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  • 5/12/2018 Articulo Recurso Agua Tratamiento Preliminar Agua Residual

    T RA TA MI EN TO S P RE LI MI NA RE S

    por

    Ing. Max Lothar HessAsesor en Tratamiento de Aguas ResidualesCompanhia Estadual de Tecnologia de Saneamento Basicoe de Defesa do Meio Ambiente (CETESB)Sao Paulo - BRASILProfesor Internacional de CEPIS Y CIFCA

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    ~T~IIDITOS P~LllflNMrnS

    Los tratamientos preliminares son destinados a preparar las aguas resi-dua1es para que puedan recibir un tratamiento subsiguiente sin perjudicar alos eq uip os mec an ico s y sin obstruir tuberias y c au sar dep os it os pe rm an ent esen tanques. Sirven tambien para minimizar algunos efectos negativos a1 trata-miento tales como grandes variaciones de caudal y d e c om po si ci 6n y l a p re se nc iade materiales flotantes, 'como aceites, grasas y otros.Las unidades de tratamiento preliminar mas importantes son:

    RejasDesmenuzadoresDesengrasadoresTa nqu es de com pe ns aci 6nDesarenadores

    De estos, practicamente todas las plantas de tratamiento incluyen rejasy desarenadores. nas demas unidades son mas frecuentemente empleadas para re-s id uo s l iq ui do s i nd us tr ia le s.1.1. Rejas

    Son dispositivos constituidos por barrasmetalicas paralelas e igualmenteespaciadas.Las barras pueden ser rectas 0 curvadas.Su finalidad es retener s6lidos gruesos, de dimensiones relativamentegrandes que esten en suspensi6n 0 flotantes. Las rejas, por 10 general, son1a primera unidad de una planta de tratamiento.Los materiales retenidos son principalmente papel, estopa de talleres,trapos, productos de higiene femenina, cascaras de frutas, restos de vegetales,pedazos de madera, tapones de botella, latas, materiales plasticos, cepillos

    y otros objetos que puedan pasar por los inodoros 0 por las aberturas de pozosde inspecci6n de Is red de slcantarillado.Las rejas son empleadas para proteger contra obstrucciones las valvulas,bombas, equipos de aeracion, tuber1as y otras partes de Is planta. Tambiencontribuyen a dar una mejor apariencia a la planta y reducen el volumen def lo ta nt es ( es pu ma ).

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    En e1 caso de disposicion de las aguas residua1es por simple di1uci6n,las rejas resguardan e1 aspecto estetico.

    Figura 1.2 Reja mecanizada recta

    1 .1 .1 . A be rt ur a 0 espaciamiento de las barrasEl espaciamiento libre entre las barras depende de la finalidad que sep re te nd e l og ra r:

    R ej as g ru es asR ej a s m ed ia sRejas finasRejas rotativas muy finas

    40 basta 100 mm 0 mas20 hasta 40 mm (son las mas comunes)10 hasta 20 DU D0.25 a 2.5 mm (equipo moderno capazde sustituir los sedimentadores endeterminados casos). El nombre comer-cial es "Roto stra iner"Las rejas gruesas son instaladas aguas arriba de bombas de gran capacidad,t ur bi na s, e tc . y a veces preceden a rejas mas finas. No son emp1eadas antes debombasde tornillo, a cuando 10 son, tienen espaciamiento superior a los

    150 mm.Las rejas mas frecuentes en los Estados Unidos son las de 25 mm de aber-tu rs. Im hoff ( Alem ania ), (1) recomienda 40 a 50 mm para que no se retengamucha materia fecal.

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    - 3 -Las rejas finas presentan muchas veces problemas de operaci6n y mante-nimiento, siendo entonces en general mecanizadas.

    1.1.2. Tipos de rejasCon relaci6n al sistema de limpieza las rejas pueden ser c1asificadas

    en dos categorias:1. Rejas sencillas, de 1impieza manual2. Rejas mecanizadas, de accionamiento mecanizado

    Las rejas sencillas, de limpieza manual, son empleadas en instalacionespequenas y, can espaciamiento relativamente grande, son instaladas aguas arribade rejas mecanizadas, bomb3S de gran capacidad, turbinas, etc. En estos casesne se esperan grandes vo1Gmenes detritos removidos, debide a que se destinana 1a retenci6n de objetos de grandes dimensiones (baldes, animales ahogados,zapatos) que podr1an dafiar esos equipos.Las rejas mecanizadas requieren una labor de mantenimiento muy cuidadosa,motivo por el cua1 solo deben ser empleadas cuando es estrictamente necesario.Principalmente en pequefias insta1aciones es mas recomendable e1 emp1eo de rejasmanuales.

    1.1.3 Dimensiones de las barrasEn general las barras tienen secci6n rectangular de 5 a 15 mm de espesorpar 30 a 60 mm. Las dimensiones dependen MUcho del largo de las barras y delmecanismo de limpieza.En general las barras de rejas gruesas van hasta 13 x 60 mm (las m a sgrandes); las insta1aciones pequefias tienen barras de secci6n minima de 6 x 40 MmEntre estos dos ejemplos hay una variedad muy grande.

