Operaciones Unitarias en Tratamiento de Aguas Residuales

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de Quimica , Ingenieria Quimica y Agroindustria

PROGRAMA DE ACTUALIZACION Y EXAMEN DE APTITUD

PROFESIONAL

Curso OPERACIONES UNITARIAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES

Profesor. Ing Gilberto Salas Colotta

e-mail: gsalas19@yahoo.es

Minimizacion de vertidos industriales

• Auditoria ambiental previa

• Plan de minimizacion

- Modificacion de los procesos de produccion

- Segregacion de efluentes

- Sustitucion de materia prima

- Optimizacion del consumo, recuperacion

reciclado del agua

Capitulo 1Tratamiento y

Caracterizacion de Aguas Residuales

Industriales

Introduccion

• Los procesos industriales generan una gran variedad de aguas residuales de orígenes distintos

• Algunos de los contaminantes, especialmente los metales pesados y ciertas sustancias orgánicas, están sometidas a severas restricciones.

• Los contaminantes pueden encontrarse en forma disuelta o en suspensión y por su naturaleza química pueden ser orgánicos e inorgánicos

Caracteristicas de las ARI

• Homogenizar previamente los efluentes

• Segregar efluentes muy contaminados

• Neutralizacion de efluentes

• Aplicación de tratamientos especificos

Tuberia de descarga de agua de bombeo de una pesquera

Valores Máximos Admisibles(VMA) de las descargas de aguas

residuales no domésticas en el sistemade alcantarillado sanitario

OPERACIONES UNITARIAS

Tratamientos primarios

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA SUPERFICIAL ( RIO )

• Planta de tratamiento de agua superficial del rio chillon , para obtener agua potable para el cono norte de lima , ubicada en Carabayllo y concesionada a la empresa agua azul de la municipalidad de roma , italia

PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUPERFICIALES

• TAMIZADO

• DESARENADO

• COAGULACION/ FLOCULACION

• SEDIMENTACION

• FILTRACION

• DESINFECCION

OPERACIONES UNITARIAS

BOCATOMA

Rejillas

DESARENADOR

DESARENADORES

Desarenadores

TANQUE DE COMPENSACION

Tanque de homogenización

CANALES PARSHALL

CANALES PARSHALL Y COAGULACION

FLOCULADORES

FloculadoresCoagulación

FLOCULADORES

SEDIMENTADORES

VISTA DEL FILTRO DE ARENA VACIO

FILTROS DE ARENA ABIERTOS

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CLOACALES

• El objetivo primordial del tratamiento de aguas residuales cloacales consiste en eliminar o modificar los contaminantes perjudiciales para la salud humana o el entorno acuático, o terrestre

• Se fijan requisitos de efluentes en cuanto a DBO, SST y coliformes fecales

• Los contaminantes en suspensión, coloidales y disueltos ( orgánicos e inorgánicos) en las aguas residuales cloacales se pueden separar fisicamente , biologicamente o químicamente

PRINNCIPIOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CLOACALES

• Retención del material grueso con rejilllas o tamiz( palos trapos) aceites y grasas ( flotación)

• Separación de arenilla por sedimentación o desarenado ( sólidos intermedios )

• Separación de sólidos en suspensión( parte sedimentable) en tanques primarios de sedimentación

• Tratamiento biológico ( oxidación biologica de la materia organaica disuelta y coloidal)

• Sedimentación final de los microorganismos del tratamiento biologico y tratamiento de lodos

• Desinfección para disposición final

PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES CLOACALES

MALLA ROTATORIA

ESQUEMA GENERAL DE LODOS ACTIVADOS

LODOS ACTIVADOS

TRATAMIENTO DE AGUAS ÁCIDAS DE MINA(DAM, drenaje acido de mina)

La pirita es el peor villano de formación de ácido sulfúrico por la oxidación de sulfuros Minerales principalmente la pirita. (Fes2).El H2SO4 induce la inestabilidad de muchos metales.La ecuación básica de oxidación es como sigue:

El DAM puede producirse en cualquiera de los siguientes medios:– Lavado de las paredes de minas a cielo abierto;– Terrenos de minas metálicas;– Terreros de minas de carbón sulfuroso;– Presas de jales;– Montones de lixiviación;– Exposición natural de rocas que contienen sulfuros.

