Ingeniería de aguas residuales/Línea de fangos

Introducción

En el tratamiento de aguas residuales, cuyo objetivo principal es eliminar la contaminación antes de su vertido al cauce receptor, se generan una serie de subproductos denominados fangos, donde se concentra la contaminación eliminada, y cuyo tratamiento y evacuación puede ser problemática.

Las dos fuentes principales de producción de fangos son el tratamiento primario y secundario. Los sólidos sedimentados retirados del fondo de los decantadores primarios y secundarios son, en realidad, una mezcla acuosa de color y olor característicos llamada fango fresco.

Los fangos producidos en el tratamiento primario y secundario de la línea de agua de una EDAR presentan las siguientes características:

• Tienen una gran cantidad de agua (95-99%), por lo que ocupan un volumen importante y son de difícil manipulación.
• Tienen gran cantidad de materia orgánica, por lo que entran fácilmente en descomposición (putrefacción), produciendo malos olores.
• Poseen una gran cantidad de organismos patógenos, causantes de enfermedades.

Todo ello hace que deban tratarse con sumo cuidado y en su tratamiento deben darse tres fases, encaminadas a reducir al máximo los problemas anteriormente citados:

• Reducción del agua presente en los fangos para evitar el manejo de grandes volúmenes.

• Estabilización de la materia orgánica para evitar problemas de fermentación y putrefacción.

• Conseguir una textura adecuada para que resulten manejables y transportables.

Todo esto se realiza en la llamada línea de fango de una E.D.A.R. (Estación Depuradora de Aguas Residuales)

Origen y características de los fangos

La cantidad y las propiedades del fango a tratar en una planta depuradora va a depender de las características de las aguas residuales (A.R.) de procedencia, así como del tratamiento a que sean sometidas.

El origen y principales características de los fangos son:

a) Fangos primarios:

Se originan en la decantación primaria.

Estos fangos no han sufrido un tratamiento biológico, no se han descompuesto, por lo que son altamente inestables y putrescibles. Al cabo de cierto tiempo producen mal olor.

Se considera en ellos un contenido de Sólidos en Suspensión (SS) de 90 gr/hab/d, de los cuales un 60% es decir, 54 gr/hab/d se consideran sedimentables.

Su color es normalmente gris, con altos contenidos de sólidos fecales y otros tipos de desechos.

Liberan fácilmente su agua de constitución y se espesan bien. Su contenido en humedad varía entre el 95-99%.

b) Fangos biológicos

Se denominan comúnmente fangos en exceso y proceden del proceso de fangos activados.

Su materia orgánica está parcialmente descompuesta.

Color marrón oscuro.

Tienen un olor a tierra húmeda no desagradable, pero en su descomposición posterior se hacen sépticos y producen olores desagradables.

Su contenido en humedad varía entre el 98-99.5% y son difíciles de concentrar.

Pueden espesarse directamente o enviarse a la decantación primaria, donde decantan conjuntamente con los fangos primarios, dando lugar a los Fangos Mixtos.

c) Fangos digeridos aeróbicamente:

Son fangos de color marrón oscuro.

Tienen apariencia floculenta.

Olor poco desagradable.

d) Fangos de precipitación química:

Su velocidad de descomposición es algo menor que la de los primarios.

Color oscuro, algo rojizo si contienen mucho hierro.

El olor puede ser desagradable, aunque no tanto como el de los fangos primarios.

Espesamiento

Los fangos producidos en el tratamiento del agua poseen más del 95% de agua, por lo que ocupan volúmenes importantes, siendo por su naturaleza putrescibles. Ello hace necesario un tratamiento para modificar sus características y permitir unas condiciones tales que su evacuación y disposición final sean óptimas desde el punto de vista sanitario, medioambiental y de su manejo.

La etapa de espesamiento incluye para reducir el volumen de los fangos mediante concentración o eliminación parcial de agua, los fangos activados que normalmente se bombean desde los tanques de decantación secundaria con un contenido de sólidos del 0.8% pueden espesarse hasta un contenido del 4% de sólidos, consiguiéndose de esta manera una reducción del volumen del fango a una quinta parte del volumen inicial. Con ello se obtienen una serie de ventajas:

• Reducción del volumen de los tanques posteriores al espesamiento, así como su equipamiento.

• Reducción de la cantidad de calor requerida para el calentamiento de los fangos en procesos tales como digestión anaerobia, secado térmico e incineración.

• Reducción y mejora de los rendimientos de los equipos de deshidratación.

Dos son los tipos más frecuentes de espesamientos:

• Espesamiento por gravedad

• Espesamiento por flotación

Además, existe el espesamiento por centrifugación, alternativa válida para cualquier tipo de fango, aunque está más indicada para concentrar fangos muy hidrófilos (que difícilmente liberan el agua que contienen), de difícil compactación.