    " '"l

    ,Figura 1.3. Reja de barras curvas y rastrillo rotative

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    - 4 -1.1.4 Inclinacion de las barras

    En las instalaciones de limpieza manual las rejas de barras generalmenteson instaladas haciendo un angulo de 30 a 45 grados con la horizontal. (2)En las instalaciones mecanizadas este angulo es establecido en funcionde las condiciones locales de acuerdo con el tipo de equipo empleado. En gene-ral las rejas mecanizadas forman un angulo de 60 hasta90 grados con la horizontal(mas frecuentemente 7 5 ).(3 )

    1.1.5 DisenoLas dimensiones principales de una reja son establecidas para que setenga una seccion de flujo con velocidad adecuada. Velocidades muy bajas atravEs de las barras pueden contribuir para un aUmento indeseable de materialretenido y tambien para la sedimentacion de la arena en el canal de acceso.Al r ev es , v el oc id ad es muy grandes fomentan el arrastre de material que deberiaq ue da r r et en id o.Velocidades recomendadas (a traves de barras limpias):

    Minima 0.40 m/s0.75 m/s

    Imhoff recomienda un minima de 0.60 m/e.(l)l1:mites para el caudal minima, ~dio y m a x i m o . Hay que verificar esosFijada la velocidad del agua a traves de las barras, se puede calcularel area util (0 area libre):

    Au "" _g_VConociendose la abertura entre las barras, a , asi como el espesor delas mismas (t), se puede calcular el area total 0 secci6n de flujo aguas arribade la reja (5):

    5 '" Aua + ta

    Auaa+t

    El denominador a '" Ed l a+t ~e a reJa pero no representa masarea total del caudal. (4)

    es denominado impropiamente par "eficiencia"que la relaci6n entre el area libre y el

    Se tiene entonces AS .. .;;;;u-E

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    - 5 -La "eficiencia" E varia entre 0.60 a 0.85, siendo mas comunes valoresalrededor de 0.75.El nivel de agua aguas arriba de la reja es determinado par el nivelde agua de la unidad a canal subsiguiente y por la perdida de carga en la reja.Conocida la profundidad de aguas arriba, resulta el ancho total de lareja (ancho del canal).En instalaciones mecanizadas el ancho esta condicionado a1 tipo padro-nizado de equipo, el cua1 varia de 0.60 hasta 3.60 m., pudiendo ser considera-do el empleo de rejas mUltiples.Las rejas mecanicas son suministradas con altura total desde 3 hasta 12metros.

    1.1.6 Ferdida de carga en la reja

    Ya fueron propuestas varias formulas para el calculo de la perdida decarga decorrente del paso del agua a traves de las barras; entre estas puedenser citadas las de Kirschmer, Fellenius, Escande, Spangler, etc.Formula de Kirschmer:

    2'" K. (.lL)t

    sen b. v

    perdida de carga, en metrosfactor que depende de la forma de la seccion de las barras:s ec ci on r ec ta ng ul ar :s ec ci on c ir cu la r K - 2.42L = 1.79

    a '" abertura 0 espaciamiento libre (util) de las barrast '" espesura de la barra 0 la mas grande dimension normal de ladireccion del flujo (a y t deben ser expresados en la misma un idad ;b D angulo que las barras hacen con la horizontalv '" velocidad aguas arriba de la reja, en m/sg '" aceleracion gravitacional = 9.8 m/s2

    La expresi6n conocida como la de "Metcalf & Eddy" es caracterizada pors u s im pl ic id ad :

    1.143 2v2gson como arribaes 1a velocidad a traves de las barras (0.50 a 0.75 rols)es la velocidad aguas arriba de las rejas: v c V.E (~es la" ef ic ie nc ia " )v

    Hay que verificar tambien 1a perdida de carga para e1 caso en que 1areja quede 50% "aucia", ea decir, para un valor V' igua1 a 2 vecea V.

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    1.1.7 Cantidad de material retenidoLa cantidad de material que queda en las rejas es influenciada por con-diciones locales, costumbres de la poblacion, epoca del ano, etc. y dependemucho de la abertura a especificada.En los Estados Unidos 1a cantidad de material retenido en rejas conaberturas de 1a or%en de 25 m m generalmente esta camprendida entre 0.015 y0.030 1itros por m de agua resid~al. En la citidad de Sao Paulo han sido en-contradas entre 0.010 y 0.025 11m.Datos de Schroepfer presentan la variacion de la cantidad de materialretenido en funcion de la abertura de las rejas (4) :Aberturas, mm Cantidad, 11m3

    20 0.03825 0.02335 0.01240 0.009Imhoff cita 2 a 3 litros por habitante por ano.(l)

