SEDIMENTACIÓN Y DECANTACIÓN INTRODUCIÓN En muchos procesos industriales aparecen mezclas de líquidos y sólidos en suspensión, cuantas más pequeñas son las partículas sólidas, mayor es la dificultad para separarla del líquido.
1. SEDIMENTACIÓN 1.1. DEFINICIÓN Definimos sedimentación al proceso natural por el cual las partículas más pesadas que el agua, que se encuentran en su seno en suspensión, son removidas por acción de la gravedad También se define como el proceso de separación por acción de la gravedad de las fases sólido y liquida de una suspensión diluida, con el fin de obtener una suspensión concentrada y un líquido claro. Las impurezas naturales pueden encontrarse en las aguas según tres estados de suspensión en función del diámetro. Estados de suspensión o dispersión: Suspensión hasta diámetros de 10µm Coloides entre 0,1 y 10 µm Soluciones para diámetros aún menores de 0,1 µm Estos tres estados de dispersión dan lugar a tres procedimientos distintos para eliminar las impurezas. El primero destinado a eliminar las de diámetros mayores de 10 µm constituye la “sedimentación simple”. El segundo implica la aglutinación de los coloides para su remoción a fin de formar un “floc” que pueda sedimentar. Finalmente, el tercer proceso, que esencialmente consiste en transformar en insolubles los compuestos solubles, aglutinarlos para formar el “floc” y permitir así la sedimentación. 1.2.
TIPOS DE SEDIMENTACIÓN
1.2.1. SEDIMENTACIÓN LIBRE: se produce en suspensiones de baja concentración de sólidos. La interacción entre partículas puede considerarse despreciable, por lo que sedimentan a su velocidad de caída libre en el fluido.
1.2.2. SEDIMENTACIÓN POR ZONAS: se observa en la sedimentación de suspensiones concentradas. Las interacciones entre las partículas son importantes, alcanzándose velocidades de sedimentación menores que en la sedimentación libre. La sedimentación se encuentra retardada o impedida. Dentro del sedimentador se desarrollan varias zonas, caracterizadas por diferente concentración de sólidos y, por lo tanto, diferente velocidad de sedimentación. Las partículas de tamaños muy finos sedimentan con mucha lentitud. Para aumentar la velocidad de sedimentación, es decir mejorar la separación sólido-líquido, se puede utilizar la coagulación o la floculación (mejorando la velocidad de asentamiento se mejora la separación sólidolíquido). 1.3.
FLOCULANTES
Los floculantes consisten en polímeros sintéticos de muy alto peso molecular, que tienen una estructura morfológica muy especial, que causa que los coágulos formados se adhieran a los ramales de estas moléculas gigantes, por mecanismos de fuerzas de adhesión físicas, así como por fuerzas de atracción electrostática y de otro tipo (fuerzas de London, de Van Der Waals, etc.). El producto floculante propicia la formación de puentes químicos entre dos o más partículas de modo que se forma una estructura tridimensional aleatoria, esponjosa y porosa. Dicha estructura, mediante el crecimiento de partículas coaguladas, terminará por formar un floc lo suficientemente grande y pesado (o ligero) como para lograr sedimentar (o flotar). En conclusión los floculantes son polímeros orgánicos de cadena larga y alta masa molecular (>100), solubles en agua, que al formar puentes o uniones entre partículas, forman una partícula de un mayor tamaño aparente.
Tamaño (partícula + floculante)> Partícula en solución En el proceso de floculación es importante conseguir el flóculo de mayor peso y cohesión posible, ya que estas características facilitan su eliminación, en general algunos de los siguientes medios favorecen el engrosamiento y consecuentemente, la sedimentabilidad del flóculo: Una coagulación previa tan perfecta como sea posible Un aumento de la cantidad de flóculos en el agua Una agitación lenta y homogénea del conjunto, con el fin de aumentar las posibilidades de que las partículas coloidales descargadas eléctricamente se encuentren con un flóculo. El empleo de productos floculantes 1.4.
ESPESAMIENTO Y CLARIFICACIÓN
1.4.1. ESPESAMIENTO El espesamiento consiste en aumentar la concentración de sólidos suspendidos contenidos en una corriente de alimentación. Es usualmente empleada en procesos de minerales, debido a que es un proceso de alta capacidad y bajo costo. 1.4.2. CLARIFICACIÓN La clarificación consiste en extraer una pequeña cantidad de partículas suspendidas y producir un efluente claro. Es usada para la recuperación de las aguas del proceso y lavado.
