Tecnologías de espesamiento

Transcripción

FT-FNG-001
FICHAS TÉCNICAS
DE ETAPAS DE PROCESO DE
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
DE LA INDUSTRIA TEXTIL
TECNOLOGÍAS DE ESPESAMIENTO
SERIE: TRATAMIENTO DE FANGOS
TÍTULO
TECNOLOGÍAS DE ESPESAMIENTO (FT-FNG-001) Fecha de elaboración
Septiembre de 2015
Revisión vigente
TECNOLOGÍAS DE ESPESAMIENTO (FT-FNG-001)
Fecha
Septiembre 2015
Autores
Joaquín Suárez López
Alfredo Jácome Burgos
Pablo Ures Rodríguez
Revisado
Modificaciones
Fecha
Modificado por:
Objeto de la modificación:
FT-FNG-001
FT-FNG-001 ÍNDICE
1.- ESPESAMIENTO DEL FANGO
1.1.- Objetivo
1.2.- Tipos de procesos de espesamiento
2.- ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD
2.1.- Fundamentos de la sedimentación-espesamiento de suspensiones concentradas
2.2.- Utilidad y aplicabilidad
2.3.- Diseño
2.4.- Consideraciones técnicas particulares
2.5.- Resultados esperables
2.6.- Problemas de explotación
3.- ESPESADO POR CENTRIFUGACIÓN / POR CENTRÍFUGAS
3.1.- Fundamentos del espesamiento mediante centrífugas
3.3.- Diseño
4.- ESPESADO POR FILTROS DE BANDA POR GRAVEDAD / MESAS ESPESADORAS
4.1.- Fundamentos del espesamiento mediante mesas espesadoras
4.3.- Diseño
5.- ESPESADORES DE TAMBOR ROTATIVO
5.1.- Fundamentos del espesamiento mediante tambor rotativo
5.3.- Diseño
6.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE FANGOS DE LA INDUSTRIA TEXTIL
BIBLIOGRAFÍA
ANEXO 1.- ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS
ANEXO 2.- DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO
Pág. 1 de 32
FT-FNG-001 Pág. 2 de 32
1.- ESPESAMIENTO DEL FANGO
1.1.- Objetivo
Los fluidos que se van retirando de la línea de agua dan origen a la línea de fango de la EDAR. Dos operaciones
básicas son el pretratamiento y el espesamiento del fango.
El objetivo de los espesadores es separar las dos fases (sólido y agua) de forma efectiva, aumentando las
concentraciones de sólidos, de manera que los volúmenes sean menores y la manipulación y disposición final sea
más fácil.
La reducción de volumen es beneficiosa para los procesos posteriores tales como la hidrólisis, la digestión, la
deshidratación, el secado y la combustión. El espesamiento reduce los volúmenes a transportar y, por lo tanto, los
equipos necesarios, la cantidad de reactivos para su acondicionamiento, la cantidad de calor requerida por los
digestores, o la cantidad de combustible a utilizar en cualquier otra proceso; también se reducen los equipos
necesarios para la deshidratación y mejora su eficacia.
El espesamiento se suele llevar a cabo mediante procedimientos físicos, que incluyen el espesado por gravedad,
flotación y centrifugación, entre otros.
1.2.- Tipos de procesos de espesamiento
La tipología de las unidades de espesamiento de fangos está directamente relacionada con las características de
los fangos a tratar. Los factores físicos, químicos y biológicos del fango influyen de manera determinante en la
aplicación de uno u otro sistema de espesamiento, así como en las condiciones de operación de los mismos.
Principales factores que influyen:

Tamaño y forma de las partículas sólidas.

Viscosidad y temperatura.

Septicidad y oxígeno disuelto.

Carga eléctrica natural o potencial Z.

Tendencias de biofloculación.

Agua ocluida
Muchos fangos son fluidos no newtonianos, es decir, exhiben propiedades plásticas o pseudoplásticas.
Los procesos típicos son:

Espesador por gravedad.

Espesador por flotación.

Centrífugas.

Filtro-tamiz de banda.