    1.1.8 Naturaleza del material retenidoEate material es constituido principalmente por papel, trapos, detritosde cocina y estopa, contiene en~re 70 y 90% de agua y pesa de 0.7 a 1.0 kg/litro.Un ejemplo de composicion en Sao Paulo es:

    Pape1EstopaTrapos y tejidosM at er ia le s d iv er so s10 a 70%10 a 20%5 a 15%20 a 60%

    El promedio de los tres primerosgrupos es de: 60%(variando de 40 hasta 80%)( Pr om ed io 40% )

    Promedio de humedad: 85%1.1.9 Remocion y disposicion final del material retenido

    En las pequenas insta1aciones 1a limpieza es ejecutada por rastrillosmanuales y e1 material sacado es enterrado 0 incinerado.En grandes instalaciones los detritos son removidos mecanicamente, in-

    c in er ad os , d ig er id os 0 desmenuzados y devueltos al flujo.Para evitar e1 problema de malos olores, el material, cuando es ente-rrado, debe ser recubierto con unacapade tierra de 0.30 a 0.50 m de espesor.(5)La incineracion es hecha despues de un secado parcial, a una temperaturapar arriba de 700oe, Los incineradores requieren el empleo de un combustibles up le me nt ar io : g as , , ac ei te 0 ca!bOn.La digestion del material ,retentdo po~ las rejas en los propios diges-tares de las plantas de tratamiento no ha sido satisfactoria debido a 1aformacion de gran cantidad de flotantes dif!cilmehte digeribles.

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    EI material sacado de las rejas puede aUn ser desmenuzado y devueltoa las aguas residuales. Esta solucion en general es indeseable, pues presentadificultades de mantenimiento del equipo, ademas de ocupar mucho espacio enlos digestores y problemas con la estetica de las instalaciones.1.1.10 Detalles de los canales de las rejas

    Las instalaciones mecanizadas deben ser disenadas con dos 0 mas unida-des, 0 por 10 menos con un '''by-pass''otado de una reja gruesa simple.El ancho del canal de las rejas acostumbra a ser bien m a s grande quee l d iam et ro 0el ancho del emisario y debe igualar el ancho de las propiasrejas, evitandose espacios muertos.El canal de acceso debe ser suficientemente largo para que sea evitadala turbulencia junto a las barras.El fondo del canal es generalmente de 10 a 15 centimetros mas bajo quela solera del emisario. El area util para la determinacion de la velocidaddel flujo a traves de las barras es considerada en p!oyeccion vertical.Las rejas son instaladas en guias laterales de perfilados metalicos

    en "U", pudiendo asentar la base sobre un perfilado "LII en el fonda.En las instalaciones de limpieza manual generalmente se dispone el topede las barras sobre una pequena plataforma de hormigon, can pequena declivida~,pa ra fa ci li ta r la operacion de limpieza y permitir el escurrimiento delexceso de agua.La perdida de carga en las rejas manuales en general no pasa de 0.15metros. Las rejas mecanizadas son accionadas automaticamente siempre que laperdida de carga alcance un valor predeterminado, en general entre 0.20 y 0 . 4 1 'metros.Las rejas mecanizadas pueden ser instaladas al aire libre, pero parcuestiones de clima frio 0 factores esteticos, puede ser recomendado que seinstalen en pabellones cerrados.

    1.2 DE SMEN UZADORESLos desmenuzadores son raramente utilizados por presentar numerososproblemas y proporcionar poca utilidad.Son empleados a veces en conjugacion con rejas mecanicas y normalmentetienen capacidad para desmenuzar 20 a 4 0 kgs de material hGmedo por hora ypor cv (caballo - vapor). Los motores necesarios generalmente tienen potenciade 25 a 50 caballos.La presencia de ciertos detritos resistentes provoca la intervencionfrecuente de los operadore~.

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    - 8 7Los desmenuzadores pueden ser instalados abajo del nivel de agua.En este caso son asociadas a cribas 0 rejas, en general de barras paralelashorizontales, y realizan simultineamente las operacianes de cribado y des-menuzamiento.Los desmenuzadores son constituidos por una pieza rotativa con ranu-ras horizontales de 6 a 10 mm de apertura y son equipados internamente conc or ta do re s e sp ec ia 1e s.Para proteccion de las partes mecanicas es recomendable la instalaciOnde los desmenuzadores aguas abajo de desarenadores.La potencia de los motores electricos varia con ls capacidsd de losequipos y esta en general comprendida entre 0.5 y 2.5 cv.La perdida de carga es determinada de acuerdo con las caracter1sticasde los eQuipos v norma1mente var1a de 0.05 basta 0.25 metros.Los desmenuzadores sumergidos ocupan espacio menor que las rejas cand es me nu za do re s s ep ar ad os .Los desmenuzadores requieren reparaciones y revisiones frecuentes yperi6dicas de las piezas de corte y presentan para las plantas de tratamientolos mismos problemas de aumento de volumen de flotantes.

