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PreTratamiento de Efluentes y Aguas Residuales Industriales

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APLICACIONES

Screening - Sistemas de Rejas y Mallas/Tamices

Probablemente podemos dividir estos dos procesos unitarios en función de la apertura empleada. 

 En el caso de sistemas de rejas, en general reservadas para la separación de sólidos más gruesos, se trata simplemente de perfiles, barras o planchuelas (e.g. 3/8" x 2") dispuestos en forma paralela sobre un bastidor o marco.  La inclinación del conjunto de rejas varía típicamente entre 0 y 30° grados para sistemas autolimpiantes y entre 30 y 45 grados para sistemas de limpieza manual.   Es frecuente su empleo previo a mallas o filtros de menor apertura.   Las aperturas más comunes están comprendidas entre poco más de medio centimetro hasta poco más de siete centimetros.  Sin embargo las variantes son numerosas, y al igual que el sistema de mallas o tamices, las eficiencias varían considerablemente.  

 Dentro de los sistemas de mallas o tamices, es característico distinguir sistemas de por lo menos tres tipos distintos:

En el caso de los sistemas o tamices estáticos, el efluente típicamente es descargado en una canaleta superior que desborda hacia una superfice, cóncava o inclinada, de perfil parabólico o semiparabólico (la malla propiamente dicha) que oficia de elemento de separación, siendo los sólidos retenidos en la cara superior en su descenso hacia una segunda canaleta que frecuentemente contiene un transportador de tipo tornillo.  El líquido que drena a través de la malla es colectado en una tolva en la parte inferior.  Las aperturas pueden variar entre 0.25mm y 2.5mm, siendo probablemente el valor 0.5mm el especificado más comunmente en ausencia de información.  En general la mejor selección resulta del protocolo de ensayos empleando dos o tres aperturas.  Puede así lograrse una individualización mayor, por ejemplo seleccionando 0.25mm para un proceso de espesado de lodo biológico, 1mm para un efluente de curtiembre, 0.35mm para ciertas industrias de pescado.  Lamentablemente en cierto casos, e.g. corralones y playas de matadero, e.g. rumen y estiércol de corral, el porcentaje de captura es variable, e.g. dependiendo de la alimentación de los animales.   Esto hace que en cierta medida, la elección de una medida específica sea frecuentemente arbitraria.  Puede decirse que un rango de aplicación común acontece para captura de sólidos en la categoría 100 a 1500 micrones.  Adicionalmente, puede pensarse que una elección “feliz” de equipamiento aumento por ejemplo, el contenido de sólidos de 0.5 – 1% hasta valores de 3 – 4%, lo cual optimiza cualquier proceso posterior de la masa capturada (e.g. posterior concentración a través de una prensa de tipo tornillo). 

El caso de sistemas o tamices rotativos es de funcionamiento similar, siendo la alimentación interna la especificación más frecuente.  El equipmiento rotativo en general se emplea en aquellas situaciones en las cuales, por sus características, el efluente tiene propiedades que pueden obstruír o comprometer el funcionamiento de la malla como elemento filtrante.  El elemento filtrante puede ser metálico, básicamente alambre de acero inoxidable elaborado para formar planchas o superficies cilíndricas.  Existen también tamices con elemento filtrante fabricado en plásticos de ingeniería. 

Como regla aproximada  para un dimensionado/selección preliminar de sistemas rotativos,  puede aplicarse un criterio de carga hidráulica para contenidos de sólidos hasta 0.05% (500 mg/L) a partir del cual se recomienda un criterio de carga por masa.  En el caso de tamices de tipo estático, el dimensionado en base a la carga hidráulica (e.g. gpm per ft) es admisible hasta 2% (20,000 mg/L) a partir del cual se dimensiona por masa. 

