Eliminación de sólidos en suspensión de las aguas residuales industriales

19 de junio de 2023 (Lectura 10 mins)
Jordi Fabregas

1. ¿Qué son los sólidos suspendidos totales?

Los sólidos suspendidos totales (SST) son materiales que, habitualmente, encontramos en el seno de las aguas, tanto naturales como industriales.

La presencia de sólidos suspendidos en las aguas residuales es causa de atascamiento y deterioro de las instalaciones por donde circula el efluente. Cuando son de naturaleza orgánica son también focos de fermentaciones y posibles infecciones.

Nuestros sistemas DAF para la eliminación de sólidos en suspensión

Ofrecemos una amplia gama de tamaños y configuraciones de sistemas DAF para adaptarse a diferentes caudales de aguas residuales y cargas de SST. Nuestros sistemas DAF están diseñados para eliminar todo tipo de sólidos en suspensión de las aguas residuales industriales y municipales, incluidas las partículas finas y difíciles de tratar. Nuestros equipos de flotación por aire disuelto garantizan elevadas eficacias de eliminación de los SST de hasta el 99 %.

Nuestros equipos requieren un mantenimiento mínimo y son de fácil operación. Además de las unidades estándar, también ofrecemos sistemas DAF compactos, que incorporan los sistemas de coagulación-floculación y se entregan completamente montados y listos para operar.

2. Presencia de SST en aguas residuales industriales

A continuación, se indican algunos de los sólidos suspendidos totales que más comúnmente se encuentran presentes en las aguas residuales y cuya presencia viene condicionada:

  • Partículas del suelo, que pueden incluir arcilla, limo y arena arrastrados al agua por la erosión, las escorrentías u otras fuentes.
  • Materia orgánica, entre la que destacan las partículas de materia vegetal y animal en descomposición, así como microorganismos vivos como algas y bacterias.
  • Residuos líquidos generados en procesos industriales. En estos casos, las aguas residuales pueden contener sólidos en suspensión como productos químicos, aceites, metales y otros materiales.
  • Residuos de alimentos, entre los que se incluyen las partículas derivadas del procesamiento, la preparación y el consumo de alimentos.
  • Residuos humanos y animales como materia fecal, orina y otros fluidos corporales.

3. Tipos de sólidos en suspensión, identificación y medida

A efectos analíticos, a la hora de definir la calidad de un agua, es importante discernir entre los tipos de sólidos que se encuentran en su seno:

Solidos sedimentables (MS): Son aquellos que se encuentran en el seno del fluido y que debido a su densidad tienen a decantar y, por lo tanto, a separarse por su propio peso.  Los sólidos sedimentables se miden en mg/l o ppm (partes por millón), y pueden ser separados por sedimentación (Decantación), reducción de densidad aparente (Flotación), o filtración en distintos medios físicos (arena, antracita, membranas, etc.).

Sólidos Volátiles (SV). Los sólidos volátiles se separan calcinando a 550 º C. Normalmente se trata de materia orgánica. Los sólidos restantes en el agua en el agua son los conocidos como Sólidos Persistentes.

Total sólidos disueltos (TDS). Estos sólidos no son apreciables en el líquido por medios físicos simples, sino que se recurre a la conductividad, que se mide en µS/cm (micro Siemens/cm), para su detección. El sistema físico para medirlos consiste en llevar el agua hasta 105 º C y pesar el residuo que aparece (residuo seco). Se mide también en mg/l

Solidos en suspensión (TSS). Son los sólidos no disueltos que se mantienen finamente dispersos en el seno del fluido y que no decantan debido a su carga eléctrica (material coloidal). Los sólidos en suspensión totales pueden someterse a tratamientos fisicoquímicos de desestabilización mediante reactivos coagulantes y a su aglutinación con floculantes, Estos acondicionamientos se realizan como previo paso a los procesos de flotación o decantación. Cuando son micro sólidos, se pueden separar por filtración. Su concentración se mide en mg/l (ppm).

4. Tratamientos utilizados para la separación y eliminación de sólidos suspendidos totales

Los métodos utilizados para eliminar los sólidos suspendidos presentes en las aguas residuales dependen de factores como:

  • Tipo de sólidos
  • Concentración de los sólidos
  • Presencia, o no, de otro tipo de contaminantes
  • Nivel de depuración deseado
  • Necesidades y objetivos establecidos por el cliente
  • Normativas vigentes.

Existen diversos métodos para la eliminación de los SST de las aguas residuales:

Cribado

Las aguas residuales pasan primero por un tamiz o una reja para eliminar los sólidos de mayor tamaño. Son rejas y tamices cuya luz de filtración oscila entre varios cm, y algunos milímetros (los más habituales no bajan de 3 mm). Dependiendo de la frecuencia con que deban limpiarse, y del tipo de sólidos a separar, se puede disponer de sistemas automáticos de limpieza.