    1.3 DESENGRASADORES

    Los desengrasadores en general solo son empleados :a. cuando bay desechos industriales conteniendo grandes cantidades deaceites y grasasb. previo a1 1anzamiento submarino de aguas residua1es.Los 11quidos, pastas y demas cuerpos no miscibles can e1 agua, pero quetienen un peso espec1fico menor y por 10 tanto tienen tendencia a f10tar ensu superficie, pueden ser retenidos en dispositivos muy simples, denominadost a nqu es d e se n gr a sa d or e s 0 t an qu es r et en to re s.Los desengrasadores deben propiciar una permanencia tranqui1a delagua residual durante el tiempo suficiente para que una part1cula a ser removida

    pueda recorrer 1s trayectoria entre e1 fondo y la superficie.1.3.1 Tiempo de retencion

    Con aceites animales 0hidrocarburos (aceites l~erales"), cuya densi-dad esta alrededor de 0.8 kg/litro, basta la permanencia de 3 minutes en laspequenas unidades (basta los 10 lis), de 4 minutos en las medias (10 a 20 l/s)

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    y 5 minutos en las mayores (mayores mas de 20 l/s). Bate aumento de tiempocon el aumento de caudal se origina del hecho que e1 recorrido es mas largo enlas mayores unidades, debido a la mayor profundidad (normas alemanas DIN 4040,item 3.1)1.3.2 Forma de los desengrasadores

    - - -_ - . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . ....._F igur a 1. 5 Ta nque dese ngra sado r

    El fonda debe ser fuertemente inclinado en direcci5n a 1a salida paraevitar la acumulaci6n de solidos sedimentables y arrastrarloa basta la salida.Una cortina~junto a la entrada evita la turbulencia, mientras que otra,junto a La salida, llegando casi hasta el fondo, ejecuta 1a doble funcion deretener 1a grasa, aceites y solventes y de sacar por el fondo el lodo formadopar las particu1as sedimentadas. Asi es minimizada la frecuencia de limpiezasnecesarias (fig. 1.5).Las normas alemanas DIN 4040, 4041 y 4042 suministran informacionesdetalladas para el diseno de excelentes tanques desengrasadores, de construc-cion muy simple y grande ef.iciencia.Estos tanques pueden servir tambien para la recuperaci6n de solventesarrastrados para las alcantarillas de las industrias. Tales Bolventes sonpor ejemplo, benzol, hexano, eter de petroleo, bencina, terebintina, Bulfurode carbono, tretracloruro de carbona, tricliroetileno y otros que frecuente-mente son botados por las industrias.

    1.3 3 DisenoLos tanques son dimensionados para retenci6n de 3, 4 6 5 minutos, comoya fue citado.La relacion entre largo y ancho debe ser de 1.8:1.0 (Normas DIN).El area superficial se calcula por la tasa de aplicacion de 4 I/s.m2,o sea, el area debera ser de 0.25 m2 para cada lIs de caudal.El caudal para diseno es el maximo -instantaneo.

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    1.3.4 Otros tipos de desengrasadoresHay desengrasadores can introducci5n de sire difuso en el fonda, paralograr un efecto beneficioso adiciona1, arrastrando para Is superficie par-

    t~culas muy pequenas y coloida1es. Ademas, no hay riesgo de sedimentaci5nde materia organica. E1 tanque es de forma alargada, can gran superficiey las paredes son fuertemente inc1inadas junto a1 fonda. Longitudinalmentehay dos cortinas dotadas de ranuras para que el aceite y la grasa pasen delcompartimiento central turbu1ento para los 1aterales tranquilos. El tiempode detenci5n es de 3 minutos.

    Figura 1.6 Desengrasador aireado

    El tanque retenedor de aceite de la API (American Petroleum Institute)es otro ejemplo de desengrasad~r. Es empleado principa1mente para desechosindustriales ricos en aceites, como de las refinerias de petr61eo. Es cons-truido en dos camaras en serie, siendo la primera mecanizada, y p ose e tab lasraspadoras arrastradas por corrientes que remueven el lodo del fonda y a 1avue1ta el aceite acumulado. La segunda camara no es mecanizada y sirve pararemover un poco mis de aceite.

    Los tanques API son muy grandes en comparaci5n can los anteriores, puesel tiempo de retenci6n es de una hora.

    1.4 TANQUES DE COMPENSACION

    Estos tanques sirven para disminuir los efectos de la gran variaci5n decaudal a de concentraci5n de las aguas residuales.LOS tanques de compensacion son poco empleados en plantas de tratamien-tos municipales, a no ser en dos casos: a) cuando hay contribuciones industria-les intermitentes, con gran variaci5n de caudal; b) para aumentar 1a capacidadde una plants existente, can unidades dimensionadas por el caudal maximo. Conel tanque de c'ompensacion es posible ganar alga en capacidad, pues aquel1asunidades iran a ser operadas a un caudal media y no maximo.