Como siempre, excusandonos ante los lectores usuarios del sistema SI, en el caso de tamices estáticos de tipo sidehill, podemos oscilar entre 36 y 280 gpm per ft lineal (ancho) de malla, en situaciones de agua limpia (i.e. sin de-rating específico a tipo de efluente).  En muchos casos, e.g. industria avícola, pesca, carne el de-rating puede alcanzar 55-60% o más, i.e. dado un valor de agua limpia, e.g. 100% para una apertura dada (e.g. 0.5mm), el caudal a hacer circular en esas condiciones debe ser un 45-40% del correspondiente a agua limpia.  En muchos casos esto se traduce entre 50 y 150 gpm per ft lineal (ancho) de malla.  Otro criterio de selección/ dimensionamiento puede indicar entre 2 y 10 gpm/sq.ft.  El procedimiento ideal de determinación de la capacidad de una tamiz o la selección de una unidad apropiada implica preferiblemente la selección del equipo corroborando el funcionamiento con estimativos numéricos empleando  la tabla de eficiencias, no so para el tamiz sino para toda la etapa.  Podemos correr el riesgo de sobrecarga y subsiguiente blinding/colmatación del tamiz/malla y desborde de líquido.  Es posible asimismo emplear un protocolo para realizar ensayos de captura y selección "óptima" de apertura.  NOTA UTIL: como saber si un tamiz está funcionando correctamente?  Debe observarse un drenaje inequívoco en el primer tercio superior del tobogan ranurado/reticulado y un deslizamiento "fluído" de materia en los dos últimos tercios. 

Los sistemas de tamices vibratorios usualmente requieren menos superficie de filtrado y pueden tener costos iniciales menores.  Adicionalmente, el material retenido es usualmente más seco pues el sistema es autolimpiante sin el empleo de los clásicos sistemas de rociadores (“spray washers”) del sistema anterior.

 

EJEMPLO DE APLICACIONES Y PAUTAS PARA TAMICES EN INDUSTRIAS PROCESADORAS DE CARNE/AVICOLA

Como ilustración frecuente, el tamaño de apertura suele variar en la industria cárnica por ejemplo entre de 0.51 mm a 0.76 mm. En la industria avícola específicamente, el tamaño aconsejado es de 0.51 mm (0.02”). De forma general, cada caso es único y deben examinarse cuidadosamente todas las necesidades de manera de determinar la mejor solución posible. En algunos casos, por el tipo de aplicación y sólidos, pueden seleccionarse aperturas mayores, 1.02mm (0.04”). Frecuentemente los tamices vienen provisto de un sistema de limpieza a chorro que eliminalas partículas que hayan podido quedar en la superficie de cribado.

 

Tanques de ecualización o compensatorios

El tanque de ecualización es probablemente uno de los proceso unitarios más importantes de la planta, a pesar de su aparente simpleza.  La sencillez del equipamiento requerido usualmente nos hace olvidar sus tremendamente valiosas contribuciones:

 A efectos de implementar la mezcla de los constitutivos, así como evitar la deposición en los tanques, es frecuente el empleo de agitadores o mezcladores de distinto tipo, desde aireadores mecánicos (densidades de potencia entre 15 y 20 HP por mg de tanque), difusores (e.g. 0.12 cfm o más por sq.ft. de fondo)  y mezcladores tipo turbina.

 

Celdas de Flotación - Recuperado y/o Remoción de material grasa y/o aceitosa

Existen múltiples razones para enfatizar la incorporación de mecanismos o procesos que retengan o separen material grasoso/aceitoso, sea en emulsión o libre, entre otras:

Más allá de las sencillas trampas de grasa y mecanismos de tipo skimmer (retiran fundamentalmente material de adherencia no necesariamente sólidos), podemos anotar dos grandes alternativas:

En refinerías y terminales portuarias es común poder identificar secuencias de tanques A.P.I. y DAF.  Estos últimos, celdas de flotación por aire disuelto, son proceso unitarios clásicos en una variedad de industrias, notablemente avícola, pesca, láctea, matadero/frigorífico, criaderos de cerdos, vegetales y fruta, papelera.  Equipamiento similar es empleado en plantas de tratamiento de descargas de aguas de sentina/bases navales y efluentes similares.

