(
) (1.13)
(1.14)
(1.15)
(1.16)
(1.17)
(
)
(1.18)
Reja de gruesos
Para la colocacin de las rejas de gruesos se fijan los parmetros bibliogrficos que se
muestran en la Tabla 1.1.5. La velocidad de paso entre rejas, debe ser de entre 0.6-1 m/s para
rejas de limpieza automtica para evitar el arrastre de materiales retenidos en la reja.
Introduciendo dichos valores en las ecuaciones (1.10)-(1.12) se obtienen los resultados para
las velocidades de paso, quedando reflejadas en la Tabla 1.1.6. Adems, usando los mismos
datos de la Tabla 1.5 en las ecuaciones (1.13)-(1.18) se obtienen los valores del canal que se
observan en la Tabla 1.1.7.
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Tabla1 1.1.5 - Parmetros de diseo reja de gruesos
Parmetros de diseo Valor establecido
Espesor barrotes 12 mm
Distancia barrotes 30 mm
de inclinacin 50
Resguardo del canal 0,3 m
Mxima colmatacin entre barrotes 30%
Relacin Profundidad/anchura 2,5
Volumen de residuos/1000 m3 agua 0,01 m
3
Vpasorejas 0,9 m/s
Volumen de residuos en tormenta/1000m3 agua 0.3 m
3
Tabla 1.1.6 - Velocidades de paso reja de gruesos
Vpaso(Qd)reja limpia Vpaso(Qmx)rejalimpia Vpaso(Qmx)rejacolmatada
0,63 m/s 1,575 m/s 2,25 m/s
Tabla 1.1.7 - Diseo del canal de la reja de gruesos
S
(m2)
Anchura(m) Profundidad til (m) Profundidad total (m) Vaproxrejas (m/s) ht (cm)
0,72 0,54 1,33 1,63 0,7 2,3
En la Tabla 1.1.7 se observa que la velocidad de aproximacin a las rejas es de 0.7 m/s, de
forma que cumple la condicin impuesta en la ecuacin (1.17), siendo mayor que 0.4m/s, para
evitar la deposicin de materia en el fondo del canal. El valor de la prdida de carga tambin
cumple la condicin impuesta en la ecuacin (1.18), siendo menor a 15cm.
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A partir del valor de la prdida de carga y la velocidad de aproximacin a las rejas, ambos
calculados en la Tabla 1.1.7, y haciendo uso de la Figura 1.1.7, se confirma que la reja trabaja
dentro del intervalo de trabajo admisible, lo cual es imprescindible para asegurar que el
sistema de limpieza de las rejas es eficaz y no se trabaja a un nivel mayor de obturacin del
30% (que hara que los slidos retenidos disminuyesen la seccin y por lo tanto aumentase la
velocidad de paso entre las rejas, aumentando la perdida de carga a travs de ellas y restando
efectividad al desbaste, o al contrario, que la seccin de reja utilizable fuese mayor y la
velocidad fuese menor de 0.4m/s provocando la deposicin de materia en el fondo del canal
de desbaste y el estancamiento del agua).
Figura 1.1.7- ht vs. Vaproxrejas para paso entre rejas de 30mm
Para cumplir los requisitos fijados y de acuerdo a los dimensionamientos realizados, se ha
realizado una bsqueda de equipos industriales de desbaste mediante rejas de gruesos,
encontrndose que la ms adecuada para los valores de canal necesario as como para cumplir
con las especificaciones fijadas de luz entre los barrotes y espesor de los mismos en una reja
automtica de acero inoxidable AISI 316L, con un ancho de reja de 500mm y una altura total
de reja de 5,7m. Como puede verse, las rejas de este tamao encajan perfectamente en el canal
diseado, por lo que se realizara la compra de 4 rejas de desbaste de gruesos, con un coste de
48.339.28 cada una, lo que supone un total de 193.357,12 , y dado que estos canales
necesitan compuertas habr que colocar unas adecuadas al tamao del canal con un coste total
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de 8.756. Las caractersticas de estos equipos pueden verse en las Hojas 1 y 2 del Anexo de
este mismo informe.
Reja de finos
Para la colocacin de las rejas de finos, al igual que para la de gruesos, se fijan los
parmetros con ayuda de la bibliografa que se muestran en la Tabla 1.1.8. La velocidad de
paso entre rejas, debe ser menor que 0.7 m/s para rejas de limpieza automtica para evitar el
arrastre de materiales retenidos en la reja. Introduciendo dichos valores en las ecuaciones
(1.10)-(1.12) se obtienen los resultados para las velocidades de paso, quedando reflejadas en
la Tabla 1.9. Adems, usando los mismos datos de la Tabla 1.1.10 en las ecuaciones (1.13)-
(1.18) se obtienen los valores del canal que se observan en la Tabla 1.1.10.
Tabla 1.1.8 - Parmetros de diseo reja de finos
Parmetros de diseo Valor establecido
Espesor barrotes 6 mm
Distancia barrotes 15 mm
de inclinacin 50
Resguardo del canal 0,3 m
Mxima colmatacin entre barrotes 30%
Relacin Profundidad/anchura 2,5
Vpasorejas 0,7 m/s
Tabla 1.1.9 - Velocidades de paso reja de finos
Vpaso(Qd)reja limpia Vpaso(Qmx)rejalimpia Vpaso(Qmx)rejacolmatada
0,49 m/s 1,225 m/s 1,75 m/s
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Tabla 1.1.10 - Diseo del canal de la reja de finos
S (m2) Anchura(m) Profundidad til (m) Profundidad total (m)
Vaproxrejas
(m/s) ht (cm)
1,1 0,66 1,65 1,95 0,46 2,05
Analizando la Tabla 1.1.10 puede verse que velocidad de aproximacin a las rejas es de
0.46 m/s, cumpliendo la condicin impuesta en la ecuacin (1.17). El valor de la prdida de
carga impuesta en la ecuacin (1.18), tambin se cumple, obtenindose un valor muy inferior
al 15cm mximo. Adems se observa que, tras la reja de gruesos, el canal de desbaste sufre
una ligera ampliacin tanto en su anchura como en la profundidad de este nuevo tramo para
cumplir con la ecuacin de continuidad y las condiciones de velocidad de circulacin.
A partir del valor de la prdida de carga y la velocidad de aproximacin a las rejas, ambos
calculados en la Tabla 1.1.10, y haciendo uso de la Figura 1.1.8, se confirma que la reja de
finos tambin trabaja dentro del intervalo de trabajo admisible.
Figura 1.1.8 - ht vs. Vaproxrejas para paso entre rejas de 15mm
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Produccin de residuos
Segn datos bibliogrficos, se ha encontrado que por cada 1000 m3 de agua sometida a
desbaste se generan 0.01m3 de residuos (0.3m
3 en casos de tormenta) tras el paso del agua por
ambas rejas. Con esta relacin, puede obtenerse la cantidad de residuos generados en cada
lnea en el desbaste tal y como se muestra en la ecuacin (1.19):
(1.19)
Por lo tanto, dado que hay cuatro lneas de desbaste, se determina que la produccin total
de residuos en la operacin es de 1,727 m3/da. La produccin mxima de residuos se
produce cuando tenemos tormentas que aumentan la cantidad de residuos tales como ramas,
hojas, y dems deshechos naturales arrastradas por el agua y se trabaja a un caudal mximo
debido al aumento del nivel de agua. En ese supuesto caso, la produccin mxima de residuos
que se producira en el sistema de desbaste sera de 32.38m3/da (un valor muy superior al
obtenido por la depuradora en condiciones normales de diseo).
Como ya se ha comentado anteriormente, estos residuos generados se envan por medio de
una cinta transportadora a un depsito vertedero anexado al canal de desbaste. Debido a la
produccin diaria de residuos, para que el vertedero sea eficaz debe tener una capacidad de 2
m3 siendo su vaciado diario. Para facilitar y conseguir agilizar el proceso de descarga de
vertederos, aunque no se vea favorecido por economa de escala, se ha pensado colocar dos
vertederos de menor capacidad (1,1m3) anexados a la zona de desbaste. El coste de los
depsitos mencionados es de 670 (335 cada uno).