TRATAMIENTO DE AGUASACIDAS DE MINA AURIFERA

–Técnicas ActivasSon aquellas que se basan en el procesamiento químico del DAM mediante la adición de reactivos neutralizantes: carbonato cálcico, hidróxido sódico, bicarbonato sódico o hidróxido amónico.

Estos reactivos llevan el pH a valores aceptables, y favorecen la precipitación de la mayor parte de los metales pesados que pueda contener el agua.

TRATAMIENTO DE AGUAS DE

PROCESO EN MINERIA DEL ORO .

CONTAMINANTES MAS COMUNES DEL AGUA DE PROCESOCianuros.- Empleados en la lixiviación de mineral de oro. La eventual contaminación por cianuros puede producirse debido a vaciamientos de solución lixiviadora, a infiltraciones en el suelo a partir de pilas de lixiviación o de las cuencas de neutralización o también durante el transporte del insumo, que es el caso que el evento contaminante puede producirse lejos de la mina.

Proyecto YANACOCHAObjetivos del Proyecto

Tratar el exceso de agua del procesamiento para distintos minerales minados (óxidos, sulfuros, etc.), cumpliendo los limites máximos permisibles de elementos pesados en el agua.

Alcanzar la exigencia de contenido de Cianuro WAD de 0.1 ppm exigido por DIGESA a partir del 2002 para la descarga de aguas al medio ambiente.

Reducción del contenido de Nitrato en la descarga de aguas a niveles aceptables: <10 mg/l NO3-N. (Recomendado por la US EPA y la World Health Organization)

Reducción de pérdidas de Oro durante la temporada de lluvias.

Alcanzar futuros estándares más exigentes respecto a metales pesados que pueda expedir la reglamentación peruana.

Planta convencional de tratamiento de aguaPlanta convencional de tratamiento de agua

Cloro NaSH

Cloruro Férrico

Tanque de Clorinación

Alcalina

Tanque de Precipitación de metales

Tanque de Remoción de

As y Sb

Clarificador

Floculante

Tanque de Lodos

Lodos a cancha de Lixiviación

Agua tratada a poza de

amortiguación

Tanque de Alimentación de exceso de

Planta deProceso

540 m3/h540 m3/h

7 m3/h7 m3/h

50 ppm CN

Max. 0.2 ppm CN

Tiempo de operación anual: 6 meses (temporada de lluvia)

Tiempo en recirculación: 20%

Planta de tratamiento de agua de exceso, “EWTP” (Excess Water Treatment Plant)

Unidad A

Unidad B

Antincrustante

Al Sumidero

de Solución Barren

Pre-Filtros

Permeado

Concentrado

Tanque de almacenamiento de

permeado

Canchas de Lixiviación

Solución de Proceso

(BARREN)

500 214

Flujo m3/h

Bombas de alta presión

Sistema de Lavado

Tanque de Clorinación

Agua tratada a poza de

amortiguación

Planta de tratamiento de agua de Osmosis Inversa

NaOHCloro

Alimentación

Diseño de un Sistema de Osmosis Inversa

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE UNA PESQUERA

Depuracion de aguas residuales en industria de galvanoplastia

• Reduccion del Cr(VI) hasta Cr(III)

2H2CrO4 + 3 Na2SO3 + 3 H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3 Na2SO4 + 5 H2O

• Oxidacion de cianuros

2 NaCN + 5 NaClO + 2 NaOH 2 Na2CO3 + N2 + 5 NaCl + H2O

• Precipitacion

Na2CO3 +Ca(OH)2 CaCO3 + 2 Na(OH)

Cr2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 2 Cr(OH)3 + 3 CaSO4

Reutilizacion de aguas residuales depuradas

• Uso agricola como agua de riego

• Uso municipales o urbanos

• Uso recreativos

• Usos industriales

• Inyeccion en acuifero

Clasificación de los componentes del agua

• Estamos acostumbrados a clasificar en tres categorías los compuestos del agua: sólidos suspendidos, partículas coloidales (menos de 1 micra) y sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).

Constituyentes del agua residual

• Físico: pH, temperatura, color , olor , solidos suspendidos ( SS)

• Quimico: solidos y gases disueltos

• Biologicos: microorganismos(hongos, bacterias,virus)

Solidos suspendidos

• El agua residual contiene materiales sólidos grandes sedimentables hasta materiales coloidales

• En la caracterización de las aguas residuales, los materiales gruesos son removidos antes de analizar sólidos en la muestra.

