FANGOS DE ETAP: BREVE RESUMEN

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1 FANGOS DE ETAP: BREVE RESUMEN 1.- GENERALIDADES Los fangos producidos en la potabilización de aguas proceden de las purgas efectuadas en la decantación, si existe, y del lavado de los filtros. Las materias contenidas en estos fangos comprenden las correspondientes al agua antes del tratamiento: plancton, materias minerales y orgánicas floculadas, hidróxidos metálicos (hierro y manganeso), micro-contaminantes, y las materias añadidas para su tratamiento: hidróxidos metálicos procedentes del coagulante, almidón del floculante y, eventualmente, carbón activo en polvo. Cuando los fangos solo proceden de una filtración, su concentración alcanza 200 a g/m 3 sobrepasando, por tanto, los límites admitidos normalmente para el vertido a un río. Pueden contener materia orgánica debido a los posibles crecimientos biológicos que se hubieran producido en el lecho. Si el tratamiento comprende una fase de decantación y una o dos fases de filtración, se reúnen todos los fangos, recirculando en su totalidad las aguas de lavado de los filtros e introduciéndolas en cabecera de la estación, por bombeo, a un pequeño caudal, o decantándolas separadamente. El agua decantada se recupera para su recirculación o vertido, y los fangos sedimentados se unen a los que se extraen de los decantadores. Los fangos conjuntamente tienen una concentración en materia seca que varía generalmente entre 2 y 15 g/l. En algunos casos en los que el agua bruta está muy cargada, puede llegarse a concentraciones mayores, mayores de 100 g/l. Constituye esto, sin embargo, una excepción que corresponde a periodos de crecidas de los ríos en los que llega a ser admisible realizar vertidos directos. La contaminación, en este caso, es fundamentalmente de tipo inorgánico o mineral. La cantidad de fangos que se producirán dependerá de: Calidad del agua captada para potabilizar Caudal tratado Cantidad de reactivos añadidos Por ejemplo, en una ETAP de 1 m 3 /s se obtiene la siguiente producción de lodos (Fuente: Ramírez, 2008): Caudal (m3/s) Purga de decantadores Lavado de filtros Fangos mezclados Caudal (m3/d) Conc. Caudal Conc. Caudal Conc. (kg/m3) (m3/d) (kg/m3) (m3/d) (kg/m3) Mat. Seca total (kg/d) Suponiendo que se parta de una concentración de 2 a 15 g/l de materias secas, pueden realizarse varios tipos de tratamiento: Espesamiento y vertido sobre lechos (eras) de secado Concentración y congelación 1

2 Espesamiento y paso a través de filtros-prensa, filtros de vacío (con o sin precapa) o centrifugadoras Recuperación del coagulante por acidificación y tratamiento de los fangos neutralizados en filtros de vacío, filtros prensa o centrifugadoras. Los fangos procedentes del tratamiento de un agua potable se caracterizan generalmente por una carga orgánica (biofilms, floculante orgánico,..) y una proporción no despreciable de hidróxidos metálicos. Por ello los equipos de concentración o espesamiento deben dimensionarse ampliamente siendo necesario prever un acondicionamiento con el que pueda obtenerse, simultáneamente, un líquido tratado claro y unos fangos manejables después de la deshidratación; se evitará con ello, el atascamiento de las telas de los filtros banda, que eventualmente, puedan emplearse. Los distintos esquemas de tratamiento citados están condicionados, igualmente, por la posibilidad de utilizar o no ayudantes de floculación. No siempre son aplicables a un fango determinado. Para determinar el tratamiento de fangos más conveniente debe efectuarse en cada caso particular, un estudio técnico y económico. La alúmina de los fangos extraídos de los decantadores puede recuperarse mediante acidificación a ph con ácido sulfúrico concentrado, para usarla de nuevo en el tratamiento. Esta recuperación puede alcanzar un 54 % del peso de sulfato de aluminio comercial empleado (Degrémont, 1973). 2.- LÍNEA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO Homogenización Si las concentraciones de lodos procedentes de decantadores y filtros son muy diferentes entre sí, el rendimiento de la línea de tratamiento de fangos será inestable. Resulta beneficioso una mezcla previa de los lodos en un tanque de homogenización, para conseguir un fango de alimentación a la línea de tratamiento con una concentración lo más estable posible, y por ende un rendimiento o eficacia del tratamiento de lodos también estable. Incluso, si solo se envía la purga de decantadores (es decir, el lavado de los filtros se retorna a cabecera de la línea de agua) es conveniente el tanque de homogenización y regulación de caudales de lodos. Espesamiento Los fangos de ETAP son poco concentrados (muy acuosos). Los de la purga de decantadores pueden contener 5 g/l de materia seca, y los de las aguas de lavado de filtros de 0.2 a 0.3 g/l. Conviene por lo tanto quitarles agua, espesándolos, previo a su deshidratación final. El espesamiento se puede hacer por gravedad (tal como una decantación) o mediante flotación con aire disuelto (proceso FAD). Incluso se pueden combinar ambos procesos. Se empieza espesando por gravedad y este fango espesado se concentra más en un FAD en serie. Se consigue un incremento de la concentración del orden de 8 veces la concentración inicial, con un valor final medio de 40 g/l (4%) de materia seca. Espesamiento por gravedad: suele realizarse en espesadores estáticos, en general circulares, provistos de rasquetas que arrastran el fango sedimentado hacia las arquetas de recogida, desde donde se bombea al equipo de deshidratación. 2

