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4. PRETRATAMIENTO Y TRATAMIENTOS PRIMARIOS Si bien los pretratamientos y tratamientos primarios se definirán en cada una de las líneas de tratamiento recogidas posteriormente, en este apartado se establecerán recomendaciones de carácter general y los parámetros de diseño de las distintas operaciones unitarias. En el pretratamiento, además de las operaciones de desbaste, desarenado y desengrasado, se incluye la obra de llegada y la medida de caudal. En las PTAR, las aguas residuales a tratar, conducidas por gravedad o por bombeo, descargan en una obra de llegada, como paso previos a su pretratamiento, en el que se elimina la mayor cantidad posible de aquellas materias que por su naturaleza o tamaño (detritus, arenas, grasas, etc.), podrían originar problemas en las etapas posteriores del tratamiento. Por otro lado, los caudales de aguas residuales que ingresan en la PTAR deben medirse para poder efectuar una explotación eficaz y evaluar los costes del tratamiento por unidad de volumen de agua tratada.

4.1. Obra de llegada Las aguas residuales ingresan en la PTAR en la obra de llegada, que consiste normalmente en una arqueta donde conectan los colectores que transportan las aguas a tratar. La obra de llegada debe disponer de un aliviadero conectado a la línea de by-pass general de la PTAR, que tiene la misión de evacuar el caudal que supere al caudal máximo de diseño, o de evacuar todo el caudal de agua residual en los casos en que sea necesario poner fuera de servicio las instalaciones. A tal fin se incluirá a la salida de la obra de llegada una compuerta o compuertas de aislamiento de la PTAR. Tanto el by-pass general, como el emisario de salida deben tener capacidad suficiente para transportar toda el agua que pueda llegar por el colector o colectores a la depuradora (ver Figura 4.1) El caudal máximo de diseño suele oscilar entre 2 y 4 veces el caudal medio, según el número de habitantes servidos.

Figura 4.1. Obra de llegada y aliviadero

4.2. Pretratamiento Lasdistintas operaciones que constituyen el pretratamiento dependerán, en cada caso concreto, de la

calidad del agua bruta de entrada, del tipo de tratamiento posterior adoptado y del tamaño de la

población, entre otros factores. Suele constar de un desbaste, un desarenado y un desengrasado.

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4.2.1 Desbaste Su objetivo es la eliminación de sólidos a través de rejas o tamices. Dado el pequeño paso de los tamices (entre 0,3 y 0,5 mm), su alto coste y su mayor mantenimiento, no parece recomendable su instalación en El Salvador, salvo casos excepcionales. Las rejas se clasifican según el tamaño de paso entre barrotes en rejas de gruesos (entre 20 y 60 mm) y rejas de finos (entre 6 y 12 mm), siendo valores usuales 40 mm y 10 mm, respectivamente. En función de cómo se realice su limpieza, las rejas se clasifican en manuales y automáticas.

Figura 4.2. Reja de limpieza manual (Metcalf& Eddy 1995)

En caso de poner una sola reja, esta no debería tener un paso superior a 20 mm.

Las rejas automáticas tienen un sistema de control de la puesta en marcha y parada del rastrillo

mediante temporizador o por pérdida de carga, recomendándose la instalación de un sistema

combinado de ambos. Deben también incluir compuertas en la parte anterior y posterior de las rejas

para poder aislarlas en caso de que tuvieran que ser reparadas. Con este mismo objetivo debe

construirse un canal de by-pass con una reja manual (Figura 4.3).

Figura 4.3. Reja curva de limpieza automática

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Para el caso de El Salvador, se recomienda con carácter general, la utilización de rejas de gruesos de 30-

40 mm de paso, seguida de rejas de finos de 10 mm de paso, ambasmanuales. En plantas grandes, o en

aquellas que por sus características necesitan retirar los residuos de una forma rápida, como es el caso

de zonas hoteleras o plantas con zonas urbanizadas muy cercanas, puede ser recomendable la inclusión

de rejas automáticas. En algunos casos para minimizar los olores se utilizan sistemas de desbaste

automático con prensa de residuos incorporada (Figura 4.4).

Figura 4.4. Desbaste automático de finos con tornillo y prensa incorporada

Los parámetros de diseño de las rejas se recogen en la Tabla 4.1.

Tabla 4.1. Parámetros de diseño de rejas

4.2.2 Desarenado Tiene por objeto eliminar las materias pesadas de granulometría superior a 0,2 mm y densidad

superior a 2,5 gr/cm3, para evitar su sedimentación en canales, conducciones y unidades de

tratamiento posteriores. Si los desarenadores se diseñan adecuadamente (Tabla 4.2) pueden

conseguirse rendimiento de eliminación de arenas del 90%.

