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XXII CONGRESO DE CENTROAMERICA Y PANAMA DE INGENIERIA SANITARIA YAMBIENTAL “ SUPERACION SANITARIA Y AMBIENTAL: EL RETO”

AIDIS: Asociación Interamericana de Ingenieria Sanitaria y Ambiental -Capitulo Honduras 1

LA DECANTACIÓN LASTRADA Y SU APLICACIÓN PARA LAPOTABILIZACIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES

Autor Principal: Ing. Ricardo KjaerRicardo Kjaer es Ingeniero Industrial Superior por la Universidad de Copenhague(Dinamarca). Comenzó a trabajar en el campo del tratamiento del agua hace 20 años enKrüger, hoy perteneciente al grupo Vivendi Water. Durante estos años, lleva trabajando enel saneamiento y potabilización de aguas para los mercados Europeo y Latinoamericano.

Dirección: Calle Electrodo, 52 – Polígono Industrial Santa Ana – Rivas Vaciamadrid -Madrid - 28529 - España - Tel.: +34 (91) 660 4000 - Fax: +34 (91) 666 77 16E-mail: [email protected]

INTRODUCCIÓN

El tratamiento de aguas superficiales para su potabilización, tradicionalmente se realiza pormedio de coagulación, floculación y decantación anterior a la filtración.

La decantación lastrada introduce microarena en la coagulación, produciendo unos flóculosde más peso que sedimentan con mayor facilidad y a más velocidad de sedimentación,permitiendo reducir el espacio de implantación y obra civil con relación a técnicasconvencionales de sedimentación.

Otras de las ventajas que presenta esta tecnología es la estabilidad de proceso que seobtiene, permitiendo variaciones importantes en la calidad del agua de entrada, sin afectar lacalidad del agua de salida.

DESARROLLO

La decantación lastrada es un sistema de tratamiento físico-químico de alto rendimiento queintroduce microarena en los flóculos formados para acelerar y mejorar el proceso desedimentación.

La decantación lastrada se puede aplicar en toda instalación que requiera un tratamientofísico-químico, presentado una serie de ventajas frente a otros sistemas cuando lasvariaciones de calidad y cantidad de agua a tratar son pronunciadas, o en los casos dondehay poco espacio disponible para su instalación.

Su aplicación inicial data de 1950, donde empezó a conocerse el proceso en Europa,existiendo hoy en día referencias de este sistema en instalaciones de gran caudal, tanto enEuropa como en América y Asia.



Principio de funcionamiento:

El agua pasa por las siguientes etapas:

- Etapa de coagulación, donde se añade elcoagulante (cloruro de hierro, sulfato dealuminio, etc.)

- Etapa de floculación, en la cual se inyecta laarena y el polímero.

- Etapa de maduración de los flóculos.

- Etapa de decantación de la materia floculada.

En la primera etapa el coagulante actúa sobre los sólidos en suspensión de tal manera que seforman partículas con cargas positivas y negativas que luego puedan aglomerarse enflóculos (cuagulación tradicional).

Figura 2. Diagrama de funcionamiento

En la etapa de floculación, además del polímero, se agrega microarena para que se incorporea los flóculos que se están formando. Esta microarena da una calidad y un peso específico alflóculo que facilita y aumenta la velocidad de decantación considerablemente. Para estasdos etapas se necesita un mezclador dinámico que optimice la velocidad del proceso.

Arena

Arena

Arena

FlFlóculos

Figura 1. Floculación típicaen la Decantación Lastrada

Tratamiento de Fangos

Coagulante

Agua de entrada

Polímero

Microarena

Fango + Microarena

Agua desalida



La decantación posterior a la floculación se realiza en un decantador de lamelas donde serecoge el agua clarificada en una canaleta ubicada en la parte superior. En la parte inferiorde la instalación los fangos con la arena se acumulan en una tolva.

