ES2330086T3 - Procedimiento de espesado de los lodos procedentes de agua por floculacion-decantacion de floc lastrado. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de espesado de los lodos procedentes de al menos una unidad de tratamiento de agua por floculación decantación del floc lastrado con microarena u otro material granular denso que emplea una etapa de hidrociclonado de los lodos de decantación, caracterizado porque comprende las etapas sucesivas que consisten en: una etapa de desgasificación de los lodos de vertido del hidrociclonado de la unidad de floculación decantación lastrada, siendo dicha etapa de desgasificación empleada sobre una superficie de desgasificación que corresponde a una velocidad superficial de desgasificación menor de 100 m/h; una etapa de inyección de al menos un reactivo de floculación en dichos lodos; una etapa de espesado de dichos lodos en al menos un espesador laminar, con una carga en la solera calculada sobre la superficie de la solera del espesador superior a 200 kg MES/m 2 /día y la concentración de lodos extraídos superior a 10 g/l.

Description

Procedimiento de espesado de los lodos procedentes del tratamiento de agua por floculación-decantación de floc lastrado.
La invención se refiere al ámbito del tratamiento de los lodos procedentes de procedimientos de tratamiento del agua.
Más concretamente, la invención se refiere al ámbito del tratamiento de los lodos procedentes de unidades de tratamiento de agua por floculación-decantación del floc lastrado por microarena o por un material equivalente.
En las unidades de tratamiento de las aguas, los lodos extraídos de los decantadores que separan las materias decantables de las aguas que se deben tratar pueden haber sido espesadas en el fondo del decantador, hasta concentraciones en materia seca que superan 15 gramos por litro, y que pueden llegar hasta más de 100 gramos por litro. Estos decantadores espesadores incluyen a menudo un bucle de recirculación de los lodos, recirculando hacia la zona de floculación una parte de los lodos extraídos en fondo del decantador.
Esta técnica presenta el inconveniente de mantener durante un largo período los lodos en el fondo del decantador, lo que puede implicar fenómenos de fermentación e de insobulización de contaminantes en el decantador.
Por lo tanto, a menudo están previstas obras específicas en el espesado de los lodos, hacia las cuales se dirigen los lodos decantados que se deben espesar, y que hacen pasar estos lodos de una concentración a menudo inferior a 10, e incluso 5 gramos por litro a una concentración superior a 15, e incluso 50 gramo y hasta más de 10 gramos por litro.
Estas obras de espesado, de aquí en adelante denominadas espesadores, se presentan como decantadores en los cuales los lodos que se deben espesar se introducen, mientras que los lodos espesados por la acción de la gravedad, a menudo con la ayuda de una grada giratoria que facilita la separación de los flocs en curso de decantación del agua que encierran, se extraen del fondo del espesador. El agua liberada de los lodos espesados se recupera en vertidos, en la parte superior del espesador.
Estos espesadores pueden tener la forma de decantadores simples o más raramente de decantadores laminares. Se dimensionan sobre la base de la experiencia del experto en la técnica, para cargas en la solera (división entre la carga diaria de materias en suspensión (MES) a espesar, expresadas en kilogramos de materia en suspensión al día, y la superficie del fondo del espesador, denominada generalmente superficie en la solera) que no sobrepasan 120 kgMES/m^{2}/j, excepto en casos de lodos muy específicos tales como los lodos de descarbonatación, muy cargados de partículas minerales. Así como el Memento Technique de L'Eau (novena edición, tomo 2 página 921) precisa flujos de la masa de 80 a 120 kgMS/m^{2}/j en lodos primarios frescos, de 45 a 70 kgMS/m^{2}/j en lodos primarios + lodos activados frescos, y de 15 a 25 kgMS/m^{2}/j de lodos de floculación Agua Potable con Hidróxidos metálicos (sin limo).
En el caso de la floculación decantación físico-química lastrado de un material granular, tales, en particular, como las descritas en las patentes francesas nº 2627704 y 2739094 de la firma solicitante, los decantadores se calculan sobre la base de muy altas velocidades de decantación (división del caudal de agua tratada en m^{3}/h por la superficie de decantación "al espejo"), pudiendo aumentar de 50 a 100, e incluso 200 m/h, tratando aguas de concentración en MES que puede aumentar hasta 1, e incluso más de 2 g MES/litro: un cálculo simple pone de manifiesto que tales decantadores, produciendo por m^{2} 100 kgMES/hora y por m^{2} de superficie de decantación al espejo cuando se tratan a 100 m/h aguas de concentración 1 g/l, requieran una superficie de solera de espesador al menos de 24 m^{2} por m^{2} de superficie de decantación al espejo, cuando el espesador se dimensiona clásicamente sobre la base de 100 kgMES/m^{2} solera/día máximo.
