(150) El volumen necesario para la homogenización del caudal se determina a partir de un gráfico de caudales a tratar, en el que se representa las aportaciones acumuladas a lo largo del día. El mismo gráfico muestra también el caudal medio diario, el que viene representado por la pendiente de la recta que va desde el origen hasta el punto final del gráfico.
Í La localización óptima variará en función del tipo de tratamiento de las características de la red de Alcantarillado y de las del agua residual.
(151) Para determinar el volumen necesario, se traza una línea paralela a la que une el caudal medio diario tangente a la curva de los volúmenes de estación acumulados. El volumen necesario viene determinado por la distancia vertical desde el punto de tangencia a la recta que representa el caudal medio. Si una parte de la curva de aportaciones acumuladas queda por encima de la línea que representa el caudal medio, la curva de aportaciones acumuladas debe limitarse con dos líneas paralelas a la del caudal medio y tangentes a la curva de caudales acumulan los puntos externos. En este caso, el volumen necesario será igual a la distancia vertical que separa a las dos rectas que limitan la curva de caudales acumulados. Este procedimiento proporciona los mismos resultados que si se sustrajera del caudal real que se presenta cada hora, el caudal medio horario y se representara la curva de volúmenes acumulados resultantes. En este caso, los puntos inferior y superior de la curva se determinarían trazando las tangentes con líneas horizontales.
(152) La interpretación física de las gráficas de la Fig. 4 es la siguiente: En el punto de tangencia inferior, el tanque de homogenización está vacío. A partir de este punto, dado que el caudal que entra es superior al caudal medio, (la pendiente de la curva de aportaciones es superior al caudal medio), el tanque de homogenización empieza a llenarse, hasta alcanzar la medianoche, momento en el que empieza a vaciarse de nuevo (la pendiente es menor que el caudal medio).
(153) En la práctica, el volumen del tanque de homogenización debe ser superior al determinado por consideraciones teóricas, hecho que se deriva de tener en cuenta los siguientes factores: a) El funcionamiento continuo de los equipos de aireación y
mezclado no permiten un vaciado total, a pesar de que pueden adaptarse configuraciones y estructuras especiales. b) La recirculación de sobrenadantes y filtrados exige un
volumen adicional, caso de que el retorno se realice al tanque de homogenización (práctica no recomendada).
c) Debe contemplarse la posibilidad de imprevistos y de cambios no previsibles en los caudales diarios.
(154) A pesar de que no se puede dar un valor fijo, el volumen adicional puede variar entre el 10 y el 20 % del valor teórico.
Fig. 4: Diagramas de masa esquemáticos para la determinación de homogenización necesario para dos tipos de variación de caudales4
3.4
Desarenación
(155) La misión de los desarenadores es separar arenas, término éste que engloba a las arenas propiamente dichas y a la grava, cenizas y cualquier otra materia pesada que tenga velocidad de sedimentación o peso específico superiores a los de los sólidos orgánicos putrescibles del agua residual. La arena incluye también cáscaras de huevo, pedazos de hueso, granos de café y grandes partículas orgánicas, tales como residuos de comidas. Los desarenadores deberán proteger los equipos mecánicos móviles de la abrasión y desgaste anormales; reducir la formación de depósitos pesados en las tuberías, canales y conductos, y la frecuencia de limpieza de los digestores que hay que realizar como resultado de excesivas acumulaciones de arena en tales unidades.
(156) Los desarenadores pueden situarse en las plantas de tratamiento, allí donde la eliminación de arena puede facilitar el funcionamiento de las otras unidades. Sin embargo, la instalación de rejas de limpieza mecánica o de trituradores delante de los desarenadores facilita la operación de eliminación de arena y de las instalaciones de limpieza.
4
(157) Cuando convenga situar los desarenadores delante de las bombas para el agua residual, normalmente habrá que hacerlo a bastante profundidad con el consiguiente costo adicional que ello representa. Por tanto, se estima más económico bombear el agua residual, con la arena incluida, hasta los desarenadores situados en un punto adecuado delante de las instalaciones de la planta de tratamiento, admitiendo que las bombas pueden necesitar mayor mantenimiento que si estuvieran situadas a continuación de los desarenadores.
(158) El diseño de los desarenadores dependerá del tipo seleccionado, si van provistos o no de equipo de extracción mecánica de arena y de los requisitos que exija el equipo del desarenador en caso de existir. Un reciente estudio ha revelado que la mayoría de las instalaciones de desarenadores, cuya capacidad excede de 5000 m3/día, disponen de equipo mecánico de limpieza.
