¡Descarga Tema 2 tractament d'aigües y más Apuntes en PDF de Gestión y tratamiento de residuos solo en Docsity!
TEMA 2. PRE-TRACTAMENT I TRACTAMENT
PRIMARI
PRE-TRACTAMENT
El que trèiem per aquí generalment són substàncies que no podem valoritzar, és a dir que van directe a l’abocador. A vegades se’n pot fer material de rebliment per a recobrir carreteres que s’estan construint.
POU I BOMBEIG D’ARRIBADA:
L’aigua arriba a través de diferents connectors relacionats amb diferents clavegueres subterrànies que cada vegada són més i més grans abans d’arribar a la depuradora. Allà es dona un bombeig que eleva l’aigua amb un conjunt de bombes que aixequen l’aigua (4-5m) perquè a partir d’aquest punt, l’aigua anirà avançant per diferència de cota (d’alçada- gravetat) i així no cal més punts de bombeig. En la majoria de pobles l’aigua es transporta per diferència d’alçada, és a dir s’intentarà fer per mitjà de la gravetat i així estalviar l’ús de bombes. Per exemple en pobles de costa, no tenen depuradores perquè no agraden visualment (gran atracció) per tant calen estacions de bombeig que pugen l’aigua cap a les poblacions d’interior on s’acostumen a trobar les depuradores.
DESBAST (REIXES):
Hi entra materials de molts tipus i de diferents mides, per tant hi ha barres de 6 mm que paren aquelles coses més pesants i un pas de llum de 6 a 150 mm i, en aquests llocs de retenció hi haurà un sistema d’alliberament i recollida del material del fons per evitar l’acumulació. Hi ha d’estàtiques i mecàniques o mòbils. Les reixes poden tenir diferents passos de llum, però la seva funció és retenir tota la matèria grossa que hi ha a l’aigua i que no passi al tractament.
La matèria allà acumulada es pot netejar de dues formes: ❖ Manual: S’empra una cullera bivalva que recull els sòlids i un cop a la setmana el camió se’ls endú. Finalment, es retiren a un abocador de residus sòlids urbans. ❖ Automàtica: Hi ha un rasclet que va passant i pujant tota la matèria que es queda acumulada a les reixes a un contenidor que hi ha a la superfície.
CULLERA BIVALVA:
L'extracció dels residus es fa, generalment, amb culleres amfíbies o bivalves d'accionament electrohidràulic. Els residus separats amb aquesta operació s'emmagatzemen en contenidors per posteriorment transportar-los a un abocador o portar-los a incineració. En aquest sistema la tasca consistirà en la retirada d'aquests grans sòlids, per evitar que dificultin l'arribada de l'aigua residual a la resta de la planta, i la de netejar el fons del pou perquè no es produeixi anaerobiosi, i conseqüentment males olors. També hem de buidar el contenidor de manera regular, si això no és possible, utilitzar un contenidor tapat. ❖ Tovalloletes: ➢ 500 T/any Sidney, 2000T/any NY. ➢ A Espanya sobrecost explotació de 200 M€/any. ❖ Olis domèstics: ➢ 69% abocat clavegueram (Consorci Aguas Bilbao). ➢ 1.6 M/any.
DESBAST (TAMISOS):
Els tamisos, per altra banda, com tenen un pas de llum molt més petit, reten aquells sòlids que han pogut passar a través de les reixes, retenen sòlids més petits. En depuradores petites aquest procediment pot actuar com a tractament primari i són 10.000 m^ 3 /dia. També hi ha tambors rotatoris que van donant voltes amb una rascleta, netejarà els sòlids de la superfície i ja s’hauran eliminat els sòlids més grans. En aquest punt si trobem aigua negra és símbol de ser un ambient anaeròbic.
Això és un reactor biològic on s'han escapat els olis i greixos, no els hem eliminat bé i per l'activitat microbiana s'han format aquestes espumes fins a arribar el punt de passar per sobre del contenidor.
REGULACIÓ DE CABALS (HOMOGENEÏTZACIÓ):
Al llarg del dia hi ha una variació del cabal i de la quantitat de contaminació. El producte del cabal per la concentració s’anomena càrrega i varia en funció del temps. A la indústria pot haver-hi molta variabilitat de les concentracions, perquè moltes vegades treballen en discontinu, amb lots. Fan una programació de la seva producció i va canviant al llarg dels dies, el canvi de la fabricació d’un producte a un altre fa que les característiques de les aigües residuals canviïn molt, i provoca que el funcionament de les depuradores sigui més complicat, és per això que en depuradores industrials el que es fa és regular els cabals de concentració, això es fa amb una unitat que es diu homogeneïtzador o tanc d’homogeneïtzació. Sobretot en depuradores industrials, en urbanes no és un problema tan important perquè és una variació assumible. El que hi ha és un volum molt gran on hi ha un agitador que està flotant i el que fa és mantenir-ho tot ben barrejat perquè així la sortida d'aquest tanc, com l'aigua es troba dins d'una temperatura bastant gran, el cabal sigui més constant i s'haurà laminat una mica aquesta variació de cabal i concentració. Disposa de 3 potes amb flotadors que pugen i baixen segons el nivell de l'aigua i 2 barres mòbils per tal que es pugui desplaçar per tot el compartiment i l'homogeneïtzació sigui millor. El volum va variant, ja que el cabal que arriba no és igual tot el dia (major pel dia que per la nit).