A grosso modo, y al igual que ocurre al destapar una botella de bebida gaseosa, el funcionamiento de las celdas de flotación se basa en fundamentalmente tres principios básicos: la ley de Henry para gases de baja solubilidad, la teoría de núcleos y la ley de Stokes.  Según Henry, a temperatura constante, es posible disolver significativamente más aire (e.g. 5 veces más) sometiendo el líquido a presiones mayores que digamos la atmosférica.  Al liberarse el líquido presurizado, el aire abandona el estado disuelto y forma las burbujas que tienden inmediatamente a ascender.  La teoría de núcleos afirma que estas burbujas van a adherirse al particulado en suspensión dando lugar a una especie de “salvavidas” empujándolo hacia la superficie.  El conglomerado resultante de la mezcla de moléculas de aire con el particulado de interés resulta en un agregado de menor densidad que el líquido que los alberga, logrando mediante su flotación la separación de material que de otra manera permanecería en suspensión.

La geometría de las celdas de flotación puede ser de base tanto rectangular como circular.  El flujo tipo pistón de las celdas rectangulares es hidráulicamente más estable que la distribución radial de los tanques cilíndricos.  Adicionalmente el ingreso del caudal a tratar en el caso de celdas rectangulares puede realizarse a velocidades menores al disponer de mayor área de sección (ancho y profundidad completo), minimizando las posibilidades de by-pass indeseados.  Asimismo, al tener mayor tolerancia a cambios en el caudal, así como de temperatura, los posibles desacomodos son minimizados.  Es posible por tanto, mayores cargas hidráulicas.  Es posible trabajar con velocidades de cadena menores aún con un alto grado de recuperación superficial, con menor perturbación de flotantes, posibilitando mayores concentraciones.  Asimismo, puede controlarse más facilmente la cantidad de agua en el grumo. 

Hemos recibido en oportunidades solicitudes de cotización de difusores de tipo disco o tubular  para implementar celdas de flotación, especialmente cumpliendo funciones de tanques homogeneizadores o ecualizadores, e.g. fábricas de helados industriales.  Más allá del beneficio de la homogeneización, es incorrecto intercambiar los procesos unitarios.  La celda de flotación (DAF) se basa en incorporar aire en el caudal a tratar, presurizado, y liberarlo la mezcla desde el fondo, i.e. el aire abandona la fase líquida al volver a la presión atmosférica y en su ascenso, arrastra hacia arriba el particulado “coloidal” o intermedio/aglomerado.  La función de un difusor de aire, enmarcado totalmente en un circuito neumático de alimentación de fondo, es simplemente mantener e.g. 2 mg/L de oxígeno en los tanques.  Es muy probable que empleando este último “método” sólo logremos emulsionar los constitutivos a capturar por esta “flotación” (e.g. grasa/aceite), probablemente volviendo más complejo nuestro problema de recuperación de producto.  Adicionalmente, mientras que el diámetro de burbuja de difusores de aireación puede variar entre 1 y 3 mm, los diámetros más efectivos de burbujas de celdas de flotación está entre 30-50 y 100-120 micrones para celdas tipo DAF y 1000 micrones para celdas inducidas o flotación dispersa (e.g. empleadas en los campos de extracción de petróleo).

El presurizado puede realizarse de tres maneras, según las características del problema: presurizado del flujo total, presurizado de una fracción del mismo (presurizado parcial) y presurizado de flujo reciclo o retorno.  Este último presentan la gran ventaja de eliminar la emulisificación involuntaria o indeseada por acción del bombeo y turbulencia en el presurizado.  La carga hidráulica de un DAF oscila entre 1.5 – 3.5 gpm/sq.ft. con tiempos de detención entre 15 – 30 minutos.  El empleo de floculadores tubulares y decantadores de placa dentro de la unidad pueden compactar las dimensiones de las unidades en forma increíible.