• La clasificación de los diferentes tipos de sólidos identificados y la interrelación entre estas fracciones se ilustra .

CONO INHOFF

Analisis de datos de solidos para una muestra de agua residual

• Los siguientes resultados fueron obtenidos a partir del analisis realizado a una muestra de agua residual. Todas las muestras fueron de 100 mL.

• Determinar : ST, SVT, SST, SSV, SDT, SDV. • Las muestras se sometieron a secado y calcinación

Pretratamiento

• Conjunto de elementos estaticos o dinamicos que permiten eliminar los solidos gruesos y finos(arenas),cuyo paso a los tratamientos posteriores dificultaria la operatividad de los mismos.

• Los distintos elementos de un pretratamiento son:

Pretratamiento

1. Tanques de homogenizacion, empleados cuando llegan diferentes efluentes a la P.T.A.R

2. Rejas y tamices, eliminan los solidos de tamaňo grande y mediano

3. Desarenadores, eliminan solidos finos o arenas

4. Desengrasadores o trampas de grasas, eliminan materia insoluble de menor densidad que el agua, la llamada materia flotante(grasas o aceites)

Tamizado

• Es la primera operacion unitaria encontrada en una planta de tratamiento de aguas.

• En el tamizado grueso se emplean equipos para interceptar y retener solidos gruesos presentes en el agua residual cruda.

TAMIZ DE TORNILLO TAMIZ DE REJAS

CRIBA ROTATORIA

Capitulo 2Homogenizacion

Estanques de homogenizacion

• Para neutralizacion

• Aminorar variaciones de caudal

• Aminorar variaciones de carga contaminante

Estanques de homogenizacion a nivel constante

• Si caudal de entrada varia , varia el caudal de salida. No es una tecnica de homogenizacion sino de neutralizacion

Estanques de homogenizacion a nivel variable

En este metodo , el efluente sale con un caudal constante, y teniendo en cuenta que el caudal de entrada varia con el tiempo, el nivel del estanque es variable

Diseño del tanque de homogenizacion

1. Determinar el volumen total diario de agua a tratar

2. Calcular el caudal medio a tratar por planta de tratamiento de aguas residuales

Gráfico de caudales instantaneos

Solución gráfica

Tratamiento Primario

• Se denomina asi al proceso o conjunto de procesos que tienen como objetivo la eliminacion, por medios fisicos, de los solidos en suspension mas finos no eliminados en el pretratamiento

Capitulo 3Sedimentación

Sedimentacion

• La sedimentacion se utiliza en los tratamientos de aguas para separar solidos en suspension de las mismas

• La eliminacion de la materias por sedimentacion se basa en la diferencia de peso especifico entre las particulas solidas y el liquido donde se encuentran

Esquema de sedimentacion intermitente

Clases de sedimentadores

• Rectangulares

• Circulares

• Inclinados

Sedimentador rectangular

Sedimentador circular

Mecanismo de remocion de lodos en un sedimentador

Sedimentadores de placas inclinadas

Tipos de sedimentacion de particulas

• Sedimentacion de particulas discretas ( de tipo I ) : arena , arcilla,etc

• Sedimentación de particulas floculentas ( de tipo 2 ) solidos suspendidos coagulados y floculados

• Sedimentacion zonal o interferida ( de tipo 3) separación de lodos

Tratamiento matematico : hipotesis

1.- El sólido es un particula esferica, porosa e incompresible

2.- El fluido es incompresible y se hallla en cantidad suficiente

Mecanica del movimiento de particulas a traves de un fluido

• Las fuerzas que actuan sobre el cuerpo que esta cayendo son: la fuerza de la gravedad ( Fg = mg ) una fuerza de empuje ( FE = wg ) y la fuerza de arrastre ( Fd) debida a la friccion del fluido y la particula

Cuerpo

solidoFd

Regimenes de flujo

• La expresión Re = φpdPVp ρw / μ fue utilizada por Newton como criterio de régimen de flujo

• Donde : Re = # de Reynolds

v = velocidad de la particula

dp = diámetro de partícula

ρw = densidad del fluido

μ = viscosidad del fluido

φp = factor de forma

F = ma = Fg – FE – Fd = mg – wg - Fd ...(1)

siendo: g = aceleración de la gravedad

m = masa de la particula solida

w = masa del fluido desplazado

por la particula

mg = fuerza de la gravedad

wg = fuerza de empuje

Fd = fuerza de rozamiento

• la masa de las particulas esfericas es:

m = Π dP3 ρs / 6

• el area proyectada de la particula Ap y el volumen Vp sera

AP = Π dP2 / 4 , VP = Π /6 dP

• Sustituyendo m y AP en ecuacion 1 :

