Sistemas de espesamiento de lodos para plantas potabilizadoras (ETAP)

• 1. La necesidad de reducir fangos en una ETAP
• 2. Aplicación DAF para el espesamiento de lodos en ETAP.
• 3. Ensayos en laboratorio SIGMALAB.
• 4. Pilotaje con equipo SIGMADAF.
• 5. Conclusiones.

1. Reducción de fangos en una estación de tratamiento de agua potable (ETAP)

Las aguas residuales vertidas por una ETAP (Estación de tratamiento de aguas potables) a la red de saneamiento tienen su origen en la línea de tratamiento de fangos, especialmente en las etapas de espesamiento, secado y deshidratación.

Optimizar la eficiencia del espesamiento de fangos en una ETAP puede reducir el volumen de vertidos en más de un 50%.

En el caso que vamos a analizar, la empresa operadora de la ETAP busca una solución técnica que reduzca la carga contaminante de los vertidos a red de saneamiento y minimice su volumen.

Se propone un proceso de separación de fangos mediante flotación por aire disuelto (DAF) con adición mínima de agente floculante, el cual ha de ser un producto en base almidón, apto para el consumo humano.

Para testear este proceso, se proporciona un servicio de ensayos previos en laboratorio y un pilotaje industrial que demuestren la eficacia de uno de nuestros sistemas DAF para el tratamiento de fangos de la ETAP.

2. Sistemas de flotación por aire disuelto para el espesamiento de lodos en ETAP

Los sistemas DAF que se utilizan para el espesamiento de fangos biológicos incluyen placas inclinadas y un “scrapper” de diseño especial.

Nuestros sistemas DAF logran un espesamiento de fangos con un contenido en materia seca entre 3 y 4 veces mayor que el obtenido mediante sistemas convencionales.

Estas son las ventajas que nuestros sistemas DAF ofrecen para el espesamiento de fangos:

• Incremento en la eficiencia de espesamiento: se alcanza una muy elevada concentración en materia seca de los fangos deshidratados.
• La separación de la fase sólida es muy rápida.
• Los sistemas DAF requieren de menos espacio que los espesadores por gravedad o convencionales.

3. Ensayos en laboratorio SIGMALAB

Se recibe la muestra del fango proveniente de la ETAP. Se trata de un fango ya floculado, procedente del tratamiento fisicoquímico de la línea de agua.

El cliente quiere minimizar el vertido de aguas desde su línea de fangos a la red de saneamiento. Recordemos que estos fangos proceden mayoritariamente de la etapa de espesamiento.

Por tanto, se busca un doble objetivo:

• Obtener la mayor concentración de fango espesado que sea posible
• Devolver la máxima cantidad de agua clarificada posible a la línea de agua para su posterior potabilización.

Para poder establecer la dosis de floculante en base almidón se realizan ensayos de laboratorio simulando el proceso de floculación y clarificación DAF:

• Ensayos de floculación en un equipo Jar-Test de laboratorio.
• Ensayos de flotación por inyección de microburbujas para establecer la viabilidad de flotación del flóculo formado.

El floculante empleado es un polímero natural aniónico en base almidón. Se trata del mismo polímero que ya se emplea en la línea de aguas de la ETAP, el cual está homologado para el consumo humano.

Sobre una porción de muestra de agua residual se dosifica el floculante y se observa el comportamiento de los sólidos. En la siguiente figura se muestra la formación de flóculos para cada una de las dosis ensayadas:ara su reinyección en el proceso de forma segura.

Si no se aplica floculante, la sedimentación es extremadamente lenta. En los ensayos donde se aplica floculante se observa que, a medida que se dosifica mayor cantidad de polímero, los flóculos conforman una estructura esponjosa y más expandida.

La eliminación de sólitos suspendidos totales en el clarificado es prácticamente la misma, independientemente de la dosis de polímero utilizado, estando por encima del 99%.

En cuanto a la DQO, se observa una tendencia clara y es que, a medida que se dosifica más polímero, la DQO en el clarificado aumenta:

• Con 30 ppm se elimina el 96,3% de la DQO.
• Con 60 ppm se elimina el 88,9% de la DQO.
• Con 144 ppm se elimina el 74,1% de la DQO.

Esto nos indica que estamos dosificando en exceso cuando superamos los 30 ppm de floculante, es decir, parte del floculante, que es el que no actúa sobre los SST, se está transfiriendo a la fase líquida. El almidón modificado aporta DQO por lo que no se recomienda utilizar dosis superiores a 30 ppm de polímero.

La dosificación óptima en condiciones de laboratorio es de 30 ppm de polímero. Esta dosis se ajustará durante el pilotaje industrial y la puesta en marcha de los equipos industriales.

Se observa que el flóculo presenta una alta capacidad de flotación y se mantiene cohesionado cuando se inyecta aire saturado de microburbujas. El clarificado es totalmente transparente, con una turbidez inferior a 10 NTU.

4. Pilotaje con equipo SIGMADAF

Una vez se ha demostrado la viabilidad del proceso fisicoquímico en laboratorio, se realiza un pilotaje en la ETAP para validar el proceso a escala industrial. El pilotaje se lleva a cabo con un SIGMA DAF COMPACT.

SIGMADAF suministra un sistema de flotación por aire disuelto compacto, que incluye todos los componentes necesarios:

• El floculador.
• El tanque de preparación de polielectrolito.
• Las bombas y sondas de control.
• El equipo de flotación por aire disuelto.

Se lleva a cabo la instalación y puesta en marcha, que incluye:

• La puesta a punto del sistema de saturación de aire.
• El ajuste de los caudales.
• Las pruebas con y sin polielectrolito.
• La optimización del equipo para las condiciones del fango de la ETAP.

Sin la adición de floculante, el clarificado no presenta un buen aspecto, ya que retiene sólidos suspendidos, su turbidez es superior a 20 NTU, y el lodo no se cohesiona adecuadamente.

Con dosis de 30 ppm de polímero (similar a la dosis óptima de laboratorio) se observa una mejora significativa en el clarificado, con valores de turbidez inferiores a 5 NTU.

Se sigue ajustando la dosis y se determina que el rango óptimo está entre 35 y 45 ppm de polímero (variable en función de las ligeras variaciones en el lodo de entrada). Se toman muestras del lodo concentrado para su análisis.

El fango espesado en el sistema DAF presenta un color mucho más oscuro que el lodo de la ETAP, ya que es más denso y compacto. La turbidez del clarificado, que son las aguas que se han de devolver a la planta, es de 3,99 NTU.

• La concentración de SST en el fango de la ETAP es de 0,475 g/L.
• La concentración de SST en el fango espesado en el equipo DAF es de 17,8 g/L, cuando se emplean entre 35 y 45 ppm de polímero de almidón.
• Se reduce en más de un 96% el volumen diario de fango concentrado que se genera. Esto supone que la cantidad de agua que puede devolverse a la línea de aguas será mucho mayor y que el caudal vertido a red de saneamiento será menor.

5. Conclusiones

Con los datos obtenidos, se observa que el espesamiento de los fangos de la línea de agua mediante flotación DAF es una solución óptima, ya que permite reducir drásticamente los vertidos a red de saneamiento y se obtiene un clarificado que puede devolverse a la línea de aguas, puesto que su turbidez es mínima.

Los resultados indican que el volumen de agua clarificada supera el 96% del volumen del fango producido en el tratamiento fisicoquímico de la línea de agua.

En estas condiciones, el vertido a la red de saneamiento se reducirá en los mismos porcentajes y solamente se producirán vertidos desde la etapa de deshidratación del fango espesado.