Tratamiento primario de aguas residuales mediante sistemas DAF

31 de enero de 2024 (Lectura 10 mins)
Jordi Fabregas

1. Clarificación primaria en plantas de tratamiento de aguas residuales

Tanto las aguas de aportación captadas de aguas superficiales (ríos, embalses y lagos), como las aguas residuales, tanto de procedencia urbana como industrial, requieren de un tratamiento adecuado para su utilización, vertido a recuperación. Una parte importante de este tratamiento es el inicial, también llamado tratamiento primario, que consiste en la separación de los sólidos y contaminantes de mayor tamaño.

Dependiendo del origen del agua a tratar, las etapas involucradas en este proceso pueden variar. El tratamiento más habitual se compone de una primera etapa de separación de gruesos, seguida por una segunda etapa de separación de finos, que acostumbra a realizarse mediante unos sistemas mecánicos, como son las rejas y los tamices. La luz final de filtración no suele ser menor de 3 mm, por lo que es necesaria la instalación de un tratamiento complementario que elimine el resto de los sólidos en suspensión presentes en el agua.

Tras estos tratamientos para eliminar los sólidos más gruesos, se acostumbran a instalar sistemas de clarificación, que, dependiendo de la aplicación, pueden utilizar productos químicos de ajuste de pH, esterilización, y adición de reactivos coagulantes y floculantes. En estos casos hablamos de tratamientos fisicoquímicos.

Es fundamental que se realice un tratamiento primario correcto para que las subsiguientes etapas de la depuración funcionen correctamente.

2. Opciones de tratamiento primario en la depuración de aguas

En las estaciones depuradoras de aguas se utilizan distintos tipos de tratamientos primarios que permiten reducir el contenido de sólidos en suspensión hasta valores aceptables para los procesos secundario y terciario.

En el caso de las plantas depuradoras de aguas residuales urbanas se instalan decantadores primarios, que son tanques sedimentadores, pues en ellos las partículas sólidas se separan por densidad y velocidad ascensional, sin adición complementaria de reactivos. Estos tanques tienen una forma circular y disponen de un sistema de recogida de materiales flotantes con barredor superficial, además de unas rasquetas de fondo que separan los sólidos decantados; en estos casos, la separación de SS no suele superar un 60 – 65%, y la reducción de la DQO rara vez supera el 40%.

El dimensionamiento de estos equipos se hace en base a una velocidad ascensional de 0.5 – 2 m3/m2/h, y a un tiempo de retención de aproximadamente 1,5 – 3 h. El fango resultante se compone de los lodos flotantes y los sedimentados, que son susceptibles de rápida descomposición. Este fango se suele mezclar con los lodos activos procedentes del tratamiento secundario, para luego ser enviados a un digestor aerobio o anaerobio, cuya selección depende de la cantidad y el tipo de fangos producidos.

Esquema decantador primario 

En las plantas de agua potable procedente de superficie (ríos, lagos, pantanos, etc.), también se lleva a cabo una clarificación tras la separación mecánica de sólidos, pero en este caso, se realiza un tratamiento fisicoquímico.

Durante la propia captación de agua se acostumbra a dosificar un reactivo esterilizante (NaOCl, Cl2. …etc.), con el fin de eliminar los microorganismos presentes en el agua natural superficial. A continuación, se procede a una coagulación de los materiales coloidales, muchos de ellos orgánicos, para lo que se dosifican reactivos del tipo de FeCl3, o Al2(SO4). El ajuste de pH correspondiente se realiza mediante ácido o álcali, a fin de optimizar su eficiencia.

La coagulación de coloides se realiza en una cámara agitada a alta velocidad. A continuación, se añade un reactivo floculante del tipo de los polielectrolitos, que es un polímero que aglutinará los coágulos formados para crear nubes de sólidos esponjosos (fóculos). La cámara de floculación es de mayor tamaño que la de coagulación y los mezcladores empleados son de velocidad lenta, idóneos para no romper los flóculos formados.

Los fóculos formados tenderán a sedimentar (decantación), o bien a flotar, dependiendo de su densidad y naturaleza.

Para la sedimentación también existe la opción de utilizar decantadores de tipo estático, o bien de tipo lamelar.

Los decantadores lamelares se diseñan a velocidades ascensionales muy superiores a las de los convencionales (hasta 5 veces mayores), ya que se dimensionan en base a la superficie proyectada por las lamelas y sus tiempos de retención no acostumbran a superar 1 hora. Esto conlleva las siguientes ventajas:

  • Reducción de espacio ocupado
  • Construcción de los equipos en base al resultado de los ensayos Jar test que se realicen.