El tipo de espesamiento a aplicar y su compactación dentro de la línea de fango, depende de la procedencia del fango a espesar y del tipo de tratamiento a efectuar:

a) El espesamiento por gravedad se utiliza para los fangos primarios y los mixtos, así como para los procedentes de una precipitación química, localizándose antes del proceso de la digestión anaerobia. En el caso de que la línea de tratamiento de los fangos incluya una estabilización aerobia de los mismos, el espesador se sitúa, generalmente, posterior a la misma ya que este proceso requiere para su buen funcionamiento concentraciones no muy elevadas, no superiores al 2-2.5%.

b) La flotación está indicada para concentrar los fangos biológicos procedentes del decantador secundario, también llamados fangos en exceso.

c) La centrifugación tiene una aplicación limitada como sistema de espesado en una depuradora.

3.1. Descripción del espesador por gravedad

Su diseño es similar a un decantador.

Generalmente son circulares. La alimentación se realiza por tubería a una campana central, que sirve como reparto y de zona tranquilizadora, con una altura tal que no influya en la zona inferior de compactación. El fondo debe tener una pendiente mínima del 10%.

El conjunto va equipado con un mecanismo giratorio provisto de unas rasquetas de fondo para el barrido de los fangos y su conducción a una poceta central desde donde se extraen, y de unas piquetas verticales cuya finalidad es la homogeneización de la masa así como la creación de canales preferenciales que faciliten la evacuación del agua intersticial y de los gases ocluidos generados por fenómenos de fermentación. El líquido sobrenadante se recoge por un vertedero perimetral y es enviado a cabecera de la planta.

El mecanismo giratorio suele ser de accionamiento central, con doble brazo diametral. Este tipo de accionamiento es conveniente para obtener el par necesario para asegurar el movimiento del sistema.

Normalmente se instala un limitador de par para evitar sobretensiones en el motorreductor.

Es aconsejable instalar un sistema automático de elevación de las rasquetas, para arrancar el espesador, sobre todo después de paradas prolongadas, ya que los sedimentos más espesados están en el fondo, aprisionando las rasquetas y haciendo difícil su puesta en funcionamiento, sin que actúe el limitador de par. Una vez que el mecanismo ha alcanzado su velocidad nominal se procede a introducir automáticamente las rasquetas.

El par motor del sistema de arrastre viene dado por:

• Par torsor con arrastre central = c ∙ r2/2

• Par torsor con arrastre periférico = c ∙ r2

Siendo

r = radio del espesador

c = constante variable según la Naturaleza del fango:

• Fangos Primarios c = 45 Kg/m

• Fangos Mixtos c = 40 Kg/m

• Fangos Biológicos c = 30 Kg/m

La extracción de los fangos desde la poceta central puede realizarse por gravedad mediante válvulas o bien por aspiración directa mediante bombas. El sistema de extracción debe tener la posibilidad de hacerse de forma temporizada, así como que la toma pueda realizarse a distintos niveles.

Para evitar posibles olores a menudo se procede a recubrir el espesador mediante una cubierta estanca. Esta puede ser fija, mediante obra de fábrica o bien desmontable, más aconsejable ya que facilita el mantenimiento.

3.2. Espesamiento por flotación

Los fangos en exceso se espesan mediante el sistema de flotación debido al bajo peso específico de los flóculos, y su débil capacidad para sedimentar y compactarse.

En un estudio realizado recientemente, se ha comprobado que el grado de espesamiento conseguido dependía de la concentración inicial del fango. Concentraciones finales mayores se conseguían con fangos más diluidos. Además, parece que la capacidad de espesamiento del fango activado en exceso varía con el tiempo medio de retención celular con el que funciona la planta.

Hay cuatro variantes básicas de la operación de espesado: flotación por aire disuelto, flotación al vacío, flotación por dispersión de aire y flotación biológica.

Sin embargo, sólo la flotación por aire disuelto tiene utilización generalizada para el espesamiento de fangos.

La mayor o menor facilidad para que se produzca la flotación es función de los siguientes factores:

Afinidad del aire a la partícula. Es necesario que la adhesión de las partículas a las burbujas sea mayor que la tendencia que aquellas tienen a establecer contacto con el agua. Por lo tanto, las partículas hidraulicaófilas tendrán menos afinidad a las burbujas que las hidraulicaófobas.

Densidad de la partícula. La flotación es más fácil en partículas con densidad muy próxima a la del agua. Cuanto mayor sea la densidad, mayor será la cantidad de aire que debe adherirse a ella para provocar la flotación.