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    1.4.1 OperacionEn su forma mas simple, el tanque de compensacion es un reservoriode forma arbitraria con capacidad suficiente para almacenar el flujo de

    agua residual que ultrapase un cierto valor fijo. Este exceso puede ser des-viado del flujo por un vertedero de rebose y alimentar el tanque de compensa-cion por gravedad 0 por bombeo. Cuando el caudal se reduce bajo un valorprefijado, el ltquido almacenado es devuelto al proceso de tratamiento,por graved ad 0 p or b om be o.Como el agua residual tiene solidos en suspension, estos podran causarpr ob le ma s d e se di me nt ac io n y descomposicion con desarrollo de malos oloresSe puede evitar eso de diversas maneras.

    1. Instalando un mecanismo de recoleccion del material sedimentado condu-ciendolo hasta la boca de la tuber!a de salida.2. Burbujeando aire comprimido en cantidad suficiente para que no hayasedimentacion.3. Instalar equipos de mezcla con la misma finalidad.4. Construir el fondo del tanque con la forma de una 0 v ar ia s p ir im id esinvertidas con salida par el vertice inferior de modo que siempresalga el material sedimentado junto con el l!quido sacado en lashoras de menor caudal.

    EI tanque de compensacion con aeracion tiene la ventaja que el aguaresidual es mantenida en condiciones aerobicas, por 10 tanto no presentaproblemas de malos olores.1.4.2 Diseno. Ejemplo

    Para determinar el volumen de un tanque de compensacion es necesarioconocer bien el cicIo de variacion de caudal y el grado de uniformidad ques e p re te nd e, 0 sea el m a x i m o y el m!nimo de caudal pretendido. Arriba delmaximo se almacena y bajo el minimo se devuelve.El proceso mas simple para determinar el volumen necesario es medirel caudal variable a intervalos de tiempo regulares (por ejemplo, de horaen hora) y calcular cual es el exceso 0 falta en cada uno de esos intervalos.Finalmente se calcula el "flujo de volGmenesll, es decir, empezando con un

    primer valor en exceso del maximo deseado y se va sumando sucesivamente losexcesos y las faltas (estas con senal negativa naturalmente).El mayor valor positivo resultante es el volumen necesario del tanque.El calculo puede ser sistematizado en un cuadro, ejemplo:Con un caudal muy variable se pretende no tener ningun caudal mayorde 50 m3/hora ni menor de 35 m3/hora. Determinar el volumen del tanque dec om pe ns ac io n n ec es ar io .

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    V ol ume n qu e Maximo Mfuimo Exceso Falta .sumaHora Hega deseado deseado (m3/hora (m3/ ho ra ne - alge~raica(m 3/hora ) (m3/hora) (m3/hora) positivos) gativos) (m )

    6 - 7 15 50 35 - - -7 - 8 65 50 35 15 - 158 - 9 22 50 35 - 13 29 - 10 95 50 35 45 - 4710 - 11 120 50 35 70 - 11711 - 12 20 50 35 - 15 10212 - 13 50 50 -35 - - 10213 - 14 0 50 35 - 35 6714 - 15 12 50 35 - 23 44, , , I , , ,, , I I I I ,

    I I t I I I II I , , I , I

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    -13En este caso par ejemplo, si se tratara de regularizar el caudal entrelas 7 y las 15 horas, seria necesario un tanque de compensacion con 117 m3 decapacidad.5i el operador percibe que el tanque, despues de un cicIo completo (par

    ejemplo de 24 horas), no se vacis completamente, podra sacar la cantidad sufi-ciente para completar 50 m3/hora en lugar de solamente 35 m3/hora. 5e proce-dera al reves si Ie interesara llenar mis ripido el tanque.5i se dispone de un registro continuo de caudal (curva limnimetrica)se puede aplicar un calculo grifico como en el caso de reservorias de regulari-sacion de rios, a traves del diagrama de Rippl. Pero en general es mas comodoaplicar el calculo ta bular ejemplif icado. I

    1.5 DE 5ARENADORES

    1.5.1 conceptoLos desarenadores son unidades destinadas a retener la arena y otrosdet ritos m inera1es ine rtes y pesados que se encuentran en las aguas residua-les (cascotes, guijarros, pedazos de ladrillo, particulas metalicas, carbon,tierra y otros). Estos materiales son originados de operaciones de lavada,asi como de riadas, infiltraciones, desechos industriales, etc.La remocion de la arena tiene como finalidad proteger las bombas con-tra desgaste, para evitar obstrucciones de tuberias y para impedir la forma-cion de depositos de material inerte en e1 interior de sedimentadores y diges-tares.