Filtro-tamiz de tambor rotativo.
El espesamiento por gravedad se suele utilizar para los fangos primarios y mixtos, así como para los procedentes
de un proceso físico-químico. En el caso de que la línea de tratamiento de los fangos incluya una estabilización
aerobia de los mismos el espesador se sitúa, generalmente, posterior a la misma, ya que este proceso requiere para
su buen funcionamiento concentraciones no muy elevadas de fangos, no superiores al 2 - 2.5%.
La flotación está indicada para concentrar los fangos biológicos procedentes del decantador secundario, también
llamados fangos en exceso o fangos biológicos.
El uso de técnicas basadas en la centrifugación y filtros-tamiz ha ido ampliando su presencia en las depuradoras de
aguas residuales en los últimos años.
A continuación se procede a analizar cada uno de ellos.
2.- ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD
2.1.- Descripción general de la unidad
El diseño de un espesador por gravedad es similar a un decantador. Normalmente los espesadores son de planta
circular; la alimentación se realiza por tubería a una campana central, que sirve como reparto y de zona
tranquilizadora, con una altura tal que no influya en la zona inferior de compactación, o compresión.
Excepto los espesadores de pequeño tamaño, que son estáticos con fondo en tolva, estas unidades disponen de
un sistema de rasquetas de fondo muy robustas, que conducen el fango hacia una poceta central, y sobre las que
se instalan unas piquetas. Estas barras verticales, que se desplazan suavemente, mejoran la homogeneidad de la
masa y crean canales preferenciales que facilitan la evacuación del agua intersticial y de los gases ocluidos
generados por fenómenos de fermentación, favoreciendo el espesamiento. El líquido sobrenadante se recoge por
un vertedero perimetral y es enviado a cabecera de la planta o al tratamiento primario.
Figura 1.- Planta y alzado de un espesador por gravedad.
El efluente del espesador se recircula a cabecera de planta, aunque la concentración de SS que arrastra debe ser
pequeña.
El puente que soporta las rasquetas normalmente es fijo y la tracción de las mismas es central.
El fango espesado se recoge en el fondo del espesador y se bombea a los digestores o a los equipos de
deshidratación, en función de la configuración de la línea de fango.
El mecanismo giratorio suele ser de accionamiento central, con doble brazo diametral. Este tipo de accionamiento
es conveniente para obtener el par necesario para asegurar el movimiento del sistema. Normalmente se instala un
limitador de par para evitar sobretensiones en el motorreductor.
El diseño adecuado de un decantador por gravedad implica tener en cuenta las posibles sobrecargas y el posible
desarrollo de condiciones sépticas.
Para evitar posibles olores a menudo se procede a recubrir el espesador mediante una cubierta estanca; esta puede
ser fija, mediante obra de fábrica, o bien desmontable, más aconsejable ya que facilita el mantenimiento.
No se suelen utilizar reactivos para mejorar el espesado.
2.1.- Fundamentos de la sedimentación-espesamiento de suspensiones concentradas
Cuando en el seno del líquido se tienen concentraciones elevadas de partículas empiezan a surgir interferencias
entre las mismas y no se pueden aplicar los principios de la decantación libre. Se diferencian, entonces, tres tipos
de sedimentación:
a) Sedimentación de partículas floculantes (Clase o Tipo I): Este tipo de sedimentación se presenta cuando las
concentraciones son bajas ([SS] por debajo de 300-500 mg/L). Es típica de los decantadores primarios.
b) Sedimentación zonal (Clase o Tipo II): Se presenta cuando tenemos concentraciones intermedias de sólidos ([SS]
entre 3000-5000 mg/L). Es típica de decantadores secundarios.
c) Sedimentación por compresión (Clase o Tipo III): Se presenta cuando las concentraciones de sólidos son muy
altas ([SS]>5000-10000 mg/L). Se denomina también espesamiento.
Figura 2.- Relación entre los tipos de sedimentación y la concentración características de floculación de las
suspensiones.
La sedimentación zonal se produce en suspensiones con concentraciones de sólidos superiores a 3000-5000 mg/L.
Las partículas interfieren una con otras y sedimentan conjuntamente. Desde el comienzo la interacción es tan fuerte
que afecta a las partículas más finas.
Si se deja reposar un agua con una concentración de sólidos suspendidos similar a la anteriormente citada en una
probeta se observa que en la parte superior aparece una zona de agua clara, en la que el rendimiento de eliminación
ha sido muy elevado. Se forma una especie de manto que va descendiendo, apareciendo una interfase diferenciada
entre el fango decantado y el agua clarificada. Este tipo de sedimentación es típico de suspensiones floculadas o
coaguladas.
Figura 3.- Comportamiento de sedimentación zonal de un fango.
Inicialmente toda la suspensión tenía una concentración uniforme y la altura de la interfase era h0, como aparece
en la figura siguiente. Durante una primera fase, del proceso, A-B, la interfase desciende a velocidad constante,
existe una decantación frenada de la interfase sólido-líquido. Conforme va pasando el tiempo aparece una zona de
desaceleración, zona definida como B-C. En la zona C-D se produce una compresión del fango.
h
A
DECANTACIÓN
FRENADA
TRANSICIÓN
B
COMPRESIÓN
C
fondo
D
t
Figura 4.- Ensayo de Kynch. Sedimentación zonal.
En la zona clarificada el rendimiento es del orden del 90%. Las partículas han sido arrastradas y apenas quedan
algunas en suspensión. En concentraciones menores el rendimiento era bastante menor.
Cuanto más elevada es la concentración menor es la velocidad de descenso de la interfase. La velocidad de
sedimentación va a depender de la concentración y de las características de las partículas. Para el diseño de un
decantador de este tipo el principal parámetro va a ser la VELOCIDAD ASCENSIONAL (Q/Sh), pero se suele limitar
también el TRH.
En la zona inferior de la sedimentación zonal existe sedimentación por compresión. La concentración de sólidos es
muy elevada. A partir de concentraciones superiores a 5000 o 10000 mg/L la sedimentación es de este tipo. El peso
de las partículas es soportado por las que están más al fondo.
Los parámetros de diseño de este tipo de sedimentación son la velocidad ascensional, que no debe arrastrar a los
SS, y la CARGA DE SÓLIDOS. Se entiende por carga de sólidos al cociente entre el flujo sólido que entra al
decantador (Kg SS/hora) y la superficie horizontal del mismo. Sus unidades son Kg/(m2·h). Este último parámetro es
fundamental a la hora de conseguir elevadas concentraciones finales.
Figura 5.- Esquema de las zonas de un espesador.
En el funcionamiento ya estacionario de un espesador se pueden distinguir tres zonas. En la parte superior aparece
la que se podría llamar “zona clarificada”, la cual tiene una baja concentración de sólidos que escapan con el líquido
sobrenadante por el vertedero. La siguiente zona, conocida como “zona de alimentación” y se caracteriza por
presentar una concentración bastante uniforme de sólidos. Por último se encuentra la “zona de compactación”,
donde se produce un aumento de la concentración hacia el punto de purga de los mismos.
Tabla 1.- Utilidad y aplicabilidad del espesado por gravedad.
TIPO DE FANGO
Primario
Primario y biológico
(fango mixto)
Biológico
FRECUENCIA DE USO
Uso tradicional.
Muy buenos resultados.
Concentraciones altas, de hasta el 10%.
Utilizado en plantas pequeñas.
Resultados satisfactorios.
Concentraciones de fangos entre 4 y 6%.
En plantas grandes no aporta ventajas.
No aconsejado.
Concentraciones bajas, del orden del 2-3%
2.3.- Diseño
2.3.1.- Parámetros de diseño
Los parámetros de diseño principales son la velocidad ascensional y la carga de sólidos.