Tales superficies de espesado son generalmente poco compatibles con la compactibilidad buscada cuando se emplean decantadores rápidas del floc lastrado con microarena.
El objetivo de la presente invención consiste en solucionar estos problemas.
Este objetivo se logra gracias a la invención que se refiere a un procedimiento de espesado de los lodos procedentes de al menos una unidad de tratamiento de agua por floculación decantación del floc lastrado con microarena u otro material granular denso empleando una etapa de hidrociclonado de los lodos de decantación, caracterizado porque comprende las etapas sucesivas que consisten en:
\sqbullet una etapa de desgasificación de los lodos de vertidos del hidrociclonado de la unidad de floculación decantación lastrada, siendo empleada dicha etapa de desgasificación sobre una superficie de desgasificación que corresponde a una velocidad superficial de desgasificación menor de 100 m/h;
\sqbullet una etapa de inyección de al menos un reactivo de floculación en dichos lodos;
\sqbullet una etapa de espesado de dichos lodos en al menos un espesador laminar, con una carga en la solera calculada sobre la superficie de la solera del espesador superior a 200 kgMES/m^{2}/día y la concentración de lodos extraídos superior a 10 g/l.
La firma solicitante en efecto constató que los lodos procedentes del tratamiento de agua por floculación decantación del floc lastrado de lastre granular, tal como la microarena, tienen, bajo reserva de una desgasificación en la salida del vertido del hidrociclón que los separa del material de lastre reciclado, y de una refloculación previa, una aptitud inesperada al espesado rápido de los lodos.
Según una variante ventajosa, el procedimiento comprende una etapa suplementaria de inyección de al menos un reactivo coagulante aguas arriba de la inyección del reactivo floculante. Tal adición permite obtener, así buscada, una mejora de la calidad de los vertidos.
Preferentemente, dicha etapa de desgasificación se emplea sobre una superficie de desgasificación que corresponde a una velocidad superficial de desgasificación inferior a 60 m/h.
Igualmente, preferentemente, dicha etapa de inyección de reactivo floculante se realiza en el seno de una zona de floculación agitada con un tiempo de permanencia de 10 minutos o menos, preferentemente de 4 a 6 minutos, la superficie de la zona de floculación que puede formar parte total o parcialmente de la zona de desgasificación.
Según una variante ventajosa de la invención, dicha etapa de espesado se efectúa en un espesador laminar en el cual la altura libre bajo lámina está comprendida entre 2 y 4 metros, comprendiendo el procedimiento una etapa de control de la altura del velo de lodo que permite mantener éste entre dos alturas predefinidas, siendo cada una de estas alturas de al menos 1,5 metros.
Cuando dichos lodos son procedentes del tratamiento terciario de aguas usadas, dicha etapa de espesado se lleva preferentemente con una carga de la solera superior a 300 kg/m^{2}/día para una concentración de lodos extraídos de más de 15 g/l.
Cuando dichos lodos son procedentes del tratamiento primario de aguas usadas, o de vertidos de aguas unitarios de tiempo de lluvia, se lleva preferentemente dicha etapa de espesado con una carga de la solera superior a 1000 kg/m^{2}/día para una concentración de lodos extraídos de más de 25 g/l.
Cuando los lodos que se deben espesar son procedentes del tratamiento de decantación de agua de superficie distinto que un tratamiento de descarbonatación, dicha etapa de espesado se lleva preferentemente con una carga de la solera superior a 200 kg/m^{2}/día para una concentración de lodos extraídos de más de 10 g/l.
En la práctica, se pueden así utilizar espesadores de 2 a más de 12,5 veces más compactos que los espesadores clásicos dimensionados a menos de120 kg/m^{2}/día, y esto sin exigir (pero sin evitar) la presencia de un bucle de recirculación de los lodos entre el fondo del espesador y el floculador.
