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Articulo de referencia

Clarificador

Tres clarificadores de aguas residuales en la planta de tratamiento de aguas residuales de ʻAikahi, en Hawái. Al parecer, cuentan con una cubierta flotante para reducir el olor,...

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Tres clarificadores de aguas residuales en la planta de tratamiento de aguas residuales de ʻAikahi, en Hawái. Al parecer, cuentan con una cubierta flotante para reducir el olor, ya que la planta se encuentra muy cerca de una zona residencial.
Clarificador circular con desnatador de superficie visible en la parte inferior derecha. A medida que el desnatador gira lentamente alrededor del clarificador, el material flotante desprendido es empujado hacia la trampa visible sobre el recinto cercado en la parte inferior izquierda.

Los clarificadores son tanques de sedimentación construidos con medios mecánicos para la eliminación continua de sólidos depositados por sedimentación . [ 1 ] Un clarificador se utiliza generalmente para eliminar partículas sólidas o sólidos en suspensión de un líquido para su clarificación y/o espesamiento. Dentro del clarificador, los contaminantes sólidos se depositan en el fondo del tanque, donde son recogidos por un mecanismo rascador. [ 2 ] Las impurezas concentradas, descargadas del fondo del tanque, se conocen como lodo , mientras que las partículas que flotan en la superficie del líquido se denominan espuma. [ 3 ]

Aplicaciones

Pretratamiento

Antes de que el agua entre en el clarificador, se pueden añadir reactivos de coagulación y floculación , como polielectrolitos y sulfato férrico [ 4 ] . Estos reactivos hacen que las partículas finamente suspendidas se agrupen y formen partículas más grandes y densas, llamadas flóculos, que se sedimentan de forma más rápida y estable. Esto permite que la separación de los sólidos en el clarificador se produzca de forma más eficiente y sencilla, lo que contribuye al ahorro de energía [ 4 ] . Aislar primero los componentes de las partículas mediante estos procesos puede reducir el volumen de los procesos de tratamiento de agua posteriores, como la filtración.

Tratamiento de agua potable

El agua potable , purificada para el consumo humano, se trata con reactivos de floculación y luego se envía al clarificador, donde se elimina el coagulado floculado, produciendo agua clarificada. El clarificador funciona permitiendo que las partículas más pesadas y grandes se depositen en el fondo. Estas partículas forman una capa inferior de lodo que requiere su eliminación y disposición periódica. El agua clarificada pasa luego por varias etapas más antes de ser enviada para su almacenamiento y uso. [ 4 ]

Tratamiento de aguas residuales

Los tanques de sedimentación se han utilizado para tratar aguas residuales durante milenios. [ 5 ]

El tratamiento primario de aguas residuales consiste en la eliminación de sólidos flotantes y sedimentables mediante sedimentación. [ 6 ] Los clarificadores primarios reducen el contenido de sólidos en suspensión y contaminantes incrustados en ellos. [ 7 ] : 5–9 Debido a la gran cantidad de reactivos necesarios para tratar las aguas residuales domésticas, la coagulación química y la floculación preliminares generalmente no se utilizan, reduciéndose los sólidos en suspensión restantes mediante etapas posteriores del sistema. Sin embargo, la coagulación y la floculación pueden utilizarse para construir una planta de tratamiento compacta (también llamada "planta de tratamiento en paquete") o para un pulido adicional del agua tratada. [ 8 ]

Los tanques de sedimentación llamados "clarificadores secundarios" eliminan los flóculos de crecimiento biológico creados en algunos métodos de tratamiento secundario, incluidos los lodos activados , los filtros percoladores y los contactores biológicos rotativos . [ 7 ] : 13

Minería

Los métodos utilizados para tratar los sólidos en suspensión en las aguas residuales mineras incluyen la sedimentación y la clarificación y filtración mediante manto de flóculos. [ 9 ] Rio Tinto Minerals utiliza la sedimentación para refinar el mineral en bruto y convertirlo en boratos refinados. Tras disolver el mineral, la solución saturada de borato se bombea a un gran tanque de sedimentación. Los boratos flotan sobre el líquido, mientras que la roca y la arcilla se depositan en el fondo. [ 10 ]

Tecnología

Tanques de sedimentación rectangulares con una estructura de vertedero de efluentes visible sobre la superficie del fluido.
Tanque de sedimentación circular vacío que muestra los deflectores de entrada centrales a la derecha, con los brazos rascadores y desnatadores de sólidos visibles debajo del puente giratorio.