Diámetro de la partícula. Cuanto mayor sea, es necesario más aire adherido a la partícula.

Por otra parte, el tamaño de la burbuja de aire afecta de modo importante a la eficacia de la flotación, por diversos motivos:

El rendimiento de la adherencia de las burbujas a las partículas es función del tiempo que dichas burbujas se mantienen en la suspensión y la oportunidad de contactos con dichas partículas. Por lo tanto, cuanto menor sea el diámetro de las partículas, menor será la velocidad ascencional de las mismas y mayor tiempo de retención tendrán.

Cuanto mayor es el tamaño de la burbuja, mayor será la necesidad del caudal de aire a introducir para conseguir una buena equiparación en el tanque de flotación.

El tamaño de las burbujas influye también en la turbulencia en el tanque, produciendo mayor turbulencia a mayor tamaño, reduciendo la eficiencia de la flotación.

El sistema más utilizado en el proceso de flotación de fangos es el de la presurización. La producción de aire en este sistema consiste en disolver aire en un líquido bajo una presión de varias atmósferas y, a continuación, liberarlo hasta presión atmosférica, con lo que el aire disuelto forma microburbujas que se adhieren a las partículas sólidas. La presurización puede producirse de dos formas:

Presurización directa total o parcial: se presuriza todo o parte del caudal de fangos.

Presurización indirecta: se presuriza agua clarificada, ya sea del propio efluente del espesador o del agua clarificada en el decantador secundario.

La presurización directa es menos aconsejable que la indirecta debido a los riesgos de obstrucción de los equipos de presurización. Es empleado normalmente en pequeñas instalaciones.

3.2.1 Equipos fundamentales

Los equipos fundamentales de que consta una flotación por aire disuelto mediante presurización son:

Bomba de presurización. Las bombas deben tener como característica principal, la de uniformidad de presión dentro de un rango amplio de caudales.

Depósito de presurización. Consta de un balón o depósito a presión donde se produce la disolución del aire comprimido y del agua o fango a presurizar. El sistema de mezcla debe asegurar el contacto de la mayor superficie de fluido con el aire, para conseguir la concentración del aire en el agua lo más próxima posible a la saturación.

Sistema de inyección de aire. Este sistema se regula mediante presostato en un rango apropiado a la presión deseada en el depósito de presurización.

La automatización del sistema de presurización se consigue mediante la instalación de niveles de comando en el balón que actúan sobre válvulas automatizadas que regulan la entrada al recipiente tanto del fluido a presurizar como del aire a disolver.

Válvulas reductoras de presión. El fluido presurizado se introduce en el tanque de flotación y con objeto de formar las microburbujas sin crear turbulencias en el volumen de agua del tanque, es necesario crear una pérdida de carga en la corriente de agua presurizada. Esta rotura de carga se realiza mediante válvulas adecuadas con el objetivo de que la presión del líquido presurizado que se introduce en el flotador sea constante e igual a la presión atmosférica más la presión de la columna de agua existente entre el punto de introducción del líquido en el tanque.

Tanque de flotación. Puede ser rectangular o circular, siendo éste el más utilizado. Un grupo de accionamiento compuesto por un motorreductor actúa sobre unas rasquetas de fondo que empujan los fangos hacia un canal o tolva de recogida de fangos, de longitud aproximadamente igual a la mitad del radio con una rampa de carga que engarza con el sistema de rasquetas superficiales. La profundidad debe ser ligeramente por debajo del nivel en el tanque para asegurar la recogida en la zona superior más concentrada del lecho de fangos.

La alimentación está constituida por una campana de reparto que tiene por objeto lograr un reparto homogéneo y una tranquilización de la mezcla.

La recogida de los fangos de la tolva central se realiza periódicamente. Los fangos espesados y los flotados se mezclan en una cámara provista de agitador para seguir la línea de tratamiento dispuesta.

El líquido clarificado se recoge por rebose en un vertedero perimetral. La toma se debe alejar del fondo de forma que no le afecten los fangos que puedan depositarse. Generalmente se efectúa a través de un tabique deflector en forma de sifón.

Estabilización o digestión

4.1. Estabilización aerobia.

La digestión aerobia de los sólidos se produce, sea o no intencionadamente en cualquiera de los casos de tratamiento secundario convencional. En el proceso de aireación prolongada, la digestión aerobia se continúa casi hasta el máximo límite obtenible de reducción de materia orgánica (volátil).

La aireación prolongada es un proceso biológico en el que se digieren por vía aerobia, es decir, en presencia de oxígeno. El fango en exceso producido se conduce, bien sólo o bien mezclado con los fangos primarios, al proceso de estabilización. El fango biológico tiene una gran cantidad de materia orgánica en forma de células y microorganismos que han estado oxidando la materia orgánica en el tratamiento secundario y que después de éste se encuentra en pequeña proporción. En la estabilización lo que se pretende es continuar la oxidación de la materia orgánica que, en este caso, es celular.