MESURA DE CABALS:
Per saber com han de funcionar la resta d’unitats de la depuradora, hem de saber quin cabal tenim. La mesura de cabals es sol fer en el pre tractament, abans d’arribar al decantador primari. Els canals Parshall són dispositius de flux primari amb una àmplia gamma d'aplicacions per mesurar el flux de canal obert. Es poden utilitzar per al mesurament de cabal en rierols, canals de reg i/o drenatge, desguassos de clavegueram, plantes de tractament d'aigües residuals… El que es fa és que redueix la secció de pas a una mesura coneguda (canal Parshal) i junt amb una senyal d’ultrasons que detecta a quina alçada està la làmina d’aigua. Aquest pas és necessari tant en depuradores industrials com depuradores urbanes.
TRACTAMENT PRIMARI El tractament primari consisteix en una sedimentació per tant en un procés físic que dona com a resultat l’eliminació de tot el material que és sedimentable. L’aigua residual arriba a la unitat de tractament anomenada decantador/sedimentador primari, un tanc amb un elevat volum amb una forma cònica i el que busquem es que l’aigua estigui un cert temps per donar-li temps a les partícules en suspensió i puguim sedimentar (les partícules sedimenten com a conseqüència a la seva pròpia massa i per acció de la gravetat). Després el fang primari i secundari s’ajunten i es forma la línia de fangs.
SEDIMENTACIÓ PRIMÀRIA:
Es té com objectiu la eliminació dels sòlids/matèria en suspensió més gran que 1 μm però més petits que 15mm perquè aquestes partícules en principi s’han eliminat amb el pre-tractament. El que és més gran d’1,5 cm s’ha d’eliminar amb el desbast, reixes o tamisos, no per sedimentació. Més petits que 1 μm és la matèria col·loidal o soluble i no es pot eliminar per un fenomen de sedimentació, perquè aquest ve determinat per la massa de la partícula i l’acció de la gravetat. El fenomen de sedimentació es donarà quan la velocitat de sedimentació de la partícula sigui més elevada que la velocitat ascensional/horitzontal de l’aigua. Per exemple: Si posem una pilota dins de l’aigua tendeix a pujar i flotar, mentre que si posem una pedra, aquesta descendeix fins al fons, això es possible perquè la velocitat de sedimentació de la pedra és molt més elevada que la velocitat horitzontal pròpia de l’aigua. Segons la concentració i la mida hi ha diferents tipus de sedimentacions que es troben a diferents llocs de la depuradora. La mida de la partícula i la concentració de partícules que tenim a l’aigua, la concentració del sedimentador 4 és molt més gran que la de tipus 1. La concentració de partícules anirà augmentant a mida que baixem, això marca els colors del cilindre.
SEDIMENTACIÓ DISCRETA O DE TIPUS I:
Quan les partícules sedimenten de forma individual, sedimenten a una velocitat constant i seguint una trajectòria lineal o diagonal recte. És la sedimentació típica de la sorra en els desarenadors o desgreixadors (0.1 - 0.2 mm, tipus de sedimentació on les partícules són les més grans).
La sedimentació que fem en un decantador la podem fer en un laboratori amb una proveta, emplenant-la amb una dissolució que conté matèria en suspensió. El que es pot fer és deixar un temps i esperar a que sedimenti les partícules en suspensió de manera que en l’eix de les X tenim el temps, es pot veure que va augmentant la concentració al llarg del temps. El temps de sedimentació més gran donarà un percentatge de sedimentació més gran. Si volem temps més alts amb el mateix cabal de tractament necessitem volums molt més grans. En la depuradora no podem canviar el cabal, per la qual cosa nosaltres decidim a partir del percentatge d’eliminació de partícules que nosaltres volem assolir (que es tradueix en temps de sedimentació) quin volum necessitem per poder eliminar totes les partícules. És un diagrama típic que s’utilitza per veure quin és el temps que necessitem per obtenir una certa concentració. Les iopercentuals són corbes que tenen el mateix percentatge, donant una trajectòria corba que diu que per un temps 1 s’elimina un 40% de partícules, si s’augmenta molt més el temps s’elimina el 80% de les partícules. La concentració del C5 va augmentant i la de C1 va disminuint. Sòlids en suspensió total (SST) de 200 a 400 mg/L.