Balance de materia en el canal de desbaste
Tras las consideraciones anteriores, en la ecuacin (1.20) se recoge el balance de materia.
Se obtiene que el caudal de agua que sale del desbaste hacia el siguiente equipo es de
172.711,872 m3/da, prcticamente igual que el caudal de entrada a la depuradora.
(1.20)
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1.1.4. Desarenador-desengrasador
El desarenador-desengrasador (Figura 1.1.9) es la unidad de proceso encargada, por un
lado, de la eliminacin por sedimentacin de las arenas, y por otro, de la eliminacin de
grasas y aceites mediante flotacin. Consiste en una balsa de planta rectangular dividida en
dos cmaras longitudinales. En una de esas cmaras es dnde sedimentan las arenas (que se
escurren debido a la pendiente de las paredes de la balsa), de forma que son succionadas por
una bomba especial o lavador de arenas de tornillo sinfn para su posterior deposicin en un
concentrador de arenas. Simultneamente a la sedimentacin, se introduce aire en forma de
burbujas muy pequeas, que favorecen el desemulsionado de las grasas y aceites, de forma
que se consigue aumentar la velocidad ascensional (las gotitas de unos 150m ascienden a
una velocidad de entre 1 y 4 mm/s). En la otra cmara longitudinal se completa el proceso de
flotacin, eliminndose las grasas y aceites flotados mediante una rasqueta de flotantes, que
impulsa esas sustancias para que puedan ser recogidas en el concentrador de grasas.
Realizar la operacin de desarenado y desengrasado de forma conjunta tiene una serie de
ventajas como pueden ser:
Las velocidades de sedimentacin de las arenas y de flotacin de las partculas de
grasa no se ven casi modificadas
El aire comprimido aadido para la desemulsin ayuda a impedir la sedimentacin de
las partculas de fango poco densas, lo que hace ms limpia la arena depositada en el
sistema conjunto que en el desarenado como operacin individual
Las partculas de arena deceleran las velocidades ascensionales de las partculas de
grasa cuando estn sedimentando, aumentando el rendimiento de la flotacin.
Ahorro del volumen total necesario para la realizacin de los dos procesos por
separado, ya que se anan en un mismo equipo.
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Figura 1.1.9 - Desarenador-desengrasador
Ecuaciones de Diseo
Las ecuaciones de diseo para las rejas son las siguientes:
(1.21)
(1.22)
(1.23)
(1.24)
(1.25)
(1.26)
(1.27)
( )
(1.28)
( )
(1.29)
( ) ( )
(1.30)
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
16
(1.31)
(1.32)
Dimensionado del equipo
En la Figura 1.1.10 se muestra una representacin esquemtica de los puntos a tener en
cuenta en el diseo de un desarenador-desengrasador.
Se realizaran 8 lneas con 8 equipos trabajando en paralelo. Esto es muy til debido a que
este es un equipo que requiere mantenimientos por su alto nmero de componentes
mecnicos, as cuando una unidad o ms entra en parada, se puede seguir realizando la
depuracin de aguas, sin necesidad de parar el proceso, con todo lo que eso conllevara.
Figura 1.1.10 - Esquema desarenador-desengrasador
Para realizar el dimensionado es necesario fijar previamente una serie de parmetros de
diseo, extrados de fuentes bibliogrficas. Los valores que se usarn se muestran en la Tabla
1.1.11.
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Tabla 1.1.11 - Parmetros para el diseo del desarenador-desengrasador
Parmetros de diseo Valor establecido
Qdiseo 7.196,328m3/h
Qmx 17.990,82 m3/h
N lneas 8
Vascensional(Qd) 15 m3/m
2*h
Vpaso(Qd) 70 m3/m
2*h
tresidencia (Qd) 17 min
Volumen arena seca/1000 m3 agua 0,02 m
3
Volumen de residuos en tormenta/1000m3 agua 2 m
3
Volumen de aire/ m2
sup*h 8
Tras la sustitucin de los valores de la Tabla 1.1.11 en las ecuaciones de diseo del equipo
[(1.21)-(1.30)], se obtienen el dimensionado del desarenador-desengrasador que se muestran
en la Tabla 1.1.12. El caudal de aire necesario para la flotacin de las grasas ser suministrado
por una serie de aireadores, tal y como puede verse en la Figura 1.1.10.
Tabla 1.1.12 - Diseo del desarenador-desengrasador
Dimensiones
Superficie 59,969 60 m2
Seccin
transversal 12,85 m
2
Volumen til 254,87 m3
Longitud 19,83 20 m
Profundidad til 4,25 m
Anchura 3 m
Qtotal aire
necesario 3838 m
3/h
Velocidades y tiempos de residencia
Vasc(Qmx) 37,5 m3/m
2*h
Vpaso(Qmx) 175
m3/m
2*h
tres(Qmx) 6.8 min
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
18
En este apartado, tambin se lleva a cabo el dimensionamiento de los puentes del
desarenador. Los resultados obtenidos as como los parmetros fijados se encuentran en la
Tabla 1.1.13.
Tabla 1.1.13 - Diseo del puente del desarenador-desengrasador
N unidades 8
Tipo: Puente mvil con bomba vertical
Longitud desarenador 20 m
Ancho desarenador 3 m
Profundidad til 4,45m
Profundidad recta desarenador 4,55 m
Profundidad total 6,05 m
Anchura del puente 1 m
Sobrecarga de diseo 150 kg/m2
Rasquetas de grasas Si
Material: Acero al Carbono
Produccin de productos de desecho
Sustituyendo los valores de produccin de arenas de la Tabla 1.1.10 en la ecuacin (1.31)
se obtiene el valor de produccin de arena por lnea. Si ese valor se multiplica por 8 (ya que
hay trabajando 8 desarenadores-desengrasadores) se obtiene la produccin total de arenas.
Estos valores se muestran en la Tabla 1.1.14.
Estas arenas se succionan y se llevan a acondicionamientos posteriores que no estn
incluidos en la lnea de aguas, por lo que no se disearn.
Tabla 1.1.14 Produccin de arenas en el desarenador-desengrasador
Produccin arena
seca
Produccin arena seca
tormenta
Produccin total arena seca
(Qd) condiciones normales
0,43 m3/da 107,94 m
3/da 3,454 m
3/da
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
19
En cuanto a las grasas, este equipo separa el 25% de las grasas que lleva el agua en origen,
tal y como aparece en la ecuacin (1.32). Estas grasas son retiradas mediante rasquetas y
llevadas a acondicionamiento fuera de la lnea de agua de la depuradora, por lo que no se
tratar en el presente trabajo.
Balance de materia en el desarenador-desengrasador
En la ecuacin (1.33) se muestra el balance de materia. Se obtiene que el caudal de agua
que sale de esta unidad, hacia el tratamiento primario es de 172.711,872 m3/da.
(1.20)
1.2. TRATAMIENTO PRIMARIO
El tratamiento primario tiene como objetivo la eliminacin de los slidos en suspensin
presentes en el agua residual que tengan una densidad mayor que la del propio agua, de
manera que haciendo circular el agua muy lentamente por un depsito las partculas en
suspensin sedimenten por gravedad. Esta operacin se lleva a cabo en los llamados
decantadores o sedimentadores, cuyo volumen debe ser lo suficientemente grande para que el
tiempo de retencin hidrulico consiga que partculas con velocidad de sedimentacin
deseada lleguen al fondo del depsito.
En este tratamiento tambin se lleva a cabo una reduccin de la DBO5 del agua a tratar, ya
que en la sedimentacin de los slidos en suspensin, gran parte de ellos corresponden a
slidos de origen biolgico. Al reducir la DBO tambin se produce una disminucin de la
DQO, ya que la materia orgnica biodegradable tambin est contemplada en la DQO (que
contempla toda la materia oxidable que forma parte del agua).