Dentro del metabolismo de los microorganismos podemos distinguir dos fases:

• La fase de asimilación o síntesis.

• La fase de desasimilación o respiración endógena.

Durante la primera fase los organismos consumen el alimento disponible creando nueva materia celular activa. Es la fase de crecimiento celular. Pero los organismos también necesitan respirar, moverse, y ejercer sus funciones vitales, para lo cual consumen reservas y, por tanto, parte de su propia biomasa. Esto constituye la segunda fase de su metabolismo, en la cual decrece su materia activa.

En el tratamiento secundario se desarrolla principalmente la primera fase y cuando los fangos (que son básicamente células) llegan a la estabilización aerobia se desarrolla fundamentalmente la fase de respiración endógena, para completar así la oxidación total de la materia orgánica que entró en la planta.

4.1.1. Aplicación, ventajas e inconvenientes de la digestión aerobia

La estabilización aerobia se utiliza en procesos biológicos que no tienen tratamiento primario, como es el caso de la aireación prolongada a baja carga. En estos casos, la baja carga y los altos períodos de retención hacen que los fangos biológicos ya estén en parte estabilizados y, por tanto, las necesidades de oxígeno (O2) son menores, reduciéndose los costes de explotación. Además, en baja carga la producción de fangos es menor.

También se utiliza para fangos mixtos, pero en este caso se necesita un aporte de O2 hasta 9 veces mayor que cuando se emplea sólo fango biológico. Esto hace que muchos países no utilicen la estabilización aerobia cuando existen fangos primarios. En cualquier caso, dado el alto coste económico, en España sólo se utiliza en poblaciones de 40-50000 habitantes, aunque en otros países este límite es aún más bajo (hasta 10000 habitantes en Inglaterra).

A continuación se resumen, las características de la digestión aerobia de fangos.

• Altos costes de funcionamiento.
• Produce un fango con alto contenido en agua, más difícil de secar posteriormente.
• Alta producción de fangos estabilizados.
• Tiene límite de carga que se puede tratar.
• Bajos costes de inversión en equipos.
• Produce sobrenadantes que suelen ser fáciles de tratar cuando se recirculan en la instalación.
• Reducción de materia orgánica en similares proporciones, pero con menores tiempos de retención.
• Produce pocos olores.
• Las tareas de control y limpieza presentan baja peligrosidad.

4.1.2. Descripción del proceso

Los tanques de digestión aerobia pueden ser circulares o rectangulares, de 5 a 6 metros de profundidad, sin cubierta o con cubierta (en el caso de climas fríos, para ayudar al mantenimiento de la temperatura). Los tanques van provistos de equipos de aireación de tipo turbina o difusores, para mantener las condiciones aerobias. Cada tanque tiene una turbina de alimentación de fangos a media profundidad y tras un tiempo de retención de aproximadamente 20 días, el fango estabilizado se conduce mediante otra tubería a un espesador. Los fangos espesados pueden o no ser recirculados, siendo lo primero lo más habitual. Esto permite aumentar los rendimientos. El sobrenadante es conducido a cabecera de planta.

4.2. Estabilización anaerobia.

Los fangos provenientes de la etapa de espesamiento de una E.D.A.R. tienen una concentración de sólidos que puede ir desde el 8-10% en los fangos primarios, hasta el 4-7% en fangos mixtos, o el 2-3% en fangos activos. De este contenido total de materia sólida de un fango se puede considerar que aproximadamente un 70% en peso está formado de materia orgánica y un 30% de materia inorgánica o mineral. Sólo la primera puede descomponerse en un proceso de digestión o estabilización.

En un proceso de digestión anaerobia se consigue:

• La reducción del volumen ocupado por los fangos.
• La eliminación o destrucción de gran parte de la materia orgánica que contienen los fangos, disminuyendo así el riesgo de putrefacción y la producción de malos olores.
• La destrucción casi total de gérmenes patógenos.
• La obtención de metano, de gran poder calorífico, que puede ser utilizado como fuente de energía dentro de la planta.

Todo ello hace que el fango resultante sea fácilmente secable y capaz de ser evacuado sin grandes problemas.