F = ma = mdv/dt = Π /6 dP3 ρp dv/dt

mg = Π /6 dP3 ρs

wg = Π /6 dP3 ρwg

• Stokes demostro que : Fd = 3 Π dp μ vp ( flujo laminar )

• Dividiendo entre Π /6 dP3 , tendremos:

Regimen laminarReynolds < 1,9

• siendo: dp = diametro de la particula

μ = viscosidad del fluido

• Si reemplazamos en (1) tendremos:

v = (ρs – ρw ) g dP2

Sedimentación de partículas discretas tipo 1

• En el diseño de tanques de sedimentación, el procedimiento de cálculo consiste en elegir una partícula con velocidad terminal de sedimentación Vsc y diseñar el tanque para garantizar la remoción de todas las partículas con velocidad terminal de sedimentación mayor o igual a Vsc

velocidad de sedimentacion critica o de diseno(vsc)

• Regimen de sedimentacion de particulas : laminar

Q = As vsc vsc = Q / As = FC

factor de carga superficial , o velocidad de diseno, gal/ pie2.d ( m3 / m2 x d )

As = area superficial del sedimentador y

Vsc= velocidad de sedimentacion de diseno

Profundidad del tanque

• La velocidad de diseno, el tiempo de retencion y la profundidad del tanque se relacionan con la siguiente expresion:

vsc = profundidad

tiempo de retencion

Fraccion de particulas separadas(Xr )

Xr = vs

donde Xr es la fraccion de particulas con velocidad de sedimentacion vs que seran removidas

Remocion de particulas discretas

• Dado que el modelo de sedimentacion ideal, no toma en cuenta efectos ocasionados por la turbulencia en la entrada y en la salida, cortocuitos, acumulacion de lodos, las particulas que al llegar al labio de salida no llegaron al fondo(velocidad vs ), una fraccion de ellas , si no son arrastradas, seran separadas

Velocidad de arrastre

• La velocidad de arrastre (VH) es :

v H = [8k ( s - 1) gd / f ] 1 / 2

Las particulas que no se separaron completamente, si no son arrastradas , una fraccion de ellas se separara si :

Si VH > Vh , no seran arrasradas, caso contrario

seran arrastradas

. Donde Vh es la velocidad hidraulica( Q/ A')

Remocion de DBO y SST

a + bt

R = % de remocion esperado

t = tiempo de retencion,h

a,b = constantes empiricas

REMOCION DBO Y SST

• R = t / ( a + bt ) donde :

R = % remocion esperado

t = tiempo de retencion.,h

a,b = constantes empiricas

variable a, b

DBO 0,018 0,020

SST 0,0075 0,014

Ejemplo de la fraccion total removida de particulas discretas(tipo I) en un

sedimentador

Problema

• Considerar una suspension de particulas (s = 2,65) en agua a 20 °C con un tamaňo uniforme de particula (dp = 0,07 mm). El caudal es de 4 000 m3/dia

Calcular 1) la superficie As para la separacion del 100% de las particulas, 2) Si As se reduce en 70% determinar el nuevo factor de carga y el tamaňo de particula que se separa completamente

Problema

• Considerar una suspension de particulas de peso especifico(s = 2,65) a 20 °C, con una distribucion de tamaňos como la que se muetra. El caudal es de 4 000 m3/dia. Diseňar el sedimentador rectangular si se desea separar completamente las particulas de 0,085 mm. Determine el % de separacion, si ninguna particula es arrastrada

Problema

• En un sedimentador horizontal la alimentacion es de 2 840 m3/dia y sus dimensiones son:

• H = 2,45m W = 6,10 m L = 15,20 m

• Determinar si las particulas de diametro 0,1 mm y p.e = 2,65 seran arrastradas. Tomar f = 0,03 y k = 0,04

Problema

• En un sedimentador horizontal la alimentacion es de 2 840 m3/dia y sus dimensiones son:

• H = 2,45m W = 6,10 m L = 15,20 m

• Determinar si las particulas de diametro 0,1 mm y p.e = 2,65 seran arrastradas. Tomar f = 0,03 y k = 0,04