Entre los tipos de decantadores, en funcin de su forma, podemos encontrar tres tipos:
Decantadores circulares:
Este tipo de decantador (Figura 1.2.1) tiene un sistema de flujo radial, por lo que el agua se
introduce generalmente por el centro, donde existe una campana circular diseada para
distribuir el flujo uniformemente en todas las direcciones. En el caso de introducir la corriente
de agua por la periferia se har en direccin tangencial mediante su vertido en un deflector
circular suspendido que forma un espacio anular (donde quedan retenidas la grasa y espumas
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
20
que no se han eliminado en el pretratamiento). El agua residual circula en espiral alrededor
del tanque y por debajo de dicho deflector, y el lquido decantado se recoge en la parte
central.
Figura 1.2.1 - Decantador Circular
Decantadores rectangulares:
Figura 1.2.2 - Decantador rectangular
En estos decantadores (Figura 1.2.2) el agua residual se introduce por uno de los lados
estrechos siguiendo un flujo horizontal. El desage se coloca en el lado estrecho opuesto a la
alimentacin siendo el flujo de agua paralelo al eje mayor.
Los sedimentadores rectangulares se suelen implantar en casos en los que hay carencia de
espacio, ya que aprovechan mejor el espacio que los circulares y se cubren ms fcilmente
para eliminar olores. El inconveniente ms notable de estos decantadores es la difcil retirada
de los fangos depositados.
Un ejemplo de depuradora con este tipo de decantadores es Viveros de la Villa (Madrid).
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
21
Decantadores lamelares:
Figura 1.2.3 - Decantador lamelar
El decantador lamelar (Figura 1.2.3) es un tipo decantador esttico. Esta dividido en tres
cmaras: la cmara de entrada por donde se introduce el vertido, la cmara de decantacin
donde se ubican los paquetes lamelares y la cmara de salida, donde llega el agua limpia y
clarificada para ser evacuada directamente.
El caudal de entrada se canaliza a travs de una tubera de conexin con la cmara de
decantacin, de forma que el vertido es dirigido hacia el paquete lamelar de forma uniforme
gracias a las aberturas del tubo situado en la parte inferior de las lamelas. El paso del vertido
entre las placas produce la separacin de los slidos, ya que estos resbalan por la pendiente de
las lamelas hacia el fondo del decantador (donde son recogidos), mientras que el agua sigue
una trayectoria ascendente hasta llegar a la superficie superior del decantador.
Este equipo se utiliza cuando se requiere una elevada capacidad de separacin de slidos
en suspensin y una reduccin del espacio ocupado por el equipo. Adems ofrece la ventaja
de que no tiene elementos mecnicos mviles y de accionamiento como en el caso de los
decantadores con barrido mecnico de fangos, por lo que el mantenimiento es ms
econmico.
Diseo del sedimentador
Para el diseo del sedimentador donde se llevar a cabo el tratamiento primario se ha
seleccionado el reparto de la corriente de entrada en 6 lneas con seis unidades de decantacin
lamelar. En la Figura 1.2.4 puede verse un esquema de este tipo de sedimentador a partir del
cual se realizar el dimensionamiento. Se eliminarn --% de los slidos en suspensin y el
30% de la DBO de entrada.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
22
Figura 1.2.4 - Esquema diseo sedimentador lamelar
Ecuaciones de diseo
Las ecuaciones de diseo para el sedimentacin lamelar son las siguientes:
( )
{
( ) [
( ) ((( )
( ( )) )
( )
)
]} (1.33)
((
)
) (
(
)
)
(1.34)
(
)
(1.35)
(1.36)
( ) (1.37)
(1.38)
(1.39)
(1.40)
(1.41)
(1.42)
(1.43)
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
23
Dimensionado del equipo
Para realizar el dimensionado del sedimentador es necesario fijar previamente una serie de
parmetros de diseo. Esto se hace eligiendo los valores que optimicen los resultados a partir
de la horquilla de valores encontrada en fuentes bibliogrficas. Los valores que se usarn se
muestran en la Tabla 1.2.1.
Tabla 1.2.1 - Parmetros de diseo del sedimentacin lamelar
Qd (m3/h)
N
lneas
Ancho
(m)
(rad)
Vdecantacin
(m/h)
Dlamela-lamela
(m) L (m)
elamela
(mm)
Lalimentacin
(m)
7196,184 6 9 1 0,8 0,07 1,25 5 2
Sustituyendo los valores de la Tabla 1.2.1 en las ecuaciones de diseo del equipo [(1.33)-
(1.43)], se obtienen los parmetros de dimensionamiento del decantador lamelar que se
muestra en la Tabla 1.2.2. Comparando con el dato de volumen de los decantadores lamelares
instalados en la E.D.A.R La Gavia, puede verse que el volumen es muy parecido
(1673,2m3 calculados frente a 1720m
3 reales) con una diferencia de menos de 46.8 m
3, lo que
supone una desviacin de menos del 3% entre los dos valores.
Tabla 1.2.2 - Dimensiones del sedimentador lamelar
Vlamela 12,22 m/h
Ltotal lamelas 13,9 m
N lamelas 125
Stil 125,1 m2
Sdecantador 143,1 m2
Ldecantador 15,9 m
Lvertedero 250,16 m
CH 9,59 m3/m
2h
profundidad 13,38 m
Volumen 1673,22 m3
tresidencia 1,4 h
Debido a que no existe gran variedad de datos bibliogrficos sobre este tipo de
decantadores, no se puede conocer a simple vista si los resultados de las dimensiones
obtenidos estn dentro de los intervalos tpicos de este tipo de decantador.
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24
Coagulacin-floculacin
A travs de la ecuacin (1.44) puede determinarse la biodegradabilidad del agua a tratar.
Dado que el cociente entre la DBO y la DQO es de 0.4, se puede afirmar que es un agua
biodegradable, que responder bien a su depuracin con un tratamiento biolgico. Si esta
agua no fuese biodegradable, habra que recurrir a otro mtodo para eliminar la materia
oxidable. En ese caso una de las mejores alternativas sera incluir un tratamiento de
coagulacin-floculacin en el tratamiento primario, para conseguir una mayor reduccin de
DBO y DQO.
Por estos motivos, se puede concluir que no es necesario realizar un tratamiento de
coagulacin-floculacin, aunque podra retomarse la idea de poner un tratamiento fsico-
qumico de coagulacin-floculacin en el primario, si al final de la lnea de aguas no se
cumpliesen los requerimientos del efluente de salida.
Depuracin en el tratamiento primario
En la Tabla 1.2.3 puede verse tanto la concentracin de contaminantes en la corriente de
entrada a la depuradora, como los rendimientos de eliminacin tpicos en esta etapa de la
depuracin de aguas residuales. En la ltima columna, se reflejan las concentraciones de
salida que irn al tratamiento secundario.
Tabla 1.2.3 - Depuracin en el tratamiento primario
Parmetro Entrada Eliminacin Salida
SS 300mg/L 60 % 120mg/L
DBO 300mg/L 30 % 210 mg/L
DQO 750mg/L 30% 525 mg/L
Total N 70mg/L -- 70mg/L
Total P 10mg/L -- 10mg/L
Balance de materia en el decantador lamelar
Realizando el balance de materia en este equipo se obtiene un caudal de salida de agua
Qagua=28800m3/da, y un caudal volumtrico de lodos de Qlodos=143.908,4m
3/da.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
25
El agua que sale del decantador va a tratamiento secundario, mientras que los lodos
generados se llevan a espesamiento en la lnea de lodos (apartado donde se puede ver las
caractersticas del lodo primario as como su tratamiento posterior).
1.3. DISEO DEL TRATAMIENTO BIOLGICO
Se pretende conseguir la eliminacin conjunta de materia orgnica y nutrientes. Para
ello, se ha seleccionado un proceso A2O, que presenta tres zonas claramente diferenciadas:
una zona anaerobia, despus una zona anxica y, por ltimo, una zona aerobia seguida de una
sedimentacin secundaria. En la figura 1.3.1 se muestra un esquema del proceso.
Figura 1.3.1. Esquema del proceso A2O para la eliminacin conjunta de materia orgnica y
nutrientes.
En la tabla 1.3.1 se presentan los datos del agua de entrada al tratamiento secundario.