También es posible contar con sistemas de flotación para determinados casos:

  • Cuando exista presencia de aceites y grasas, tensoactivos y otros contaminantes ligeros.
  • Cuando los flóculos tengan tendencia a flotar, como por ejemplo en las plantas desaladoras de agua de mar, en las que es frecuente encontrarse con algas, material biológico marino e incluso con vertidos de hidrocarburos.
  • Cuando hay tratamientos secundarios, como la ósmosis inversa o la ultrafiltracion, que requieren un agua de entrada de alta calidad (baja turbidez, baja carga de materia orgánica, exentas de aceites y grasas, y bien esterilizadas), que evite atascos, incrustaciones y biofilm, que merman su capacidad operativa hasta el límite de hacerlas inviables.

Con la clarificación por flotación se puede reducir el espacio ocupado y mejorar la eficiencia de separación de sólidos en suspensión, que puede superar el 90%, a la vez que se forma un manto sobrenadante de fango con una concentración más elevada (3- 4%) que en los decantadores primarios, donde no se suele superar una concentración del 1%.

Hay que tener en cuenta que el fenómeno de flotación lleva asociada la aportación de aire lo que representa un consumo energético complementario.

Con relación a las estaciones depuradoras de aguas residuales industriales (EDARI), existe tanta variedad de vertidos como de industrias, y, por lo tanto, en cada caso se debe estudiar el pretratamiento más adecuado.

Habitualmente, en las aguas residuales industriales se recogen los vertidos en un tanque de homogeneización, a fin de obtener un vertido lo más continuo y constante posible, ya que los vertidos de una misma factoría pueden ser muy variados. Existen ocasiones en que conviene separarlos para tratarlos de forma independiente.

Las primeras etapas del pretratamiento de estos vertidos tienen como objetivo eliminar los elementos más gruesos y los sólidos de mayor tamaño. Este proceso se realiza antes del ingreso del agua residual a la balsa de homogeneización para evitar problemas mecánicos en el resto de la instalación. Debido a las variaciones químicas que se producen en los procesos industriales, también es habitual ajustar el pH para que el proceso de coagulación-floculación sea más eficiente.

3. Sistemas DAF como tecnología de pretratamiento

En el caso de las aguas residuales industrias procedentes, en las que los contaminantes suelen ser menos densos que el agua, la flotación por aire disuelto (DAF) es la solución más adecuada gracias a su alta eficiencia y al poco espacio requerido para su instalación.

La tecnología DAF se basa en la aportación de aire presurizado (0,15 – 0,30 Kg aire / Kg TSS) a 5 – 7 bar de presión, en una parte recirculada del agua tratada (aprox. 10 -25 % del total).

Un equipo DAF se divide en dos zonas:

  • La zona frontal, también llamada de reacción, donde se produce el contacto de los flóculos suspendidos con las burbujas de aire que se introducen para atraparlos.
  • La zona de separación-clarificación, donde las burbujas de aire cumplen su función de separar los flóculos, enviándolos por flotación a la superficie. Se fija un deflector entre las dos zonas para separar las condiciones de funcionamiento.

Esquema de clarificación con flotador por aire disuelto (DAF)

El agua clarificada se extrae del fondo del tanque de separación. Este proceso hace que los agregados de burbujas y flóculos que no llegan a la superficie sean barridos con el agua clarificada.

4. Comparativa entre decantación primaria y flotación por aire disuelto

Con relación con la decantación primaria, la flotación por aire disuelto tiene una serie de ventajas, que se detallan a continuación :

  1. Mayor eficiencia: La flotación por aire disuelto es más eficiente que la decantación primaria en la eliminación de sólidos suspendidos, grasas y aceites. 
  2. Menor espacio requerido: La flotación por aire disuelto requiere menos espacio que la decantación primaria debido a su mayor eficiencia y menor tiempo de retención. 
  3. Mayor flexibilidad: La flotación por aire disuelto es más flexible que la decantación primaria en términos de capacidad de tratamiento y variaciones en la calidad del agua. 

Sin embargo, como cualquier proceso, también tiene algunas desventajas. Algunas de las desventajas de la flotación por aire disuelto son:

  1. Costo: La flotación por aire disuelto puede ser costosa debido a la necesidad de equipos especializados y la complejidad del proceso. 
  2. Requerimientos de energía: La flotación por aire disuelto requiere una cantidad significativa de energía para generar las burbujas de aire necesarias para el proceso. 
  3. Necesidad de productos químicos: Muy a menudo, la flotación por aire disuelto requiere la adición de productos químicos para ayudar a separar los sólidos del agua. 