(159) Existen dos tipos generales de desarenadores: de flujo horizontal y aireados. En el primero de ellos, el flujo atraviesa el desarenador en dirección horizontal, controlándose la velocidad rectilíneo del flujo mediante las dimensiones de la instalación o el uso de secciones de control provistas de vertederos especiales situados en el extremo de aguas abajo del tanque. El tipo aireado consiste en un tanque de aireación con flujo espiral, en el que la velocidad es controlada por las dimensiones del tanque y la cantidad del aire suministrado al mismo. Por ser el más comúnmente utilizado se pasa a describir el desarenador de flujo horizontal.
(160) Hasta hace poco tiempo, la mayoría de los desarenadores eran de flujo horizontal con control de velocidad. Estos tanques se proyectaban para mantener una velocidad tan próxima como fuese posible a 0,3 m/s ya que tal velocidad arrastra la mayoría de las partículas orgánicas a través del tanque y tiende a suspender de nuevo a las que se hayan depositado, pero permite que la arena, que es más pesada, se sedimente.
(161) Las plantas proyectadas entre los años 1920 y 1930 contenían hasta 12 largos y estrechos canales desarenadores que entraban en servicio, o se cerraban para controlar la velocidad cuando variaba el caudal. Posteriormente, se redujo el número de canales y la velocidad se mantenía constante instalando vertederos proporcionales, en la salida de los canales. Tales vertederos mantienen una velocidad constante en un canal rectangular cuando varía la profundidad (si no se tiene en cuenta el almacenamiento de arena o el espacio para el equipo colector de arena en el fondo del canal), pero han de tener descarga libre, por lo que se pierde mucha carga hidráulica.
(162) También se utilizan secciones de control con lados verticales paralelos, que producen menos pérdidas de carga. Teóricamente, éstas requieren un desarenador de sección transversal parabólica para que la velocidad permanezca constante cuando varía la profundidad
Tipos de desarenadores
Desarenadores de flujo horizontal
pero pueden aproximarse satisfactoriamente a una sección transversal trapezoidal. Si se desea, la sección de control puede hacerse más estrecha en la parte superior que en la del fondo a fin de obtener la sección transversal trapezoidal que más convenga. Si los desarenadores fuesen inmediatamente seguidos de un canal tipo Parshall, éste debe proyectarse de manera que controle la velocidad. (163) La pérdida de carga en la sección de control para cualquier caudal se eleva a un 36 % aproximadamente de la profundidad del agua en el desarenador. Esta cantidad es alrededor de 1,1 veces la altura cinética en una sección de control con una entrada bien redondeada. Además, existe una variación considerable en el nivel de agua del desarenador y en la sección de control entre el flujo máximo y mínimo. Cada planta debe disponer de un medidor para el caudal. Si el medidor estuviese situado entre el desarenador y los depósitos de sedimentación, la diferencia de altura puede ser aprovechada por el medidor; en otro caso, se malgastará.
(164) Normalmente, los desarenadores se proyectan para eliminar todas las partículas de arena que queden retenidas en
un tamiz de malla 65 (diámetro de 0,21 mm), aunque muchos desarenadores hayan sido diseñados para eliminar partículas de arena retenidas en un tamiz de malla 100 (diámetro de 0,15 mm). Es de buena práctica utilizar una velocidad de sedimentación de 1,1
m/min para la eliminación de material de malla 65 y de 0,75 m/min para material de malla 100. Cuando el peso específico de la arena, debido a las condiciones locales, sea inferior a 2,65 habrá de pensarse en el uso de velocidades menores.
(165) La longitud del canal estará regida por la profundidad que requiere la velocidad de sedimentación y la sección de control, y el área de la sección transversal lo será por el caudal y el número de canales. Deberá preverse cierta longitud adicional para tener en cuenta la turbulencia que se produce en la entrada y en la salida, recomendándose un mínimo de, aproximadamente, el doble de la profundidad máxima de flujo. A veces se usa una longitud adicional máxima del 50 % de la longitud teórica.
(166) Las acumulaciones de arena en los digestores son perjudiciales, ya que la planta tiene que detenerse mientras éstos se vacían y se quita la arena. Lo cual es una operación difícil y desagradable. Cuando el diagrama de la planta incluya digestores, deberá procurarse la incorporación de instalaciones teóricamente ideales para la eliminación de arena. Por otro lado, cuando el fango sin tratar sea vertido al mar o deshidratado en filtros de vacío e incinerado, incluso desarenadores de diseño bastante distante de ser el ideal han proporcionado un fantástico servicio. La Fig. 5 ilustra un desarenador de flujo horizontal.