SEDIMENTACIÓ PER ZONES O PERTORBADA O DE TIPUS III:
En la sedimentació per zones, la massa dels sòlids sedimenta com una massa única i es crea una interfase sòlid-líquid. És típica de dissolucions amb concentracions de sòlids elevada, on la MES és major a 1000 mg/L. Això sol passar en materials en suspensió que s’han afegit coagulants (substàncies afegides que es troben estables a l’aigua) i fluctuants o bé en la sedimentació dels microorganismes biològics o biomassa que es troba en decantadors secundaris. t = 0: Massa d’aigua amb partícules repartides uniformement. És inicialment on es barreja el sòlid amb aigua sense barrejar i es mira quan es sedimenta. Quan el temps transcorre una mica, hi ha una capa que sedimenta a concentració constant creant una zona interfacial 1 on es comença a observar l’aigua clarificada (velocitat constant de sedimentació) i es crea la zona interfacial 1. tc > t > 0: En el cas de la zona de compactació és on es crea una interfacial 2. Zona de compactació que va augmentant en velocitat constant. Zona interfacial (concentracions més altes) a zona de transició (concentracions més baixes). Aigua clarificada va disminuint la seva concentració a una velocitat constant també. t = tc: S’ajunten les zones interfacial (interfase) i de transició, comença a augmentar la zona d’aigua clarificada. Transcórrer durant un cert temps fins que s’arriba al temps crític on es diferencien dos zones; aigua clarificada i sòlids compactes. A partir d’aquest moment les partícules aniran compactant una mica més.
t = tu: Aigua clarificada > zona de compactació. D’aquesta forma, a mesura que passa el temps, arriba un moment en que les 2 interfases s’ajunten fent que només s’acabin diferenciant 2 fases. L’última part correspon més al tipus IV. La sedimentació de tipus III, té un mètode gràfic de disseny que permet mesurar l’alçada al llarg del temps i obtenir la trajectòria experimentada per l’aigua clarificada. Seguiment de la interfície 1 que ens separa l’aigua clarificada del fang/ sòlids. Trajectòria de la interfície. Es fa tangent del punt inicial i final formant un angle (línia discontínua). En el punt perpendicular a la corba es dibuixa una altra tangent i és la que permet trobar els temps que necessito per obtenir una determinada alçada i per tant una determinada concentració.
SEDIMENTACIÓ PER COMPRESSIÓ O DE TIPUS IV:
Es dona quan l’aigua ja es troba totalment clarificada, on l’únic que hi ha és una compactació dels sòlids i l’objectiu és espessir. El principal objectiu és augmentar la sedimentació de fangs alliberant al màxim les molècules d’aigua provocant la compactació dels sòlids i conseqüentment un augment de la matèria sòlida en suspensió. La trobem en espessidors de fangs.
SEDIMENTADORS/CLARIFICADORS:
En un sedimentador hi ha un pont amb una rascleta que gira lentament perquè les partícules s’acabin d’ajuntar entre elles i es vagin desplaçant cap al centre i al final s’extreuen amb una bomba. Aquest material és el que anomenarem fang primari i anirà a la línia de fangs on s’ajuntaran amb els fangs secundaris. A la superfície hi ha una altra rascleta que va arrossegant els sòlids que no sedimenten del tot fins a un punt on poden ser extrets. També presenten sobreeixidors pels que surt l’aigua clarificada que continuarà el seu tractament. Tenen una certa alçada i la part de baix cònica per recollir els sediments. Surt per un canal i l’aigua clarificada per dalt.