1.5. SEDIMENTADORES 1.5.1. CLASIFICACIÓN DE LOS SEDIMENTADORES Los sedimentadores se clasifican según
Su forma El sentido del flujo Condiciones de funcionamiento
1.5.1.1.
SEGÚN SU FORMA Rectangulares Circulares Cuadrados
1.5.1.2. SEGÚN EL SENTIDO DEL FLUJO Horizontales Verticales 1.5.1.3. SEGÚN CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO Convencionales Laminares 1.5.2. PARTES DEL SEDIMENTADOR ZONA ENTRADA SALIDA LODO SEDIMENTACIÓN
PROCESO Hace que se dé un tránsito suave entre el flujo de agua que entra y el que se necesita en la zona de sedimentación Contribuye a que se dé un tránsito suave entre las zonas de sedimentación y el flujo de salida Recibe el material sedimentado que debe ser drenado posteriormente Es la parte del tanque para el asentamiento, libre de influencias de las otras dos zonas
Los diversos tipos de espesadores difieren según el método de soporte del mecanismo de las rastras, la forma de alimentación, la forma de las rastras, la adición de floculante, etc.
2. DECANTACIÓN Es un método utilizado para separar un sólido, de grano grueso e insoluble, de un líquido o para separar dos líquidos no miscibles y de diferentes densidades estos utilizando un embudo de decantación que tiene las siguientes características: Presenta una embocadura taponable por la que se procede a cargar su interior. Es un instrumento especialmente indicado para separar líquidos inmiscibles que se separan, por diferencia de densidades y propiedades moleculares mediante una interface bien diferenciada. Se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, que hace que dejados en reposo, ambos se separen hasta situarse el más denso en la parte inferior del envase que los contiene. De esta forma, podemos vaciar el contenido
por arriba (si queremos tomar el componente menos denso) o por abajo (si queremos tomar el más denso).
Si un líquido contiene partículas de un sólido inalteradas en suspensión, se observa que, en virtud de la acción de la gravedad y el principio de Arquímedes, la caída de partículas hacia el fondo o la tendencia a flotar a la superficie, es en función de su densidad y diámetro. Normalmente el líquido queda en la parte de arriba, es llamado "sobrenadante" y la materia sólida "depósito" cae. Esta técnica de separación se utiliza principalmente para el tratamiento de aguas residuales: desarenado, lubricando, la recuperando de los lodos restos. Este método es aplicado en la extracción de petróleo en yacimientos marinos la cual separan el petróleo, al ser menos denso, quedando en la parte superior del agua. El petróleo se almacena y el agua es devuelta al mar. Cuando dos líquidos son, inmiscibles, como el petróleo y el agua, simplemente se dejará reposar la mezcla para que el líquido más denso se sitúe por debajo de los líquidos menos densos, y surgen de una superficie de separación horizontal entre dos líquidos. En los laboratorios de química o biología, se utiliza comúnmente en el proceso de extracción líquido-líquido en una fase acuosa y la fase orgánica. 2.1. PRINCIPALES TIPOS DE DECANTACIÓN: 2.1.1. Decantación estática: Puede procederse por intermitencia, llenando un depósito en el que el agua permanezca en reposo durante varias horas, y vaciando a continuación la capa superior de agua hasta un nivel por encima del de los fangos depositados. Pude ser interesante este procedimiento para instalaciones provisionales, pero en una explotación industrial, siempre es preferible utilizar un decantador en circulación continua, con el fin de evitar frecuentes intervenciones manuales. Los decantadores estáticos deben funcionar preferentemente de forma regular, puesto que si las variaciones de caudal provocan la formación de remolinos que hacen que los fangos suban a la superficie. Igualmente, cualquier variación de temperatura, por pequeña que sea, entre el agua bruta y el agua del decantador, da lugar a movimientos de convección que producen el mismo efecto.
2.1.2. Decantación por contacto de fangos: Los progresos de la técnica, han mejorado la floculación aumentando la concentración del floculo, o recirculando los fangos, con lo cual se acelera la decantación.