Aunque la sedimentación puede ocurrir en tanques de otras formas, la eliminación de sólidos acumulados es más fácil con cintas transportadoras en tanques rectangulares o con rascadores que giran alrededor del eje central de tanques circulares. [ 3 ] Los dispositivos mecánicos de eliminación de sólidos se mueven lo más lentamente posible para minimizar la resuspensión de los sólidos sedimentados. Los tanques se dimensionan para que el agua tenga un tiempo de residencia óptimo en su interior. La economía favorece el uso de tanques pequeños; pero si el caudal a través del tanque es demasiado alto, la mayoría de las partículas no tendrán tiempo suficiente para sedimentarse y serán arrastradas con el agua tratada. Se presta considerable atención a la reducción de las velocidades de entrada y salida del agua para minimizar la turbulencia y promover una sedimentación efectiva en todo el volumen disponible del tanque. Se utilizan deflectores para evitar que las velocidades del fluido en la entrada del tanque se extiendan al interior del mismo; y se utilizan vertederos de rebose para distribuir uniformemente el flujo del líquido que sale del tanque sobre una amplia área de la superficie para minimizar la resuspensión de las partículas sedimentadas. [ 11 ]

sedimentadores tubulares

Instalación de decantador de tubos en el clarificador

Los decantadores de tubos o placas se utilizan comúnmente en clarificadores rectangulares para aumentar la capacidad de sedimentación al reducir la distancia vertical que debe recorrer una partícula en suspensión. Los decantadores de tubos están disponibles en muchos diseños diferentes, como placas paralelas, en forma de chevrón, diamante, octágono o triángulo, y forma circular. [ 12 ] Los decantadores de tubos de alta eficiencia utilizan una pila de tubos paralelos, rectángulos o placas planas corrugadas separadas por unas pocas pulgadas (varios centímetros) e inclinadas hacia arriba en la dirección del flujo. Esta estructura crea una gran cantidad de vías de flujo paralelas estrechas que fomentan un flujo laminar uniforme, como lo modela la ley de Stokes . [ 13 ] Estas estructuras funcionan de dos maneras:

  1. Proporcionan una superficie muy grande sobre la cual las partículas pueden caer y estabilizarse.
  2. Debido a que el flujo se acelera temporalmente entre las placas y luego se ralentiza inmediatamente, esto ayuda a agregar partículas muy finas que pueden depositarse a medida que el flujo sale de las placas.

Las estructuras inclinadas entre 45°  y 60°  permiten el drenaje por gravedad de los sólidos acumulados, pero los ángulos de inclinación menores suelen requerir drenaje y limpieza periódicos. Los decantadores tubulares permiten el uso de un clarificador más pequeño y la separación de partículas más finas con tiempos de residencia inferiores a 10 minutos. [ 13 ] Estas estructuras se suelen utilizar para aguas difíciles de tratar, especialmente aquellas que contienen materiales coloidales .

Los decantadores tubulares capturan las partículas finas, permitiendo que las partículas más grandes se desplacen hacia el fondo del clarificador de manera más uniforme. Las partículas finas se acumulan formando una masa mayor que luego se desliza por los canales tubulares. La reducción de sólidos en el efluente permite disminuir el espacio que ocupa el clarificador durante su diseño. Los tubos de plástico PVC representan un costo menor en las mejoras de diseño del clarificador y pueden aumentar la tasa de operación de 2 a 4 veces. [ 14 ] [ 15 ]

Operación

Para mantener y promover el correcto funcionamiento de un clarificador, es importante eliminar primero cualquier componente corrosivo, reactivo o polimerizable, así como cualquier material que pueda contaminar el flujo de agua de salida, para evitar reacciones secundarias no deseadas, alteraciones en el producto o daños en los equipos de tratamiento de agua. Esto se realiza mediante inspecciones rutinarias para determinar la cantidad de sedimentos acumulados, así como mediante la limpieza frecuente de las zonas de reposo, las áreas de entrada y salida del clarificador para eliminar cualquier residuo, basura, maleza o detritos que se hayan acumulado con el tiempo. [ 16 ]

El agua que ingresa al clarificador debe controlarse para reducir la velocidad del flujo de entrada. Reducir la velocidad maximiza el tiempo de retención hidráulica dentro del clarificador para la sedimentación y ayuda a evitar turbulencias y mezclas excesivas, lo que favorece la decantación efectiva de las partículas en suspensión. Para minimizar aún más la mezcla excesiva dentro del clarificador y aumentar el tiempo de retención para la decantación de las partículas, el flujo de entrada también debe distribuirse uniformemente en toda la sección transversal de la zona de decantación dentro del clarificador, donde el volumen se mantiene al 37,7 % de su capacidad.

El lodo formado por las partículas sedimentadas en el fondo de cada clarificador, si se deja durante un tiempo prolongado, puede volverse pegajoso y viscoso, dificultando su eliminación. Esta formación de lodo favorece las condiciones anaeróbicas y un entorno propicio para el crecimiento bacteriano. Esto puede provocar la resuspensión de partículas por gases y la liberación de nutrientes disueltos en el agua, reduciendo la eficacia del clarificador. Además, pueden surgir problemas de salud importantes en etapas posteriores del sistema de purificación de agua , o bien, la salud de los peces que se encuentran aguas abajo del clarificador puede verse afectada.

