4.1 INTRUDUCCIONMuchas impurezas en el agua son en forma de partculas en suspensin que tener una densidad mayor que la del agua. Ellos permanecen en suspensin debido al movimiento turbulento del agua que fluye. Sin embargo, si las condiciones se hacen ms de reposo en la naturaleza, estas partculas se depositan en el marco de la influencia de la gravedad. Este es el principio detrs de los procesos de clarificacin. Ejemplos tpicos de partculas eliminadas de esta manera incluyen limo, barro, algas y los materiales que se convierten en flculos en suspensin a travs de la coagulacin proceso como materia orgnica natural. La aplicacin de aclaracin se remonta a los primeros registros histricos cuando los seres humanos almacenan agua en jarras y decantaron las capas superiores. Los primeros sistemas de sedimentacin a gran escala fueron construidos por los romanos en forma de el Castellae y piscinae de los sistemas de acueducto. Esto fue llevado a la siguiente etapa durante el inicio de la era industrial, donde la solucin de los embalses fueron utilizados para almacenar grandes volmenes de agua. El uso de balsas de decantacin llev para el desarrollo de tanques rectangulares construidos y el flujo radial entonces dispositivos. Los desarrollos primera reportados de sedimentacin de alta tasa en el forma de placas de lminas se remonta a Suecia en la dcada de 1960 a partir de una necesidad de albergar las unidades de tratamiento contra los extremos de invierno. Los ms recientes desarrollos han sido el uso de lastre para mejorar las densidades de flculos con sus orgenes en Australia y Francia.Este captulo cubre la ciencia y el diseo del proceso de sedimentacin procesos que se utilizan en el tratamiento del agua potable y seguirn con una descripcin de los principales tipos de procesos utilizados, incluyendo el rendimiento tpico datos

4.2 CIENCIA DEL PROCESOLas partculas pueden instalarse en una de las cuatro formas distintivamente diferentes en funcin de la concentracin y la tendencia relativa de las partculas de aglomerado mientras que se asientan. En concentraciones de slidos baja, tpicamente menos de 500 1000 mg l-1, la liquidacin se produce sin interferencias de partculas. A medida que la concentracin aumenta la influencia de las partculas que rodean aumenta la velocidad de sedimentacin. Como la concentracin de partculas aumenta adems los cambios en el proceso de aclaracin a la sedimentacin impedida y engrosamiento, que no ser discutido aqu. Como una partcula discreta se asienta se acelerar, bajo la fuerza de la gravedad, hasta que la fuerza de arrastre sobre la partcula equilibra su fuerza de peso. En este punto la partcula desciende a una velocidad constante de sedimentacin terminal de la llamada velocidad. La expresin exacta de la velocidad de sedimentacin terminal de depender en el rgimen de flujo alrededor de la partcula, ya que se asienta. Sin embargo, en la mayora de los casos en el tratamiento del agua potable las partculas caen en un campo de flujo laminar y la expresin se convierte en ley la conocida Stokes:

donde vt es la velocidad de sedimentacin terminal (ms-1),? p es la densidad de la partcula (kg m-3),? es la densidad del agua (kg m-3), d es el dimetro de partcula (m) y? es la viscosidad del agua (kg m-1 s-1). La expresin anterior muestra la importancia de la densidad y la viscosidad del agua en el asentamiento de partculas (Tabla 4.1). Las cuestiones clave relacionadas con la temperatura que tiene un impacto dramtico en la viscosidad del agua de tal manera que las partculas se depositan ms rpido en el agua ms caliente de tal manera que es posible que la tasa de dobles entre verano e invierno. La velocidad de sedimentacin de los flculos es complicado ya que no son esferas slidas de tal manera que los cambios en la tasa de sedimentacin como una funcin del tamao, estructura y densidad. Las tasas de sedimentacin estndar generalmente se reportan en relacin con la arena debido a sus propiedades consistentes y disponibilidad. Las tasas de sedimentacin tpicos de arena (gravedad especfica de 2,65) son 100 mm s-1, 8 mm s-1 y 0,154 mm s-1 para

