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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