Las conducciones deben diseñarse a velocidades de circulación > 0,3 m/s. para impedir la deposición de SS. Los puntos de retención (depósitos, arquetas, etc.) deben disponer de sistemas de evacuación y purga.

Sedimentación

Las aguas residuales se retienen en un depósito o balsa de homogeneización durante un periodo de tiempo, lo que permite que las partículas más pesadas se depositen en el fondo, desde donde pueden eliminarse.

Coagulación y floculación

Las aguas residuales se acondicionan con la adición de productos químicos, tales como sales de aluminio (Sulfato, policloruro, etc.) o de hierro (Cloruro, sulfato…) para formar aglomeraciones de partículas llamadas coágulos, que luego pueden aglutinarse en flóculos por la adición de polímeros floculantes. Estos flóculos son posteriormente separados mediante flotación, sedimentación o filtración.

Decantación

El tratamiento tradicional de separación de sólidos en suspensión consiste en una decantación primaria, previa coagulación/floculación y ajuste de pH. Este proceso se lleva a cabo en depósitos de fondo cónico o piramidal (pendiente mínima paredes del fondo= 45º), que se dimensionan a una velocidad ascensional del orden de 1 m3/m2/h y con unos tiempos de retención de 3 – 4 horas, lo que requiere de grandes superficies para gestionar elevados caudales. Esta velocidad se puede aumentar hasta 3 o más veces con los sistemas de decantación acelerada con recirculación de fangos, o con los decantadores lamelares, que se utilizan para sólidos de alta densidad, ya que ofrecen una superficie de decantación equivalente alta y un tiempo de residencia corto.

Los lodos generados en un decantador primario suelen tener concentraciones inferiores al 1%, por lo que deben ser concentrados en un espesador, que los lleva hasta un 3 – 4 % de MSS.            Este proceso es necesario para poder alimentar adecuadamente a los sistemas de secado de fangos.                     

Cuando los caudales son elevados y, por lo tanto, las superficies de decantación son altas, se procede a instalar varios decantadores en paralelo y a reducir la pendiente, colocando un puente radial o diametral que está provisto de rascadores de fondo que favorecen el efecto de espesamiento, así como de una superficie para conducir los lodos hasta una tolva central del decantador.

Flotación

Esta tecnología permite separar los sólidos que son menos densos que el agua, dejándolos ascender a la superficie de recipientes con un tiempo de permanencia y velocidades ascensionales determinados.

Las técnicas de flotación permiten aportar aire cavitado (CAF), o presurizado y posteriormente despresurizado (DAF) en el seno del efluente, lo que hace que las microburbujas formadas se adhieran a las partículas sólidas y les hagan adquirir una densidad aparente inferior a la del líquido lo que permite su separación por flotación.

Este sistema es altamente eficaz con gran variedad de vertidos y tiende a desplazar a la decantación.

Tratamiento biológico

Los microorganismos descomponen la materia orgánica biodegradable de las aguas residuales, lo que puede ayudar a eliminar los sólidos en suspensión. Hemos de tener en cuenta que también se producen fenómenos de biofloculación y formación de masas de fangos activos en los tratamientos aerobios, o de “pellets” en los anaerobios

Filtración simple

Para los casos más exigentes, o cuando se pretende recuperar parte de los efluentes tratados, se suele utilizar un sistema de filtración que constituye el tratamiento terciario. En estos las aguas residuales pasan a través de un medio filtrante como arena, grava o una membrana, que elimina las partículas pequeñas.

Filtración por membranas

Dentro de este capítulo, merecen especial mención los tratamientos MBR (Membrane Bio Reactor), que permiten mantener elevadas cargas de biomasa en el reactor biológico aerobio.

El grado de filtración que se obtiene con este proceso es similar al de una Microfilración (MF) o Ultrafiltración (UF), que separa las macromoléculas y partículas.

En el siguiente esquema se observan los niveles de filtración de cada tecnología y los distintos niveles de pureza alcanzables.

Para separar sólidos de efluentes complejos por su composición, temperatura, acidez, etc. (licores gastados de metalurgia, tintes, pigmentos, aceites de alta densidad, taladrinas, etc.) se utilizan membranas de filtración tangencial construidas en materiales resistentes como el grafito o la cerámica. En estos casos, se tratan volúmenes pequeños de efluentes, pero muy cargados y agresivos, que se someten a filtración mediante circulaciones en bucle a alta velocidad, con un sistema de lavado complejo que elimina los materiales que atascan cíclicamente las membranas.

5. Flotación por aire disuelto

Una tecnología que merece ser distinguida es la flotación por aire disuelto (DAF), la cual es utilizada para tratar efluentes con un alto contenido de materia orgánica o sólidos ligeros.  El proceso consiste en hacer flotar a los sólidos suspendidos, una vez han sido coagulados y floculados, mediante aire insuflado en forma de microburbujas que se adhieren a los floculos haciéndoles flotar al perder densidad aparente.