Velocidad ascensional o carga hidráulica superficial: se basa en el caudal que realmente atraviesa la
unidad, es decir, aquel caudal que sale por el o los vertederos superficiales de salida (caudal efluente).
VASC 
Q
A
Donde:
VASC = velocidad ascensional (m/h)
Q = caudal de fango enviado a la unidad de espesado (m3/h)
A = superficie horizontal del espesador (m2)

Carga de sólidos: define la superficie requerida para un adecuado espesamiento del lodo en la zona inferior
de la unidad (zona de compresión).
.
Donde:
CS = carga de sólidos (kg SS/m2/h)
Q = caudal de fangos a la unidad de espesado (m3/h)
X = concentración de sólidos (mg/L)
A = superficie horizontal del espesador (m2)

Tiempo de retención hidráulica:
TRH 
V
Ah

Q
Q Donde:
TRH = tiempo de retención hidráulica (horas)
h = calado bajo vertedero (m)
V = volumen útil de espesamiento (m3)
Los factores que determinan el funcionamiento de una unidad de espesamiento por gravedad son:
 Origen y características de los fangos.
 Naturaleza de la floculación.
 Influencia en el proceso de los sólidos retornados en el rebose.
 Carga de sólidos sobre el espesador.
 Tiempo de retención de sólidos en la zona de espesamiento.
 Profundidad del manto de fangos.
 Tiempo de retención hidráulico.
 Forma y pendiente del espesador.
 Inducción de velocidades originada por la purga.
 Caudal de purga.
 Sistema de alimentación.
2.3.2.- Criterios de diseño
Tabla 2.- Valores para parámetros de diseño generales.
TIPO DE FANGOS
PARÁMETROS
FANGOS
PRIMARIOS
FANGOS ACTIVOS
(Baja y media carga)
FANGOS MIXTOS
(1º Y 2º)
FANGOS DE
AIREACIÓN
PROLONGADA
FANGOS
ESTABILIZADOS
Ó
DIGESTIÓN AEROBIA
CARGA DE SÓLIDOS
(kg/m2.día)
VELOCIDAD ASCENSIONAL
(m/hora)
TRH DE FANGO
(horas)
CONCENTRACIÓN DE FANGO
ESPESADO (%)
< 130
< 35
< 70
< 35
< 35
< 1,40
< 0,45
< 0,9
< 0,45
< 0,45
> 24
> 24
> 24
> 24
> 24
8 - 10
2-3
4-7
2,5 – 3,5
2 – 3,5
Consideraciones técnicas particulares:

La recogida del sobrenadante asegurará tanto el perfecto reparto del mismo a lo largo de la canaleta,
como la eliminación de los problemas producidos por los flotantes.

La campana deflectora será superior al 35% de la profundidad central del tanque y la alimentación
del mismo será mediante tubería aérea.

En los espesadores con rasquetas la solera del fondo deberá tener una pendiente mínima del 10%.

Se definirá el material utilizado para las rasquetas de barrido de fangos y se prestará especial
atención al dimensionamiento del motorreductor de arrastre, que deberá absorber el par torsor que
originen las rasquetas, para lo cual la carga uniforme de sólidos por metro lineal de rasquetas será
como mínimo de 40 kg/m.

Los espesadores de gravedad deberán ser cubiertos y estancos, pero deberá ponerse especial
atención en facilitar las operaciones de inspección y el mantenimiento y reparación de las rasquetas,
así como el sistema de desodorización, si existiese.

Los espesadores de diámetro inferior a 5 metros, y con fondo en tolva (inclinación mayor de 45º y
menor de 60º) no llevan sistemas de raquetas.

El cono de compactación está dotado con unas paletas de amasado que evitan la excesiva
compactación estática de los fangos.

Las conducciones de descarga deben de ser de diámetro elevado para evitar problemas de
atascamiento.

Para la evacuación de los caudales aportados al espesador se suele disponer de un vertedero
perimetral que conduce el agua hacia cabecera de planta.
Figura 6.- Croquis básico de flujos en un espesador por gravedad.