En concreto, se muestran los valores de caudal, DBO5 y temperatura.
Tabla 1.3.1. Parmetros del agua de entrada al tratamiento biolgico.
Parmetro Valor
Q 28800 m3/d
DBO5 210 mg/l
T 18C
Para determinar la temperatura del agua se ha empleado la figura 1.3.2. En ella se
recogen valores de T, pH y oxgeno en el ro Manzanares a su paso por Rivas. Estos datos son
proporcionados por el Ministerio de Agricultura, Alimentacin y Medio Ambiente y
corresponden a los meses de enero-marzo de 2011.
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26
Figura 1.3.2. Valores de T, pH y oxgeno en el ro Manzanares a su paso por Rivas.
1.3.1. Diseo del proceso de fangos activados
Para realizar el diseo del proceso A2O se va a comenzar en primer lugar por disear
la zona aerobia. Para ello, se escoge un proceso de fangos activados, con un rgimen
hidrulico de mezcla completa.
Figura 1.3.3. Esquema del proceso de fangos activados.
Para poder realizar el diseo se deben tener en cuenta una serie de suposiciones, todas
ellas basadas en valores encontrados en la bibliografa.
1. Distribucin uniforme de los slidos afluentes y de los slidos recirculados al reactor
(tanque de aireacin)
2. Extraccin uniforme del lquido mezcla del reactor
3. SSV en afluente son despreciables
4. SSVLM/SSLM=0.8
5. [SS] en el fango de retorno=1000 mg/l
6. SSVLM=3500 mg/l
7. c=10 d
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27
8. Efluente contiene 12 mg/l de slidos biolgicos, 65% de ellos son biodegradables.
9. DBO5=0.68DBOL
10. N,P
11. Qpunta=2.5Qmedio
12. Datos de sedimentacin de SSL
Establecidas las suposiciones, el diseo del proceso se va a realizar siguiendo una serie
de pasos que facilitan la realizacin de los clculos.
1. Estimar la concentracin de DBO5 soluble en el efluente.
DBO5 efluente= DBO5 soluble del afluente que escapa al trat. + DBO5 SS del efluente
a) DOB5 SS del efluente
Fraccin biodegradable de los slidos biolgicos del efluente= (0.65)(12)= 7.8 mg/l
DBOL ltima de los slidos biodegradables del efluente= (7.8)(1.42)= 11.076 mg/l
DBO5 SS del efluente= (11.076)(0.68)= 7.53 mg/l
b) Calcular la DBO5 soluble del agua a tratar que escapa al tratamiento
12.5 mg/l= S + 7.53 S=2.97 mg/l
2. Determinar la eficiencia del proceso
1000
0
S
SSE
Eficiencia basada en la DBO5 soluble:
%59.98100210
97.2210
sE
Eficiencia conjunta de la planta:
%95100210
5.10210
globalE
3. Calcular el volumen del reactor
Para determinar el volumen del reactor es preciso conocer los parmetros cinticos, el
tiempo medio de retencin celular, el caudal afluente, as como la DBO5 del agua a la entrada
y a la salida del tratamiento.
cd
c
k
SSYX
1
0
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28
Q
Vr
Y=0.5 g/g
kd=0.06 d-1
ncirculacimmmVr Re6000594763.53231006.013500
97.22105.02880010 333
4. Calcular la cantidad de fango a purgar diariamente
a) Determinar Yobs
3125.0
1006.01
5.0
1
cd
obsk
YY
b) Determinar la masa de fango activado voltil purgado
dkgSSQYP obsx /27.18631000/197.2210288003125.01000/10
c) Determinar la masa total de fango en base a los slidos totales en suspensin
dkgSSPx /09.23298.0
27.1863
d) Determinar la cantidad de fango a purgar
Masa a purgar= incremento de SSVLM-SS perdidos en el efluente
dkgpurgaraMasa /94.19861000
864001233.009.2329
5. Calcular la cantidad de fango a purgar si la purga se realiza en el reactor. Suponer Qe=Q
y que los SSV en el efluente corresponden al 80% de los SS.
Se debe tener en cuenta que la fraccin voltil de los SS descargados en el efluente de
la planta variar en funcin del tipo de proceso y modo de operacin. El agua que se pierde
con el fango deshidratado y por evaporacin se considera despreciable, asumindose Qe=Q.
eew
rc
XQXQ
XV
dmQw /37.453103500
8.0101228800350063.5326 3
6. Estimar la relacin de recirculacin formulando un balance de masa en el reactor
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
29
Para llevar a cabo una estimacin ms precisa, es necesario tener en cuenta, a la hora
de establecer la relacin de recirculacin, la tasa neta de crecimiento celular en el interior del
reactor.
Concentracin de SSV en el aireador=3500 mg/l
Concentracin de SSV en la lnea de retorno=8000 mg/l
rr QQQ 80003500
78.0Q
Qr
7. Calcular el tiempo de detencin hidrulica del reactor
hdQ
Vr 44.4185.028800
63.5323
8. Calcular la demanda de oxgeno basndose en la demanda carbonosa ltima, DBOL.
Aunque la demanda de O2 necesario para la nitrificacin se desprecia ahora, se debe
mencionar que se tendr en cuenta ms adelante.
a) Calcular la masa de DBOL ltima del agua residual afluente que se convierte en el proceso,
suponiendo DBO5=0.68DBOL.
dkg
SSQutilizadaDBOMasa L /33.8768
1000
1
68.0
97.221028800
1000
1
68.0
0
b) Calcular la demanda de oxgeno:
dkgdkgO /49.612227.186342.133.8768/2
9. Comprobar la relacin F/M y el factor de carga volumtrica.
a) Determinar la relacin F/M
10 325.03500185.0
210/ d
X
SMF
b) Determinar la carga volumtrica
dmkgDBOV
QSavolumtricac
r
350 /14.1
1000
1
63.5323
28800210
1000
1arg
10. Calcular el caudal de aire necesario suponiendo que la eficiencia en la transferencia de
oxgeno de los equipos de aireacin es del 8%. Para el dimensionamiento de las soplantes es
conveniente adoptar un factor de seguridad de 2.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
30
a) La cantidad terica de aire necesario, suponiendo que el aire tiene un contenido de oxgeno
del 23.2% en masa es:
dNmnecesarioAire /95.21809232.021.1
49.6122 3
b) Determinar el aire necesario en la realidad, suponiendo un 8% de eficiencia:
min/32.189/41.272624
08.0
95.21809 33 NmdNmrealAire
c) Determinar la demanda de aire de proyecto:
min/64.37832.1892 3NmproyectoAire
11. Comprobar el caudal de aire utilizando el valor real determinado en el paso 10b.
a) Aire necesario por unidad de volumen
33 /47.928800
41.272624/ mNmvolAire
b) Aire necesario por kg de DBO5 eliminada:
kgNminadaeDBOkgAire /72.45
1000
12880097.2210
41.272624lim/ 35
Una vez que se ha diseado el proceso de fangos activos convencional, el siguiente
paso es realizar el diseo del decantador secundario. Para ello, se parte de datos de
sedimentacin obtenidos en bibliografa.
12. Construir la curva de flujo de slidos por gravedad en las instalaciones a proyectar
usando los datos de sedimentacin:
Tabla 1.3.2. Datos de sedimentacin.
SSLM, mg/l 1600 2500 2600 4000 5000 8000
v
sedimentacin
inicial, m/h
3.3 2.4 1.5 0.6 0.3 0.09
a) Representar los datos grficamente
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
31
Figura 1.3.4. Representacin de la velocidad de sedimentacin inicial frente a la concentracin de
SSLM.
b) Utilizando la curva, obtener los datos necesarios para elaborar la curva de flujo de slidos
Tabla 1.3.3. Clculo de la concentracin y del flujo de slidos.
Ci,
mg/l 1000 1500 2000 2500 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
v sed,
m/h 4 3.5 2.8 1.8 1.12 0.55 0.3 0.2 0.13 0.094 0.07
SFg,
kg/m2h
4 5.25 5.6 4.5 3.42 2.2 1.55 1.2 0.99 0.75 0.63
c) Representar los valores del flujo de slidos obtenidos en el paso b frente al valor de la
concentracin.