Problema

• Diseňar un sedimentador horizontal de tal forma que el 100% de las particulas de 0,5 mm sean separadas y solo sean arrastradas las particulas de 0,1 mm. El caudal a tratar es de 80 000 m3/dia , k= 0,04 y f = 0,08. Tomar W = 6,0 m

• La distribucion de tamaňos es:

Distribucion de tamaňos

% en peso Tamaňo , dp

50 1,0

20 0,5

20 0,2

10 0,1

Problema

• Diseňar un sedimentador circular para particulas discretas(tipo I) que deba tratar 80 ton suspension/h (8% solidos suspendidos)a 20 °C, si se desea separar completamente particulas de tamaňo superior a 35 micras. Densidad del solido = 2 710 kg/m3,

• Viscosidad = 1,14 cP , tiempo de retencion = 30 minutos

Sedimentación de partículas floculentas tipo 2

• Las partículas coloidales son coaguladas y floculadas. A medida que ocurre la coalescencia la masa de partículas aumenta y se sedimenta más rápido

• El desarrollo de la floculación depende de la colisión entre partículas, que a su vez es función de la carga superficial, de la profundidad del sedimentador, de la concentración de las partículas y del tamaño de las mismas

Coloides

• Los coloides son partículas de tamaño intermedio entre las moléculas y las partículas suspendidas

• Aunque las partículas coloidales son muy pequeñas, son lo suficientemente grandes como para dispersar la luz (efecto Tyndall) por lo que estas partículas comunican aspecto turbio u opaco al agua, a menos que estén muy diluidas.

• La mayoría de los coloides están cargados negativamente, por lo que en agua son estables debido a la repulsión electrostática entre estas partículas invisibles.

Estabilidad de los coloides:fuerzas coloidales

Electroforesis

• Comportamiento eléctrico de los coloides• Las coloides están cargadas de electricidad, lo que

se puede demostrar introduciendo dos electrodos conectados a una fuente de corriente continua en una dispersión coloidal, en cuyo caso las partículas se mueven según el signo de su carga,

• Los coloides tienen movilidad electroforetica

COAGULACION- FLOCULACION

• Los procesos de coagulacion- floculación se emplean para extraer del agua sólidos que en ella se encuentran suspendidos siempre que su rapidez natural de asentamiento sea demasiado baja para proporcionar clarificación efectiva. Estos solidos no se asientan por ser coloides

• La coagulación dessestabiliza estos coloides al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados. Esto se logra añadiendo cioagulantes químicos y aplicando energía de mezclado

• La etapa de formación de flóculos es la floculación

Coagulantes metálicos

• Los coagulantes metalicos(el alumbre y las sales de hierro) actuan como coagulantes y floculantes.

Condiciones del proceso de coagulacion

La utilizacion de Al2(SO4)3 y FeCl3 implica • Al2(SO4)3 en H2O 2Al+3 (ac) + 3SO4

2- (ac)

• Estos iones hidratados , dependiendo de pH evolucionan a la formacion de iones solubles

• Al (H2O)6+3 que actuan como coagulantes

Condiciones del proceso de coagulacion

La utilizacion de FeCl3 implica

• FeCl3 en H2O Fe+3 (ac) + 3Cl - (ac)

• Estos iones hidratados , dependiendo de pH evolucionan a la formacion de iones solubles Fe (H2O)6

+3 que actuan como coagulantes

Condiciones del proceso de floculacionformacion de hidroxidos

Al+3 (ac) + 3OH- (ac) Al(OH)3 (s)

Fe+3 (ac) + 3OH- (ac) Fe(OH)3 (s)

Los hidroxidos son precipitados gelatinosos que atrapan a los floculos(floculacion) y facilitan su sedimentacion

PRUEBA DE JARRAS

PRUEBAS DE JAR-TEST PARA ELEGIR COAGUALNTE Y FLOCULANTE

FLOCULO

Floculación

,• Promueve colisiones entre las partículas

desestabilizadas en la coagulación, por efecto del transporte de fluido, formando partículas de mayor tamaño, visibles a la vista: los flóculos.