La extracción de fango desde la poceta central se puede realizar mediante válvulas o bien por
aspiración directa mediante bombas. El sistema de extracción debe de tener la posibilidad de
hacerse de forma temporizada. Incluso puede ser necesario que la toma pueda realizarse a distintos
niveles.
Concentración de fangos alcanzable en función del tipo de fango a espesar:
Tabla 3.- Concentraciones típicas de fangos sin espesar y espesados por gravedad.
CONCENTRACIÓN DEL FANGO, %
TIPO DE FANGO
Por separado:
Fango primario
Fango lecho bacteriano
Biodiscos
Fangos activos
Fangos aireación prolongada
Fangos de F+Q con sales metálicas
Fangos de estabilización aerobia
Fango primario y lecho bacteriano
Fango primario y biodiscos
Fango primario y fangos activos
SIN ESPESAR
ESPESADO
2 – 7 / 2,5 - 5,5 /
1 – 4/ 4 -7
1 – 3,5
0,5 - 1,5 / 0,5 - 1,2
0,2 - 1,0
0,5 – 1,5
5 – 10 / 8 – 10 / 8 – 10
3–6/7–9
2-5
2 – 3 / 2,5 - 3,3 / 2-3
2-3
3-4
2,2 – 3,5
Conjuntamente:
2–6/3-6
2-6
2,5 – 4 / 2,6 - 4,8
4–9/7-9
5-8
4,6 - 9,0 / 4 - 7
2.6.- Problemas de explotación
Tabla 4.- Resumen de problemas de funcionamiento en sistema de espesado de fangos.
PROBLEMAS
CAUSAS ASOCIADAS
Olores sépticos o ascenso del lecho Baja o infrecuente purga
de fangos
Excesivo tiempo de retención
hidráulica
Alta carga hidráulica
Baja concentración de espesado
POSIBLES SOLUCIONES
Aumentar frecuencia y/o caudal de
purga.
Disminuir tiempo de retención.
Disminuir el volumen extraído del
sistema
Mucha frecuencia o caudal alto Disminuir caudal de bombeo afluente.
de purga.
Cortocircuitos
Instalación de bafles
Mantenimiento
Pérdidas de fango en secciones Desnivel en vertederos
localizadas del vertedero
Aumento de par del sistema de Acumulación de fango muy Agitación del fango cercano al colector
denso
con lanzas de agua a presión.
barrido
Objetos caídos, incluso del Mantenimiento
propio sistema
Fangos cementados con arenas Revisar
el
funcionamiento
del
desarenado.
Revisión de apertura total de válvulas,
Atascamiento de fangos en tuberías Muy alta concentración
desatascado con agua a presión y
de impulsión
disminución de concentración por
aumento de purgas.
Limpieza con agua a presión.
Irregularidades y abultamiento en Biopelículas
vertederos
Disminuir el caudal afluente.
Pérdida de fangos continua en todo Alta carga hidráulica
Alta carga de sólidos
Disminuir concentración afluente
el vertedero
3.- ESPESADO POR CENTRIFUGACIÓN / POR CENTRÍFUGAS
3.1.- Fundamentos del espesamiento mediante centrífugas
Las centrífugas se utilizan tanto para espesar fangos como para deshidratarlos. Su aplicación para el espesado se
suele limitar al espesado de fangos activados.
El proceso de separación de las fases sólida y líquida de un fango mediante el uso de centrífugas espesadoras es
muy similar al que tiene lugar en el espesamiento por gravedad; la diferencia es que con las centrífugas se le aplica
al fango una fuerza centrífuga que supera a la de la gravedad de 500 a 3000 veces, y es esta la que provoca la
separación y concentración de los sólidos en suspensión. La aplicación de la fuerza centrífuga sobre el fango hace
que los sólidos en suspensión se desplacen alejándose del eje de rotación de la centrífuga.
Las centrífugas más utilizadas en el espesamiento de fangos son las de eje horizontal. Sus elementos principales
son un tambor cilíndrico, con forma troncocónica en un extremo y un tornillo helicoidal transportador. Van
equipadas con un motor para producir el giro del tambor y el tornillo, y los dispositivos para la retirada del fango y
el líquido clarificado.
El tornillo y el tambor giran a diferente velocidad. El fango se alimenta a la unidad de forma continua y los sólidos
se concentran en la periferia. El tornillo helicoidal, que gira a una velocidad ligeramente distinta, desplaza el fango
acumulado hacia el extremo troncocónico, donde se produce una concentración de sólidos adicional previamente
a la descarga.
En función del avance del fango espesado y del líquido clarificado dentro de la centrífuga se pueden distinguir dos
tipos de centrífugas:

Centrífugas que trabajan en co-corriente: el fango y el líquido clarificado se desplazan en la misma
dirección.