Los fangos recogidos en la tolva son bombeados a unciclón (ver figura 3) para separar la arena del fango.De esta manera, la arena separada se puede volver autilizar en el proceso y sólo se debe agregar unapequeña parte, equivalente a la pérdida de arena queexiste en el fango. A continuación los fangos sonllevados a un eventual espesamiento y disposiciónfinal.

Aplicaciones

Una de las aplicaciones más interesantes de ladecantación lastrada es para los casos en donde lacalidad del agua a tratar varía de forma significativa según los cambios de estaciones, losperíodos de lluvia, los períodos de sequía etc. Gracias a la cantidad de arena ya incorporadaen el sistema, cuando se produce cualquier cambio en las condiciones de operación, sólo esnecesario variar la dosificación de productos químicos y la recirculación de los fangos paraadaptar el sistema a las nuevas condiciones.

Estas funciones están normalmente automatizadas por un PLC y mandadas por el medidorde caudal y el turbidímetro de entrada, de tal manera que la instalación ajusta lascondiciones de operación automáticamente según sea la calidad del agua bruta a tratar,dejando una calidad de agua tratada para la etapa de filtración, prácticamente constante,como indica la figura a continuación.

Figura 3. Hidrociclón



Figura 4. Test de Operación

La velocidad de reacción del sistema es del orden de 10-30 minutos. En dicho período sealcanza la estabilidad del proceso, después de un cambio de condiciones de operación o deiniciar la operación de la planta.

En el siguiente gráfico, se registra la calidad del agua de salida en función de la operaciónde la instalación y vemos que la recuperación de niveles de turbidez del efluente tarda unos30 minutos aproximadamente.

Figura 5. Capacidad de reacción del sistema

Funcionamiento del ACTIFLOTest de Turbidez

Estudio Piloto California - 3/7/1997

Tiempo (horas)

Tu

rbid

ez d

el A

gua

de

En

trad

a (

NT

U)

Tu

rbid

ez de

posita

da (N

TU

)1400

PACl (mg/l) =

12009 - 17

1000

800

600

400

200

09:00 9:45 10:30 11:15 12:00 12:45

2222 16 26

22

18

14

10

6

2AGUA DE SALIDA

AGUA DE ENTRADA

Turbidez del Agua de Entrada (NTU) Operación

Normal100Sin CoagulanteCon Polímero

Con CoagulanteSin Polímero

Operación

Normal

Agua de Agua de Agua de Agua de EntradaEntradaEntradaEntrada

Agua de SalidaAgua de SalidaAgua de SalidaAgua de Salida

50

10

5

1

0.5

0.109:20 09:45 10:10 10:40 11:02 11:15



Rendimientos y consumos del sistema:

Los rendimientos de este proceso son, en resumen, los siguientes:

Parámetros Agua de salidaTurbidez 0,2 – 0,5 NTUColor 0 – 10 PCUTOC 25 – 80%Algas 90 –99%Cantidad de Partículas 1,5 – 3,0 logMetales 80 – 99%

Hay que destacar el buen rendimiento de este proceso en la eliminación de metales, como elhierro y el manganeso, que puede encontrarse en cantidades importantes tantos en las aguassuperficiales como en las aguas subterráneas, donde también la decantación lastrada puedeser una opción de proceso.

En el siguiente gráfico se comparan los rendimientos de los procesos físico-químicotradicionales con la decantación lastrada en distintos sitios de USA.

Figura 6. Comparación de rendimiento y consumos con método tradicionalfísico-químico.

Sistemas Tradicionales Planta Piloto deDecantación Lastrada

CiudadTurbidez del

agua de entrada(NTU)

CoagulanteDosificación

(mg/l)Turbidez del

agua desalida (NTU)

Dosificación(mg/l)