4.2.1. Ventajas e Inconvenientes

Con respecto a la digestión aerobia de fangos:

• Menores costes de explotación al no utilizar la aireación como parte del proceso.
• Concentra mejor el fango y mejora su secado posterior.
• Produce gas metano que proporciona energía para otras operaciones.
• Pequeña producción de fangos estabilizados.
• Tiene capacidad para tratar altas cargas hidráulicas y orgánicas.
• Mayores costes de inversión en su construcción.
• Produce líquidos (sobrenadantes) que pueden ser difíciles de tratar cuando se recirculan en la instalación.
• Los fangos necesitan una nueva estabilización antes de su evacuación final.
• Arranque lento y delicado.
• Tiene necesidad de una temperatura minima de 27°C para su buen funcionamiento.

4.2.3. Funcionamiento

En un tanque de digestión anaerobia los sólidos orgánicos procedentes de las aguas residuales se descomponen (el volumen de sólidos totales se reduce, por tanto) en ausencia de oxígeno. Esto es llevado a cabo por la acción de al menos dos grupos diferentes de bacterias que viven juntas en el mismo medio. Estos grupos bacterianos son:

• Las bacterias formadoras de ácidos, que convierten los sólidos complejos en sólidos más simples (llamados ácidos orgánicos), anhídrido carbónico (CO2) y agua (H2O), fundamentalmente. El pH óptimo de crecimiento es bajo.
• Las bacterias formadoras de metano, que convierten los ácidos en metano (CH4), (CO2) y (H2O) principalmente. El pH óptimo de crecimiento es próximo a la neutralidad.

En general, se considera que un digestor funciona adecuadamente cuando la reducción de sólidos orgánicos (volátiles) en el fango de salida está entre un 40 y un 60 % del existente en el fango de entrada. Para conseguir esto el mantenedor debe de controlar de tal manera el digestor que las reacciones de formación de ácidos y la reacciones de formación de metano estén en equilibrio. Esto se puede conseguir mediante el control de parámetros tales como:

• El suministro de alimento (sólidos orgánicos) al digestor.
• El mezclado dentro del digestor.
• La temperatura dentro del digestor.
• La relación de ácidos volátiles/alcalinidad dentro del digestor.

La causa más frecuente de desequilibrio es que las bacterias formadoras de metano son organismos anaerobios muy sensibles y de crecimiento más lento, por lo que a veces no siguen el ritmo de las formadoras de ácidos y el digestor se acidifica porque la velocidad de transformación de los ácidos es demasiado baja.

Deshidratación

Después que el fango ha pasado por el proceso de digestión, debe secarse y evacuarse.

El problema que nos planteamos es el de eliminar los fangos digeridos de la manera más práctica y menos costosa posible, aumentando el porcentaje de materia seca lo más posible para reducir su volumen al máximo. Con los métodos que se emplean se consiguen fangos deshidratados con un 20-40% en peso de materia seca.

El sistema de deshidratación empleado dependerá de las características de la E.D.A.R., del tipo de fango y del destino final de los mismos.

Las estaciones depuradoras pequeñas suelen tener eras de secado, mientras que las mayores utilizan sistemas mecánicos de secado.

5.1. Eras de secado de fango.

Los lechos o eras de secado están constituidos por una capa de material drenante, dividida en compartimentos y sobre la que se vierte el fango en espesadores de 20-30 cm como máximo. La capa de material drenante debe estar constituida por una capa de arena de unos 10 cm de espesor, dispuesta sobre una capa soporte de grava de 20 cm.

La superficie total de las eras se divide en unidades menores de tal forma que se llene cada una de ellas con la normal extracción de fangos digeridos correspondientes a dos días.

El fango a secar puede ser llevado a las eras a través de canales abiertos o a través de tuberías. En el primer caso, se emplean compuertas de tajadera a la entrada a cada lecho de secado, y en el segundo, el aislamiento deberá hacerse con válvulas.

El sistema de drenaje subterráneo bajo la capa de soporte debe cuidarse al máximo. El número de tuberías y la pendiente de las mismas deben permitir un drenaje homogéneo de toda la masa de fango, y conducir toda el agua drenada a una arqueta de drenaje general, donde se bombeará a cabecera de instalación.

El secado de los fangos en las eras se logra mediante drenaje (filtración) y evaporación:

• En una primera fase, el agua abandona el fango por filtración a través de la arena, favoreciendo el desprendimiento de los gases ocluidos y disueltos, que tienden a hacer flotar los sólidos. Esta fase puede durar las 12-18 primeras horas, en el caso de fangos urbanos. En ella se obtiene una suspensión fangosa de hasta el 20% de sequedad.

• La segunda fase de evaporación es más lenta, y produce una disminución de la capa de fangos, agrietando la superficie y favoreciendo la evaporación de las capas inferiores, al ser las grietas cada vez más profundas. Al final de esta fase el fango tendrá una consistencia tal que le permitirá ser paleable. La sequedad obtenida podrá llegar a ser de hasta un 40%.