La invención permite así el espesado de los lodos de floculación decantación lastrada en obras de gran compactibilidad, y hasta concentraciones que pueden sobrepasar:
\sqbullet 20 g/l en lodos de tratamiento terciario por floculación lastrado de aguas usadas tratadas biológicamente antes de la floculación lastrado,
\sqbullet 35 g/l en lodos procedentes de un tratamiento por floculación lastrado de aguas usadas primarias, o de vertidos de vertederos de tormenta.
\sqbullet 10 a más de 100 g/l de lodos procedentes del tratamiento por floculación lastrado de agua a potabilizar, antes de su filtración.
Las concentraciones citadas más arriba requieren mantener (en el caso de la extracción continua o semicontinua de los lodos del fondo del espesador), o subir periódicamente (en el caso de la extracción periódica de los lodos por apertura de la válvula de fondo de espesador) el velo de lodo hasta una altura de al menos dos metros.
Se tendrá en cuenta que tales cargas de la solera imponen, según la concentración de lodo que se debe espesar y de los lodos espesados, grandes velocidades al espejo (división del caudal de agua de vertido del espesador por la superficie del espejo de la zona de decantación superior). Estas velocidades al espejo importantes se aceptan sin pérdidas anormales de materias en suspensión (MES) en las aguas de vertidos gracias a la interposición de láminas de decantación en la parte superior del espesador, de tal manera que se mantenga la velocidad de Hazen (división del caudal de agua de vertido de espesador por la superficie total proyectada por las láminas sobre el plano horizontal) en límites compatibles con la calidad de vertido buscada.
Según una variante de la invención, las aguas de vertidos procedentes de dicha etapa de espesado se vuelven hacía la cabeza de dicha instalación de decantación laminar del floc lastrado.
Según una variante de la invención, el procedimiento no comprende etapa de recirculación de los lodos que proceden de dicha etapa de espesado hacia dicha etapa de inyección de reactivo floculante.
\newpage
Según otra variante, el procedimiento comprende una etapa de recirculación de los lodos que proceden de dicha etapa de espesado hacia dicha etapa de inyección de reactivo floculante.
La invención se puede emplear en cualquier instalación de espesado laminar de lodos procedentes de al menos una unidad de tratamiento de agua por floculación decantación del floc lastrado con microarena u otro material granular denso, caracterizada porque presenta: al menos una zona de desgasificación que se puede realizar en forma de uno o varios canales o tanque de una superficie total mínima que corresponde a una velocidad de desgasificación de 100 m/h con respecto al caudal de lodos que entra, medios de inyección de al menos un reactivo floculante y al menos una decantador espesador que incluye una zona laminar de decantación, una zona de espesado de los lodos en láminas, un dispositivo de extracción de los lodos y una zona de extracción del agua de vertido clarificada por encima de las láminas, la superficie a la solera de dicho espesador siendo inferior a la obtenida dividiendo el flujo de MES que se debe espesar expresado en kg MES/día por una carga admisible mínima de 200 kg/m^{2}/día.
Preferentemente, la instalación comprende también medios de inyección de un reactivo coagulante previstos aguas arriba de dichos medios de inyección del reactivo floculante.
Según una variante ventajosa, la superficie total máxima de dicha zona de desgasificación corresponde a una velocidad de desgasificación de 60 m/h con respecto al caudal de lodos que entra.
Ventajosamente, la instalación comprende al menos un tanque de floculación agitado, cuya superficie puede formar parte total o parcialmente de zona de desgasificación.
Preferentemente, dicha decantador espesador incluye láminas de longitud comprendida entre 0,5 metros y 3 metros, típicamente de 1,5 metro, con una separación comprendida entre 5 y 15 cm, preferentemente entre 7,5 y 10 cm, cuyo ángulo formado con la horizontal es superior a 55º, preferentemente 60º, y en el cual la altura libre entre la solera y la parte baja de las láminas está comprendida entre 2 y 4 metros, incluyendo dicho decantador espesador un dispositivo de gradeo de los lodos y que incluye captadores de control de altura del velo de lodo que permiten mantener éste entre dos alturas predefinidas, siendo cada una de al menos 1,5 metros.
Según una variante, la instalación no presenta bucle de recirculación de lodos entre la parte inferior de dichas zona de espesado y dicha zona de floculación.
Según otra variante, la instalación presenta un bucle de recirculación, constituido por una tubería y por una bomba de lodos, recirculando una parte de los lodos entre la parte inferior de dicha zona de espesado bajo láminas y dicha zona de floculación.