Tamaos de partcula de 1,000 micrmetros, 100 micrmetros y 10 micrmetros, respectivamente. Flocs normalmente tratados en los procesos de sedimentacin incluyen aglomerados NOM y turbidez basada. Las tasas de sedimentacin tpicos en los tamaos que puedan formar son entre 0,2 y 1 mm s-1 para NOM y 0,5 y 2,5 mm s-1 para la turbidez flculos (Figura 4.1).4.2.1 ACENTAMIENTO EN LOS TANQUESEl proceso de separacin ms fcil de desarrollar para la clarificacin continua de las partculas del agua es un tanque de sedimentacin horizontal (Figura 4.2). Considere un tanque L m de largo, Dm profunda y Wm amplia que es operado en un caudal de QM3 hr-1. Una partcula en la entrada al tanque debe caer a

la parte inferior del tanque en el tiempo que tarda el flujo para salir del tanque para ser eliminado. El tiempo necesario para caer la profundidad del tanque es:

Y el tiempo para que el agua recorra la longitud del tanque es:

La combinacin de las expresiones superiores:

Donde L W es el rea de seccin transversal del tanque de tal manera que Q / (L x W) es la velocidad de carga de superficie y representa el parmetro de diseo clave para sedimentacin. Si la velocidad de sedimentacin real es inferior a la hidrulica tasa de carga de la partcula ser arrastrado en el flujo y no se conservar. Una consecuencia importante de lo anterior es que, en teora, la profundidad deL tanque de sedimentacin no es importante para decidir el rendimiento de una sedimentacin proceso. En realidad, los problemas que se pueden hacer con la estabilidad de flujo y el fregado significa que la profundidad no jugar un papel importante.OPCIONES TECNOLGICASCLARIFICADORES DE FLUJO HORIZONTAL. Clarificadores horizontales se basan en rectangular o circular (Figura 4.3) configuraciones y eran a la vez el proceso de clarificacin estndar en todo el mundo. Sin embargo, rara vez se utilizan ahora en el Reino Unido y Europa para nuevas obras. Todava se utilizan en Amrica del Norte debido a su facilidad de cubrir y de la construccin. En tanques rectangulares que el agua sea tratada fluye en un extremo y sale por el otro. Desbordamiento superficie tpica tasas estn en el rango 1-2mhr-1 para el agua coagulada (tpicamente ms cerca 1 hr-1 m) con tiempo de retencin de 2-3 h. Los problemas de diseo clave se relacionan con buena distribucin de flujo en la entrada con una perturbacin mnima para evitar floc ruptura y la relacin de longitud a anchura. Lo ideal sera que las condiciones de flujo pistn son requerido que necesita una relacin de longitud a anchura de 20. En los ratios anteriores prctica5 tienden a ser suficiente. Lodo recogido se desecha a lo largo del piso de la tanque hacia una cmara de recogida de lodos cerca del extremo de entrada del tanque dey se bombea de distancia para su posterior procesamiento. Clarificadores circulares operan desde una alimentacin central bien con el flujo en movimiento hacia el exterior para los vertederos perifricos tal que la velocidad disminuye progresivamente. Los tanques contienen generalmente un suelo inclinado que est barrida por un raspador hacia una central de recogida.

Cmara. El perfil de velocidad decreciente permisos ligeramente superior de desbordamiento tasa de tanques rectangulares y ligeramente ms corto tiempo de residencia.4.3.2 PLACAS LAMELLAEl principal problema con clarificadores horizontales es el espacio que ocupan en la generacin de la zona requerida. Un mtodo de mejorar esto es para insertar una serie de placas o tubos en un ngulo inclinado para aumentar efectivamente el rea para el asentamiento , conocido como placas de lminas (Figura 4.4 ) . Hay una serie de diseos propios ( Figura 4.5 ) , recurriendo bien circular , hexagonal.

Fig. 4.4 Esquema de una clarificadora placa lamela.

Fig. 4.5 (a) Varios formatos de lminas (adaptado de Gregory et al., 1999); (b) Esquema de unaPaquete de placas de lminas.O tubos rectangulares, pero la mayora tienen una separacin de 50 mm y una longitud de entre 1 y 2 m . Las placas se asentaron en un ngulo de entre 50 y 70 para que sean auto-limpieza. Tonos ms bajos se utilizan de vez en cuando a un precio tan bajo como 7 pero eso requiere de volver peridica lavado para mantener el Canalizar bloqueen. En la mayor aclaracin procesa el agua fluye hacia arriba a travs de las placas. Las partculas se separan si se caen en un individuo placa o tubo y se deslizan hacia abajo hasta que se recogen en forma de lodo.Teniendo en cuenta un conjunto de lminas de lminas con placas N cada W amplia y de largo en un ngulo de 60 con un lanzamiento de p ( Figura 4.6) la superficie total de rea disponible para la sedimentacin se puede calcular como:

A effective = W (Np + cos 60)

La inclusin de las placas dentro de flujo o manta floc clarificadores horizontales puede Permitir un aumento de la tasa de carga del orden de 2-3 sin deterioro en la concentracin de efluente. Las tasas de carga tpicas para este tipo de sistemas son entre 5 y 10 m hr- 1

4.3.3 CLARIFICADORES DE FLUJO VERTICAL - CLARIFICADORES MANTO DE LODO

El clarificador flocul o lodos manta es un diseo simple que comprende un Tolva tanque inferior circular o cuadrada (Figura 4.6). Agua coagulada es Fed hasta el pice de la tolva y los flujos de agua en un flujo ascendente expansin (Disminucin de la velocidad) patrn que permite que se produzca floculacin. En un punto diseado para estar alrededor de la parte superior de la seccin de tolva, la velocidad de flujo ascendente del agua es igual a la velocidad de sedimentacin de los flculos de tal manera que permanecen en suspensin con agua limpia arriba. Los flculos en suspensin se acumulan y formar una manta que acta como un lecho de filtro captura de pequeos flculos y partculas de tal manera que el proceso de clarificacin se mejora. Como partculas floculadas continuar a acumularse en la manta su altura aumenta hacia la parte superior del tanque. El nivel de la manta se controla mediante la eliminacin de slidos a mantener una zona de agua clara entre la manta y las presas de salida. La capacidad de la manta para capturar pequeos flculos y partculas depende de la concentracin de la manta, el flujo de slidos en la manta y la velocidad de flujo ascendente (Figura 4.7). La turbidez del efluente se deteriora rpidamente una vez que una cierta velocidad de flujo ascendente umbral ha sido sobrepasado (punto A) como la concentracin manta floc (punto B) disminuye por debajo del punto de flujo mximo en la manta (punto C). Figura 4.7 tambin demuestra que no hay mejora en la turbidez en el aumento de la concentracin manta ms all de la obtenida en el flujo mximo de partculas como la manta est trabajando a su mxima eficiencia de captura.

Fig. 4.6 Esquema de clarificadores manta de flculos - (a) fondo de la tolva y (b) de fondo plano.

Fig. 4.7 Relacin entre la calidad del agua asentado y operacin manta (adaptado de Gregory Et al., 1999).

Una manta floc muy estable puede funcionar con slo una pequea agua clara Regin por encima de ella (0,1 m) aunque los niveles ligeramente ms profundas se utilizan a menudo para compensar las inestabilidades del proceso. Velocidades de flujo ascendente se fijan en aproximadamente 50% de la sedimentacin terminal velocidades de las partculas libres que equivale a alrededor de 1.3 m hr-1. Caudales ms altos son posibles con el ablandamiento del agua plantas que pueden funcionar tan arriba como 5 m h-1. El inconveniente de la diseo es que se requiere un tanque de profundidad razonable para generar la tolva diseo, como el ngulo de la tolva es de alrededor de 60, para evitar los lodos se pegue a la paredes. Esto establece un lmite prctico para el tamao de un tanque de individuo a alrededor5 m. Para habilitar tanques ms grandes un nmero de diseos modificados han sido desarrollados incluyendo multi-tolva y los tanques de fondo plano. Estos ltimos son ms comn en las nuevas plantas que utilizan ya sea de alimentacin candelabro invertido mltiple tuberas o laterales en todo el piso. Una versin del proceso es la Pulsator clarificador (Superpulsator ), mediante Infilco Degremont, que deriva su nombre del hecho de que el flujo entra en el tanque en pulsos (Figura 4.8).El agua entra a travs de una cmara en la que se eleva el nivel del agua.

Fig. 4.8 Esquema de un clarificador Pulsator R

Por encima del nivel del agua en el depsito bajo la influencia de un vaco parcial.Cuando se libera el vaco, mediante la apertura de un orificio de ventilacin, el flujo de las mareas a travs de las tuberas de distribucin. En consecuencia, hay ciclos de bajo flujo seguido por un pulso rpido. Un ciclo tpico dura alrededor de 30 a 60 s tiempo durante el cual la capa de lodos se contraer (surge) y ampliar (bajo caudal) que genera una manta segn los informes ms uniforme. Extensamente placas inclinadas espaciados tambin se incluyen para suprimir las corrientes y mejorar sedimentacin que resulta en un aumento en la tasa de carga de entre 1,2 y12 m3 m - 2 h 1.