3 Ingeniería Ambiental - Grado en Tecnologías de la Ingeniería Civil El agua sobrenadante se extrae por los vertederos superiores y se envía a cabecera de la línea de agua. Estos decantadores (espesadores) pueden mejorarse con la implementación de lamelas, que permiten reducir el volumen y la superficie necesarios. Fig. Croquis de un espesador de gravedad Fig. Espesador de gravedad (Línea de lodos EDAR de Lugo) Espesamiento por flotación: el método tradicional en flotación de fangos es la utilización de aire disuelto. El aire se disuelve en el fango sin espesar sometiéndolo a una presión elevada. Cuando se despresuriza la solución, el aire disuelto se libera en forma de microburbujas que arrastran a los sólidos en suspensión hacia la parte superior de donde debe ser extraída. La concentración alcanzable suele ser del 4% de materia seca. El espesamiento se puede ver favorecido por el uso de floculante, sobre todo en la flotación, pudiendo alcanzarse concentraciones de hasta el 6%. 3

4 Ingeniería Ambiental - Grado en Tecnologías de la Ingeniería Civil Fig. FAD de presurización total Fig. FAD de presurización parcial de efluente recirculado Fig. Espesador por flotación (Línea de lodos EDAR de Lugo) 4

5 Deshidratación El fango espesado contiene mucha agua. Así, los objetivos de la deshidratación serán: Reducir costes de transporte Mayor facilidad de manipulación (utilización de palas cargadoras, cintas transportadoras, etc.) En su caso, facilitar la incineración. En general, se recurre a deshidratación mecánica. Para conseguir grados de sequedad de un 20% o mayores, hay que someter el lodo a una filtración o una centrifugación, más el uso de reactivos que acondicionen previamente el fango para mejorar la eficacia de estos procesos. Filtros de vacío: un filtro de vacío consta de un tambor cilíndrico que gira sobre su eje. Sobre el tambor se coloca un tejido poroso que permite el paso del agua. Secado de la torta Descarga Formación de la torta Esquema de un filtro de vacío El cilindro se sumerge parcialmente en un depósito que contiene el fango a deshidratar, a medida que gira el cilindro se recubre de fango, a continuación se hace el vacío mediante unas bombas exteriores y el agua fluye hacia el centro del cilindro de donde se retira. El fango deshidratado se recoge finalmente en unas cintas transportadoras. A lo largo de la superficie del cilindro se dan las fases de formación de la torta, filtración y descarga. La sequedad obtenida con un filtro de vacío oscila entre el 20 y el 25%. Centrífuga: consta de un tornillo con forma de hélice que gira alrededor de su eje, a unas rpm (Qasim, 1994), encerrado en una cubeta de forma cilindro-cónica que gira también aunque a menor velocidad. El fango se introduce por el eje y debido a la fuerza centrífuga la parte sólida se recoge de las paredes de la cubeta de forma separada al agua (ver figura). El fango acumulado es arrastrado hacia el extremo cónico gracias al giro del tornillo helicoidal, consiguiéndose una compactación adicional. A continuación se extraen los sólidos de la centrífuga. 5

6 Motor Alimentación del fango Agua Fango deshidratado Croquis de una centrífuga Figura.- Centrífuga (Línea de lodos EDAR de Carral) El fango deshidratado alcanza habitualmente una sequedad que oscila entre el 20 y el 25%. Actualmente se llega a valores de 30-35% e incluso al 40% (WEF, 1992) aunque a costa de una gran dosis de polielectrolito. Este proceso es comparable con la filtración por vacío en cuanto a costo y rendimiento. Las centrífugas son compactas, cerradas (la salida de olores al exterior se reduce en comparación con otras alternativas) y necesitan poco espacio. El ruido generado por estos equipos a 1 m oscila entre 80 y 90 dba. Filtro banda: consiste, básicamente, en una cinta transportadora sobre la que se coloca el fango, y en una cinta cobertor. El fango se sitúa entre ambas cintas que son permeables. Este conjunto pasa a través de una serie de rodillos colocados para conseguir la compresión del fango. En algunos modelos se hace el vacío en alguna zona del recorrido para aumentar la extracción del agua. En la figura siguiente se muestra un esquema de un filtro banda. 6

