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Universidad del Valle Facultad de Ingeniera rea de Ingeniera Sanitaria y Ambiental Curso de Sistemas de Potabilizacin con Clarificadores de Contacto Docente: Camilo Hernn Cruz Vlez Agosto de 2014

Clarificadores de Contacto I

Introduccin

El mejoramiento de la calidad del agua en las plantas de potabilizacin generalmente integra una

serie de procesos u operaciones que gradualmente permiten convertir un agua cruda de un rio, lago,

mar o pozo de agua subterrnea en agua que cumpla ciertos parmetros de calidad de agua

establecidos en las normas de algn pas. En las plantas que utilizan coagulacin qumica y filtracin

rpida se considera que el agua clarificada es aquella que ha sido sometida a procesos de coagulacin,

floculacin y sedimentacin.

Se considera un sistema con clarificadores de contacto aquel sistema que maneja unidades de

tratamiento generalmente de flujo vertical en el cual uno o los dos procesos de floculacin y

sedimentacin se realizan reteniendo para su utilizacin posterior una parte del floculo previamente

formado. Esto se logra por la configuracin de las procesos ya sea en una sola estructura integrada o

en dos estructuras separadas. Se han aplicado en todo el mundo estas unidades al tratamiento de

aguas bajas y altas en partculas en suspension y con grandes o pocas cantidades de material coloidal,

se considera que pueden presentar limitaciones cuando la calidad del agua y las condiciones de carga

(caudal tratado) puede varan fuertemente en tiempos reducidos. Podemos identificar actualmente dos sistemas de clarificadores de contacto:

1. Los de manto o filtro de floculos. Generalmente son unidades prefabricadas en las cuales una sola estructura integra la flocualcion y la sedimentacin, y en algunos casos incluso la coagualacion (Ver Figura 1). Cuentan con una configuracin del floculador o del sedimentador que permiten concentrar parte de los floculos formados y retenerlo en las unidades tiempos mayores al tiempo de retencin de la masa de agua a tratar, siendo utilizarlos como una malla o red de floculos que facilita los procesos de floculacin y sedimentacin del agua. Una vez se alcanzado una concentracin adecuada de floculos, la cual requiere un periodo de formacin que depende de las partculas en el agua a tratar y de la dosis aplicada de coagulantes o ayudantes de coagulacin y floculacin, la relativa alta concentracin de partculas que se presenta facilita la aglomeracin de partculas coloidales ene l agua cruda, y sustancias disueltas desestabilizadas, igual proceso ocurre en las unidades de sedimentacin, donde es tpico encontrar zonas donde se presenta sedimentacin de compresin (en el fondo) , sedimentacin retardada o zonal o por capa y en la parte

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intermedia y sedimentacin floculenta en la parte superior. Estas unidades por su gran eficiencia de floculacin y sedimentacin generalmente requieren menor rea y tiempo de retencin que las unidades tradicionales de floculacin y sedimentacin.

Figura 1. Clarificador de Manto de Lodos. La concentracin del manto de contacto presenta una combinacin de espacios de diferentes tamao y formas, Los sentidos de flujo en la zona de floculacion que se propongan en ellos deben facilitar la mezcla continua y permanente de floculos preformados con la masa del agua coagulada que ingresa a la unidad, permitiendo que el tiempo de retencin de una parte de los floculos sea mayor que la de la masa de agua a tratar, en la zona de sedimentacin se debe garantiza un ingreso del agua con una distribucin homognea de la masa de agua en el fondo de toda el area de la zona de sedimentacin, donde se debe proveer una forma de continua y dinmicamente retirar el lodo. En el floculador la malla puede capturar floculos de tamao coloidal por absorcin y adherencia, En la zona de sedimentacin una mala distribucin del agua floculada puede ocasionar una falta de homogeneidad en el manto, la aparicin de corto circuito y canales preferenciales, generando disminucin de la eficiencia e incremento de la turbiedad del clarificado. En muchas aguas superficiales la turbiedad del agua esta asociada a la presencia de coloides o de partculas de unas pocas micras de tamao. Aun

desestabilizando qumicamente con coagulantes dichas partculas se presentan una gran

dificultad para removerlas del agua por la combinacin tradicional de los procesos de

floculacin-sedimentacin empleados en las plantas de ciclo completo.