4.3.4 LOS SISTEMAS DE TASAS ALTASSAND FLOCULACIN LASTRADA ( ACTIFLO R)El proceso de Actiflo utiliza arena fina en el rango de tamao de alrededor de 80 a 160 micras como un lastre para mejorar la velocidad de sedimentacin de los flculos y aumentar la cintica de crecimiento durante la floculacin (Figura 4.9). Se observan velocidades de sedimentacin a ser de un orden de magnitud mayor que en los sistemas tradicionales con una

Fig. 4.9 Photograph of a ballasted floc (with kind permission of OTV Veolia Water Systems).

Proceso de floculacin que es 2-8 veces ms rpido. Los beneficios combinadosSignifica que el proceso es un proceso de clarificacin pequea huella con alrededorUna reduccin del 60-80% en el rea en comparacin con un sedimentador tradicional. El proceso de se introdujo por primera vez en la dcada de 1990 para la produccin de agua potable de las fuentes de agua de ro en Francia. Para el ao 2004, la capacidad total instalada para tratamiento de agua potable era de 10 340 160 m3 d-1. La mayora de las plantas estn en los EE.UU. y Francia, que varan en tamao desde 30 hasta 25 000 m3 h-1 y todava se basan en las fuentes de agua del ro. La tecnologa es tambin utilizado ampliamente para el agua / aplicaciones de aguas residuales y pluviales de las OSC donde hay es una capacidad total instalada de 10 681 800 m3 d-1 a finales de 2004. El proceso incluye tres etapas separadas (Figura 4.10). El agua cruda y coagulante entrar en la primera etapa, de inyeccin, donde la arena y micro un polmero se inyecta en una zona de mezcla para combinar el balasto a las contaminantes en el agua. Tiempos de retencin tpicos en la zona son del orden de 2 min. El flujo entonces pasa a la segunda etapa, la zona de maduracin, donde los flculos crecen en un ambiente de cizallamiento reducida de normalmente 160- 200 s-1 para otros 6 min. Los flculos luego pasan a la solucin final zona que incorpora placas de lminas. El tiempo de residencia en esta zona es de l orden de 2-3 min resulta en un tiempo de residencia total en el proceso de unos 10 min. La mezcla reiterada de arena y lodo se bombea a una hidrocicln donde la arena se separa del lodo y se recicla.El flujo de lodo representa tpicamente for6% del caudal total de entrada (ciruelo et al., 1998).La eficacia del proceso se puede ver en una prueba simple frasco (figura 4.11), que muestra la velocidad del proceso. En situaciones de lotes de sedimentacin

Fig. 4,10 esquemtica del proceso Actiflo R Tiempos de 10-30 s son adecuados para la clarificacin aunque la mayor parte de la la liquidacin se ha reportado que ocurre dentro de los primeros 3 a 5 s . la principal parmetros de diseo son la tasa de desbordamiento y las tasas de dosificacin de arena y polmero. Hasta 200 m se han sugerido hr- 1 tasas de desbordamiento de la mas mayora de las plantas operan en el rango de 40-80 m hr- 1. Tasas de dosificacin de arena mantener una concentracin de 2-4 dosis gl- 1 y de polmero se hacen coincidir a las caractersticas del sistema, pero son tpicamente menos de 0,5 mg l- 1. La tecnologa se ha demostrado que coincida e incluso mejorar en la eliminacin visto en los sistemas tradicionales, donde hasta el 99% la eliminacin de slidos suspendidos es posible. Un estudio especfico mostr que el sistema produce una robusta concentracin del efluente de l- 1 independientemente de la carga alrededor de 6 mg en el planta (ciruelo et al. , 1998 )

DENSADEG RUn proceso alternativo utiliza lodo reciclado como la ayuda lastrada y se utilizaPrincipalmente para las tomas de agua del ro (Figura 4.12) . El proceso contiene tresZonas componen de una zona del reactor, engrosamiento y clarificacin. En el reactor deZona, pre- formadas micro- flculos se combinan con los lodos de reciclado de la