Turbidez delagua de salida

(NTU)Sharon, PA 10-15 Aluminio 40-50 1,5-2 20-40 0,3-0,6

GA 3-10 Aluminio 6-7 1-2 5-6 0,4-0,5

Spotsylvania, VA 10-15 Aluminio 55-60 0,5-1,2 20-30 0,3-0,4

N. Table Mountain, CO 2-3 Aluminio 20 3-4 15-20 0,3-0,6

Newport, KY 50-90 Sulfato Férrico 14-15 3-5 10-15 0,6-0,7

Ashburton, MD 0,8-1,2 Aluminio 10-12 0,5-0,7 6-8 0,2-0,3

Conclusión

La decantación lastrada ofrece las siguientes importantes ventajas frente a un proceso físico-químico tradicional:- Menor consumo de productos químicos- Mayor rendimiento en la eliminación de contaminantes- Menor tiempo de reacción a variaciones de calidad de agua bruta.- Requiere menor de espacio y obras civiles para las instalaciones.

El mayor rendimiento en la eliminación de contaminantes, significa menor carga al filtroposterior y por consecuencia menor perdida de agua por lavado y mayor capacidad útil dela planta.

Existe gran número de referencias de plantas, con años en operación.

Decantación Lastrada

Ing. Ricardo Kjaer

Bekox, S.A.

|

Diapositiva 2CONGRESO AIDIS

Honduras, 21 - 24 Agosto 2001

Ponente: Ing. Ricardo Kjaer

Ponencia: Canales de Oxidación

Arena de lastre

Partículas

de microarena

flóculos

Partículas

de microarena

Partículas

de microarena

|





Arena de Lastre - Fotografía

|





Decantación LastradaDiagrama de Instalación

FANGO

HIDROCICLON

POLIMERO

AGUA

BRUTA

COAGULANTE

COAGULACION

MEZCLA DE ARENAFLOCULACIÓN

DECANTACION

LAMINAR

AGUA

CLARIFICADA

FLOCULOS LASTRADOS

AL HIDROCICLON

MICROARENA

|





Decantación lastradaHidrociclón

ALIMENTACION TANGENCIAL

FANGO

NUCLEO DE AIRE

VORTEX INTERNO

VORTEX EXTERNO

ARENA

|





Decantación lastrada

Microarena: 80 - 120 micras ”LASTRE”

Polímero: ayuda a la floculación

Gradiente de velocidad: G = 200 - 600/s

Tiempo de floculación: 5 - 8 minutos

Carga hidr. de diseño: 50 - 75 m/h

|





➜ Arena de Sílice, 2.6 g/cm3, 80-120 µµµµm

➜ 4000 - 6000 mg/l en suspensión

➜ <1 mg/l pérdida ~ <1kg/1000 m³ tratado

➜ Recarga: 2 veces por semana

➜ Coste:US $100-200/ton.

Microarena

|





Tiempos de reacción

Coagulación :

Inyección :(Flash Mix)

Maduración :(Floculación)

Decantación :

Total tiempo de reacción :

1 -2 minutos

1 -2 minutos

4 -6 minutos

2 minutos

8 - 12 minutos

|





Decantación lastrada vs. tratamientoconvencional

➜ Reduce tiempo de mezcla con un factor 5

➜ Aumenta la velocidad de sedimentación del

flóculo con un factor de 200 - 300

➜ Reduce el area de implantación con factor de

4 - 20

|





ACTIFLO. Referencias para tratamiento de agua (I)

Planta PaisFecha

Instalación

Selangor

N. Table Mtn., CO

Quebec City, Que

Montezuma, CO

Sharon, PA

Casper, WY

Spotsylvania, VA

Southeast Regional, UT

Cass County, MO

Newport, KY

Malaysia

USA

Canada

USA

USA

USA

USA

USA

USA

USA

1998

1998

1998

1999

1999

1999

1999

1999

1999

24.000

1.700

9.900

630

2.500

4.300

1.900

3.200

160

5.700

5

2

2

2

3

2

4

2

1

2

4.800

850

3.300

315

830

2.150

630

1.600

160

2.850

Capacidadunit. m3/h

TotalCapacidad

m3/h

1999

NºUnidades

|





ACTIFLO. Referencias para tratamiento de agua (II)