Cuadro comparativo tecnologías clarificación en tratamientos primarios        

TecnologíaV. ascens.
(m3/m2/h)
T. retenc.
(hr)
Reducc.
SS (%)
Reducc.
DQO (%)
Reducc.  %
Ac. y grasas
Decantación Primaria (EDAR)       0,5 – 1  1 -2  60 – 70  25 – 40  40 – 50
Decantación lamelar3 – 50.5 – 180 – 9030 – 4050 – 60
Flotación DAF5 – 20– 1   90 – 95    30- 50    90 – 99

5. Los sistemas DAF de SIDMADAF en los tratamientos primarios

SigmaDAF ofrece varios modelos de sistemas DAF para clarificación primaria.

Los modelos FPHF/FPBC funcionan con una mayor tasa de carga hidráulica, con láminas para mejorar el proceso de separación y una menor superficie de flotación.                                           

El FPBC compacto consiste en un tanque de acero o plástico utilizado para una capacidad menor, en el rango de 10 a 250 m3/h, mientras que el FPHF compacto es una unidad de mayor capacidad en el rango de 300 a 1000 m3/h con tanque de acero.

El FPBC-CW con el tanque en RCC puede tratar caudales desde 500 hasta 3500 m3/h.

Todos estos modelos pueden construirse en tanques de acero recubiertos con recubrimiento epoxi especial o revestimiento interno de PRF. Los tanques de plástico (PP) son empleados para capacidades más pequeñas (< 250 m3/h), o en tanques RCC si la capacidad de tratamiento supera los límites de las unidades compactas construidas en tanque de acero.

La tecnología diferencial utilizada en el FPBC es el paquete de láminas que funciona a contracorriente con el flujo descendente de agua en el tanque, a través de las láminas. Esto asegura una distribución uniforme del agua y mejora la adherencia de las burbujas de aire a los sólidos en suspensión a medida que el agua fluye a través de los canales del tubo de láminas. Las láminas son de tipo contracorriente con una amplia separación de placas de 80 mm y una inclinación de 60º. Las partículas más ligeras se separan por flotación en la primera sección del paquete de láminas y las partículas más pesadas se separan con una eficiencia relativamente alta en las láminas a medida que el agua fluye hacia abajo. Los sólidos flotados forman espumas en la zona superior del tanque que se extraen con el barredor de superficie, mientras que los sedimentos en el fondo se extraen con un skimmer en el fondo del tanque, en el caso de un tanque RCC, o un transportador de tornillo en el caso de una unidad compacta con tanque de acero o plástico.

que se extraen con el barredor de superficie, mientras que los sedimentos en el fondo se extraen con un skimmer en el fondo del tanque, en el caso de un tanque RCC, o un transportador de tornillo en el caso de una unidad compacta con tanque de acero o plástico.       

En los tratamientos primarios, con los flotadores con aire disuelto de SidmaDAF, que utilizan láminas o placas separadoras, se consiguen velocidades ascensionales superiores a los 30 m3/m2/h, lo que nos da una idea la reducción de espacio que representan con relación a los decantadores primarios estáticos o lamelares.

6. Resumen

Los tratamientos primarios o pretratamiento de las depuradoras de aguas, tanto residuales como potables, tienen una gran importancia en el dimensionamiento y rendimiento de las instalaciones en su conjunto.

La flotación por aire disuelto DAF es la mejor solución para la separación de  solidos en suspensión (TSS), en la mayor parte de las aguas residuales procedentes de las industrias, y para las aguas potables, por su notable rendimiento de reducción de material coloidal, aceites, detergentes y otros contaminantes de baja densidad, que si llegan a las subsiguientes etapas del tratamiento pueden aportar problemas mecánicos de atascos y contaminación en tuberías, equipos y medios filtrantes como las membranas de OI y UF. SigmaDAF dispone de las soluciones más adecuadas para cada caso.

Bibliografía y consultas

Metcalf-Eddy . Editorial Labor S.A.

(disanto-mezquita.blogspot.com)

DAF REFERENCE LIST FOR SEAWATER AND SURFACE WATER PRE-TREATMENT (SigmaDAF)   

Schematic diagram of a DAF clarifier unit. | Download Scientific Diagram (researchgate.net)

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