Figura 1.3.5. Curva de flujo de slidos.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
32
13. Utilizando la curva de flujo de slidos del paso 12c, determinar los valores lmite del
flujo de slidos para concentraciones del fango del fondo variables entre 8000-12000 mg/l.
a) Utilizando el mtodo alternativo de construccin geomtrica, trazar las tangentes a la curva
de flujo de slidos en los puntos de concentracin del fango del fondo deseados.
b) Preparar una tabla resumen de los valores lmite del flujo de slidos (interseccin con eje
de ordenadas) para las distintas concentraciones del fango del fondo.
Tabla 1.3.4. Valores lmite del flujo de slidos para distintas concentraciones del fango de fondo.
[Fango], mg/l 8000 9000 10000 11000 12000
Flujo de
slidos
limitante, SFL,
kg/m2h
4.2 3.4 2.85 2.5 2.1
14. Determinar la relacin de recirculacin necesaria para mantener la concentracin de
slidos suspendidos del lquido mezcla en 4375 mg/l (3500/0.8 mg/l)
a) La relacin de recirculacin necesaria se puede determinar mediante un balance de materia
en el afluente al reactor.
43750 rur QQXQXQ
Suponiendo X0=0 y Qr=Q
43754375 QQQXu
4375
4375
uX
b) Determinar la superficie de espesamiento necesaria del decantador para las distintas
concentraciones del fango del fondo y las distintas relaciones de recirculacin, usando:
1000
36001
A
XQSFa
15. Suponer que SFa=SFL, el flujo de slidos lmite determinado en el punto 13 y construir
una tabla de clculo para determinar la superficie necesaria
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
33
Tabla 1.3.5. Determinacin de la superficie necesaria para el decantador.
Xu, mg/l 8000 9000 10000 11000 12000
SFL, kg/m2h 4.2 3.4 2.85 2.5 2.1
1.21 0.95 0.78 0.66 0.57
A, m2 2073 2259 2463 2312 2947
16. Determinacin de las cargas de superficie correspondientes a las cargas de slidos
calculadas en 15b.
Tabla 1.3.6. Determinacin de las cargas de superficie.
Xu, mg/l 8000 9000 10000 11000 12000
SFL, kg/m2h 4.2 3.4 2.85 2.5 2.1
1.21 0.95 0.78 0.66 0.57
A, m2 2073 2259 2463 2312 2947
CS, m3/m
2h 0.43 0.4 0.37 0.34 0.31
17. Comprobar que se cumplen las exigencias de clarificacin suponiendo que el diseo
final estar basado en una concentracin del fango de fondo de 10000 mg/l.
a) Como se muestra en el apartado 16, la carga de superficie para una concentracin del fango
del fondo de 10000 mg/l es de 0.37 m3/m
2h, equivalente a una velocidad de sedimentacin
de 0.37 m/h.
b) Refirindose a la curva de sedimentacin, una velocidad de sedimentacin de 0.37 m/h
correspondera a una concentracin de fango del fondo de 4700 mg/l. Comoquiera que la
concentracin de slidos en la interfase ser inferior a este valor, la superficie de
clarificacin adoptada parece responder a criterios conservadores.
18. Estimar la profundidad necesaria para el espesamiento. Suponer que la profundidad
mnima permisible en la zona clarificada del tanque de sedimentacin se establece en 1.5 m.
a) Estimar la profundidad necesaria de la zona de espesamiento. Suponer que bajo
condiciones normales, la masa de fango retenida en el tanque de sedimentacin secundaria
es igual al 30% de la masa del tanque de aireacin, y que la concentracin media de slidos
en la zona de fango es aproximadamente 7000 mg/l [(4000+1000)/2].
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
34
i. Determinar la masa de slidos en el tanque de aireacin
kgaireacinqueSlidos 88.232901000/1437563.5323tan
ii. Determinar la masa de slidos en el tanque de sedimentacin
kgentacinsequeSlidos 26.698788.232903.0dimtan
iii. Determinar la profundidad de la zona de fango en el tanque de sedimentacin,
utilizando:
mddA 41.02463
1000
7000
26.698726.69877000
b) Estimar la capacidad de almacenamiento necesaria en la zona de fango suponiendo que en
condiciones de caudal punta el exceso de slidos se debe almacenar en el tanque de
sedimentacin secundaria debido a la limitada capacidad de las instalaciones de manejo de
fangos. Suponer que el caudal punta sostenido de 2 das es 2.5Qmedio y que la carga punta
sostenida de DBO en 7 das es 1.5DBOmedia y que ambas puntas se producen
simultneamente.
i. Estimar la produccin de slidos bajo las condiciones dadas:
kgSSQYP obsspx 5.6925100012.72105.1288005.23125.0
10001
0
ii. Como el caudal punta se mantiene durante dos das, los slidos totales para el perodo de
dos das valen 13851 kg.
iii. Calcular la profundidad de almacenamiento de fangos necesaria para el tanque de
sedimentacin. Suponer que los slidos totales en el tanque de sedimentacin equivalen a
(13851+6925.5)=20776.5 kg.
md 2.12463
1000
7000
5.20776
c. Estimar la profundidad total necesaria
mmofundidad 6.311.32.141.05.1Pr
19. Comprobar la carga de superficie a caudal punta.
a) El caudal punta es Qp= (2.5)(28800)=72000 m3.
b) La carga de superficie a caudal punta es
246372000
QpCS
Este valor queda muy por debajo del valor encontrado en bibliografa relativo al caudal
punta (1.695-2.035)
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
35
20. Preparar una tabla resumen de los datos de diseo de las instalaciones de
sedimentacin.
Tabla 1.3.7. Datos de diseo del sedimentador secundario.
Parmetro Valor
Superficie 2463 m2
Profundidad 3.6 m
Tiempo de detencin (medio) 7.4 h
SSLM 4375 mg/l
Flujo de slidos limitante 5.85 kg/m2h
Carga de superficie
A caudal medio 0.36 m3/m
2h
A caudal punta 1.22 m3/m
2h
1.3.2. Diseo de la zona anxica
En condiciones anxicas los nitratos actan como aceptores finales de electrones en
lugar del oxgeno. As, los nitratos se reducen a N2. Para que esto ocurra, es preciso recircular
los nitratos formados en la zona aerobia a la zona anxica. En la figura 6 se muestra un
esquema del procedimiento.
Las bacterias que llevan a cabo la reduccin del nitrato son bacterias hetertrofas. En
concreto, Pseudomonas es la ms comn de todas ellas. La mayora son facultativas, es decir,
pueden usar oxgeno, nitrato o nitrito como aceptores finales de electrones.
Figura 1.3.6. Esquema del proceso para la eliminacin de nitrgeno.
En la tabla 1.3.8 se presentan los datos necesarios para acometer el diseo de la zona
anxica. El parmetro ms importante en el diseo es la DQO rpidamente biodegradable
(rbCOD). Esta se calcula como el 25% de la DQO biodegradable (bCOD), que se determina
como 1.6 veces la DBO5.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
36
Tabla 1.3.8. Datos de partida para el diseo de la zona anxica.
Constituyente Concentracin, mg/l
DBO5 210
bCOD 336
rbCOD 84
NOx 45
P 7.9
Tambin se ha tenido en cuenta que la concentracin de nitrato en la recirculacin de
los lodos (RAS) es de 9 mg/l.
Igual que en apartados anteriores, los clculos se van a dividir en una serie de pasos
para poder seguir el procedimiento ms fcilmente.
