columna de sedimentación
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Columna de
Sedimentación.
Ingeniería Ambiental. Pablo Molinero Durand.
Sedimentación.
Sedimentación es la separación
parcial o concentración de partículas
sólidas suspendidas, cuyo peso
específico es mayor que el del líquido,
a partir de un líquido por gravedad.
Esta área puede dividirse en las
operaciones de espesamiento y
clarificación. El propósito primario del
espesamiento es incrementar la
concentración de sólidos suspendidos
en una corriente de alimentación,
mientras que la clarificación es
remover una pequeña cantidad de
partículas suspendidas y producir un
efluente claro.
CLARIFICACION
ESPESAMIENTO
Operación Unitaria utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales.
Se emplea para:
Eliminación de arenas
Remoción de materia en suspensión flóculos biológico decantadores secundarios en los procesos de fango activado
Tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la coagulación química,
Concentración de sólidos en los espesadores de fango.
Objetivo Principal: Obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango.
Sedimentación (2).
Tipos de Sedimentación Tipo de fenómeno
de sedimentación Descripción
Aplicación/Situaciones
en que se presenta
De partículas
discretas
(Tipo 1)
Se refiere a la sedimentación de partículas en una
suspensión con baja concentración de sólidos. Las
partículas sedimentan como entidades individuales y
no existe interacción sustancial con las partículas
vecinas.
Eliminación de las arenas del agua residual.
Floculenta
(Tipo 2)
Se refiere a una suspensión bastante diluida de
partículas que se agregan, o floculan, durante el
proceso de sedimentación. Al unirse, las partículas
aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad.
Eliminación de una fracción de los sólidos en
suspensión del agua residual bruta en los
tanques de sedimentación primaria, y en la
zona superior de los decantado-res
secundarios. También elimina los flóculos
químicos de los tanques de sedimentación.
Retardada,
también
llamada zonal
(Tipo 3)
Se refiere a suspensiones de concentración
intermedia, en las que las fuerzas entre partículas son
suficientes para entorpecer la sedimentación de las
partículas vecinas. Las partículas tienden a
permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de
partículas sedimenta como una unidad. Se desarrolla
una interfase sólido-líquido en la parte superior de la
masa que sedimenta.
Se presenta en los tanques de sedimentación
secundaria empleados en las instalaciones de
tratamiento biológico.
Compresión
(Tipo 4)
Se refiere a la sedimentación en la que las partículas
están concentradas de tal manera que se forma una
estructura, y la sedimentación sólo puede tener lugar
como consecuencia de la compresión de esta
estructura. La compresión se produce por el peso de
las partículas, que se van añadiendo constantemente
a la estructura por sedimentación desde el líquido
sobrenadante.
Generalmente, se produce en las capas
inferiores de una masa de fango de gran
espesor, tal como ocurre en el fondo de los
decantadores secundarios profundos y en las
instalaciones de espesamiento de fangos.
Clasificación de sólidos
Sedimentables
Los tipos de sedimentación
encontrados en la tecnología de
procesos serán grandemente
afectados no solo por factores obvios
– tamaño de partículas, viscosidad de
líquido, densidad de la solución y los
sólidos – sino también por las
características de las partículas en el
vertido. Estas propiedades, así como
los requerimientos del proceso,
ayudarán a determinar tanto el tipo de
equipo que alcanzará los fines
deseados con mayor efectividad, así
como los métodos de prueba a usarse
para seleccionar el equipo.
Procedimientos de prueba de
sedimentación.
Determinación de los requerimientos de la zona de clarificación.
Sedimentación por partículas producción de un efluente limpio,
procedimiento de dimensionamiento normal, verificar la demanda de área para
espesamiento.
Con particulados o materia levemente floculada medición de la velocidad de
partículas, procedimientos de tubo largo, como de tubo corto.
Sólidos fuertemente floculentos y partículas que aglomeran fácilmente el
tubo largo rendirá datos erráticos, solo el tiempo es la principal variable de
clarificación y se recomienda una prueba de detención simple.
Método del tubo corto.
Para casos en los cuales el tiempo de
detención no cambia el grado de
floculación de las partículas y por
consiguiente no tiene influencia
significativa en la velocidad de
sedimentación de las partículas.
Se utiliza un tubo de 50 – 75 mm de
diámetro y 300 – 500 mm de longitud.
El líquido sobrenadante es sifoneado
rápidamente hasta alcanzar un nivel dado
y a la muestra obtenida se le determina la
concentración de sólidos suspendidos. El
nivel seleccionado usualmente se basa en
los volúmenes relativos esperados de
rebose y sedimentado. La concentración
de sólidos suspendidos medida en la
muestra sifoneada será equivalente a los
valores promedio obtenidos el la prueba
con tubo largo, a una velocidad de
sedimentación correspondiente.
Método del tubo largo.
En esta prueba se usa un tubo transparente
de 2 a 4 m de longitud y mínimo 100 mm de
diámetro (preferiblemente mayor), equipado
con grifos de muestreo cada 20 a 30 cm. El
tubo se monta verticalmente y se llena con
una muestra representativa de sólidos en
suspensión. A intervalos de tiempo se toman
muestras de 100 ml de grifos sucesivos,
comenzando por el más superior.
Los intervalos de tiempo se determinarán por
la velocidad de sedimentación de las
partículas, este procedimiento indicará si es
que el tiempo de detención es un factor en la
velocidad de clarificación.
Se hace un gráfico de la concentración de
sólidos suspendidos en cada una de las
muestras en función de la velocidad nominal
de sedimentación de la muestra, la cual se
determina a partir de las correspondientes
profundidades de los grifos muestra dividida
por el tiempo transcurrido entre el inicio de la
prueba y el tiempo de muestreo.