Neuilly s. Marne

Annet s. Marne

Kahnawake, Que

Roberval, Que

Broomy Hill

Gatineau, Que

ECCUP

St. Lambert, Que

St. Jerome, Que

France

France

Canada

Canada

G. Britain

Canada

G. Britain

Canada

Canada

1991

1992

1993

1994

1995

1997

1997

1997

1997

9000

1900

315

630

2200

4700

4100

5700

1900

3

1

1

1

2

2

2

3

2

3000

1190

315

630

1100

2350

2050

1900

950

Planta PaisFecha

InstalaciónCapacidadunit. m3/h

TotalCapacidad

m3/h

NºUnidades

|





Quebec- Canada: 9.500 m³/hDec. lastrada: 5% de la superf. original

OLD FLOCCULATIONBASINS

ACTIFLO 23 m

21 m128 m

OLD SEDIMENTATIONBASINS

78 m

|





Gatineau, Canada

Ahorro: $6,000,000 (US)

Antes Ampliación

11m' 11m

11m'11m

15 m 15 m

Superpulsator

800 m³/h

Superpulsator

800 m³/h

ACTIFLO

2400 m³/h

ACTIFLO

2400 m³/h

Ampliación

|





Vista parcial de una Decantación Lastrada

|





Mezclador dinámico

|





Rascador de fangos y arena

|





Resumen de las características

➜ Alta calidad de agua tratada

➜ Area reducida de implantación

➜ Uso efectivo de productos quimicos

➜ Arranque “instantáneo”

➜ Periodo de retensión corto (rápido de

ajustar a nuevas condiciones)

➜ Proceso estable

➜ Proceso flexible

|





Planta piloto de Decantación Lastrada

|





Planta Piloto de Decantación Lastrada

|





Decantación lastradaTest de planta piloto en USA

CiudadTurbidez aguaentrada (NTU)

CoagulanteDosificación (mg/l)

Turbidez aguasalida (NTU)

Dosificación (mg/l)

Turbidez aguasalida (NTU)

PA 10-15 Aluminio 40-50 1,5-2 20-40 0,3-0,6GA 3-10 Aluminio 6-7 1-2 5-6 0,4-0,5VA 10-15 Aluminio 55-60 0,5-1,2 20-30, 0,3-0,4CO 2-3 Aluminio 20 3-4 15-20 0,3-0,6KY 50-90 Ferrico Sulfato 14-15 3-5 10-15 0,6-0,7MD 0,8-1,2 Aluminio 10-12 0,5-0,7 6-8 0,2-0,3

Sistemas Tradicionales Planta Piloto de DecatanciónLastrada

|





Uso de productos químicosDecantación Lastrada vs. convensional

Alum (mg/l)

Tu

rbid

. (N

TU

)

Planta PilotoSharon, PA 3/95Velocidad: 40 m/h

Planta existente

Decantación lastrada

0.5

1.0

1.5

2.0

0.010 20 30 40 50 60

|





Respuesta a interrupción de dosificaciónPlanta Piloto en The Ohio River - Newport, KY

Tiempo(hh:mm)

Turb

idez

(NT

U)

Operaciónnormal100

Sin coagulante

Con polímeroSin coagulanteSin polímero

Operaciónnormal

EntradaEntradaEntradaEntrada

SalidaSalidaSalidaSalidaSalidaSalidaSalidaSalida

50

10

5

1

0.5

0.109:20 09:45 10:10 10:40 11:02 11:15

|





Estabilidad del procesoNorte de Carolina - 1997

0

100

200

300

400

500

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

12:00 14:00 16:00 18:00 20:00

Tu

rb.