    1.5.2 P ri nc ip io d e f un ei on am ie nt aLas condiciones dinamicas de una eorriente liquida,en especial laturbu1encia, son responsables por e1 transporte de particulas solidas masdensas que el ague. Esas part1culas son eonducidas en suspension 0 son arras -tradas por traecion junto a1 fonda de los canales 0 tuberias.En el regimen laminar no se verifiea e1 transparte de solides en sus-pension.La capacidad de transporte de las aguas en movimienta varia con lasexta potencia de su velocidad. La cantidad de material en suspension que uncurso de agua puede transportar es siempre una funcion de su grade de turbu-

    lencia. La sedimentaci6n de este material es lograda par la alteracion delregimen dinSmico de Is corriente liquida.En canales 0 tanques apropiados se reduce la velocidad del agua hastavalores que permitan la deposicion de las particulas, la que se verifica endependencia de las velocidades de sedimentaci6n:

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    Tamaiio de lasparttculasmm

    Formula de Allen(mm/s)

    V al or es p ra ct ic os(mm/s)

    1.00.50.30.20.1

    854326179

    10050302010

    E st os v al or er2.65 g/m! a 15C en granos de arena de peso espectfico igual adla.En las planta& ~tamiento es deseable remover las particulas dediametro medio igual 0 superior a 0.2 mm.

    1.5.3 T ipo s d e desa ren ador esLos desarenadores pueden ser diseiiados como canales con velocidadcontrolada 0como tanques de seccion cuadrada 0circular y de area adecuadaa la sedimentacion de las particulas a remover.~Los desarenadores pueden ser 0 no ser equipados con mecanismos. Engeneral s6lo se emplean equipos mecanizados en las grandee plantas de trata-miento. Modernamente son empleadas cada vez mas desarenadores con aeracion

    con movimiento en espiral, practicamente insensibles a grandes variacionesde caudal.1.5.4 Niimero de Unidades "By-Pass"

    Generalmente son previstos dos desarenadores en paralelo, de modo quee1 retiro de una unidad de operacion, para 1impieza 0 reparacion, no impidael trabajo de la otra aunque sobrecargada.

    Es deseab1e la construccion de un canal paralelo para situaciones deem.ergencia C1by-pass"). En las grandes plantas pueden ser previstas camarasmultiples.

    En las plantas de tratamiento muy pequeiias se podra admitir 1a construc-cion de un solo desarenador, con un "by-pass".1.5.5 Velocidad en los desarenadores

    En los canales de rem.ocion de arena la velocidad recomendable es delorden de 0.30 m/s. Velocidades inferiores a 0.15 mls causan la deposicionsimultanea de cantidades re1ativamente grandes de materia organica, y al reves

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    I

    ~ IN . A

    r

    ~------------------Figura 1.7 Desarenador

    velocidades arriba de 0.40 m/s permit en el arrastre de part!culas perjudicia-les de arena.

    Por esto se debe procurar controlar y mantener la velocidad del flujoalrededor de 0.30 m/s con tolerancia de 20% para mas 0 p ara me no s.El caudal varia continuamente en las plantas de tratamiento, pudiendoalterarse en consecuencia la altura de la lamina de agua.Para que se mantenga la velocidad dentro de l1mites deseables se haceel diseno del desarenador con una seccion adecuada y se instala aguas abajo unvertedero apropiado que tendra tambi~n la funcion de dispositivo controlador.Existe una interdependencia intima entre la secci6n transversal del canal y 1a

    geometr1a del vertedero (tipo, forma y tamano).1.5.6 Area de los desarenadores

    Destinandose a la sedimentacion de particulas granulares discretas,los desarenadores pueden ser dimensionados por la teoria de sedimentacionde Hazen. Como la experiencia indica que las part1culas de arena nocivas sonlas de tamano igual 0 superior a 0.2 mm, cuyo peso espec1fico es de 2.65 g/cm3y velocidad de sedimentaci6n del orden de 2.0 cm/s, se constata que los desare-nadores deben ser disenados can tasas de aplicacion de 600 a 1,200 m3/m2!d1a.

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    Estos valores permiten determinar el area necesaria para los desarena-dores.1.5. 7 Profundidad de la lSmina liquida

    En los desarenadores de tipo "canal" la profundidad del agua para elcaudal mtnimo, medio y m a x i m o es determinada partiendose de las condiciones defuncionamiento del controlador de velocidad (vertedero de salida). Cada verte-dero tiene su ecuaci6n que relaciona la altura del agua con el caudal.1.5.8 Largo de los desarenadores

    Partieodose de los valores anteriores (tasas de ap!icacion superficial)se puede calcular el largo necesario para los canales de retenci6n de arena:

    .s,A

    SV= ~ = bHVA - bHVbL - HVL , por tanto L - V BQ/Adonde

    Q =S =H '"b ..A -L ,.,

    Q/A -V =

    caudals ec c io n t ra ns ve rs al m a x i m a del flujoaltura maxima de la limina de aguaancho medio de la ~eccion del flujoa re a s up er fi ci allargo que se pretende calculartasa de aplicacion superficialvelocidad optima del flujo (0.30 m/s)

    Ap 1 icandose el raode.l,oar a Q IA ., 1,200 m 31m 2. d!a, se 0b t iene 1a rela-cion

    L '" 0.30 H 86 4001 200 "" 21.6 H

    Por una cuestion practica se adoptaL '" 25 H

    Con excepcion de los desarenadores aerados, constituye un error calcularel largo en funcion de un tiempo de detencion.l.5.9 Ancho de los desarenadores

    Una vez conocida la profundidad, se determina el ancho de los canalesie manera que sea mantenida la velocidad optima de 0.30 m/s.