La extracción del fango es normalmente manual, vertiendo el fango en carretillas o cintas transportadoras, que lo conducen fuera de las eras para ser almacenados o cargados sobre camión. Con la retirada del fango también se elimina algo de arena de la capa drenante al quedar adherida a la torta lo que obligará, cada cierto tiempo, a reponer la arena.

5.1.2. Funcionamiento.

Antes de extender el fango, hay que aflojar la capa de arena apelmazada con una horquilla de fangos con púas de 20 a 30 cm de longitud, que se introducen en la arena y se remueven hacia delante y hacia atrás varias veces, teniendo cuidado de no mezclar las capas de arena y grava. Después de haber realizado esta operación por toda la superficie de la era, hay que rastrillarla con rastrillo de jardín para deshacer los terrones de arena. Después se iguala la arena de la era con el mismo rastrillo o arrastrando una tabla con cuerdas para alisar la superficie.

A continuación, ya se puede verte el fango extraído del fondo del digestor primario o secundario (digestión anaerobia de fangos) o del espesador (estabilización aerobia de fangos). En el primer caso, el fango ha de extraerse lentamente para no crear vacío dentro del digestor. Esto requiere comprobaciones frecuentes, para asegurarse de que el fango no se espesa y deja de fluir por completo.

La profundidad de la capa de fango extendida sobre la era es, normalmente, de unos 30 cm, pero puede llegarse a los 45 cm durante las épocas muy calurosas.

En las proximidades de la extracción de fangos para secado debe prohibirse fumar o encender fuego. El fango aún contiene algo de gas metano, como lo ponen de manifiesto las burbujas que aparecen en la superficie del fango en una era fresca. Ha habido casos de explosiones e incendios causados por una cerilla encendida o un cigarrillo arrojados a una era de secado de fangos.

Después de haber llenado una era de secado, debe limpiarse con agua a chorro la tubería de extracción de fangos, para desprender los sólidos que hayan podido adherirse a las paredes de la misma, y también conviene que un extremo quede abierto, para que se escape el gas que se forma.

Cuando las grietas llegan a la arena, ya puede retirarse el fango manualmente por medio de horcas.

El único gran inconveniente de las eras de arena es que no se pueden usar equipos pesados, porque el peso podría estropear el sistema de drenaje subterráneo. Otros inconvenientes son que la acción de rastrillado puede mezclar la arena con la grava y que en la retirada de fango seco se recoge parte de la arena, lo que obliga a reponerla cada cierto tiempo. Pueden colocarse pequeñas tablas sobre la arena para carretillas, y depositar la torta de fangos en ellas para trasladarla al lugar de evacuación. La torta de fango seco tiene normalmente un espesor de 7 a 15 cm y no es pesada a no ser que vaya con el fango una gran cantidad de material inorgánico sedimentable.

Si una era se llena accidentalmente con fango “verde” (parcialmente digerido), requerirá una especial atención. El agua no drenará con rapidez, se producirán malos olores y la retención del agua proporcionará un excelente terreno de cría para insectos molestos (moscas, mosquitos, gusanos, etc.). Será beneficioso entonces, la adición de cal seca extendida sobre la era con una pala, y la pulverización con algún pesticida. En este caso, no deberá utilizarse el fango como fertilizante.

5.2. Secado mecánico.

En las depuradoras en las que se producen grandes volúmenes de fango y no se pueden utilizar eras de secado, se puede llevar a cabo el secado mecánico mediante:

• Filtros de vacío.

• Centrífugas.

• Filtros banda.

• Filtros prensa.

En general, en el caso de la deshidratación mecánica, los fangos deben ser previamente acondicionados, bien química bien térmicamente.

5.2.1. Acondicionamiento de los fangos.

El acondicionamiento se realiza para facilitar la pérdida de agua de los fangos durante el secado mecánico, haciéndolo más rápido, eficaz, y rentable económicamente. Consiste, básicamente, en romper la estabilidad de las partículas que están en el fango, aumentando su tamaño artificialmente.

Un acondicionamiento adecuado del fango es la base para un correcto funcionamiento del sistema de deshidratación.

Acondicionamiento químico

Los reactivos que se emplean pueden ser de origen mineral u orgánico. Normalmente, los reactivos minerales se adaptan mejor a una deshidratación por filtros de vacío y filtros prensa, y los reactivos orgánicos a la centrífuga y filtro banda.

La cal (CaO) y el cloruro férrico (FeCl3) son los reactivos minerales más empleados y conducen a la formación de un flóculo (aglomerado) relativamente fino y estable. También se suelen emplear sales ferrosas y varias sales de aluminio. Cuando se emplea cal y cloruro férrico, los porcentajes son, normalmente, del 30% y del 3-12%, respectivamente, con relación con las materias secas del fango.