Las celdas de flotación son procesos unitarios favoritos en infinidad de contextos industriales: refinerías de petróleo, terminales y bases navales, playas de maestranza/mecanizado, agroindustrias (e.g. aceites vegetales), industrias de carne (avícolas, mataderos/frigoríficos, pescado, chacinerías), industria láctea, panificación industrial, entre otros.  Otras industrias de gran relevancia incluyen sector papelero, envasadoras/empacadoras de vegetales y frutas.  Es increíblemente exitoso la captura de algas así como su empleo en el espesado, e.g. 4 – 6%, o concentración de lodos del clarificador secundario – esto último especialmente notado por Eckenfelder.  Cálculo preliminar/ilustrativo para una pequeña refineria de petróleo.

Las celdas pueden llegar a recuperar altos porcentajes de grasas y aceites, e.g. 97%, sólidos totales, e.g. 96%, y consecuentemente una fracción importante de DBO5.  No es posible interceptar sBOD5, ni amoníaco ni nada “soluble” pero la contribución de estas unidades, especialmente si se emplean en tandem (la primera para recupero de producto, la segunda para remoción auxiliada y disposición), es inequívoca y en ciertos casos altamente recomendada – niveles de TSS superiores a 200 mg/L y de grasas/aceites superiores a 100 mg/L pueden desequilibrar considerablemente las etapas de tratamiento biológico subsiguiente – vea un ejemplo ilustrativo de la vida real.

EJEMPLO DE APLICACIONES Y PAUTAS PARA CELDAS DE FLOTACION POR AIRE DISUELTO EN INDUSTRIAS PROCESADORAS DE CARNE/AVICOLA

Las celdas de flotación de diseño contemporáneo (DAFs) tienen áreas de piso muy pequeñas gracias a la instalación de placas. Así un proceso o máquina que opere con una carga de sólidos de 11.2 kg/h/m2 (2.3 lb/sqft/hr.), en determinados tipos de aplicaciones industriales podremos alcanzar fácilmente los 70 Kg/h/m2 (15 lb/hr./sqft), sin que haya probabilidad de colapso. Al colisionar con una lámina en ángulo, los sólidos livianos son despedidos hacia arriba y las partículas pesadas se deslizan hacia abajo para su recolección y remoción.

 

pretratamiento biologico

Es obvio que el concepto de pretratamiento puede abarcar instancias de lo que denominaríamos alternativas de pretratamiento biológico.  Por una razón de espacio no las hemos incluído.  Tanto las lagunas anaeróbicas como las biotorres o filtros percoladores de alta tasa, así como los reactores anaeróbicos, sean HAFs o UASBs, son excelentes alternativas de pretratamiento para reducir niveles “inusuales” o “astronómicos” de BOD5, COD, TKN, e.g. en cervecerías, criaderos de cerdos, destilerías, fábricas de levadura. 

Las Centrífugas del Hombre Pobre

Nos gustaría terminar los comentarios de estas “tecnologías” elegidas de forma arbitraria (en realidad procesos unitarios que contribuyen a disminuir el empleo de auxilios químicos) con un proceso de separación que muy pocas veces es considerado, a pesar de sus inumberables virtudes y poquísimas contraindicaciones.  Los hidrociclones o ciclones hidráulicos, una especie de “centrífugas del hombre pobre” son excelentes separadores sólido/líquido y líquido/líquido.  Los hidrociclones, herramientas favoritas especialmente en el sector de minería, no requieren auxilio químico, no tienen partes móviles, emplean tecnologías largamente conocidas, su vida útil es extraordinaria y no consumen energía más allá de la bomba que los alimenta.  Aún cuando su empleo es extremadamente extenso, e.g. minería, producción de petróleo, plantas petroquímicas, procesadores de alimentos, industria farmacéutica, desarenado – estos equipamientos de extremadamente “bajo perfil” contribuyen espectacularmente a la protección de todo el resto de la instalación (equipamiento subsiguiente, bombas, cañerías) así como su valioso rol de separación de valiosos constitutivos.  La separación mediante hidrociclones atiende típicamente el segmento de particulado entre diámetros entre 37 y 210 micrones, aunque en casos especiales puede lograr la separación de sólidos de diámetros cercanos a 3-5 micrones

 

ASB

Willie

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