El tratamiento primario tiene como objeto la eliminación de los sólidos orgánicos suspendidos y coloidales, de los sólidos sedimentables por medio de la floculación, y de los sólidos y líquidos flotantes que previamente no fueron removidos, además de la remoción de los mismos en forma de lodos o espumas.
- Sedimentación:
Consiste en la separación de solidos por gravedad, por su propio peso, esta es una operación unitaria física.
Los sedimentadores pueden ser de acuerdo a su forma cuadrados, circulares, y rectangulares, de acuerdo al escurrimiento pueden ser de escurrimiento vertical o escurrimiento radial. Están provistos de aditamentos de entrada y salida que garanticen la distribución uniforme del agua en toda la unidad para evitar la formación de espacios muertos y corrientes de agua.
Estos aditamentos que permiten lograr una buena distribución del flujo transversal a lo largo de la unidad, son canales, pantallas ranuradas o de orificios, vertederos, etc., colocados en la entrada y salida del sedimentador.
Para el diseño de los sedimentadores se deben tomar en cuenta: el área superficial de la unidad, las velocidades de asentamiento de las partículas en proceso de remoción y la profundidad del sedimentador, además hay que tomar en cuenta el periodo de retención, velocidad horizontal, aditamentos de distribución (entrada – salida ), y cargas sobre el vertedero de salida.
Los periodos de retención entre 60 min y 120 min en sedimentadores de profundidad de 3 mts son suficientes para remover un porcentaje del 45% y hasta 65%de los sólidos suspendidos presentes, como muchos de estos sólidos en suspensión son materia orgánica obtenemos un beneficio adicional con la remoción de gran cantidad de ellos, que se ve reflejado en la disminución de la DBO de un 30%a 40% , en cuanto a la velocidad horizontal puede variar de 30cm/min a 100cm/min, la profundidad entre 2,5 y 3,5 m.
Los dispositivos de entrada se utilizan para distribuir el agua uniformemente en la entrada del tanque reduciendo las corrientes de densidad y espacios muertos, además de disipar la energía cinética disponible a la entrada, disminuyendo las velocidades a los límites que más tarde sean requeridos en la unidad de sedimentación.
Pueden utilizarse pantallas reguladas con ranuras u orificios, tabiques de inmersión con área de pase inferior etc.
A la salida se colocan generalmente vertederos que pueden ser de caída libre o sumergidos para sedimentadores cuadrados y rectangulares, en estanques circulares el vertedero deberá cubrir la periferia total de la unidad.
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- Flotación:
Es una operación unitaria física que facilita la separación de los sólidos en un líquido a través de la presencia de burbujas de aire introducida en la fase liquida. En el ascenso de tales burbujas por adherencia, se hace flotar el particulado que se desea separar del líquido.
Las aguas negras tienen una cierta cantidad de grasas, aceites y solidos coloidales que tienden a flotar en su superficie, que con los jabones y los detergentes crean natas y espumas en los tanques sedimentadores, que obstruyen los cedazos y ocasionan problemas en los filtros, cuando las condiciones del líquido residual, afluente a tratamiento primario y secundario, son tales que se justifica una separación apreciable del material suspendido se recurre al diseño de los tanques desnatadores.
Los tanques desnatadores, son estructuras alargadas y estrechas, con periodos de retención de 2 a 3 min, y con sistemas de inyección de aire para ayudar y acelerar el proceso de flotación. En muchas ocasiones si la cantidad de material flotante no es considerable, se aprovechan los sedimentadores circulares se acondicionan con accesorios para recoger material flotante y espumas, estos barredores de superficie empujan el material flotante hacia cajas recolectoras de espuma.
El material flotante descargado es incorporado a los lodos provenientes de las otras unidades, o se pueden incorporar a tanques digestores previo análisis para evitar que interfieran en el normal funcionamiento de este.
- Coagulación:
Consiste en la desestabilización de los coloides, se logra la ruptura del coloide (partículas cuyo tamaño está comprendido entre 1 a 400µm, no pueden ser separadas por centrifugación convencional ni sedimentadas en forma apreciable) este proceso de coagulación se asocia a mezclas rápidas.
- Floculación:
Es el proceso que sigue a la coagulación, (atracción de partículas pequeñas para formar el floculo), este proceso de formación del floculo se asocia a mezcla lenta para que se forme y se vaya al fondo mediante la sedimentación.