Si no es realitzés aquest procés i es volguessin eliminar per sedimentació i/o filtració, duraria anys, ja que les partícules col·loidals tenen una gran estabilitat a causa de les càrregues superficials. Són partícules amb càrregues superficials electroestàtiques, normalment negatives, que fan que existeixin forces de repulsió entre elles i les impedeixin sedimentar. Al final, les propietats superficials i les càrregues elèctriques passen a tenir més importància que el pes de les partícules en la seva sedimentació. Quan la càrrega és positiva el polielectròlic s'anomena catiònic. Mentre que quan és negativa aniònic. També poden contenir càrregues positives i negatives; en aquest cas s'anomenen poliamfòlits. Si els polímers no tenen càrrega o molt poca (interior a 1 %) reben el nom de polímers no iònics. Per tal de desestabilitzar els col·loides, cal una neutralització de les càrregues superficials de les partícules col·loidals hidratades i carregades elèctricament. Es fa mitjançant l'addició de certs productes químics anomenats agents coagulants (sals metàl·liques d'alta valència química; clorur o sulfat de Fe (III) o sulfat d'Al), que proporcionin un ió de càrrega oposada (catió) i que aconsegueixen vèncer la repulsió eliminant la càrrega electroestàtica adherint-se a les càrregues negatives dels col·loides gràcies a la seva càrrega positiva (compte amb la sobredosi, ja que fa l'efecte contrari), i així s'aconsegueix facilitar la seva eliminació per sedimentació. Després l'agent floculant (Cadena llarga de C) s'encarrega d'aglutinar tots els flòculs. La reducció de la càrrega superficial (mesurada com a pot elèctric o pot Z) és molt més ràpida si el catió és trivalent que di- o mono. Pot Z mesura és una de l'estabilitat d'una partícula perquè indica el potencial elèctric que es requereix per penetrar la pel·lícula d'ions que envolten la partícula. El precipitat sedimentat contindrà tant els constituents que puguin haver reaccionat amb les espècies químiques afegides com aquells que siguin arrossegats a mesura que va sedimentant el precipitat.
Els productes químics més emprats en el tractament d'aigües per precipitació química són el
sulfat d'alumini, el sulfat de ferro (II) (III), i el clorur fèrric. Sovint la seva acció es combina
amb la de l'hidròxid de calc per tal d'ajustar el pH. Els coagulants no poden ser tòxics i han de
ser insolubles al voltant de la neutralitat ha de precipitar per ser eliminat de l'aigua. Part dels
ions trivalents serveixen per neutralitzar les càrregues negatives dels col·loides i part
reacciona amb "'aigua per formar l'hidròxid insoluble, que a la vegada, atrapa els col·loides
neutralitzats i en facilita encara més la seva decantació:
Al(SO 4 )3 + 6H 2 0 → 2Al(OH) 3 (s) + 3H 2 SO 4 FeCl 3 + 3H 2 O → Fe(OH) 3 (s)+ 3HCl Segons quina alcalinitat a l'aigua hi hagui, podrà baixa el pH, cal controlar-la i si en falta addicionar calç o carbonat sòdic. L'Al 3 + també forma un complex; es rodeja de 6 molècules d'aigual. És una molècula molt gran que al principi elimina els col·loides que han quedat atrapats en ella (flòcul). Al 3 + + nH 2 O → (Alx (OH)yzH 2 O )3x-y (insol.)
Perquè el procés sigui òptim el tanc ha d'estar en constant agitació, però mai de forma massa lenta o molt ràpida, sinó que també ha de fer-se en mesura. De fet, normalment el que es fa és una agitació més ràpida i una d'altra més lenta abans de la sedimentació. Les aigües que acostumen a ser més difícils de tractar són aquelles que tenen menys terbolesa, que sovint es dona a l'hivern, ja que hi ha menys M.O.S i menys matèria per flocular.
FLOCULACIÓ:
La floculació es realitza per incrementar l'efecte. Es dona una aglomeració de partícules col·loidals ja descarregades i de partícules en suspensió fent augmentar el seu tamany i millorant la seva eliminació per sedimentació, degut a l'addició dels floculants. Els floculants són polímers (polielectròlits, macromolècules) de compostos orgànics de molècula llarga, aniònics o catiònics, amb càrregues elèctriques, que contenen centres actius en els quals les partícules poden interaccionar i adsorbir-se. El que fan és que enganxen coàguls, unió que anomenarem flòcul. Aquest té prou pes com per poder-lo sedimentar en un sedimentador. La seva mida dependrà del tipus de reactius, la quantitat que n'afegim... les condicions en que treballo també són importants: ho realitzem en dues fases, la primera el fluctuant i el reactiu es mesclen en un temps curt en una barreja forta en un reactor petit (poc volum); i per afavorir la formació de flòculs necessitem un temps llarg i una agitació lenta en un volum més elevat.
FLOTACIÓ I NEUTRALITZACIÓ:
El procés de flotació es troba en alguns tractaments primaris industrials i també en els desgreixadors. Quan entra aigua s'injecta pressió - aire i aquesta pressió fa flotar partícules en suspensió o sòlids per exemple el greix, els olis i els detergents en els desgreixadors consisteix en fer flotar determinada matèria en suspensió que pot tenir aigua. En aigües residuals industrials pot servir per a altres substàncies que no siguin detergents. Una reacció de neutralització és una reacció química entre un àcid i una base en quantitats equivalents, de manera que els productes de la reacció no tenen propietats ni àcides ni alcalines.