Centrífugas que trabajan a contracorriente: fango y líquido clarificado se desplazan en direcciones
opuestas (más comunes).
En la actualidad, existen en el mercado una amplia variedad de modelos, las características de los cuales varían en
función del fabricante, siendo necesario elegir la que más se ajuste a las condiciones del fango a tratar.
Figura 7.- Croquis de una centrífuga trabajando a contracorriente (Alfa-Laval).
Generalmente las centrífugas se utilizan para el espesamiento de fangos biológicos y, ocasionalmente, para reducir
el volumen de los fangos ya estabilizados.
No es recomendable el uso de estos equipos para espesar los fangos primarios debido a su alta capacidad de
sedimentación y porque contienen materiales que pueden resultar abrasivos para los equipos de la centrífuga. Hay
que tener en cuenta que este tipo de equipos son caros, por lo que deben extremarse los cuidados y
mantenimientos.
En condiciones normales el espesado por centrifugación se puede llevar a cabo sin adición de polímeros. Sin
embargo los costes energéticos y de mantenimiento del proceso pueden ser importantes. Este proceso es
interesante en plantas medias y grandes, con poco espacio y en donde se dispone de mano de obra cualificada, o
en plantas con fangos difíciles de espesar con otras técnicas.
3.3.- Diseño
Los factores que afectan al proceso son los siguientes:
A) Parámetros de diseño de la centrífuga:

Factores de flujo.

Funcionamiento en cocorriente.

Funcionamiento en contracorriente.

Geometría del tambor y del tornillo.

Diámetro.

Longitud.

Ángulo de la parte cónica, etc.

Factores referentes al fango y polímero.

Situación de los puntos de alimentación.

Máxima velocidad de giro.
B) Parámetros de operación:

Velocidad del tambor.

Velocidad diferencial entre el tambor y el tornillo.

Factores alimentación de fango.
o Carga hidráulica.
o Carga de sólidos.

Empleo de floculante.
C) Características del fango

Tamaño de las partículas y flóculos.

Densidad de las partículas.

Viscosidad.

Temperatura.

IVF.

Edad del fango.
De todos ellos, los parámetros básicos para el control del proceso serían:

Caudal y concentración del fango de alimentación (carga hidráulica y carga de sólidos).

Concentración del polímero.

Velocidad diferencial entre el tornillo y el tambor.

Concentración y caudal del fango espesado.

Concentración y caudal del líquido clarificado.
Las variables más importantes en la operación de una centrífuga son la carga hidráulica y la carga de sólidos con
que se alimenta. La primera está relacionada con la calidad del líquido clarificado y la segunda con la capacidad del
arrastre de los fangos dentro de la centrífuga. Un aumento del caudal de alimentación irá en detrimento de la
recuperación de los sólidos en el proceso y/o conllevará un mayor consumo de polímero. Todo cambio en la carga
de sólidos deberá ir acompañado de un cambio en la velocidad diferencial entre el tambor y el tornillo. La
concentración del fango espesado más alta se consigue con la mínima velocidad diferencial y con un caudal que
se ajuste a la capacidad de transporte del fango.
Aunque no es del todo necesario se recomienda el uso de polímetros para optimizar el proceso. El uso de polímero
permite el incremento de la carga hidráulica en la centrífuga así como obtener mejores rendimientos tanto en la
concentración del fango espesado como en la recuperación de sólidos. Si la concentración del fango espesado que
se obtiene habitualmente se encuentra entre el 3% y el 6%, la adición de polímero permite obtener
concentraciones del 8%. La recuperación de sólidos aumenta del 85 - 90% al 90 - 95%.
El tipo de polímero a emplear y la concentración del mismo serán función de las características del fango a espesar.
Es conveniente hacer pruebas con diferentes tipos antes de decidirnos por uno determinado.
[Este apartado está en blanco de forma intencionada]
Es frecuente que el rendimiento de las centrífugas se cuantifique por el porcentaje de captura, definido como:
 Cr  Cc  Cs  
Porcentaje _ captura  1 

 Cs  Cc  Cr  
En donde:
Cr = concentración de sólidos en el agua clarificada resultante del proceso (rechazo o centrado), mg/L, en %.
Cc = concentración de sólidos en la torta, del fango espesado, mg/L, en %.
Cs = concentración de sólidos en el fango alimentado, mg/L, en %
Tabla 5.- Rangos de concentraciones y uso de polímero.
PARÁMETRO
Concentración fango entrada (%)
Concentración espesado (%)
Eficiencia de captura (%)
Consumo de polímero (kg P/ t MS)
VALORES
0.3 – 1.5
3 - 10
50 - 97
0-5
4.- ESPESADO POR FILTROS DE BANDA POR GRAVEDAD / MESAS ESPESADORAS
4.1.- Fundamentos del espesamiento mediante mesas espesadoras
El origen de este sistema son los filtros banda de deshidratación. Los equipos consisten en una banda que se
desplaza sobre unos rodillos accionados por un motor de velocidad variable. El fango se acondiciona con polímero
y se conduce a una cámara de distribución-alimentación situada en el extremo de la unidad. Ésta cámara se emplea
para distribuir uniformemente el fango uniformemente en toda la anchura de la banda móvil, mientras el agua
escurre a través de la misma y el fango se conduce hacia el extremo de descarga. Durante el recorrido sobre la
banda una serie de cuchillas/cuñas cortan y forman surcos en el fango, permitiendo que el agua liberada pase a
través de la banda. Una vez eliminado el fango espesado la banda pasa por un ciclo de lavado. La cinta debe ser
lavada con agua a presión con una cierta frecuencia para evitar la obstrucción de sus poros. Dicha frecuencia estará
en función de la cantidad y tipo de polímero empleado.
En las mesas espesadoras la concentración del fango tiene lugar por drenaje del agua libre presente en el mismo
cuando este se deposita en sobre cinta horizontal porosa que está en movimiento.
Este sistema consta de los siguientes equipos:

Bombeo de fangos.