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    Si la seccion de flujo fuera rectangular,

    Q '" SV '" bHV, y por tanto b

    F re cue nt eme nt e s on di se fta do s d es are na do res co n s ec ci 5n tr ape zo id aly en estos casos las dimensiones son establecidas en funci5n del caudal(variable) y las correspondientes alturas de 14mina de agua.1.5.10 Regularizaci5n de la velocidad y medici5n de caudal

    El caudal del agua residual varia en continuidad, pudiendo variar,por tanto, Is altura de la limina de agua en los canales.Para que se mantenga 1a ve10cidad practicamente constante en los des-arenadores, es indispensable que el diseno de la secci5n de flujo este en

    concordancia con las caracteristicas del elemento controlador aguas abajo.Es costumbre adoptar un vertedero convencional (Parshall 0 Sutropor ejemplo) para establecer una lamina ya conocida para cada caudal. Estosdatos estin consignados en tablas de ficil obtenci5n. Conocido e1 caudaly su lamina correspondiente, se puede determinar 1a forma 0 el perfil de lasecci5n transversal del canal del desarenador, para que sea obedecida 1avelocidad de 0.30 mIs, (6)Son comunes las siguientes asociaciones de vertedero y canal deldesarenador:

    Modelo F or ma m at em at ic ~ Secci6nVertedero Matematico m en te p er fe ct a practica

    S ut ro ( ve rt ed er oproporciona1) Q ~kH Rectangular RectangularVertedero Q ,., kHl .. 58 Parab5lica TrapezoidalVertedero 3/2rectangular Q = kH Parab5lica Trapezoidal

    Obviamente los vertederos citados, ademas de servir de dispositivoregu1ador de velocidad, tambien sirven para la medici6n del caudal.

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    1.5.11 Presencia de materia organicaComo 1a sedimentacion de las particu1as minerales pesadas es rea1izadaen funci6n de 1a velocidad de sedimentaci6n, es imposible evitar la deposicionsimu1tanea de arena y materia organica. Las particulas organicas que estan

    cerca del fondo sedimentan simultAneamente con los granos de arena que entranmis a r r i b a e n e l d e s a r e n a d o r , y q u e t i e n e n m a y o r v e l o c i d a d d e s e d i m e n t a c i o n .As! es que 1a sedimentacion de particulas organicas en los desarenado-res es indeseable, pero no puede ser totalmente impedida.

    1.5.12 Cantidad de material retenido en el desarenadorLa cantidad de material retenido por los desarenadores dependen delsistema de a1cantarillado (unitario 0 separador), del tipo de ocupacion delar ea se rv ida ( in dus tri al . r esi de nci al, pa vi men tad a 0 no) ademss de otros fac-tores.En los Estados Unidos de Norteamerica las cantidades retiradas gene-ralmente estsn comprendidas entre 10 y 90 litros de material por 1 000 m3 de

    a gu aa r es id ua le s.Mediciones en Sao Paulo. Brasil resultaron en los siguientes promedios:(4)

    Z on a e xc lu si va me nt e r es id en ci alZona industrial ~ 29 litros/l 000 m

    315 litros/1 000 m3

    En los meses de grandes lluvias, estos valores son mas grandes. pUdien-dose admitir con seguridad 30 hasta 40 litros por 1 000 m3 de agua residual.Imhoff (Alemania) cita 5 a 12 litros por h~bitantes en un ano, 10 queresulta en aproximadamente 90 a 220 1itros/l 000 m. Pero los datos de Imhoffson para sistemas combinados de alcantarillado .es decir, aguas residuales yaguas de lluvias son recibidas en el mismo colector. (1)

    1.5.13 Procesos de remoci6n de la arenaEn cuanto al proceso de remocion pueden ser considerados dos tipos:

    1i mpi eza m an ual p eri od icaremocion mecanizada del sedimentoLos desarenadores de limpieza manual son empleados en pequenas plantasdonde e1 volumen depositado no es muy grande.En plantas de gran capacidad es mas economica la remocion por medio dee qu ip os m e ca ni co s.La remocion manual periodica es frecuentemente acompanada de problemasoriginados par el desarrollo de fuertes malos olores debidos a la putrefaccion

    de 1a materia organica que sedimenta simu1taneamente.

