Depuración para principiantes VII-I: Acondicionamiento de fangos

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Sobre el blog

Jorge Chamorro
Ingeniero especialista en tratamiento y depuración de aguas y en desalación.
  • Depuración principiantes VII-I: Acondicionamiento fangos

Antes de proceder a estabilizar los fangos producidos en la línea de agua es necesario realizar un acondicionamiento de los mismos:

  • El tamizado de los fangos primarios en una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) tiene por objeto eliminar los residuos sólidos: Los residuos sólidos que generalmente se encuentran en los fangos primarios pueden llegar, por acumulación en los digestores, a inhibir el proceso de estabilización y obligan a limpiezas frecuentes de los mismos.
  • El espesamiento de fangos tiene por objeto eliminar los residuos sólidos y disminuir el volumen de fango a estabilizar: A menor volumen de fangos menor volumen de las unidades de estabilización.

El acondicionamiento de los fangos antes de su estabilización está formado por:

  • Tamizado (exclusivamente para los fangos primarios)
  • Espesamiento.

El espesamiento puede ser:

  • Por gravedad: adecuado para fangos primarios y biológicos procedentes de procesos sin reducción de nitrógeno
  • Por flotación: para fangos biológicos procedentes de procesos de nitrificación-desnitrificación
  • Mecánico: para cualquier tipo de fango

Para el diseño de estas instalaciones, es conveniente seguir los siguientes pasos:

  1. Establecer los datos de diseño
  2. Definir los parámetros de diseño y las prestaciones
  3. Diseñar las instalaciones y equipos
  4. Verificar los parámetros de funcionamiento.

Primero: Establecer los datos de diseño

Los datos de diseño que se necesitan son:

  • Materia seca (MS) en kilogramos producidos al día
  • Concentración en porcentaje

Recordar que el caudal es deducible de los dos datos anteriores

Segundo: Definir los parámetros de diseño y las prestaciones

Así como en la línea de agua los depósitos y los equipos estaban muy definidos por los rendimientos exigidos, en la línea de fangos numerosos procesos dependen de las prestaciones de los equipos de cada fabricante.

En consecuencia, más que establecer los parámetros de diseño de estos equipos, lo que se tiene que definir son las prestaciones que los equipos deben de cumplir con el objeto de seleccionar el más adecuado para cada proceso.

El tamizado de fangos tiene por objeto retirar los residuos sólidos. El parámetro de diseño es el paso de malla. En general con un paso de malla de 3 mm se suele obtener una protección adecuada. No obstante, a medida que aumentan el tamaño de la EDAR, se debería de adoptar valores inferiores para aumentar los tiempos entre vaciado y limpieza de los digestores:

Las prestaciones de los equipos de tamizado serán:

  • Caudal máximo en m3/h
  • Consumo energético máximo en kw

El espesamiento por gravedad tiene por objeto reducir el volumen de los fangos. Para espesamiento por gravedad de fangos primarios los parámetros de diseño son:

La captura es el porcentaje de materia seca que se extrae con los fangos espesados, el resto de la materia seca va al escurrido que se renevía a cabecera de la EDAR. La captura depende de la carga másica, de la carga hidráulica y de la concentración de salida que se adopte.

Para espesamiento por gravedad de fangos secundarios los parámetros de diseño son:

Para espesamiento por gravedad de fangos primarios y secundarios los parámetros de diseño son:

Que responden a las siguientes expresiones:

Donde:

  • MS es la cantidad de MS en la entrada expresada en kilogramos diarios
  • Q es el caudal circulante en m3/h
  • S es la superficie en planta, en m2, del espesador
  • V es el volumen del espesador en m3

Para espesamiento por flotación de fangos secundarios los parámetros de diseño son:

La captura depende de la carga másica, de la carga hidráulica, de la dosis de floculante y de la concentración de salida que se adopte.