Equipos de preparación de polielectrolito.

Cinta espesadora.

Sistema de lavado de la cinta.

Equipos de recogida de fango.

Equipos de recogida del filtrado.
Figura 8.- Esquemas básico de una mesa espesadora.
Este tipo de equipos está especialmente indicado para fangos activos brutos y para fangos digeridos, y requiere la
adición de polímeros. Ocasionalmente puede emplearse para espesar fangos primarios y no obtiene buenos
resultados en fangos físico-químicos.
4.3.- Diseño
Parámetros de diseño:

Carga hidráulica: Principal parámetro de diseño de una mesa espesadora. La carga hidráulica de
alimentación se expresa en términos de caudal por anchura de la cinta.

Carga de sólidos.
Criterios de diseño:
Carga hidráulica:
Tabla 6.- Los valores típicos para un fango activo con una concentración de 0,5 - 1% son los siguientes.
ANCHO DE LA CINTA (m)
1,0
1,5
2,0
3,0
CARGA HIDRÁULICA (L/s.m)
6,3 – 15,5
9,5 – 23,5
12,5 – 31,5
19 - 47
Carga de sólidos:
Tabla 7.- Carga de sólidos en función del tipo de fango.
TIPO DE FANGO
Mixto primario y biológico
Aireación prolongada
Fango coagul+flocul. con sales metálicas
CARGA DE SÓLIDOS
(kg MS/m.h.)
30 -40
20 – 30
5 - 15
La cantidad de polímero a emplear oscila entre 1,5 y 4,5 kg/t MS.
CONCENTRACIÓN FINAL
(%)
6–8
3–5
2-5
El tiempo de floculación se estima entre 20 y 40 segundos.
Las principales variables de que dispone el operador para conseguir un rendimiento óptimo del proceso son las
siguientes:

Cantidad de polímero a emplear.

Densidad del fango.

Velocidad de la cinta.
En la siguiente tabla se relaciona la influencia de distintas variables en los resultados a obtener:
Tabla 8.- Influencia de los diferentes parámetros en los resultados a obtener
VARIBALES
Aumento del caudal de
alimentación del fango
Aumento de la
concentración del fango
de alimentación.
Alta edad del fango
Disminución de la
velocidad de la cinta.
Obstrucción de la cinta.
Baja presión de lavado.
Escaso volumen de agua
de lavado.
A: Aumenta D: Disminuye
CONCENTRACIÓN DEL
FANGO ESPESADO
D
RECUPERACIÓN DE
SÓLIDOS
D
CANTIDAD DE
POLÍMERO EMPLEADO
A
A
A/N
D
D
A
D
A
A
N
D
D
D
A
D
D
A
A
A
N: No varía.
Tabla 9.- Concentraciones finales esperables.
TIPO DE FANGO
Fangos activos
Mixto primario y biológico
Aireación prolongada
Fango coagul+flocul. con sales metálicas
Fangos digeridos
CONCENTRACIÓN FINAL (%)
4-8
6–8
3–5
2-5
hasta el 10
La recuperación de sólidos suele estar en torno al 90 - 98%.
5.- ESPESADORES DE TAMBOR ROTATIVO
5.1.- Fundamentos del espesamiento mediante tambor rotativo
El espesamiento mediante tambor rotativo consiste en un sistema de acondicionamiento del fango biológico
(incluyendo la alimentación de polímero), y unos tamices cilíndricos rotativos. El fango se mezcla con el polímero
en el tambor de mezcla y acondicionamiento y, a continuación, el fango pasa a una serie de tamices rotativos
(cestas) que separan los sólidos floculados del agua. El fango espesado sale por un extremo de los tambores,
mientras que el agua se filtra a través de los tamices.
Las fases sólida y líquida presentes en el fango se separan por filtración al hacer pasar fango, floculado mediante
un reactivo, a través de un tambor rotativo que constituye el elemento filtrante, capaz de retener dicho fango y
separarlo así del agua. El sistema requiere el empleo de un agente coagulante-floculante, normalmente orgánico,
de tipo polímero catiónico.
Los principales elementos del sistema son:

Bombas de alimentación del fango

Equipos de preparación y dosificación de polielectrolito

Tambor

Salida del filtrado o escurrido

Salida del fango
Antes de alimentar el tambor con el fango a espesar, tiene lugar la adición de polímero (directamente en la
conducción o a través de un sistema de mezcla en línea). Una vez que ha tenido lugar la floculación el fango
acondicionado se introduce en el tambor, donde va avanzando a lo largo del mismo. Debido a que el propio tambor
constituye un medio filtrante, ya que va equipado con una maya o tamiz, los flóculos son retenidos y el agua
liberada escurre hacia el exterior. Al final del tambor se encuentra la salida del fango ya concentrado. Por otro lado
se recoge el agua filtrada que se envía a tratamiento.
Un factor importante es la limpieza de la maya filtrante del tambor para evitar su obstrucción, que se realiza con
agua a presión, alimentada a través de una serie de boquillas.
Los tambores rotativos se emplean para el espesamiento de fangos biológicos, generalmente procedentes de
procesos de fangos activos y aireaciones prolongadas.
También puede emplearse en un espesamiento previo a algunos sistemas de deshidratación como los filtros
prensa.
Presentan la ventaja frente a otros sistemas de espesamiento de que su coste de inversión no es muy alto, necesitan
poco espacio y no se producen olores en el proceso. Sin embargo, presentan como desventaja la alta concentración
de polímero necesario y el grado de atención requerido.
Estos equipos se presentan en diversos tamaños en función del caudal de fango y su concentración. El sistema
suele disponer de ciertas variables que pueden modificarse para optimizar el funcionamiento ante cambios en el
tipo, en la concentración o incluso en el caudal de fango a tratar, aunque se recomienda trabajar dentro de unos
límites que deben ser especificados por el suministrador del equipo.
5.3.- Diseño