En el caso de tratamiento biológico, los decantadores finales, en los que se separa el floculo biológico del agua depurada, se denominan clarificadores. Estos decantadores deben admitir grandes porcentajes de recirculación, de forma que los fangos permanezcan el menor tiempo posible en el aparato, antes de volver a los depósitos de aeración. Con los sistemas de decantación por contacto de fangos mejoran los fenómenos de floculación y se obtiene un rendimiento óptimo de la cantidad de reactivo introducida, debido a la concentración que se produce en el lecho del fango. Se consigue así una mejor adsorción de las materias disueltas sobre el floculo formado. Dentro de esta decantación hay dos tipos: 2.1.3. Recirculación de fangos: Los fangos se separan del agua clara en una zona de decantación. Seguidamente, se recirculan haciéndoles pasar a una zona de mezcla, provista de un sistema de agitación mecánica (Acelerador, Turbocirculator) o hidráulica (Circulador). El agua bruta, a la que se han añadido los reactivos, se introduce igualmente en esta zona de mezcla. 2.1.4. Decantación por lecho de fango (tipo Pulsador): En este caso no se pretende que circule el fango. Se trata solamente de mantenerlo en forma de una masa en expansión, que el agua pueda atravesar de abajo arriba, de manera regular y uniforme. La agitación, muy lenta, tiene lugar en el punto de introducción del agua a utilizar. 2.2. DECANTADORES El proceso descrito anteriormente, se consigue mediante la instalación adecuada de tanques circulares o rectangulares, donde se provoca la sedimentación de las partículas en suspensión que anidan en el agua residual, denominados decantadores o puentes decantadores. Los decantadores se dotan de rasquetas mecánicas de recogida y evacuación de los fangos decantados, que por gravedad se depositan en el fondo del mismo. Mientras que los flotantes de superficie, son conducidos por un deflector radial a una tolva. 2.2.1. CLASIFICACIÓN DE LOS DECANTADORES Por la forma de hacer circular el agua residual en el interior del decantador, tenemos: • Decantador de Circulación Horizontal. El agua se desplaza en sentido longitudinal o radial. • Decantador de Circulación Vertical. El agua se desplaza de abajo a arriba.
Por la forma geométrica de la obra civil, tenemos: • Decantador circular • Decantador rectangular
Por la forma de eliminar los fangos, tenemos: • Decantador de arrastre. • Decantador de succión. Por el movimiento del puente, tenemos: • Decantador de tracción periférica. • Decantador de tracción central. 2.2.2. DISEÑO DEL DECANTADOR Los puentes decantadores HIDROMETALICA están construidos en su conjunto por los siguientes elementos: Pivote central Carro tractor Puente y barandilla Rasquetas de fondos (barrederas) y brazos Tolva recogida de flotantes y rasqueta de arrastre de grasas Deflector perimetral y aliviaderos Campana de tranquilizarían
2.3. FUNCIONAMIENTO DE UN DECANTADOR Las aguas llegan al decantador procedente del Aireador, o bien de un pretratamiento químico, y se introducen en él desde su parte inferior a través de una columna central, donde se prevén huecos para desagüe de las mismas y taladro para el cable de energía. Sobre esta columna se monta el PIVOTE CENTRAL que va a permitir el giro del puente. El agua asciende por el interior de la columna central, hasta desembocar en un tanque metálico cilíndrico o CAMPANA DE TRANQUILIZACION que, como su propio nombre indica, rompe la velocidad del agua eliminando las turbulencias. El
agua baja y cae al fondo del decantador, donde se va depositando el fango por gravedad mientras el agua va ascendiendo, hasta desaguar por un canal periférico o ALIVIADERO. Este desaguado es regulado por una pantalla metálica con entalladuras formando diente de sierra en "y" denominado ALIVIADERO PERIMETRAL, tipo Thompson. En un punto del aliviadero se realiza la conexión a una arqueta desde la cual las aguas clarificadas son enviadas a un decantado secundario si fuese necesario o a una Cámara de Cloración. El fondo del decantador tiene forma ligeramente cónica, así los fangos depositados fácilmente son enviados hacia el centro por el PUENTE y sus BARREDERAS. Aquí un pozo estratégicamente situado en la obra civil los recoge para evacuarlos a tratamiento, a Digestor Aerobio. Aquella materia sólida que por su poco peso específico flota en la superficie del agua decantada, es conducida mediante un DEFLECTOR RADIAL DE ARRASTRE DE GRASAS, hasta el perímetro exterior del puente donde una RASQUETA DE GRASAS suspendida del mismo, la introduce en la TOLVA DE RECOGIDA DE FLOTANTES. El movimiento circular del decantador es posible Merced a un rodamiento adecuado, colocado en el pivote central, y a un accionamiento por Motor reductor que en el extremo externo de la pasarela da movimiento a una rueda de goma que se desliza por la cara superior del muro perimetral del decantador, constituyendo el CARRO TRACTOR.