• La agitacion debe ser lenta para evitar romper el "floc"

FLOCULACION

COAGULADOR –FLOCULADOR

Fracción de partículas removidas

%R = Σ [Δhi / H ][ (Rn + R n+1) /2]Donde:R = remoción de SST , %n = número de curva con igual porcentaje de remoción

Δhi = distancia entre curvas de igual porcentaje de remoción, pie ( m)H = altura total de la columna de sedimentación, pie (m)

Rn = porcentaje igual de remoción de la curva n

R n+1 = porcentaje igual de remoción de la curva n+1

lastscan.jpg

Datos de laboratorio que ilustran el diseño de clarificadores para parículas tipo 2

Diseño de un clarifcador ( partículas tipo 2)

Sedimentación zonal interferida tipo 3

• En sistemas que contienen concentraciones elevadas de sólidos en suspensión, además de la sedimentación discreta( libre) y floculenta, también ocurre otros tipos de sedimentación como la interferida o zonal (de tipo 3 )

ESQUEMA GENERAL DE LODOS ACTIVADOS

LODOS ACTIVADOS

SEDIMENTACION INTERMITENTE

Área necesaria con base en el método de resultado de ensayos de sedimentación

• En el diseño de unidades de sedimentación, la elección de la carga superficial se debe dar en base a los siguientes factores:

1) el área necesaria para la clarificación

2) el área necesaria para el espesado

3) la velocidad de extracción de lodos

Capitulo 4FLOTACION

FLOTACION

• La flotacion es un proceso para separar solidos de baja densidad o particulas liquidas de una fase liquida.

• Flotacion por aire disperso o inducido(IAF)

• Flotacion por aire disuelto ( DAF)

• Flotacion por aire cavitado( CAF)

FLOTACION POR AIRE DISUELTO ( DAF )

• La separación se lleva a cabo introduciendo un gas ( normalmente aire ) en la fase líquida , en forma de burbujas. La fase liquida se somete a un proceso de presurización en presencia de sufiente aire para conseguir la saturación del aire en agua.

• Luego este líquido saturado de aire se somete a un proceso de despresurización llevandolo hasta la presión atmosférica por paso a traves de una valvula reductora de presión. En esta situación y debido a la despresurización se forman pequeñas burbujas de aire que se desprenden de la solución.

• Los sólidos en suspensión o las particulas líquidas flotan debido a que estas pequeñas burbujas se asocian a los mismos y los obligan a elevarse

PRUEBA DE FLOTACION

ADHERENCIA DE BURBUJAS

GENERACION DE MICROBURBUJAS

DAF CIRCULAR PARA MATERIAL FLOTABLE

DAF RECTANGULAR

DAF CON RECIRCULACION

Evaluación de las variables de flotación en el diseño de procesos

• Sistemas de flotación sin recirculación:

A/S = 1,2 Sa ( fP –1) / X0

Despejando P = ( 1/f) [ (A/S ) X0/( 1,2 Sa +1)]

•Sistemas de flotación conn recirculación:

A/S = ( R/Q) 1,2 Sa ( fP –1) / X0

Efecto de la relación A/S sobre la eficiencia de la remoción de sólidos

en suspensión (SS)

Efecto de la carga hidraulica sobre la remoción de sólidos en suspensión(SS)

en suspensión (SS)

Problema

Una unidad de flotación es utilizada para concentrar 0,011 m3/s de un lodo activo de 0,3 a 4% de sólidos. Operación en planta piloto indicó una relación óptima de aire / sólidos (A/S) de 0,02 y un factor de carga de 0,54 L/m2.s , y una presión de 3 atm Determinar , la superficie de la unidad de flotación.

• Datos : f = 0,6 y la solubilidad del aire en agua = 22 cm3 /L

Problema

• Un estudio experimental de flotación fue efectuado con agua residual industrial a 20°C. El caudal es de 1 600 m3/ dia y el afluente contiene 900 mg/L de sólidos suspendidos . Tomar f = 0,5 ( factor que tiene en cuenta la instauración del aire en el tanque de presurización) y una presión en de 80 psig. Para un sistema de flotación con aire disuelto (DAF), con recirculación, hallar el diámetro del flotador .Los estudios de laboratorio muestran la relacion A/S vs la remocion y el factor de carga optimo

en suspensión (SS)

Efecto de la carga hidraulica sobre la remoción de sólidos en suspensión(SS)

Capitulo 5FILTRACION

FILTRACION

• Las particulas suspendidas en un liquido se separan mecanicamente o fisicamente usando un medio poroso que retiene las particulas en forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin solidos

• Cuando la concentracion es minima, los filtros operan por tiempos muy largos, antes de que sea necesario limpiar el medio filtrante