15 cm
45 cm
Orificio de
muestreo
Prueba de detención.
Esta prueba utiliza un beaker de 1 – 4 litros o envase similar. La muestra es colocada en el contenedor,
floculada por lo medios disponibles si se requiere, y dejada a sedimentar. Se retiran pequeñas porciones de muestra de un punto a aproximadamente medio camino entre la superficie del líquido y la interfase de sólidos sedimentados, tomada con suficiente cuidado como para que los sólidos sedimentados no se remuevan y vuelvan a suspender. El tiempo de muestreo debe realizarse a intervalos consecutivamente largos tales como 20, 40 y 80 minutos.
Coeficiente K y el exponente m son característicos de la suspensión en particular, t tiempo de detención estática requerido para alcanzar una concentración C de sólidos suspendidos
Si la suspensión contuviese una fracción de sólidos a los cuales se le pudiese considerar no sedimentables:
Donde Cm es la concentración de sólidos no sedimentables y Co es la concentración de sólidos suspendidos en la muestra no sedimentada (la alimentación). La concentración residual de sólidos remanentes en la suspensión después de un tiempo de detención suficientemente largo (Cm) debe determinarse primero y graficarse los datos en un papel lineal como una función del recíproco de la concentración (1 / Co – Cm) vs. el tiempo.
mtKC
CmCoKt
1
Prueba de sedimentación en masa.
En los casos que solo involucren el tiempo de detención.
Se lleva a cabo una prueba de sedimentación en la cual los sólidos se concentran primero a un nivel al cual la zona de sedimentación comience exactamente. Su velocidad de descenso es medida con un cilindro graduado de tamaño adecuado, preferiblemente como mínimo de 1 litro, y la porción inicial recta de la curva de sedimentación se usa para especificar una velocidad de sedimentación en masa.
Eficiencia de detención.
El factor de eficiencia tomar en cuenta los efectos de la turbulencia y flujo no uniforme.
Las eficiencias varían ampliamente, siendo dependientes no solo de la dimensión relativa del clarificador y los medios de alimentación, sino también de las características de las partículas.
En la mayor parte de los casos, el área puede determinarse por factores más que por la velocidad de sedimentación en masa, tales como limitaciones prácticas de la profundidad de tanques.
Área del estanque espesador.
Se basan frecuentemente en el flujo de sólidos medido en la zona de régimen de sedimentación.
Se han desarrollado varios métodos por lotes que se basan en la determinación de la velocidad de flujo de sólidos
en esta zona de concentración crítica.
Procedimientos: el alcance de Coe & Clevenger y el método de Kynch como lo define Talmage & Fitch. El primero
requiere la medición de la velocidad de sedimentación inicial de una pulpa a diferentes concentraciones de sólidos
variando desde la alimentación al valor final de los fondos. El requerimiento de área para cada concentración de
sólidos probada se calcula por la ecuación de velocidad neta de rebose a la correspondiente velocidad de
sedimentación interfacial, como se representa por la siguiente ecuación para el área unitaria.
fv
CuCtunitArea
11
_
00
_HC
tunitArea u
Ensayo de sedimentación.
Ejemplo de aplicación de ensayo de aplicación o Columna de 2,0 m con aguas conteniendo partículas discretas en suspensión o Resultados de Vs adoptada 0,03 m/seg = 1,80 m/min o Para obtener el porcentaje de partículas totales retenidas C = (1 - C0) + (1/Vs) ∫
C0 0 Vd C
o Para Vs = 1,8 m/min, C0 equivale a 0´508 ∫C0
0 Vd C = 0,3806 (Integrando gráficamente) C = (1 - 0,508) + (1 / 1,8 (0,3806)) = 0,7034
o Por tanto, la eliminación será del 70,34 % o Los resultados de laboratorio una vez introducida el agua residual en la columna son: Concentración de SS en aguas homogeneizadas depositadas en columna de ensayo (SS0) = 1200 mg/l Los resultados del ensayo a diferentes alturas y tiempos (en SS) son:
Tiempo S.S.t,h Rendimientos (%), Rt,h
(min) 0,5 1,0 2,0 0,5 1,0 2,0
20 800 950 1.025 33.3 21 15
40 550 740 800 54.1 38.3 33.3
60 350 500 700 70.8 58.33 41.66
80 200 325 610 83.3 72.9 49.2
100 160 180 460 86.6 85.0 61.7
120 320 73.3
Los rendimientos se ven reflejados en las siguientes curvas de isorrendimientos de sólidos retenidos
Para un tiempo de retención de 57 minutos, la velocidad
de sedimentación de las partículas sería:
Vs = (2 m / 57 m) * 60 = 2,105 m/h = 2,105 m3/m2 h
El rendimiento SS, eliminados totales,
en la columna a los 57 minutos es:
RT = 40 + (10 ((2 - 1,05) / 2,00)) + (20 ((1,05 - 0,75) / 2,00))
+ (30 ((0,75 - 0,62) / 2,00)) + ... = 55,84 %
COLUMNA DE SEDIMENTACION
EN VIDRIO.
MATERIALES:
a) 1 Tubo de VIDRIO de 15 x 15 x
150 cm agujero central de ½”
Ø unidos
b) 4 válvulas de ½” Ø.
c) 4 niples roscados de ½” Ø x 2”
largo.
30
cm
15
cm
5 cm
2.5
4 Ø
cm
15
0 c
m
Ø 1” = 2.54 cm
6.0”
30
cm
30
cm
3
0 c
m
30
cm
GRACIAS.