La invención así como las distintas ventajas que presenta serán más fácilmente comprendidas gracias a la descripción que va a seguir de un modo no limitativo de realización dado en referencia a la figura 1 que representa esquemáticamente una instalación que lo emplea.
En referencia a la figura 1, una unidad 2 de tratamiento de agua por floculación decantación del floc lastrado con microarena y comprende de manera clásica una zona de coagulación 2a, una zona de floculación 2b y una zona de decantación laminar 2c. La mezcla de microarena y de lodos extraída de la zona de decantación laminar es transportada por una canalización 10 hacia una unidad de hidrociclonado 1 dónde la microarena se separa del resto de los lodos. La microarena así separada se reinjecta en la unidad 2 de tratamiento de agua por floculación decantación.
Según la invención, los lodos procedentes de la unidad de hidrociclonado 1 son transportados por una canalización 11 o se desgasifican en una zona de desgasificación 3 antes de ser transportados hacia un espesador 6 que presenta una zona laminar de decantación que incluye láminas inclinadas 6a, una zona de espesado 6b de los lodos bajo láminas, un dispositivo de extracción 7 de los lodos y una zona de extracción del agua de vertido 9 clarificada por encima de las láminas 6a.
Esta zona 3 puede revestir cualquier forma que permite separar los lodos de los gases que los contiene durante el hidrociclonado, tal como un tanque específico, o todo o parte del canal que conduce los lodos hidrociclonados hacia el espesador 6. En el modo de realización representado en la figura 1, esta zona de desgasificación 3 se presenta en forma de un tanque previsto justo aguas arriba del espesador 6.
La zona de desgasificación 3 se dimensiona sobre la base de una superficie de desgasificación superior a la relación entre el caudal del lodo que se debe espesar y una velocidad superficial de menos de 100 m/h, preferentemente de menos de 60 m/h y de manera preferida entre todos de menos de 30 m/h.
Después de la desgasificación, los lodos se añaden a un polímero generalmente aniónico, a razón de 0,5 a 5 g/m^{3} de lodo que se debe espesar, típicamente de 1 a 3 g/m^{3}. Esta inyección de polímero 4 se puede realizar en línea, antes de la inyección en el espesador 6, pero se realiza preferentemente, tal como se indica en la figura 1, en un floculador 5 ligeramente agitado, con un tiempo de permanencia hidráulico en éste del orden de 10 minutos o menos, preferentemente 4 a 6 minutos. Como reactivo floculante, se puede utilizar un polímero a razón de, por ejemplo, 0,5 a 5 mg de materia activa/litre de lodo que se debe espesar.
Los lodos floculados se introducen entonces bajo las láminas 6a del espesador 6, o en las láminas por su tramo.
Las láminas 6a tienen una longitud comprendida entre 0,5 metros y 3 metros, típicamente 1,5 metro, y tienen una separación comprendida entre 5 y 15 cm, preferentemente entre 7,5 y 10 cm; su ángulo con el horizontal es superior a 55º y preferentemente igual a 60º; su disposición está previsto para garantizar a los vertidos una velocidad de Hazen inferior a 10 m/h, típicamente 1 a 3 m/h.
Los lodos se espesan en la parte inferior del espesador 6, estando previsto de una altura libre suficiente (típicamente entre 2 y 4 metros) entre la parte baja de las láminas y la válvula de extracción 7 de los lodos, hacia la cual los lodos espesados se lleven bien sea por gravedad simple, en el caso de una tolva de extracción piramidal de gran pendiente, o bien por un rascador, en el caso de un fondo de pequeña pendiente. Se instala preferentemente una grada 8 para mejorar el espesado.
Los lodos se extraen bien sea manteniendo el nivel del velo de lodo entre dos alturas prefijadas, bajo el control de un captador de nivel de lodos, o bien por apertura periódica de la válvula de extracción, con o sin control de la concentración de los lodos extraídos por un captador de concentración.
El agua separada de los lodos espesados se recupera en vertido 9 del espesador 6, típicamente por canales que aseguran una buena distribución hidráulica de la extracción de agua.
Según su calidad, el agua de vertido se puede mezclar directamente con el agua tratada por el floculador decantador en floc lastrado, bien sea devuelta a la cabeza del tratamiento por floculación decantación lastrada, tal como se representa en la figura 1.