Agua d

e e

ntr

ada (

NT

U)

Tu

rb. A

gu

a tratada (N

TU

)

Alum (mg/l) =

14 16 19 24 25 28

Entrada

Salida

|





Efecto de aumento de velocidadEstudio piloto - Nov. 1996

Turb. agua de entrada:16 NTU

Dosificacion de Alu : 13 mg/l

Velocidad de decantación m/h

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.00 25 50 70 100

Turb

idez,

agua

trata

ada (

NT

U)

|





Test de variación en turbidezCalifornia. Estudio piloto - 3/7/1997

Hora

Turb

idez

ag

ua d

e e

ntr

ada

(N

TU

) Turb

idez a

gua d

e sa

lida (N

TU

)

1400PACl (mg/l) =

12009 - 17

1000

800

600

400

200

09:00 9:45 10:30 11:15 12:00 12:45

2222 16 26

22

18

14

10

6

2

Salida

Entrada

|





Eliminación de Crypto y GiardiaMartin County, KY - November 1998

Entrada Salida

Turbidez media (NTU) 555...333 000...222444

Partículas

por/ml)111222,,,222444666 111111666

Cryptosporidium, media

por/100L)333 000

Giardia media

(por/100L)111666 000

|





Decantación lastradaEliminación de TOC vs. Sistemas tracicionales

Entrada conv. Plant Dec. lastrada mg/l mg/l elimina. mg/l elimina.

Newport, KY 2.74 1.79 27% 1.51 45%

N. Table M., CO 2.10 1.80 25% 1.30 41%

Bowman, CA 1.20 1.10 8% <1.0 >17%

Princeton, KY 3.20 2.60 20% 2.40 25% (1)

3.10 2.00 35% (2)

2.80 1.70 39% (3)

2.80 1.30 54% (4)

(1) con PACl, pH = 7.6(2) con PACl, pH = 6.0

(3) con alum, pH = 6.2(4) con FeCl3, pH = 6.0

|





NorthLoading

Dock

North Table Mountain, COCapacidad Total: 175011 m³/h North

LoadingDock

InjectioInjectionnTankTank

MaturatioMaturationnTankTank

PumpGallery

Chemical FeedEquipment, Etc.

AlumTank

CoagulatioCoagulationnTankTank

SettlingSettlingTankTank

AlumTank

SouthLoading

Dock

21m 15m

15m

5m

|





North Table Mountain, COAmpliación. Puesta en Marcha Mayo 1998

Antes(Junio-Dec. 1997 Avg.)

Después(Junio-Dec. 1998 Avg.)

Agua de entrada

Turbidez (NTU) 3.1

Dosificación

Alum

Polimero

Soda Ash

Cl2Arena

(mg/l)

(mg/l)

(mg/l)

(mg/l)

(mg/l)

29

1.0 (Coag.)

11

2.9

-

22

0.20 (Floc.)

7

2.1

0.3

Agua decantada

Turbidez (NTU) 6 0.41

Agua filtrada

Turbidez

Operación del filtro

Million Gallons Filtrado

Filtro, dos.

TTHM’s

Agua de lavado

0.065

24

59

0.07

66

8.5

0.057

29

70

0.06

45

5.5

3.5

(NTU)

(h)

MG/Month

(mg/l)

(µg/l)

(%)

|





North Table Mountain, COCostes de operación (Mayo 1998)

Antes de ampl.Junio-Dec.1997

( Media)

Después de ampl.Junio-Dec.1998

(Media)

Power Costs

(Cents per m3))

Overall Operation Costs

Chemical + Power

(Cents per m3)

Chemical Costs

(Cents per m3)

2,42,96

1,2

1,19

1,2

1,69

|





Rendimientos típicos

Parámetros

Turbidez

Color

TOC

Algas

Particulas

Metales

Aguasedimentada0.2 - 0.5 NTU

0 - 10 PCU

25 - 80 %

90 - 99 %

1.5 - 3.0 log

80 - 99 %

|





Resúmen de las caracteristicas

➜ Alta calidad de agua tratada

➜ Area reducida de implantación

➜ Uso efectivo de productos quimicos

➜ Arranque “instantáneo”

➜ Periodo de retensión corto (rápido deajustar a nuevas condiciones)

➜ Proceso estable

➜ Proceso flexible

la decantaciÓn lastrada y su … variar la dosificación de productos químicos y la recirculación...

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