El espesamiento mecánico tiene por objeto reducir el volumen de los fangos. Las prestaciones de los equipos de espesamiento mecánicos serán:

  • Concentración de salida > 4 %
  • Caudal máximo en m3/h
  • Consumo energético máximo en kw
  • Concentración máxima de sólidos en suspensión del escurrido expresada en ppm
  • Consumo máximo de reactivos expresado en kilogramos de producto por tonelada de materia seca de entrada

Tercero: Diseñar las instalaciones y equipos

Para el diseño del tamizado se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Definir el paso de malla a adoptar
2) Definir el número de unidades a instalar, en base a :
  • Mínimo número de equipos: 2
  • Número máximo: en función de las equipos de los diferentes fabricantes
3) Determinar el caudal máximo de los equipos
4) Definir las prestaciones de los equipos:
  • Caudales en m3/h en función de las concentraciones de entrada
  • Concentración de entrada admisible en %
  • Paso de malla en mm
  • Consumos energéticos en kWh

Para el diseño de los espesadores de gravedad, se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Definir el número de unidades a instalar
2) Calcular la superficie mínima necesaria en planta
3) Calcular las dimensiones unitarias en planta, respetando
  • φ < 26 m (φ: diámetro)
4) Si hay que aumentar el número de unidades volver al paso 1
5) Definir la altura recta en vertedero respetando una altura mínima de 4,0 metros
6) Calcular el volumen unitario
7) Calcular las características de los fangos espesados.
8) Definir el sobrenadante del espesador.

Para el diseño de los espesadores por flotación, se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Determinar los caudales horarios
2) Definir el número de unidades a instalar
3) Calcular la superficie mínima necesaria en planta
4) Calcular el número de unidades a instalar y las dimensiones unitarias en planta,
  • φ < 15 m (φ: diámetro)
5) Si hay que aumentar el número de unidades volver al paso 2
6) Definir la altura recta en vertedero respetando una altura mínima de 3,0 metros
7) Calcular el volumen unitario
8) Calcular las características de los fangos espesados :
9) Definir el sobrenadante del espesador.
10) Calcular el sistema de dosificación de polielectrolito

Para el diseño de los espesadores mecánico, se deben de seguir los siguientes pasos:

1) Definir el número de unidades a instalar, en base a :
  • Mínimo número de equipos: 2
  • Número máximo: en función de las equipos de los diferentes fabricantes
2) Determinar el caudal máximo de los equipos
3) Calcular las características de los fangos espesados
4) Definir el sobrenadante del espesador.
5) Definir las prestaciones de los equipos:
  • Caudales unitarios en m3/h
  • Concentración mínima de entrada en %
  • Concentración materia volátil de entrada en %
  • Concentración de salida garantizada en %
  • Consumo de polielectrolito para la concentración de salida en kg/Tn MS
  • Captura mínima garantizada para las condiciones de diseño % de la materia seca de entrada
  • Consumo máximo de agua de lavado en m3/h para las condiciones de diseño
  • Consumo máximo de energía eléctrica en kWh para las condiciones de diseño

Cuarto: Verficar los parámetros de funcionamiento

Con las dimensiones definidas, verificar, para cada una de las instalaciones que se cumplen los parámetros de diseño.

Recomendaciones

Para un buen diseño de las instalaciones, se recomienda tener en cuenta las siguientes observaciones:

1) Diseñar las bombas de alimentación al espesamiento (purga de fangos de la línea de agua) para su funcionamiento, como mínimo, en 16 h/día
2) Disponer de un mínimo de dos unidades en cada proceso
3) Diseñar en función del número de unidades:
  • Para menos de cuatro unidades: con la máxima carga orgánica e hidráulica suponiendo que una de las unidades esta fuera de servicio
  • Para cuatro o más unidades: con la carga orgánica que garantiza la máxima captura
4) Para los tamices y los espesadores mecánicos prestar atención para que las prestaciones necesarias sean cumplidas adecuadamente por las ofrecidas por los fabricantes.
 

En un próximo blog presentaré un ejemplo.

NOTA FINAL: Las imágenes que presentan este blog son gentileza de fabricantes de equipos. En ningún momento suponen un aval o conformidad con lo recogido en el blog, que es de total responsabilidad del autor del mismo

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