1. Determinar la concentracin de biomasa activa
lmgSRTk
SSY
V
SRTQX
d
b /33041012.01
3364.0
63.5323
1028800
1
0
2. Determinar la razn de recirculacin interna (IR)
22.378.019
451 R
N
NOIR
e
x
3. Determinar la cantidad de NO3-N alimentada al tanque anxico:
dmQRQIRQ anxicoque /1152002880078.02880022.33
tan
dgNO anxicoqueentadoax /10368009115200tanlim
4. Determinar el volumen del tanque anxico
Para determinar el volumen de la zona anxica se supone como primera aproximacin
que el tiempo de detencin celular es de 2.5 h.
d104.024
5.2
32.299528800104.0 mQVanxico
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
37
5. Determinar F/Mb
dggXV
QSMF
banxico
b /61.033042.2995
21028800/ 0
6. Determinar SDNR usando la curva con F/Mb 0-2.
%25336
84
bCOD
rbCODrbCODFraccin
As, sabiendo la relacin F/Mb y la fraccin de rbCOD se puede determinar la
velocidad de desnitrificacin. Para ello, se hace uso de la figura 1.3.7.
SDNR= 0.16 gNO3-N/gbiomasad
Figura 1.3.7. Determinacin de la velocidad de desnitrificacin.
7. Determinar la cantidad de NO3-N que se puede producir
a) 5.1583382330416.02.2995 MLVSSSDNRVNO anxicor
b) Evaluar el nuevo valor de
exceso%5353.11036800
5.1583382
h64.153.1
5.2
Para este valor de la SDNR ser mayor debido a la mayor F/M para un mayor
volumen de reactor anxico. As, se prueba =1.8 h.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
38
321602880024
8.1mVanxico
dggXV
QSMF
banxico
b /85.033042160
21028800/ 0
c) De la figura 7: SDNR=0.17 gNO3-N/gbiomasad
d) Determinar la cantidad de nitrato que se puede reducir
dgNOr /8.12132283304216013.0
exceso%1717.11036800
8.1213228
e) Comparar el valor calculado con los valores convencionalmente observadosw para SDNR,
relativos a MLSS
dggX
XSDNRMLSSSDNR
T
b
/13.0
4375
330417.0
El intervalo tpico en bibliografa es de 0.04-0.42 g/gd
8. Ir a la etapa de nitrificacin en el diseo y determinar la cantidad de oxgeno requerido
hkgcacindesnitrifisnR /2550
La cantidad de oxgeno suplementado por la reduccin del nitrato es:
hkgdkgg
kg
NgNO
gOO /55.123/25.2965
10
128800945
86.23
3
22
hkgO requeridoneto /45.13155.1232552
9. Determinar la energa de mezcla en la zona anxica
3310/10 mkWmezclaEnerga
kWmkWmPotencia 6.2110/102160 333
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
39
Tabla 1.3.9. Parmetros de diseo de la zona anxica.
Parmetro Valor
NO3-NEfluente 9 g/m3
IR 3.22
RAS 0.78
Vanxico 2160 m3
MLSS 4375 g/m3
SDNR 0.17 gNO3-N/gMLSSd
Tiempo de detencin 1.8 h
Potencia mezcla 21.6 kW
1.3.3. Eliminacin biolgica de fsforo
El fsforo tambin se puede eliminar por va qumica. Sin embargo, mediante la
eliminacin biolgica de fsforo se consigue reducir los costes qumicos. Adems, se produce
menor cantidad de lodo en comparacin con la precipitacin qumica.
La eliminacin biolgica de fsforo se basa en las siguientes premisas:
Numerosas bacterias son capaces de almacenar exceso de fsforo en sus clulas en
forma de polifosfatos.
Bajo condiciones anaerobias, las bacterias acumuladoras de fsforo asimilan
productos de la fermentacin (por ejemplo cidos grasos voltiles) convirtindolos en
productos que son almacenados dentro de las clulas, con la correspondiente
eliminacin de fsforo presente en los polifosfatos.
Bajo condiciones aerobias, se produce energa por la oxidacin de estos compuestos
almacenados y se introducen polifosfatos dentro de las clulas.
En la tabla 10 se presentan los datos iniciales para disear la zona anaerobia necesaria
para la eliminacin de fsforo. En el proceso A2O a la zona anaerobia le sigue una zona
anxica. La eliminacin de fsforo ocurre cuando a una zona anaerobia le sigue una zona
aerobia o bien una zona anxica.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
40
Tabla 1.3.10. Datos iniciales para el diseo de la zona anaerobia.
Parmetro Valor
Q 28800 m3/d
DBO5 210 mg/l
rbCOD 84 mg/l
SRT 2 d
0.5 h
P 7.9 mg/l
T 18C
En la tabla 1.3.10 se puede observar que el tiempo medio de retencin celular es de 2
das. El intervalo tpico en bibliografa es de 2-3 das. Se debe evitar que sea mayor porque si
no se pueden tener problemas de nitrificacin. Adems, el tiempo de retencin hidrulico que
se ha seleccionado es de 0.5 h. El intervalo tpico que aparece en la bibliografa es de 0.25-1
hora. Conocido el caudal, se puede calcular el volumen de la zona anaerobia:
36005.024
28800mQVanaerobio
Por otra parte, para calcular la cantidad de fsforo que se consigue eliminar, se han
tenido en cuenta las siguientes suposiciones:
[NO3-N]= 9 mg/l en RAS
gP
rbCODg06.1
NgNO
rbCODg
3
6.6
gbiomasa
gP015.0
En la tabla 1.3.11 se muestra el valor de los parmetros cinticos que modelan el
comportamiento cintico de las bacterias que intervienen en el proceso de eliminacin
biolgica de fsforo.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
41
Tabla 1.3.11. Parmetros cinticos.
Parmetros cinticos Valor
kd 0.12
Y 0.4
Yn 0.12
kdn 0.08
1. Determinar la rbCOD disponible para la reduccin biolgica de fsforo (RBP) empleando
un balance a la entrada al reactor.
a) Desarrollar un balance de masa para el nitrato
reactorRASRASRAS
NNOQQNNOQNNOQluente
333inf
reactor
NNOQQQ 378.1978.00
3
33 /9.378.1
978.0mNgNONNO
reactor
b) Determinar la rBCOD disponible para la eliminacin de P
3
3
3
3 /74.256.69.3
mgNNOg
rbCODg
m
NNOgrbCOD eequivalent
3/26.5874.2584 mgrbCODdisponible
2. P eliminado mediante RBP
33
/826.5/10
/26.58mgP
PgrbCODg
mrbCODgRBP
3. Determinar el P usado para la sntesis de nueva biomasa hetertrofa
Produccin de biomasa:
SRTkNOYQ
SRTk
SSYQP
dn
xn
d
biox
11
0,
dgP biox /4.3255617208.01
4512.028800
212.01
3364.028800,
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
42
P utilizado para el crecimiento de la biomasa:
dgbiomasag
gPPusado /3.488344.3255617
015.0
33 /7.128800
3.48834/ mgmg
4. Determinar la concentracin de P soluble en el efluente
3lim /5.77.1826.5 mgP inadoe
3lub /4.05.79.7 mgP efluenteleso
5. Determinar el contenido de P en el fango
dkggkgP lodoentotal /1.21610/1288005.7 3
Determinar la produccin de fango total
dkgP TSSx /15.3408,
%3.610015.3408
1.216,% P
2. LINEA DE LODOS
2.1. INTRODUCCIN
En una depuradora de aguas urbanas, a medida que el agua avanza por la misma se van
eliminando una serie de constituyentes que van desde grandes slidos, como piedras o basura,
hasta slidos de menor tamao como arenas. Estos slidos ms pequeos se recogen en forma
de lodo que tiene que ser tratado en su lnea correspondiente.
Teniendo en cuenta que el lodo tiene en sus inicios un contenido en slidos secos del 0,25
al 10 % en peso, el volumen de los mismos eliminado en los tratamientos (primario y
secundario principalmente) es muy elevado. Adems los lodos llevan una gran cantidad de
materia orgnica biodegradable que puede producir problemas relacionados con el higiene ya
que se sta se degrada en poco tiempo generando olores, organismos patgenos y otra serie de
problemas.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
43
Debido a esto, el tratamiento de lodos para su estabilizacin y su posterior revalorizacin
resulta, hoy en da, un aspecto imprescindible a la vez que complejo en cualquier estacin
depuradora instalada o en proyeccin.