2. Clarificadores de Capas Granulares de Arena, Gravas o granos de materiales sintticos.

Emplean materiales granulares que se recubren de floculos, y dependiendo de la velocidad de flujo del agua, y del tamao del material, permiten efectuar los procesos de floculacin, sedimentacin o filtracin al agua atravesar estas capas de material recubierto. (Ver Figura 2)

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Figura 3. Esquema de un clarificador de capas de gravas, (Cruz et al, 2000) En un lecho granular, dependiendo de la velocidad del agua se presenta floculacin de las partculas desestabilizadas al generarse un gradiente de velocidad (G) originado por las trayectorias tortuosas a travs de los poros del filtro. Simultaneamente el lecho de grava, segn sus caractersticas (longitud, tamao de grava, porosidad, velocidad promedia del agua en el filtro, etc.) puede convertirse en una unidad donde predomina el proceso de clarificado al retener en su interior parte de la materia suspendida. Si el tamao del medio granular se reduce asi como la velocidad el proceso de filtracin predomina en el medio granular (Ver Figura 3). Estas unidades generalmente preceden filtros de arena operando a tasas de filtracin rpida con flujo descendente. Se considera que la Filtracion Directa Ascendente es una variante de los clarificadores de este tipo, ya que en esta la capas de soporte generalmente presentan espesores y tamaos de grava que permiten realizar una floculacin-sedimentacin del material en suspensin en el agua a tratar antes que de llegar a la capa de Arena (Ver Figura 3).

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Figura 3. Esquema de estacin piloto de Filtracion directa Ascendente, (Di Bernardo e Cruz, 1994)

Desarrollo Histrico de los Clarificadores de Contacto. El concepto de clarificadores de manto de lodos, tiene ms de un siglo de uso, pero solo hasta 1950 se concedi una fuerte importancia al proceso, sin embargo numerosos intentos de tecnologas relacionadas se han propuesto en el tiempo. En 1869 SILLAR & WIGNER, reconocen que el lodo precipitado qumicamente es capaz de hacer precipitar partculas en el agua al re-circularlo y ponerlo en contacto con agua cruda. Desde entonces se reconoce que un contacto intermitente del lodo, con el agua afluente tiene un efecto favorable en la precipitacin. El primer y significativo desarrollo industrial fue el desarrollo del tanque Dortmund en 1880, que an hoy se emplean en algunas planteas de aguas residuales y en la industrias del papel. En 1892, ARCHBUTT & DEELEY usan patentan un sistema combinado de dos compartimentos intercomunicados, uno para mezcla y otro para clarificacin. Diferentes ideas combinando las zonas de reaccin floculacin y clarificacin se desarrollaron progresivamente. (ver Figuras 1 y 2)

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[FLOCULACION Y SEDIMENTACIN EN UNA ESTRUCTURA] clarificadores UNIDADES INTEGRADAS

Figura 1. Clarificador mecnico de manto de Lodos.

Figura 2. Clarificador hidrulico.

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La Foto en la Figura 8 ilustra el clarificador de la planta de potabilizacin de de Yumbo- Valle del Cauca.

Figura 8. Clarificador de Manto de Lodos de Planta de Tratamiento de Agua Potable del

Municipio de Yumbo, Valle del Cauca Desarrollo Histrico de Sistemas con Unidades de Floculacion y Sedimentacion en Medios Granulares

Los siguientes prrafos resumen el desarrollo histrico de floculadores y clarificadores de capas en medios gruesos y los aspectos tecnolgicos y econmicos ms relevantes de cada experiencia.

La primera referencia sobre utilizacin de los Floculadores o Clarificadores de lechos de grava (filtrando agua coagulada) fue reportada por Frankel (1974, 1981) and Kardile (1981), los autores presentan un mtodo innovador que fue desarrollado para tratar aguas superficiales en el sureste

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de Asia e India. Tambin informan que varias plantas de tratamientos de aguas fueron construidas durante las dcadas del 70 y el 80 usando gravas.

Frankel (1981) report experiencias pilotos y a escala real con filtros en serie usando velocidades entre 4 y 10 m/h. operando con picos de turbiedad hasta de 600 UNT, La calidad del efluente fue reportada entre 1 a 10 UNT. Proponen la utilizacin de esta tecnologa con turbiedades hasta 5000 si se utiliza un sedimentador de placas sobre el clarificador de Gravas.

En Brasil, Richter (1980) y Richter and DeBarro Moreira (1981) reportan en estudios a escala piloto que un tiempo de floculacin de tres minutos en capas de gravas operando con flujo ascendente equivale a 15 minutos de floculacin en un equipo de jarras bajo condiciones del laboratorio y de 25 minutos en unidades de floculacin de plantas no compartamentalizadas. En sus investigaciones utilizaron una capa de gravas que variaba entre 1.5 a 3 metros y se empleaban velocidades hasta de 12 m / h. La floculacin en capas de gravas probo ser simple, de bajo costo y un mtodo efectivo en varias plantas pequeas de tratamiento de aguas en Brasil, tratando aguas superficiales con picos superiores a 300 UNT (SANEPAR, 1979).

Bhole (1981) propuso una unidad de floculacin en gravas ascendente , donde combina dos tamaos de capas de gravas (de 5 a 10 mm y de 10 a 20 mm en la capa superior) aumentando la seccin desde