- Coagulación – Floculación:
Con los tratamientos descritos anteriormente (tratamientos preliminares y la separación física de solidos suspendidos con ayuda de unidades de sedimentación – flotación) aún no se ha logrados una remoción de DBO mayor al 40% y la remoción de solido en el orden del 65%, por lo tanto es necesario completar esta etapa.
La eficiencia de este tratamiento primario puede aumentar en la etapa de sedimentación, si se añaden sustancias químicas llamadas coagulantes que en contacto con el agua producen compuestos llamados flóculos, que son más pesados que el agua, y se precipitaran, arrastrando en su descenso partículas en suspensión, que encuentren en su paso.
Para que la coagulación sea efectiva se requerirá de una aplicación de coagulante que debe ser dosificado en forma adecuada y debe mezclarse rápidamente y en forma efectiva para lograr la unión del líquido a tratar con coagulante. Con este proceso de coagulación se logra una remoción de sólidos en suspensión en el orden del 85% y la DBO se reduce al 70% aproximadamente.
Estas sustancias coagulantes se deben mezclar en forma violenta para distribuir la sustancia con el agua, y se logra con la ayuda de agitadores mecánicos (configurados por un eje de rotación acoplado al motor y con hélices adheridas a este eje o paletas metálicas), inyección de aire u otros métodos, el tanque donde se hace el mezclado se denomina tanque de mezcla rápida, en este las aguas tendrán un periodo de retención de 1/2 minutos a 1.5 minutos.
El floculo formado será muy pequeño por ello para aumentar de peso y tamaño, deben pasar a los tanques de floculación donde pasan a baja velocidad y manteniendo una muy ligera agitación (mezcla lenta) que permita el choque de la materia en suspensión con los floculo que aumentaran de tamaño, el tiempo de retención será de 30 a 90 minutos.
La coagulación química se consigue añadiendo sustancias coagulantes como: sulfato de aluminio (alumbre), sulfato ferroso, sulfato férrico, cloruro férrico, siendo en algunos casos necesario añadir sustancias auxiliares para un efecto de coagulación como cal, carbonato de sodio, cloro, etc.
Algunos equipos utilizados en el tratamiento primario
1.- Tanques sedimentadores metálicos
Los tanques sedimentadores metálicos son estructuras fabricadas en láminas de hierro, en forma de cono truncado para lograr la sedimentación de los lodos, soportadas en bases fabricadas en vigas estructurales, ancladas al piso con pernos metálicos, fijados previamente a las fundaciones vaciadas en concreto armado.
Los tanques cuentan con escalerillas metálicas adosadas a un lado para permitir al operador realizar las actividades necesarias, en el interior se les construyen vertederos perimetrales, bafles perimetrales, y cuentan además con agitadores para mezclar el efluente con los productos químicos que se les adicionen (mezcla rápida y mezcla lenta).
2.- Sistemas de flotación por aire disuelto
DAF: Es un equipo utilizado en los sistemas de tratamiento para eliminar los materiales suspendidos que contenga el efluente.
Están constituidos por un clarificador, un sistema para el manejo y control del aire a disolver para la flotación, un mecanismo separador de solidos flotantes, un mecanismo colector de sólidos sedimentados, un equipo para dosificación de productos químicos, un compresor de aire, un tablero de control eléctrico, dos bombas de presurización, y un tanque de solubilización.
3.- Sistema combinado flotación-floculación
IPL: Es un equipo utilizado para separar del agua las partículas sólidas y/ o fluidas (aceites), mediante la gravedad.
Esta separación se hace mediante la adherencia de burbujas de aire micronizadas a las partículas sólidas, lo cual da como resultado una diferencia en densidad suficiente para provocar una rápida flotación y eficaz separación.
En este equipo la mezcla y reacción de los aditivos químicos con las partículas contaminantes, tiene lugar en una tubería, el aire necesario para la flotación es disuelto en un caudal reciclado de agua tratada, usando una bomba especial de fase múltiple que es parte del equipo, al producirse cierta descomprensión, con válvulas diseñadas especialmente, se forman burbujas microscópicas de aire, las cuales al mezclarse con el agua sucia se adhieren a las partículas sólidas. Las partículas sedimentadas son descargadas por el fondo del equipo y regresadas al sistema de tratamiento.
