Optimización del Tratamiento de Aguas Residuales: Procesos y Equipos Clave

Pretratamiento de Aguas Residuales

El pretratamiento consiste en la eliminación de materiales que, por su tamaño o naturaleza, pueden crear problemas en operaciones posteriores. Esto incluye sólidos de gran tamaño, arenas, grasas y aceites.

Operaciones Previas al Pretratamiento

• Pozo de gruesos y estación de elevación de agua (Predesbaste)
• Depósito/Balsas de homogeneización: Para regular el caudal y/o composición.

Operaciones de Pretratamiento

• Desbaste
• Desarenado y desengrasado
• Flotación

Pozo de Gruesos y Elevación de Agua Bruta (Predesbaste)

En esta etapa se produce la separación de sólidos de gran tamaño y materiales muy pesados que puedan producir obstrucciones en las instalaciones. Los materiales a separar incluyen piedras, troncos, plásticos, etc. Los elementos separadores son barras, alambres y varillas paralelas.

Desbaste

La primera etapa en el tratamiento del agua residual es la separación de los sólidos de gran tamaño que pueden provocar obstrucciones en la instalación. Esto se realiza mediante rejas y tamices. Se eliminan partículas de hasta 500 micras y se eleva el agua con bombas y tornillos de Arquímedes.

Rejas

Depuran micro y macropartículas mediante limpieza mecánica. Se debe controlar la velocidad de paso (menor o igual a 1,4 m/s). Si la velocidad es muy baja, las partículas pueden caer antes de llegar a la reja; si es muy rápida, la reja se puede partir. Se debe evitar el arrastre de sólidos y el exceso de pérdida de carga. La velocidad de aproximación será mayor a 0,4 m/s. La separación entre barrotes dependerá de si son rejas de gruesos (10-40 mm) o de finos (6-10 mm).

Tamices

Pueden ser estáticos o dinámicos. Depuran partículas mucho más pequeñas que las rejas (0,5-6 mm de abertura). Los tamices estáticos tienen una velocidad de paso entre 0,4 y 1,2 m/min. Los tamices dinámicos están en continuo movimiento; el agua percola por dentro y los sólidos quedan por fuera. El tamiz Aquaguard permite penetrar el agua hacia abajo y los sólidos quedan retenidos en una especie de pinza que sube y luego se recogen en una bolsa. Es una mezcla entre estático y dinámico.

Desarenado

Su función es eliminar sólidos que, por su densidad y tamaño, pueden depositarse en las conducciones y provocar abrasión en bombas y otros elementos. Se eliminan partículas de hasta 200 micras (arena con bajo contenido de materia orgánica, grasas y aceites). Las partículas sedimentan en los desarenadores o decantadores y se extraen. Los desarenadores empleados son de tipo rectangular aireado y circulares con alimentación tangencial.

Desarenador Rectangular Aireado

• Tiempos de retención entre 2 y 5 minutos.
• Introducción de aire mediante difusores laterales.
• Eliminación de olores como consecuencia de la aireación del agua.
• Rendimientos de eliminación de sólidos constantes independientemente del caudal del agua.
• Arena extraída con un bajo contenido en materia orgánica, grasas y aceites.

Desengrasadores

Su objetivo es retirar aceite libre, grasas, jabón, pedazos de madera, corcho, residuos vegetales, pedazos de fruta, etc. Se emplean separadores de placas paralelas.

Separadores de Placas Paralelas

• Sección rectangular o circular.
• Tiempos de retención de 10 a 15 minutos, suficiente para que la materia flotante ascienda a la superficie y pueda recogerse.
• Separación de partículas de grasa, aceite e hidrocarburos de hasta 50 micrómetros.

Flotación

Su objetivo es eliminar partículas sólidas o líquidas. Se introducen burbujas de aire en el efluente que se adhieren a las partículas, haciendo que el conjunto partícula-burbuja suba a la superficie por la fuerza ascensional. Existen distintos tipos: flotación por aire disuelto, flotación por aireación o flotación por vacío. Para aguas residuales con muchas grasas y aceites, se utiliza la flotación por aire disuelto.

Flotación por Aire Disuelto (FAD)

El aire se disuelve en el agua residual a una presión de varias atmósferas, y a continuación se libera la presión hasta alcanzar la atmosférica. Se presuriza todo el caudal mediante una bomba, añadiendo aire comprimido a la tubería de la bomba. Se mantiene el caudal bajo presión en un calderín para que se disuelva el aire y se produce la alimentación del líquido presurizado en el tanque de flotación a través de una válvula reductora de presión (se forman las burbujas). El caudal tiene que ser constante.

Homogeneización de Caudal

Permite mezclar todas las aguas residuales y laminar la entrada a la siguiente fase del proceso. Estas operaciones se implementan antes de operaciones que necesitan un control muy exhaustivo de las propiedades o caudales. Se puede homogeneizar:

• El caudal que va a salir a la siguiente etapa del proceso.
• La contaminación.
• La cantidad de nutrientes que lleve esa agua.
• Conocer la cantidad de materia orgánica que van a consumir los microorganismos en un proceso secundario.
• Equilibrar el pH para procesos posteriores.
• Permite enviar caudal constante al tratamiento.

Tratamiento Primario (Decantación)

Objetivo: Eliminación de sólidos sedimentables en suspensión (menores a 200 micras).

Tipos de Decantadores Empleados

• Circulares: El más común.
• Rectangulares.
• Lamelares.

En función del tipo de agua, la velocidad de sedimentación de los sólidos varía. Se deben realizar una serie de experimentos (Jar-Test) para determinar cuánto tiempo tardará ese sólido en pasar de estar en la fase acuosa a estar en el fondo del decantador. Estos decantadores normalmente tienen una zona de calma (la de fuera), conocida como vertedero del decantador primario (donde va cayendo el agua limpia). Se pueden poner varios en paralelo. En este caso, a diferencia del proceso anterior, las partículas están en suspensión y no decantan solas, lo que implica que no haya una fórmula empírica para calcular la velocidad de sedimentación. Por ello, hay que hacer experimentos en el laboratorio y, mediante el método de Jar-Test, calcular el tiempo de sedimentación en función del tipo de agua. Las partículas, durante el proceso de sedimentación, se agregan o floculan, aumentando la masa y, por tanto, la velocidad de sedimentación.

Funcionamiento del Decantador

El agua entra por debajo y sube por la columna central hacia la derecha, donde las partículas van sedimentando, yendo al fondo y obteniendo agua limpia arriba (quizás con algo de sólido). Para limpiar este último residuo hay un deflector y luego sale el agua líquida. La velocidad de llenado será muy lenta. Existen diferentes parámetros para dimensionar este decantador. El agua limpia se va hacia fuera y va a la zona de calma.