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    El revolver frecuente del material depositado abajo del flujo corrientepuede contribuir para que se despeguen los floculos organicos, minimizandol os o lo re s.Los equipos para desarenadores varian considerablemente de un tipo a

    otro:tipo rotativo con palas raspadoras del fondo;tablas raspadoras arrastradas por corrientes;raspadores arrastrados por ruedas sobre rieles fijados sobre lasbordas del desarenador;elevacion por eyector a aire ("air lift");remocion a 10 largo del fonda con transportadores helicoida1es(tornillo) ;remocion por bombas sumergidas;otras.

    L as i ns ta la ci on es m ec an iz ad as m a s completas, ademas de retirar elmaterial, 10 lavan. Esas instalaciones pueden producir detritos con menos de5% de materia organica.

    Las instalaciones de limpieza manual cuando bien operadas, pueden redu-cir la cantidad de material putrescib1e basta unos 10%. Pero esto ya es sufi-ciente p ara producir olores desagradab1es.1.5.14 Disposicion de la arena

    Cuando el contenido de materia organica es del orden a producir ma10solores, e1 material retenido debe ser enterrado.La arena con bajo porcentaje de materia putrescible puede ser aprovechadaen re11enos,caminos, 1echos de secado de lodo y otros.

    1.5.15 Detalles constructivosLas secciones de concordancia gradual en empliaciones 0 restriccionesde aocho deben ser disenadas para reducir 1a turbu1encia.Las dimensiones de la parte destinada al deposito de arena en las insta-laciones no mecanizadas deben ser establecidas en armonia con 1a cantidad pre-vista de material y teniendo en consideracion la frecuencia de limpieza deseada( se ma na l, qui nc en al 0 mensual).

    1.5 .16 Desarenadores "Geiger"Los desarenadores "G eigerll fueron desarrollados en Alemania en 1942,basados en el principio del deposito de arena en las margenes internas de lascurvas de rios, debido a1 movimiento curvo y e n e sp ir al .( 7)Las unidades son construidas con forma conica, con entrada tangencial,de modo que se establezca un movimiento en espiral, sin necesidad de equipos.La variacion de nivel debe ser cuidadosamente estudiada para que sean mantenidas

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    - 20 -las condiciones idea1es de deposicion de 1a arena en el centro del cono,donde se encuentra un pozo de recoleccion.

    Figura 1.8 Desarenador Geiger

    La arena es removida del pozo a traves de un "air lift", despues deuno 0 dos minutos de 1avado con aire en el propio pozo.La tasa de ap1icacion ~s de unos 900 m3/m2 dis, para e1 caudal medio.

    1.5.7. Desarenadores aeradosEs una tecnica introducida hace pocos snos en e1 tratamiento de sguasresiduales. (8)Las unidades son construidas en forma de tanques largos de seccianrectangular, pero con el fondo redondeado 0 formado por paredes inclinadas.A 10 largo de uno de los lados 8e inyecta sire difuso a fin de que e1 aguaadquiera un movimiento helicoidal (movimiento de rosca de tornillo). La velo-cidad perifrica transversal es mantenida alrededor de los 0.30 mis, con 10que se logra evitar la deposicion de floculos organicos. La velocidad puedes er a um en ta da 0disminuida por la variac ion de la cantidad de aire, figura1.9.

    La velocidad de flujo a 10 largo de la unidad no tiene practicamenteinfluencia sobre la eficiencia de la remocion. Basta que se la mantenga bajo0.20 m/s. En este tipo de desarenador se consigue retener la arena a partirde un diametro medio inferior a 0.15 mm.E1 consume de aire es de aproximadamente 15 m3/hora par metro de largo,para una unidad con 10 m2 d e s ec c:io n t r an sver sa l, y de 7 1I.3/hora par metro,para una de 5 m2

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    L a ta s a de a pl i c a c i 6 n e s m a n t e n i d a e n tr e 3 0 0 y 9 0 0 m3/ m2 . d i a .

    _ t ~ - - - - - - ~ ' ~ ~ , ~ , , ~ G - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -I! J . . : ..1.~"o '1..'T~r----::::...:..:....:.----'rl

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    BIBLIOGRAFIA

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    2. Normas Alemanas "DIN" .195543. Catilogos comerciales diversos:

    Dorr - Oliver Inc. - E.U.A.Degrenont S.A. - BrasilFMC - Filsan - BrasilInfilco Co. - E.U.A.Ames Crosta - Inglaterra

    4. AZEVEDO NETTO, J.M. Y HESS, M. L. - "Tratamento de Aguas Residuarias",Ed. Revista DAB, Sao Paulo, Brasil, 19705. "Sistemas de Esgotos Sanitarios", PubL Universidad de S40 Paulo, Ed.CETESB, 19736. DIAS DE MORAES, J. C. , "AssociafJao de caixas de areis com vertedoresIIParshall", Revista DAE No. 28, Sio Paulo, Brasil7. GEIGER, H. - "Der Rundsan\lfang", Verlag R. Oldenbourg, 19428. "Handbuch der Abwassertechnik", Ed. Springer Verlag, Band I, 19729. RIVAS MIJARES, G. - "Tratamiento del Agua Residual", Caracas, 1967.