El origen y caractersticas de los lodos, hace que stos se puedan clasificar en dos tipos
que se detallan a continuacin:
- Lodos primarios: estn constituidos por slidos sedimentables (materia en suspensin)
procedentes del tratamiento primario. Tienen un color gris, de olor molesto, y
fcilmente digeribles.
- Lodos secundarios: proceden de los sedimentadores secundarios en los que se
introduce la purga de los lodos utilizados en el proceso A2O. Estos lodos tienen una
apariencia floculenta de color marrn. Tienden a degradarse con bastante rapidez
adquiriendo un olor desagradable de putrefaccin.
En la figura 2.1.1 se puede observar un esquema de una EDAR donde se sealan los
fangos primarios y secundarios. Este esquema permite hacer un seguimiento del tratamiento
de estos lodos hasta su producto final: lodos estabilizados con un bajo contenido en agua y
biogs que se utilizar para la generacin de energa elctrica.
Figura 2.1.1 Esquema de una EDAR en la que la lnea de lodos cuenta con un sistema de
precalentamiento de lodos para aumentar la eficacia de la digestin anaerobia.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
44
Uno de los procesos ms importantes dentro de la lnea de lodos es el espesamiento de los
mismos. Este proceso tiene como objeto la reduccin de del volumen de los lodos mediante la
eliminacin de agua, y por tanto mediante su concentracin.
Como ya se ha dicho anteriormente, la concentracin inicial de esos lodos es muy pequea
por lo que cualquier reduccin del contenido de agua se va a traducir en una disminucin
considerable de su volumen lo que implica una mayor eficacia y menor coste de los
tratamientos posteriores (digestin, deshidratacin, secado y almacenamiento), junto con una
reduccin en el coste de bombeo.
La forma tradicional de tratamiento de los lodos es el tratamiento conjunto de los lodos
primarios y los secundarios, previo paso por un tanque de homogenizacin. Sin embargo se
obtienen rendimientos bajos por lo que actualmente el mtodo de tratamiento es otro.
En la actualidad, lodos primarios y secundarios se espesan por separado debido a las
diferentes caractersticas de los mismos. Mientras los lodos primarios tienen una densidad
aparente mayor que la del agua ( = 1,04 g/cm3), los lodos secundarios no (=1,002 g/cm3).
Debido a esto el espesado en la EDAR La Gavia se va a realizar por separado:
- Espesamiento por gravedad de los lodos primarios hasta alcanzar una concentracin
de slidos del 4-6%.
- Espesamiento por flotacin con aire disuelto (FAD) de los lodos secundarios hasta
alcanzar una concentracin de slidos del 3-5%.
2.2. ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD:
El fundamento del espesamiento por gravedad de los lodos primarios es el mismo que el
que se utiliza en la sedimentacin del tratamiento primario de la lnea de aguas de la EDAR.
Se van a eliminar los slidos sedimentables, es decir aquellos slidos con densidad mayor que
la del agua.
Los lodos diluidos alimentados fluyen hacia el interior del tanque de sedimentacin, los
slidos se posan en el fondo, es decir sedimenta y compacta. Con la ayuda de rasquetas, el
lodo espesado se recoge del fondo y se lleva, bien a un tanque de mezcla donde se une con el
lodo secundario, bien a los digestores. El sobrenadante se retorna al sedimentador primario.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
45
Como ya se ha comentado, el espesamiento por gravedad se lleva a cabo en
sedimentadores donde el lodo permanece el tiempo necesario para conseguir una
concentracin de slidos adecuada (4-6%).
En la figura 2.2.1 se puede observar un esquema de un sedimentador primario en donde
se pueden distinguir sus principales componentes tales como: el grupo motriz, eje solidario al
grupo motriz, barredores o rasquetas de fondo y la campana central que tiene como misin
tranquilizar las aguas de llegada.
Figura 2.2.1 Perfil de un espesador de lodos por gravedad [2.1]
Figura 2.2.2 Planta de un espesador de lodos por gravedad [2.1]
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
46
2.2.1. Diseo de los espesadores de lodos por gravedad
Para poder disear los espesadores por gravedad de la depuradora de La Gavia es
necesario partir de los datos del efluente inicial que se recogen en la tabla 2.2.1.
Tabla 2.2.1 Datos iniciales del efluente a la EDAR
Q medio
(m3/d)
Q medio
(m3/h)
SS (mg/l) DBO5
(mg/l) N (mg/l) P (mg/l)
172.800 7.200 300 300 70 10
Para los clculos de los slidos en suspensin del efluente y del influente, la DQO de
los lodos primarios y los caudales, tanto volumtrico como msico, se van a considerar varias
suposiciones que han sido obtenidas de la bibliografa (Mtcalf & Eddie, 2005) y que se
detallan a continuacin:
- En el tratamiento primario se elimina un 60% de los slidos en suspensin que son los
que van al espesado de lodos primarios por gravedad.
- Se elimina un 30% de la DBO5 en el tratamiento primario.
- Los lodos primarios tienen un 5% de slidos secos y se espesan hasta un un 8% de
slidos secos.
En la tabla 2.2.2 se recogen los resultados del espesamiento por gravedad de los lodos
primarios teniendo en cuenta las siguientes ecuaciones:
msolidos (kg SS/h) = Q (m3/h) SS (g SS/m
3) Ec. 2.1
m (kg lodo/h) = msolidos (kg SS/h) / % SS Ec. 2.2
Qv ( m3lodo/h) = m (kg lodo/h) / lodo (kg lodo/m3) Ec. 2.3
Tabla 2.2.2 Datos de caudales y concentraciones para el diseo del espesador por gravedad.
Concentracin de SS entrada
(g SS /m3)
180
Caudal msico SS
(kg SS / h) 1.296
Caudal msico lodos
(kg lodos /h) 25.920
Caudal volumtrico de lodos
(kg lodo / m3)
25,4
Una vez conocido el caudal de entrada al espesador de lodos primarios, asi como la
concentracin de slidos (5% al inicio, 8% al final de la decantacin) se plantea el balance de
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
47
materia en relacin a los slidos en el espesador. Para ello se utiliza la ec 2.4 y se supone que
en el agua no hay presencia de slidos por lo que Cagua = 0.
ment Cent = msal Csal + magua Cagua Ec. 2.4
magua = ment - msal Ec. 2.5
La nica incgnita en la ecuacin 2.4 es el caudal msico de lodos a la salida cuyo
valor tras despejar se muestra a continuacin. As mismo se puede calcular el caudal msico
de salida segn la ecuacin 2.5, donde el resultado se expresa en m3/h suponiendo que la
densidad del agua es de 1 g/cm3.
msal lodos = 16.200 kg lodo/h Qsal agua = 9,52 m3/h
Para el diseo propiamente dicho del sedimentador, es decir, dimensionado
principalmente, se van a tomar como referencia parmetros bibliogrficos tales como la carga
de slidos y el tiempo de residencia de los lodos en el espesador. Estos se muestran en la
tabla 2.2.3.
Tabla 2.2.3 Datos bibliogrficos para el dimensionado del espesador (Mtcalf & Eddie, 2005)
Con esos datos se determina la superficie del decantador, el dimetro y la altura
(ecuaciones 2.6-8). Hay que destacar que el tamao medio de este tipo de equipos est entre
los 7-20 m por lo que se va a hacer un estudio sobre el nmero de equipos necesarios para
llevar a cabo la operacin.
Superficie (m2) = mss (kg SS/d) / Carga de slidos (kg SS/m
2d) Ec. 2.6
( ) ( )
( )
Carga de slidos
(Kg SS /m2 d)
Tiempo de residencia (h)
100 24
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
48
Se ha probado para uno y dos espesadores por gravedad y los resultados se muestran en
la tabla 2.2.4.
Tabla 2.2.4 Dimensiones de los espesadores por gravedad.
1 ESPESADOR 2 ESPESADORES
mSS (kg SS /d) 31.104 15.552
Superficie (m2) 311,04 155,52
Dimetro (m) 19,9 14,1
Altura (m) 2 2
Para terminar se va a calcular el caudal de lodos que sale del espesador por gravedad y que
llega al tanque de mezcla donde se consigue la homogeneizacin con los lodos secundarios
procedentes del espesador por flotacin. Para ello se va a hacer uso de la ecuacin 2.9 donde
se relaciona en caudal de entrada y salida con la concentracin de slidos.