Í Bajo las condiciones más
adversas la partícula más ligera de arena deberá alcanzar el fondo del canal antes de su extremo de salida.
Fig. 5: Fotografía de un desarenador (der.) y un decantador (izq.)5
(167) Los dispositivos mecánicos para la extracción de arenas de los canales largos y horizontales suelen consistir en un equipo transportador dotado de rascadores. La elevación de la arena es parte generalmente integrante del proceso de recogida en las plantas pequeñas. Suelen también utilizarse elevadores de arena, especialmente en las plantas grandes. Los elevadores más corrientes son de dos tipos:
1. De cadena continua con rascadores. 2. Transportador de tornillo helicoidal.
3.5
Sedimentación
(168) El objetivo del tratamiento por sedimentación es el de remover rápidamente los residuos sedimentables y material flotante para así disminuir la concentración de sólidos suspendidos. La sedimentación primaria se emplea como parte del pretratamiento dentro del procesamiento integral aguas residuales. Los sedimentadores primarios, diseñados y operados pacientemente, remueven 50% y 70% de sólidos suspendidos y entre 25% y 40% de DBO5. El propósito de este capítulo es describir las diferentes clases de
sedimentadores usados en el tratamiento primario, considerar su desempeño y revisar algunos parámetros importantes para el diseño. La Fig. 6 muestra un decantador de sección circular.
5
Fig. 6: Tanque de sedimentación con pozo de lodo6
(169) En grandes plantas de tratamiento la remoción de SST se realiza en tanques sedimentación circulares o rectangulares con limpieza mecánica y diseño estandarizado, exceptuando aquellas plantas que cuentan con tanque lmhoff. La elección del
tipo de sedimentador acorde con una aplicación dada, depende del tamaño de las instalaciones, de las normas emitidas por las autoridades locales de control, de las condiciones locales del sitio y de la experiencia del
ingeniero diseñista. La etapa de sedimentación debe contar por lo menos con dos unidades, de manera que si un sedimentador se encuentra en trabajos de reparación y mantenimiento, es posible garantizar la continuidad del tratamiento.
(170) En los sedimentadores horizontales predomina el flujo horizontal (a diferencia del flujo radial que se da en sedimentadores circulares). Los sedimentadores rectangulares tienen sistemas para recolección de lodo sedimentado, los cuales pueden ser de barredores con cadenas o con puente móvil. En los sistemas con barredores, los lodos sedimentados se arrastran hasta los pozos para lodos, mientras que en plantas grandes se arrastran hasta unos canales de fondo transversales, los cuales
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Fuente: elaboración propia
Í El diseño de sedimentadotes primarios se omite en pequeñas plantas de tratamiento. Tanques Rectangulares Descripción
cuentan con sistemas de recolección (colectores transversales), de barredores con cadena o tomillo que conducen los lodos hasta uno o más pozos dispuestos para la recolección de material sedimentado. En los sistemas de puente móvil, el mecanismo de recolección es similar pero en lugar de barredores se instala una o más cuchillas que cuelgan del puente. Es conveniente contar con instalaciones de bombeo cerca de los pozos de recogida de lodos ubicados en los extremos del tanque. Una estación de bombeo puede fácilmente servir para dos o más tanques.
(171) Dado que en los sedimentadores rectangulares la distribución del caudal de entrada es crítica, la entrada de agua al sedimentado se realiza empleando uno de los siguientes diseños: 1. canales que ocupan la totalidad del ancho del sedimentado,
con vertederos de entrada,
2. canales de entrada con orificios sumergidos,
3. canales de entrada con compuertas grandes y deflectores. Los deflectores ubicados en la entrada son efectivos para reducir las altas velocidades de ingreso y además distribuyen el flujo a lo largo de la mayor sección transversal posible. Cuando se usen deflectores de igual ancho al del canal, deberán extenderse desde 150 mm por encima de la superficie y hasta 300 mm por debajo de la abertura de entrada.
(172) Las espumas se recolectan por lo general en el extremo de salida de los sedimentadores rectangulares, con ayuda de barredores que se mueven sobre la superficie del líquido. Existen varios métodos usados para la recolección de espuma tales como: 1. arrastre manual hasta una rampa inclinada,
2. evacuación en tubería horizontal dotada de ranuras que