Carga de sólidos.

Carga hidráulica.
Las variables sobre las que puede actuarse para optimizar el proceso son:

El caudal de alimentación de fango.

Tipo de reactivo.

Concentración del reactivo.

Dosis de alimentación de reactivo.

Velocidad de agitador en el reactor de floculación.

La velocidad de transporte del fango a lo largo del tambor.
La dosificación de polímero estará en función del caudal de fango a espesar, de la concentración del mismo y de su
capacidad para sedimentar. En general, la dosis de polímero necesaria se incrementará con la cantidad de SV y con
el IVF.
Las cantidades de polímero necesarias varían con el tipo de fango, pero en general son altas, estando en torno a
los 6 kg/t MS. En todo caso hay que tener en cuenta que la no formación de flóculos puede ser debida tanto a una
baja cantidad de polímero adicionado como a un exceso del mismo, si bien, en este último caso los resultados de
concentración del fango pueden optimizarse aumentando la velocidad del transporte del fango.
La velocidad del tambor estará en función del caudal de alimentación del fango para mantener una concentración
de salida determinada. Cuando la velocidad de transporte del fango a lo largo del tambor es alta pueden producirse
ciertas turbulencias en el mismo, dando lugar a un filtrado de baja calidad.
Otro factor que debe de tenerse en cuenta es la inclinación del tambor. Ángulos de inclinación muy altos dan lugar
a un producto con mayor concentración, pero reducen la capacidad del tambor. El grado de inclinación debería ser
determinado in situ en cada caso.
La velocidad de giro del tambor suele estar en el rango de 5 - 20 rpm.
Se consiguen espesamientos de fangos biológicos del orden de 3-4% con la adición de polímeros.
6.- ESPECIFICACIONES EN EL TRATAMIENTO DE FANGOS DE LA INDUSTRIA TEXTIL
BIBLIOGRAFÍA
DEGREMONT; (1979); "Manual técnico del agua"; cuarta edición; ISBN 84-300-1651-1.
DEGRÉMONT; (1991); "Water Treatment Handbook"; Sixth Edition; Vol.1 y 2; París.
ECKENFELDER, W.W.; (1980); "Principles of water quality management"; CBI Publishing Company, Inc.; Boston.
ECKENFELDER, W.W.; et al.; (1992); "Activated sludge process desing and control, theory and practice"; Technomic;
Suiza; 268 págs.; ISBN 0-87762-889-0.
GOMELLA, C.; GUERREE, H.; (1983); "Les eaux usées dans les aglomerations urbaines et rurales"; 2 vol.; Ed. Eyrolles;
París.
HERNÁNDEZ, A.; (1993); "Depuración de aguas residuales"; Colección Seinor (nº 9); Colegio de Ing. de Caminos,
Canales y Puertos, Madrid; 3º edición; ISBN 84-380-0040-1.
IMHOFF, K.; (1969); "Manual de saneamiento de poblaciones"; Blume, Madrid.
KEINATH, T.M.; WANIELISTA, M.; (1975); "Mathematical modeling for water pollution control processes"; Ann Arbor
Science; Michigan.
LUE-HING, C.; et al.; (1992); "Municipal sewage sludge management: processing, utilization and disposal";
Technomic; Suiza; 683 págs.; ISBN 0-87762-930-7.
METCALF-EDDY; (1985); "Ingeniería sanitaria. Tratamiento, evacuación y reutilización de aguas residuales"; Editorial
Labor; Barcelona; ISBN 84-335-6421-8.
METCALF-EDDY; (1991); "Wastewater engineering: treatment; disposal, reuse"; 3ª Edición; McGraw-Hill
International Editions; Civil Engineering Series; 1334 pags.; ISBN 0-07-100824-1.
RAMALHO, R.S.; (1991); "Tratamiento de aguas residuales"; Editorial Reverté; Barcelona; 705 págs.; ISBN 84-2917975-5.
SÁNCHEZ, J.A.; (1992); "Espesamiento de fangos"; capítulo 14 en el Curso "Tratamiento de aguas residuales y
explotación de estaciones depuradoras"; CEDEX - MOPT.
SOBRADOS, L., LASHERAS, A.M., GÓMEZ, J. (2012); “Producción y características de los fangos. Sistemas de
espesamiento”. Curso “Tratamiento de aguas residuales y explotación de estaciones depuradoras”, CEDEX,
Madrid.
VERNICK, A.S:; WALKER, E.C.; (1981); "Handsbook of wastewater treatment process"; Marcel Dekker Inc.; Nueva York.
VESILIND, P.A.; (1974); "Treatment and disposal of wastewater sludges"; Ann Arbor Science Publishers, INc.;
Michigan.
WEBER, W.J.; (1979); " Control de la calidad del agua. Procesos fisico químicos"; Editorial Reverté, 654 pgs.; ISBN 84291-7522-9.