(
)
Qsalida = 15,88 m3 lodo /h
Se concluye por tanto que para tratar el caudal msico de lodos primarios requerido en
la EDAR La Gavia van a ser necesarios dos espesadores por gravedad de 14 m de dimetro y
2 m de altura. Esto concuerda con los instalados en la planta tal y como se observa en la
figura 2.2.3.
Figura 2.2.3 EDAR La Gavia, espesadores por gravedad.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
49
2.2.2. DBO5 eliminada en el espesador por gravedad.
En la EDAR La Gavia, el valor de DBO5 del influente es de 300 mg/l o lo que es lo mismo 300
g/m3. Al espesador por gravedad llegan los lodos procedentes del sedimentador primario donde se ha
eliminado un 30% de esa DBO5.
Adems, y segn datos de la bibliografa (Mtcalf & Eddy), la DBO5 del agua eliminada en el
espesador por gravedad es de 250 mg/l, por lo que al saber el caudal de agua eliminada podemos saber
la DBO5 del agua extrada del espesador por gravedad utilizando la ecuacin 2.10.
(
)
(
)
DBO5 agua extrada = 57,17 kg/d
2.3.ESPESAMIENTO POR FLOTACIN
Los lodos procedentes del sedimentador secundario (tratamiento biolgico) tienen una
densidad muy similar a la del agua (1,05 kg/m3 frente a 1 kg/m
3), por lo que la sedimentacin
por gravedad es muy problemtica, ya que se requerira mucho tiempo para efectuar la
sedimentacin, adems de que no sera satisfactoria.
Por ello, el espesamiento de los fangos procedentes del tratamiento biolgico se realiza
mediante flotacin, que consiste en la introduccin de finas burbujas de aire en la fase lquida.
Las partculas slidas del fango se adhieren a las burbujas, y la fuerza ascensional que
experimenta el conjunto hace que suban a la superficie, aunque la diferencia de densidades
entre las partculas y el agua sea baja. El esquema de flotacin ms empleado es la flotacin
por aire disuelto, en la que la corriente lquida se presuriza y se le inyecta aire a presin.
2.3.1. Descripcin del proceso
La figura 2.3.1 muestra un esquema de un sistema de flotacin por aire disuelto con
recirculacin como el que se va a emplear. En la figura 2.3.2 se tiene un diagrama de un
flotador por aire disuelto.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
50
El lodo procedente de la purga del reactor biolgico de tratamiento A2O entra al flotador
mediante la campana de difusin (Figura 2.3.2) y se despresuriza, formndose unas burbujas
de aire que arrastran hacia la superficie las partculas de lodo que se encuentran en el afluente,
que se extraen mediante un sistema de rascadores superficiales que arrastran los flotantes
hacia la descarga de flotantes. Las partculas que no tienen afinidad por el aire, o son mucho
ms pesadas que el agua, sedimentan en el fondo, y un rascador las conduce hacia la
extraccin de fangos sedimentados.
El agua clarificada se recoge a travs de un vertedero de efluente, protegido mediante unos
deflectores que evitan que las aguas superficiales, cargadas con partculas, accedan al
vertedero. Del total de efluente clarificado que se obtiene, parte se recircula hacia la unidad de
presurizacin en inyeccin de aire, para facilitar la presurizacin al estar libre de partculas
que puedan daar las bombas e inyectores.
El tiempo de retencin medio es de unas 6 h, pudindose conseguir de esta forma una
concentracin de slidos entre un 3 y un 6 %.
Figura 2.3.1. Esquema del proceso de espesamiento mediante flotacin por aire disuelto (FAD).
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
51
Figura 2.3.2. Diagrama de un espesador mediante flotacin por aire disuelto.
2.3.2. Diseo del flotador
Al flotador entra la corriente de purga del circuito de lodos del reactor biolgico empleado
en el tratamiento secundario de las aguas residuales de la ERAR de La Gavia. Los datos de la
corriente de entrada al flotador se presentan en la tabla 2.3.1.
Tabla 2.3.1. Datos de las corrientes de entrada al sistema de flotacin.
Total (6 uds)
Caudal Volumtrico
(m3/da) 2.718
Caudal SS
(kg/da) 11918,64
Concentracin
(mg/L)/(%) 4.385/0,44
Densidad
(kg/m3) 1.005
Se supone que se recupera la totalidad de los slidos presentes en el fango, y que la
concentracin de los slidos en los lodos espesados es de un 5 %.
2.3.3. Balances de materia en torno al espesador
A partir de los datos de partida de la tabla 2.3.1 y del requerimiento de concentracin de
las corrientes de salida y la recuperacin de slidos, se calcula la composicin se calculan las
composiciones y caudales de las corrientes de salida del sistema. Un balance de slidos se
expresara segn la ecuacin 2.11.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
52
Donde el trmino relacionado con el clarificado se anula, debido a que se supone que todos
los slidos se recuperan y salen en el caudal de lodos, quedando el clarificado libre de slidos.
El caudal de clarificado se obtiene a partir de la diferencia entre los caudales de afluente y
salida de lodos, tal y como aparece en la ecuacin 2.12. Los caudales obtenidos se presentan
en la tabla 2.3.2.
El caudal msico de slidos en el afluente se mantiene en los lodos
Tabla 2.3.2. Resumen de caudales de entrada y salida del sistema de flotacin por aire disuelto.
Msico,
kg/h
Volumtrico,
m3/h
Caudal SS,
kg/h
Caudal afluente 113.816,25 113,25 496,61
Caudal clarificado 103.884,05 103,88 0
Caudal lodos 9.932,2
496,61
2.3.4. Clculo del caudal de recirculacin
La eficacia de un sistema de flotacin por aire disuelto depende principalmente del valor
de la relacin entre el caudal de aire y el caudal de slidos. Los valores tpicos de la relacin
aire/slidos para los espesadores de fangos de aguas residuales varan entre 0,005 y 0,060
mlaire/mgslido. Este valor debe determinarse mediante experimentacin, pero como no es
posible realizar la experimentacin, se ha tomado un valor de 0,008 (Metcalf&Eddy, 1995).
La relacin entre el cociente aire/slidos, y la concentracin de slidos en el fango se refleja
en la ecuacin 2.13.
( )
Donde A/S es la relacin aire-slidos, mlaire/mgslidos; sa es la solubilidad del aire, ml/l; f es
la fraccin de aire disuelto a la presin P, normalmente igual a 0,8; P es la presin, atm; Sa es
la concentracin de slidos en el fango, mg/l; y R es la fraccin caudal de efluente
recirculado.
Por otra parte, P se calcula a partir de la presin manomtrica en kPa, p, usando la
ecuacin 2.14.
Contaminacin Hdrica Diseo de una EDAR urbana
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De acuerdo con la bibliografa (Metcalf&Eddy, 1995), la presin manomtrica de la lnea
de recirculacin, es de en torno a 275 kPa, valor que ser el considerado en el diseo.
La solubilidad del aire en agua, sa en la ecuacin 2.13, es funcin de la temperatura segn
la tabla 2.4.3 y la ecuacin 2.15, obtenida por ajuste a una ecuacin de segundo grado de los
datos de la tabla 4.3 (Metcalf&Eddy, 1995).
Tabla 2.4.3. Valores de solubilidad de aire en agua en funcin de la temperatura.
T, C 0 10 20 30
sa, ml/l 29,2 22,8 18,7 15,7
(
)
Para una temperatura de 22 C, la solubilidad resulta en 17,83 ml/l.
As, la fraccin de recirculacin necesaria para aportar un caudal de aire en relacin de
0,008 ml/mg se calcula a partir de la ec. 2.13, obtenindose que la recirculacin es de un 76,8
% del efluente.
El caudal de aire necesario para alcanzar la relacin A/S de 0,008 mlaire/mgslidos es, para el
caudal de slidos que tratar, de 3.793 l/h a una presi