7 Alimentación del fango Polielectrolito Agua de lavado Vertido de la torta de fango Agua filtrada Esquema de un filtro banda Figura.- Filtro banda (Línea de lodos EDAR de Noia) En un filtro banda, tras el acondicionamiento, el fango se deposita al inicio de la cinta en una zona en la que la extracción de agua se hace por gravedad, simplemente dejando que escurra a través de la cinta. A medida que avanza este proceso la cinta cobertor se acerca cada vez más al fango entrando en la zona de prensado. Por último se entra en una zona en la que la distribución de los rodillos es tal que se produce una gran compresión en los puntos de giro de la cinta. La sequedad de la torta de un fango alcanza el 20 %. El rendimiento obtenido depende de muchas variables como son las características del fango, tipo de acondicionamiento, configuración de los rodillos y velocidad de las cintas. Filtros prensa: el fango se introduce en unas celdas recubiertas de un material poroso situadas a lo largo de un eje sobre el que se aplica una compresión. Como consecuencia, el 7

8 agua presente en el fango escapa a través de drenes y el fango deshidratado queda retenido en las celdas. Finalmente se abren las celdas y las tortas se transportan al punto de evacuación final. En las figuras se muestran unos esquemas de este tipo de filtros. Extremo fijo Extremo móvil Mando Motor Croquis de un filtro prensa Extremo fijo Entrada del fango Orificios de drenaje Croquis de las celdas de un filtro prensa Figura.- Filtro prensa 8

9 Los filtros prensa funcionan de forma discontinua (llenado-vaciado). La ventaja principal es su capacidad para conseguir sequedades superiores al 30%. Por el contrario tienen un costo de inversión muy alto, necesitan gran cantidad de reactivos en la fase de acondicionamiento y generan altos costos de explotación. Las fases de funcionamiento de un filtro prensa son: o Llenado con una duración de 15 a 20 minutos. o Filtrado con una duración que oscila entre 1 y 2 horas en función del tipo de fango. o Vaciado con una duración de 30 minutos. o Lavado con una duración de 30 minutos cada 2 ó 3 filtrados. 3.- ESTIMACIÓN DE LA CANTIDAD DE LODO El peso de fango o materia seca (P), en gramos, que resulta de tratar 1 m 3 de agua, puede calcularse de forma aproximada mediante (Ramírez, 2008): P = MS C + KD + Z Donde: MS: Diferencia de materia seca entre agua bruta y agua tratada (en mg/l). A la materia seca del agua tratada habrá que restar la cantidad de sulfato (SO 4-2 ) incorporada con el coagulante, aproximadamente el 23% de la dosis de sulfato de aluminio del 8% en Al 2O 3). C = color del agua bruta en unidades de Hazen. K = coeficiente que depende del coagulante empleado (para el sulfato de aluminio del 8% en Al 2O 3, K = 0.12). D = dosis del coagulante (en g/m 3 ). Z = dosis total de otros reactivos, en g/m 3. El peso P se estima considerando un secado a 180 ºC en la determinación de la materia seca. Si el secado se realiza a 105 ºC habrá que añadir el agua ligada a hidróxidos, que puede significar de un 6 a 7 % adicional de peso. Por lo tanto, en ese caso al resultado de la expresión anterior habría que multiplicarla por BIBLIOGRAFÍA BÁSICA AWWA/ASCE; (1998). "Water Treatment Plant Design ; American Water Works Association American Society of Civil Engineering. McGraw-Hill: New York. Degrémont; (1973); "Manual técnico del agua"; tercera edición española. Degrémont; (1979); "Manual técnico del agua"; cuarta edición española. Pérez de la Cruz F. y Urrea M. (año). Abastecimiento de aguas. Tema 9: tratamiento de fangos. Presentación. Universidad Politécnica de Cartagena. Ramírez F. (2008). Lodos producidos en el tratamiento del agua potable. Revista Técnica Industrial, 275:

10 Romero, J. (1999). Potabilización del agua. Editado por: Alfaomega y Escuela Colombiana de Ingeniería. 3ª edición. Steel, E.W.; McGhee, T.; (1981); "Abastecimiento de agua y alcantarillado"; Editorial Gustavo Gili, S.A.; Barcelona; 636 págs. 10