TIPOS DE EQUIPOS DE FILTRACION

• Filtros de lecho abiertos• Filtros a presion *Filtros de cartucho * Filtros de canastilla * Filtros de arena * Filtros de lecho profundo

* Filtros prensa• Filtros al vacio• Filtros de banda

ESQUEMA DE FILTRO DE LECHO ABIERTO

Filtro a Presion

Este proceso equivale a un filtrado de 20-15 micras, por lo que al pasar por este proceso, el agua no debe tener substancias a la vista del ojo humano.El equipo requiere continuamente hacer un retrolavado, es decir hacer pasar el agua en sentido inverso.

FILTROS DE CARTUCHO

PRINCIPIO DE OPERACION

FILTROS DE CANASTILLA

FILTROS A PRESION DE LECHO PROFUNDO

FILTROS DE ARENA A PRESION

FILTRO PRENSA

ESQUEMA FILTRO PRENSA

QUEQUE O TORTA

SISTEMA DE FILTRACION

FILTRO ROTATORIO AL VACIO

• Consiste en un tambor rotatorio cilindrico perforado que gira en una tina que contiene la suspensión que debe filtrarse

• El vacio en el interior produce la separación solido-líquido, dejando los solidos sobre el medio filtrante

Pruebas de filtracion al vacio

ESQUEMA DE FILTRO AL VACIO

SISTEMA DE VACIO

FILTRO ROTATORIO AL VACIO

FILTRO DE DISCOS

• Filtro continuo de discos basado en los principíos del filtro al vacio, salvo que la superficie de filtración esta formada por las dos caras de varios discos montados perpendicularmente a una flecha horizontal giratoria que pasa por el centro de los discos.

• El filtrado se extrae de cada disco y se remueve la torta mediante raspadores

FILTRO DE DISCOS

FILTRO DE BANDAS

• Es otro tipo de filtro de presión• El lodo fluye a la zona de drenado donde se

efectua un espesamiento inicial• Lodo pasa a traves de dos cedazos donde se

aplica presión y se efectua un desecamiento parcial

• Finalmente al aumentar la presión sobre las bandas se termina de desecar

FILTRO DE BANDAS

Problema

• Filtraciones de laboratorio realizadas a caida de presion constante con una suspension en agua han conducido a los datos que se presentan en la tabla. El area del filtro era de 440 cm2, la masa de solido por volumen de filtrado es de 23,5 g/L, y la temperatura de 25 °C. Evaluese α y Rm como funciones de la caida de presion, y obtengase una ecuacion empirica para α ajustando los resultados

Problema

• Se desea filtrar una suspension en un filtro prensa que tiene 20 marcos y cada maco tiene un area de 0,873 m2. Se usara un ΔP = 16,2 lbf/pulg2. El area del filtro de laboratorio fue de 0,0439 m2 y las constantes de filtracion son K1 = 6,28x 106 s/m6 y K2 = 5475 s/m3. Calculese el tiempo de filtracion necesario para extraer 10 m3 de filtrado

Problema• Un filtro rotatorio de tambor al vacio que sumerge

33% del tambor en la suspension se va a utilizar para filtrar una suspension con una caida de presion de 67,0 kPa. L concentracion de solidos en la suspension es de 0,191 kg solidos /kg suspension y w = 308,1 kg de solidos /m3 de filtrado. Calcule el area de filtro necesaria para filtara 0,778 kg de suspension/s. El tiempo del ciclo es de 250 s. La resistencia nespecvifica de la torta se puede representar como α = (4,37x109) (-ΔP)0,3, donde –ΔP se da en Pa y α en m/.

• ρH20 = 996,9 kg /m3 , μH20 = 0,8937 x 10-3 kg/m-s

Problema

• En un filtro prensa de placas es necesario filtrar una suspension, obteniendo en 3 horas 6 m3 de filtrado. La filtracion experimental de esta suspension en un filtro prensa de laboratorio , bajo la misma presion y con el mismo espesor de capa de sedimento, ha demostrado que las constantes de filtracion referidas a 1 m2 de area de filtro tienen los valores siguientes:

• K 1= 13,02 s/L2 , K 1= 28,21 s/L• Determinar el numero demarcos si cada marco

tiene una dimension de 0,25m x0,25 m

Operaciones Unitarias en Tratamiento de Aguas Residuales

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