Nuevo desarrollo

Se han introducido mejoras y modificaciones para optimizar el rendimiento del clarificador en función de las características de la sustancia que se somete a la separación.

La adición de floculantes es común para facilitar la separación en los clarificadores, pero la diferencia de densidad del concentrado de floculante puede provocar que el agua tratada tenga una concentración excesiva de floculante. Se puede mejorar la concentración uniforme de floculante y reducir la dosificación de floculante mediante la instalación de una pared difusora intermedia perpendicular al flujo en el clarificador. [ 17 ]

Las dos fuerzas dominantes que actúan sobre las partículas sólidas en los clarificadores son la gravedad y las interacciones entre partículas. Un flujo desproporcionado puede provocar inestabilidad turbulenta e hidráulica y posibles cortocircuitos. La instalación de deflectores perforados en los clarificadores modernos favorece un flujo uniforme en toda la cuba. Los clarificadores rectangulares se utilizan comúnmente por su alta eficiencia y bajo costo operativo. Se realizaron mejoras en estos clarificadores para estabilizar el flujo mediante la elongación y el estrechamiento del tanque.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Hammer, Mark J. Tecnología del agua y las aguas residuales. John Wiley & Sons (1975) ISBN 0-471-34726-4, págs. 223–225.
  2. ↑ Smith, Aaron (5 de abril de 2020). " Conceptos básicos de los clarificadores: ¿Cómo funcionan los clarificadores? | Diseño de clarificadores ". aqua-equip.com .
  3. 1 2 Metcalf y Eddy. Ingeniería de aguas residuales McGraw-Hill (1972). págs. 449–453.
  4. 1 2 3 Brentwood Industries, Inc. (2013). "Sistemas de sedimentación de tubos para clarificación". Archivado el 29 de octubre de 2013 en Wayback Machine . Consultado el 14 de octubre de 2013.
  5. ↑ Chatzakis, MK, Lyrintzis, AG, Mara, DD y Angelakis, AN (2006). "Tanques de sedimentación a través de las épocas". Actas del 1er Simposio Internacional de la IWA sobre Tecnologías del Agua y Aguas Residuales en Civilizaciones Antiguas, Heraklion, Grecia, 28-30 de octubre de 2006, pp. 757-762.
  6. ↑ Steel, EW y McGhee, Terence J. Suministro de agua y alcantarillado. (5.ª ed.) McGraw-Hill (1979). ISBN 0-07-060929-2págs. 469–475
  7. 1 2 Guía básica para sistemas municipales de tratamiento de aguas residuales (Informe). Washington, DC: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). 2004. EPA 832-R-04-001. Archivado del original el 22 de diciembre de 2015.
  8. ↑ Plantas de tratamiento compactas (PDF) (Informe). Hoja informativa sobre tecnología de aguas residuales. EPA. 2000. EPA 832-F-00-016. Archivado del original (PDF) el 19 de noviembre de 2001.
  9. ↑ Gorshkov, VA, Kharionovsky AA, "Principales métodos y técnicas de tratamiento de aguas de minas en los EE. UU.", Revista Internacional de Aguas de Minas, 4 (1983), España. pp. 27-34.
  10. ↑ Rio Tinto Minerals. "Extracción y refinación de boratos". Archivado el 10 de noviembre de 2013 en Wayback Machine. Consultado el 13 de octubre de 2013.
  11. ↑ Weber, págs. 128–131.
  12. ↑ Smith, Aaron (8 de marzo de 2020). "Ventajas de diferentes diseños de clarificadores de láminas ". wordpress.com .
  13. 1 2 Weber, pág. 130.
  14. ↑ SBS Enviro Concepts (2008). sbsenviro.com ; "Tube Settlers" Archivado el 29/10/2013 en Wayback Machine. Consultado el 14 de octubre de 2013.
  15. ↑ Foroozan, L. (2001). "Análisis hidrológico y diseño de control de flujo/mejores prácticas de gestión". Archivado el 3 de marzo de 2011 en Wayback Machine. Manual de gestión de aguas pluviales para el oeste de Washington , vol. III. Departamento de Ecología del estado de Washington. Publicación 9913. pág. 93. Consultado el 14 de octubre de 2013.
  16. ↑ Centro Regional de Acuicultura del Oeste, Universidad de Washington. Seattle, WA (2001). "Diseño de estanques de sedimentación". Publicación WRAC n.° 106.
  17. ↑ Zytner, Richard G. "Separación de sólidos". Escuela de Ingeniería, Universidad de Guelph, Ontario, Canadá. Consultado el 14 de octubre de 2013.

Bibliografía

  • Weber, Walter J., Jr. Procesos fisicoquímicos para el control de la calidad del agua. John Wiley & Sons (1972). ISBN 0-471-92435-0