WEF; (1980); "Sludge thinkening"; MOP FD-1; Water Environmental Federation; Alexandria, Virginia; 159 págs.
WEF; (1990); "Operation of municipal wastewater treatment plants"; Water Environmental Federation; 3 vol.;
Alexandria, Virginia; 1342 págs.
WEF - ASCE; (1992); "Desing of municipal wastewater treatment"; MOP 8; Water Environmental Federation; 2 vol.;
American Society of Civil Engineering; Alexandria, Virginia; 1592 págs.
WEF; (1993); "Guidance manual for polymer selection in wastewater treatment plans"; Water Environmental
Federation; Alexandria, Virginia; 212 págs.
WEF; (1994); "Basic activated slugge process control"; Water Environmental Federation; Alexandria, Virginia; 240
págs.
WEF; (1994); "Activated sludge"; MOP OM-9; Water Environmental Federation; Alexandria, Virginia; 182 págs.
WRc; (1994); "Guidelines for desing and operation of sewage sludge consolidation tanks"; Water Research Center;
Gran Bretaña; 167 págs.
ANEXO 1
ESTIMACIÓN DE SUPERFICIES NECESARIAS
ESTIMACIÓN DE SUPERFICIE NECESARIA PARA ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD
CARGA DE SÓLIDOS (kg/m2.día) Valor adoptado
CAUDAL (m3/h) Concentración (g/m3) Flujo sólido (kg/h) 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 20,00 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 40 35 130 SUPERFICIE NECESARIA (m2) 1,4 2,7 4,1 5,5 6,9 8,2 9,6 11,0 12,3 13,7 27,4 0,3 0,5 0,8 1,0 1,3 1,5 1,8 2,0 2,3 2,5 5,1 Diámetros aproximado (m) 1,3 1,9 2,3 2,6 3,0 3,2 3,5 3,7 4,0 4,2 5,9 TECNOLOGÍAS DE ESPESAMIENTO
Estimación de dimensiones de mesa espesadora por gravedad (se utiliza como referencia la marca
AquaBelt).
Estimación de superficie necesaria de centrífugas (se utiliza como referencia la marca PIERALISI)
ANEXO 2
DESCRIPCIÓN GRÁFICA DE UNIDADES DE PROCESO
Figura 1
Vista general de un espesador por gravedad con puente de rasquetas.
Figura 2
Vista general de un espesador por gravedad con puente de rasquetas.
Figura 3
Detalle de las rasquetas de fondo y de las picas de amasado.
Figura 4
Detalle de la campana de reparto del fango que entra en el espesador.
Figura 5
Vista general de un espesador con cubierta realizado en hormigón.
Figura 6
Vista general de un espesador con cubierta de material plástico.
FT-FNG-001 Figura 7
Espesador de fango por gravedad con problemas de flotación del fango.
Figura 8
Espesador de fango por gravedad con problemas de flotación del fango.
Pág. 25 de 32
Figura 9
Espesador de fango metálico con fondo en tolva.
Figura 10
Vista general de una centrífuga para espesamiento.
Figura 11
Esquema de una centrífuga de espesado.
https://www.flottweg.com/es/la-gama-de-productos/centrifugas/
Figura 12
Aspecto general de una centrífuga (Alfa-Laval).
http://local.alfalaval.com/es-es/key-industries/wastewater-treatment/carteraproductos/pages/default.aspx
Figura 13
Detalle de un tornillo sin fin transportador de una centrífuga (Alfa-Laval).
http://local.alfalaval.com/es-es/key-industries/wastewater-treatment/carteraproductos/pages/default.aspx
Figura 14
Mesa de espesamiento o filtro banda de espesamiento.
Figura 15
Esquema de funcionamiento de una mesa espesadora.
Figura 16
Aspecto final de un fango espesado.
FT-FNG-001 Figura 17
Vista general de una mesa espesador. (OMEGA 30 THC).
Figura 18
Detalle de los elementos de una mesa espesadora (EMO-Environment by tecnology).
Pág. 29 de 32
Figura 19
Centrífuga de cesta para espesamiento de fango (ROTAMAT-HUBER, RoS 2).
Figura 20
Croquis de funcionamiento de una centrífuga de cesta para espesamiento de fango (ROTAMATHUBER).
Figura 21
Espesador de cesta para fangos biológicos (Alfa–Laval).
Figura 22
Centrífuga de cesta (Alfa-Laval).
Figura 23
Detalle de la cesta de un espesador.
Figura 24
Vista general de un espesador de disco (HUBER - ROTAMAT® RoS 2S diseñado para 35 m3/h).

Tecnologías de espesamiento

Transcripción

Documentos relacionados

tratamiento de lodos

Tratamiento de fangos, técnicas de espesamiento y estabilización

EDAR de Boadilla del Monte (Madrid)

espesador de fangos

Folleto Fangos

Descargar pdf

heraldo - Juanjo Alba