Fig. 4.11 Las etapas de funcionamiento: Coagulacin - 30 aos; Floculacin - 1 minuto; Configuracin - 10s . (Con amable autorizacin del OTV - Veolia Water Systems)Zona de espesamiento en combinacin con un polmero aninico. El combinado flujo se dibuja a travs de un tubo de aspiracin a una velocidad de hasta 10 veces el entrantes flujo de alimentacin producir flculos densos compactos. El flujo pasa entonces a la presettling / zona de espesamiento, donde se produce la mayor parte de la separacin. Una lenta rastrillo se mueve a la parte inferior del tanque de ayuda ms el espesamiento por la liberacin agua arrastrada que se bombea peridicamente a la deshidratacin final proceso dentro de la planta de tratamiento. Forma parte de abajo de la zona de espesamiento una flujo parcial se recicla de nuevo a la zona de reactor para actuar como el lastre fresco.

Fig. 4,12 esquemtica de un Densadeg.

En la zona final, clarificacin, el sobrenadante se pasa hacia arriba a travs un conjunto de placas de lminas para producir la calidad del agua final.Las tasas de carga tpicas para el proceso son reportados a ser alrededor 25mhr-1 para beber aplicacin de agua usando coagulaciones, y tan alto como 120 m hr-1 para aplicaciones de OSC. La clave para el proceso es el requisito de generar los flculos muy densas. Tasas de recirculacin de fangos tpicos son hasta10% del flujo a una concentracin de entre 10 y 20 gl-1 con aninico polmero tasa de dosis de menos de 0,5 mg l-1. Control del proceso viene desde el aumento gradual de cualquiera de los componentes cuando sea necesario como en respuesta a una tormenta en un ro.El proceso de r Densadeg como el proceso de r Actiflo ofrece soluciones con reduccin de los tiempos de retencin hidrulicos (huella), la reduccin de la demanda de coagulante y un tiempo de inicio rpido. Este ltimo se inform que alrededor de 15 a 20 min permitiendo a los procesos que se utiliza de forma intermitente; esto es de beneficio especial para aplicaciones de OSC sino que puede aplicarse a la tormenta eventos en potable plantas de agua y el tratamiento de los efluentes de lavado de plantas de filtracin.Las reducciones en la demanda de coagulante varan, pero es probable que sean no ms de un mximo de 50%. La mayora de las plantas requieren el uso de un polmero para generar suficiente resistencia para soportar los flculos zonas de frecuencia de corte altas encontradas en los sistemas de alta tasa. La otra ventaja es que el proceso no es tan sensible a la dosis de coagulante tal que los perodos de dosificacin insuficiente hacer no causar problemas graves tales como con los sistemas convencionales.

SIROFLOC R

El proceso de r Sirofloc fue desarrollado en Australia y ha sido instalado en el Reino Unido, Australia y los EE.UU.. La primera planta en el hemisferio norte se instal en Redmires en 1988 con una capacidad de 20 ml de D-1. El proceso funciona ponindose en contacto con un polvo de dimetro 1-10 micras de magntica xido de hierro (magnetita) con agua a pH bajo. Bajo tales condiciones la magnetita acta como un medio de adsorcin de la eliminacin de cualquier negativamente material cargado como arcilla, algas y NOM coloidal. Despus de la adsorcin la magnetita en polvo se aglomera bajo la influencia de un campo magntico que hace que el polvo de resolver muy rpidamente. La magnetita se limpia por lavado en una solucin de hidrxido de sodio despus de lo cual que puede ser reutilizado. El proceso funciona tpicamente a una concentracin de magnetita de 1,5-2% en peso con la adicin de un polmero catinico en una tasa de alrededor de 1 mg l-1 dosis. Tasas de liquidacin de hasta 30 m hr-1 lata ser alcanzados pero en la prctica las plantas funcionan a alrededor de 10 m hr-1. Rendimiento reportado indica tasas de eliminacin tpica de 99% de turbidez, 96% de color y hasta 99,9% en las bacterias y los virus

Tabla 4.2 Resumen de diseo clarificador y remocin.

4.4 APLICACIONES

En las aplicaciones de tratamiento de agua un bien diseado y bien operada clarificador debe producir agua de turbidez por debajo de 5 NTU representando aclarado eficiencias de remocin de alrededor del 90-95 % (Tabla 4.2) . La alta tasa sistemas pueden producir efluentes ms claras con turbiedades residuales cerca de 1-2 NTU en algunos inform aplicaciones.