Para conseguir una buena floculación (aglomeración) del fango, es necesario garantizar unos tiempos de maduración de 15-30 minutos. Este tiempo se consume en la cámara de mezcla y el resto en la arqueta del filtro a vacío o en el depósito que precede al filtro prensa.

Los polielectrolitos orgánicos pueden ser aniónicos o catiónicos. Los primeros son eficaces para el acondicionamiento de fangos fuertemente minerales (materia volátil/materia seca = 30-35%). Los segundos, para los fangos con elevado contenido de materia orgánica (materia volátil/materia seca = 50-75%) y para los mediamente mineralizados (materia volátil/materia seca = 35-45%).

Los polielectrolitos se suministran en forma de polvo o líquido muy viscoso (15-30% de producto activo). Para asegurar un buena mezcla con el fango conviene inyectarlo en forma de solución acuosa muy diluida (0,05-0,1%). Lo que se hace es preparar disoluciones madres al 0,3-1% de producto, que se diluyen instantáneamente y de forma continua antes de su inyección den el fango. Esta inyección es realizada en la tubería de llegada del fango al sistema de deshidratación.

Para los productos en polvo, caso más frecuente, la preparación de la solución madre comprende, en primer lugar, una fase de mojado o dispersión del producto. Esta dispersión debe hacerse con sumo cuidado para evitar la formación de grumos que tarden mucho tiempo en disolverse. Una vez preparada la solución madre, debe dejarse madurar durante una o dos horas.

Acondicionamiento térmico

Consiste en una cocción de los fangos a una temperatura de 160 a 210 ºC.

La sequedad que se consigue en fangos acondicionados térmicamente son, generalmente, superiores a los que se consiguen cuando se emplean reactivos químicos. Además, se consigue una deshidratación del fango.

Los líquidos que se extraen de los fangos cocidos deshidratados están muy contaminados (2000-5000 ppm de DBO5), lo que obliga a disponer de un depósito amortiguador de almacenamiento para poder inyectarlos a la entrada de la depuración biológica en las horas de menor contaminación.

En algunos casos, será preciso tratar los líquidos con un tratamiento biológico independiente.

El acondicionamiento térmico requiere importantes inversiones de instalación y elevados costes de mantenimiento. Esto hace que sea interesante, sobre todo, en grandes plantas, en las que existan una digestión anaerobia de los fangos. El gas producido en exceso en la digestión sirve para satisfacer gran parte de la demanda energética necesaria, y los digestores se utilizan como depósitos de almacenamiento. Esto permite mantener la cocción con un caudal continuo y estable de fangos.

5.2.2. Filtros de vacío.

Es un sistema mecánico de deshidratación de fangos que hoy en día ha sido desplazado por otros sistemas más sencillos de mantenimiento y de menor coste energético.

Consiste fundamentalmente en un cilindro rotatorio, sobre el que descansa el medio filtrante. El cilindro va sumergido parcialmente en un tanque en el que se encuentra el fango a deshidratar que ha sido acondicionado previamente. El tambor gira a una velocidad del orden de 10-30 revoluciones por hora. Las diversas celdas en que se encuentra dividida su superficie exterior, van recubiertas por una tela filtrante constituida, normalmente, por fibras sintéticas.

El vacío aplicado al filtro varía entre 300-600 mm de Hg y viene creado por una bomba completamente exterior. El vacío llega a las celdas a través de un cabezal de control o válvula automática y las tuberías de filtrado consiguientes. Este vacío provoca la absorción del líquido a través de la tela filtrante, en tanto que los sólidos en suspensión se depositan sobre ella en una capa uniforme. A medida que el tambor avanza, las celdas van pasando por unas fases de filtración, secado, descarga de la torta y lavado de la tela.

Gracias al cabezal de control, se produce una presión diferencial entre los diversos sectores, dependiendo en cada uno de ellos de la fase en que se encuentren. El líquido filtrado circula por los tubos de filtrado hacia la válvula automática y de ésta pasa a un separador de filtrado auxiliar, de donde por medio de una bomba se reenvía normalmente a cabecera del tratamiento de agua.

La tela filtrante requiere un lavado a alta presión después de 12 ó 24 horas de servicio y, en algunos casos, un baño de ácido después de 1000 ó 5000 horas de funcionamiento. Su duración varía de 200 a 20000 horas.

5.2.3. Centrífugas.

Consiste esencialmente en un tambor cilíndrico-cónico que gira sobre un eje horizontal a gran velocidad. El fango a deshidratar se introduce en la cuba a través de la conexión de entrada por medio de la alimentación. En el interior del tambor, debido a la fuerza centrífuga producida por el giro de éste, la parte más pesada de la mezcla se deposita en el interior, donde es arrastrada a la salida de los sólidos por un tornillo helicoidal que gira a distinta velocidad que el tambor.