Como ejemplo, un espesador laminar realizado sobre la base del principio citado más arriba, con una zona de desgasificación de velocidad superficial 60 m/h, una prefloculación por inyección directa de floculante en la tubería de alimentación de lodo del espesador bajo las láminas, cuatro láminas a 60º con respecto a la horizontal, de ancho de 1 m y de longitud de 1,5 metros, separadas 75 cm, una zona de espesado bajo láminas de altura 3 metros, de forma cilindro-piramidal, teniendo la tolva piramidal de fondo de espesador lados inclinados 60º con respecto a la horizontal, sin grada en la zona de espesado, con extracción bajo una altura de 1,5 metros mínimos, permitieron obtener los resultados siguientes sobre lodos de decantación lastrado de aguas usadas municipales primarias:
\sqbullet Concentración de lodos que se deben espesar: 2 gMES/l
\sqbullet Concentración de lodos espesados: > 30 gMES/l
\sqbullet Carga en la solera: 1000 a 1500 kgMES/m^{2}solera/día
\sqbullet Con vertidos de concentración < 300 mgMES/l

Claims (11)

1. Procedimiento de espesado de los lodos procedentes de al menos una unidad de tratamiento de agua por floculación decantación del floc lastrado con microarena u otro material granular denso que emplea una etapa de hidrociclonado de los lodos de decantación, caracterizado porque comprende las etapas sucesivas que consisten en:
\sqbullet
una etapa de desgasificación de los lodos de vertido del hidrociclonado de la unidad de floculación decantación lastrada, siendo dicha etapa de desgasificación empleada sobre una superficie de desgasificación que corresponde a una velocidad superficial de desgasificación menor de 100 m/h;
\sqbullet
una etapa de inyección de al menos un reactivo de floculación en dichos lodos;
\sqbullet
una etapa de espesado de dichos lodos en al menos un espesador laminar, con una carga en la solera calculada sobre la superficie de la solera del espesador superior a 200 kg MES/m^{2}/día y la concentración de lodos extraídos superior a 10 g/l.
2. Procedimiento de espesado según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye una etapa suplementaria de inyección de al menos un reactivo coagulante aguas arriba de la inyección del reactivo floculante.
3. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se emplea dicha etapa de desgasificación sobre una superficie de desgasificación que corresponde a una velocidad superficial de desgasificación inferior a 60 m/h.
4. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha etapa de inyección de reactivo floculante se realiza en el seno de una zona de floculación agitada con un tiempo de permanencia de 10 minutos o menos, preferentemente de 4 a 6 minutos, pudiendo la superficie de la zona de floculación constituir toda o parte de la zona de desgasificación.
5. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicha etapa de espesado se efectúa en un espesador laminar en el cual la altura libre bajo lámina está comprendida entre 2 y 4 metros, y porque comprende una etapa de control de la altura del velo de lodo que permiten mantener éste entre dos alturas predefinidas, siendo cada una de estas alturas de al menos 1,5 metros.
6. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dichos lodos son procedentes del tratamiento terciario de aguas usadas, y porque dicha etapa de espesado se lleva con una carga en la solera superior a 300 kg/m^{2}/día para una concentración de lodos extraídos de más de 15 g/l.
7. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual los lodos son procedentes del tratamiento primario de aguas usadas, o de vertidos de aguas unitarios del tiempo de lluvia, y porque dicha etapa de espesado se lleva con una carga en la solera superior a 1000 kg/m^{2}/día para una concentración de lodos extraídos de más de 25 g/l.
8. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual los lodos que se deben espesar son procedentes del tratamiento de decantación de aguas de superficie distinto a un tratamiento de descarbonatación, y porque dicha etapa de espesado se lleva una carga en la solera superior a 200 kg/m^{2}/día para una concentración de lodos extraídos de más de 10 g/l.
9. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual las aguas de vertidos que proceden de dicha etapa de espesado vuelven a la cabeza de dicha instalación de decantación laminar de floc lastrado.
10. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque no comprende una etapa de recirculación de los lodos que proceden de dicha etapa de espesado hacia dicha etapa de inyección de reactivo floculante.
11. Procedimiento de espesado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende una etapa de recirculación de los lodos que proceden de dicha etapa de espesado hacia dicha etapa de inyección de reactivo floculante.
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