La construcción suele ser circular o rectangular, y disponen de rascadores de fondo y superficie. Las velocidades de diseño son sensiblemente más elevadas que la de los decantadores, y los lodos extraídos alcanzan fácilmente una concentración del 4 – 5 %, sin precisar de espesador intermedio.

Los sistemas DAF son una tecnología muy eficiente para eliminar los SST de las aguas residuales, por lo que constituyen una de las tecnologías más comúnmente empleadas en plantas de tratamiento de aguas residuales, tanto industriales como municipales.

Un proceso de eliminación de sólidos suspendidos totales mediante flotación por aire disuelto se lleva a cabo en cinco etapas:

  • En primer lugar, se lleva a cabo un proceso de coagulación, que consiste en añadir productos químicos como sulfato de alúmina o cloruro férrico a las aguas residuales para desestabilizar los sólidos suspendidos y hacerlos precipitar
  • El siguiente paso es un proceso de floculación en el que los polielectrolitos agregan sólidos desestabilizados para formar partículas más grandes llamadas flóculos.
  • La flotación por aire disuelto se lleva a cabo en el sistema DAF, donde se introduce el agua residual en un tanque donde se disuelve el aire a presión. Las burbujas de aire se adhieren a los flóculos, haciéndolos subir a la superficie.
  • El espumado es la siguiente etapa. Durante este proceso, la capa superficial del agua que contiene los sólidos flotantes se retira con un dispositivo consistente en un sistema de barrido superficial, con lo que la cantidad de agua que se arrastra es mucho menor que la que se recoge de un sistema de decantación.
  • Los sistemas DAF son especialmente eficaces en la eliminación de los sólidos suspendidos totales presentes en aguas residuales que son difíciles de tratar con otros métodos, como las aguas residuales oleosas o grasientas, o las que contienen partículas muy finas.

La flotación por aire disuelto ofrece un gran rendimiento y eficiencia para el tratamiento de aguas residuales industriales y municipales gracias a las siguientes ventajas:

  • Los sistemas DAF pueden eliminar un amplio espectro de contaminantes, así como una gran variedad de partículas de SST, incluidas las partículas muy finas que no pueden ser tratadas con otros métodos. Los sistemas DAF pueden alcanzar eficacias de eliminación de los SST de hasta el 99 %.
  • Los sistemas DAF suelen requerir menores dosis de productos químicos en comparación con otros métodos, como la sedimentación y la filtración, por lo que se pueden reducir los costes de productos químicos y minimizar los residuos químicos generados durante el proceso.
  • Los sistemas DAF son equipos compactos en comparación con otros sistemas de eliminación de los SST, como los depósitos de sedimentación, lo que puede ahorrar espacio en la planta de tratamiento de aguas residuales. En Sigmadaf ofrecemos equipos compactos que incorporan la unidad de coagulación-floculación y se entregan completamente montados y listos para operar.
  • Un equipo de flotación por aire disuelto es una máquina fácil de operar que no requiere de grandes esfuerzos, ni inversiones para su correcto mantenimiento.
  • Son una tecnología de gran versatilidad con aplicación en prácticamente cualquier industria. Los sistemas DAF se pueden utilizar para la eliminación de los SST en diversos tipos de aguas residuales, incluidas las aguas residuales oleosas y las aguas residuales con concentraciones variables de SST.

6. Comparativa entre tecnologías de tratamiento para la separación de SST

Planteamos esta tabla orientativa a efectos comparativos entre los distintos tratamientos mencionados:

TecnologíaAplicaciónSuperf,. ocupadaSeparación SST (%)Corte
(µm)
Conc, lodos (%)Coste manten.
CribadoSólidos gruesosBAJA3 – 100 mmSólidosBAJO
Decantación primariaTto. Físico- químicoALTA80 – 90<2000,5 – 1BAJO
Decantación secundariaTto. BiológicoALTA80 – 90<2000,5 – 1BAJO
Decantación lamelarTto. Físico- químicoMEDIA75 – 85<2000,5 – 1BAJO
Flotador DAFTto. 1º y 2ºMEDIA/ BAJA>90100-2003 – 5BAJO
Filtración simpleTras decantación / flotaciónMEDIA/ BAJA>90<50<0,5MEDIO
MBRSecundario BiológicoBAJA>95<50,5 – 1MEDIO/ ALTO
MicrofiltraciónFiltración partículasBAJA>98<1<1MEDIO/ ALTO
UltrafiltraciónFiltración macromolécBAJA>99<0,1<0,1MEDIO/ ALTO
Filtración tangencialEfluentes complejosMEDIA/ BAJA>95<10,1-1ALTO

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