La parte cilíndrica del tambor está destinada a la sedimentación de las partículas sólidas, mientras que la parte cónica produce un escurrido progresivo de las mismas, hasta llegar a la salida exenta de líquido libre. El agua, al tener un peso específico distinto al de los sólidos, ocupa dentro del tambor una zona distinta, formando un anillo interior al formado por los sólidos.

El líquido que sale de la centrífuga se devuelve a los decantadores primarios, y la torta de fango pasa a un pozo de recogida o a una cinta transportadora para su evacuación.

El recorrido de las fases sólidas y líquida entre el tambor y el cuerpo de tornillo se realiza en contra-corriente (la parte cilíndrica, el sólido y el líquido circulan en sentido en la parte cilíndrica).

Una gran parte de arenas en el fango aumenta la velocidad de desgaste de la centrífuga.

El caudal de alimentación, la profundidad del depósito del fango, la velocidad de giro de la centrífuga y otros factores determinan el estado de la torta descargada y la calidad del líquido centrifugado.

5.2.4. Filtros banda.

Este sistema está basado en la buena drenalidad del fango previamente acondicionado con poliectrolito. El fango floculado tiene una gran capacidad de escurrir muy rápidamente por simple drenaje, cuando se coloca sobre un tamiz o tela de abertura de malla relativamente grande.

Un filtro banda es un sistema mecánico de deshidratación que permite al fango floculado un drenaje libre y un posterior prensado progresivo.

El fango floculado tiene una estructura relativamente frágil y, por ello, la suspensión debe ser manipulada con sumo cuidado para evitar la formación de finos por ruptura de los mismos, lo que obstaculizaría el drenaje por atascamiento de la banda o conduciría a pérdidas de sólidos que pasarían a través de la tela.

La fase de drenaje tiene una importancia esencial, ya que permite conferir al fango una cohesión o resistencia suficiente para la fase siguiente de expulsión del agua por prensado progresivo.

En esta primera fase, el fango se vierte sobre una banda portadora, durante su recorrido deja salir parte del contenido inicial del agua. De esta forma llega a una zona de cuña formada por la banda portadora y una segunda banda donde, bajo una presión ascendente, los fangos se deshidratan hasta obtener una consistencia adecuada para su posterior tratamiento en las siguientes zonas de filtración.

Durante la fase de prensado, las bandas filtrantes con la torta situada entre ellas, son guiadas a través de unos tornillos de prensado que simultáneamente producen un efecto de cizalladura, consiguiéndose la deshidratación de la torta hasta su mayor contenido en materia seca. La presión ejercida entre las bandas depende del tensado de las mismas que se fija en la puesta en marcha, mediante un dispositivo adecuado, y tampoco debe ser variado posteriormente.

Una vez que la torta de fangos ha pasado la zona de cizalladura, es descargada de la banda filtrante por medio de rasquetas.

La velocidad de avance imprimida a las bandas depende de la drenabilidad de la suspensión floculada para una zona de drenaje dada. Por tanto el mejor ajuste de la máquina debe encontrarse por medio de ensayos.

La presión de deshidratación se consigue principalmente por la presión de las telas de filtración, que se obtiene mediante cilindros neumáticos o hidráulicos que actúan sobre unos rodillos móviles.

5.2.5. Filtros prensa.

En algunos casos es necesario obtener una sequedad del fango deshidratado superior a la que es posible conseguir con los sistemas anteriormente descritos. Es el caso de los fangos que son incinerados o en los que el transporte de la torta resulta a un precio tan elevado que es importante una reducción máxima de su peso y volumen.

El filtro prensa es el único sistema que garantiza unas presiones efectivas muy elevadas, con las que se consiguen sequedades de torta máximas.

Un filtro prensa está constituido esencialmente por un conjunto de placas acalanadas, recubiertas de una tela filtrante, que en su posición vertical, se yuxtaponen y apoyan fuertemente unas contra otras por tornillos hidráulicos que están dispuestos en uno de los extremos de la batería.

El fango se bombea al filtro a través de unos orificios de comunicación, que se encuentran situados en el centro de cada placa, pasando a ocupar el espacio existente entre cada dos de ellas. Debido a la progresiva presión ejercida, parte del agua contenida en el fango lo abandona, transpasando la tela filtrante, y yendo a los orificios acanalados de la placa, donde son encauzados a los conductos de evacuación situados en los extremos de las mismas. Así, el espesor de la torta obtenida se corresponde con la parte hueca central que queda entre las dos placas.

La estanqueidad del conjunto queda asegurada por la presión que una placa aplica sobre otra.