Esta etapa se coloca generalmente después del desbaste y antes del tratamiento primario. Existen

básicamente dos tipos de desarenadores, los estáticos de flujo horizontal y los aireados(Ver Figura 4.5).

En muchas ocasiones los desarenadores aireados incluyen en la misma unidad la operación de

desengrasado, como se verá posteriormente.

Parámetros Valores Rejas limpieza

manual Rejas limpieza automática

Velocidad en canal (m3/s) >0,4 a Qmin

>0,9 a Qmax >0,4 a Qmin

>0,9 a Qmax Velocidad a través de la reja ( m3/s) < 0,6a Q medio

< 0,9 a Qmáximo < 1,0 a Q medio

< 1,4 a Qmáximo Longitud del canal antes de la reja(m) >1,3 m >1,3 m Anchura mínima canal (m) >0,3 >0,3 Ancho de barrotes (m) Finas: 6-12

Gruesas: 12-25 Finas : 6-12

Gruesas: 12-25 Inclinación barras 40-60º - Volumen detritus extraídos (l/hab.año) Rejas finas: 5-15

Rejas gruesas: 2-5 Rejas finas: 5-15

Rejas gruesas: 2-5

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Desarenadores estáticos de flujo horizontal.- Las arenas decantan en canales longitudinales,

debiéndose construir al menos dos unidades en paralelo, con capacidad cada una de ellas para el caudal

máximo de diseño, para permitir que un canal esté en funcionamiento mientras el otro esté vacío de

agua mientras se extraen las arenas de forma manual. Existen dos modalidades diferentes: de flujo

variable y de flujo constante. En este último caso, la velocidad de paso se mantiene constante, bien

mediante una sección adecuada de los canales (perfil parabólico o trapezoidal), bien colocando al final

de los canales vertederos de salida de ecuación lineal (canal Parshall, vertedero Sutro, etc.). Para poder

aislar los canales se incluirán compuertas a la entrada y salida de los mismos.

Figura 4.5. a) Desarenador estático de doble canal; b) Esquema de desarenador aireado

Desarenadores aireados.- El aire inyectado permite disminuir el contenido en materia orgánica de la

arena, provocando un movimiento en espiral que se controla con la propia geometría del tanque y por

la cantidad de aire su ministrado. La extracción de arena se realiza de forma mecánica mediante

bombas centrífugas, o sistemas air-lift.

Se recomienda, en general, la utilización desarenadores estáticos de doble canal y flujo constante. En

plantas grandes, o en aquellas que por sus características necesitan retirar las arenas y grasas de una

forma rápida, como es el caso de zonas hoteleras o plantas con zonas urbanizadas muy cercanas, puede

ser recomendable la inclusión de desarenadores-desengrasadores de retirada automática de residuos.

Se requieren, como mínimo, dos canales en paralelo con capacidad nominal cada uno de ellos, afin de

permitir funcionaruno de ellos mientras en el otro se está retirando la arena. La operación de

desarenado se diseña para el caudal máximo en tiempo de lluvias.

Los parámetros de diseño de los desarenadores se recogen en la Tabla 4.2.

Tabla 4.2. Parámetros de diseño de los desarenadores

Parámetros Valores Desarenadores estáticos Desarenadores aireados Carga superficial a Qmax(m3/m2. h) < 70 < 70 Velocidad horizontal (m/s) 0,3 <0,15 Tiempo de retención a Qmax(m3/m2. h) 1-2 2-5 Anchura (m) >0,30 2-5

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4.2.3 Desengrasado Tiene por objeto eliminar las grasas y demás materias flotantes más ligeras que el agua.Dentro de los

desengrasadores se distinguen:

a) Los estáticos, en los que se hace pasar el agua a través de un depósito dotado de un tabique

deflector, que obliga a las aguas a salir por la parte inferior del mismo, lo que permite que los

componentes de menor densidad queden retenidos en la superficie (Figura 4.6). El

rendimiento de estos desengrasadores es muy inferior al de los aireados.

b) Los aireados, en ellos se inyecta aire por la parte inferior del recinto para desemulsionar las

grasas y mejorar la flotación de las mismas. Este tipo de desengrasador no se suele utilizar si

no es combinado con la operación de desarenado.

En muchos casos las operaciones de desarenado y desengrasado se realizan de forma conjunta. En

este caso ellos la arena decanta por gravedad y las grasas se acumulan en la superficie al inyectar aire

por la parte inferior. Normalmente dispone de un puente móvil del que cuelga un sistema de extracción

de arena en continuo (mediante bombas centrífugas o air-lift) y un sistema de barrido superficial de

flotantes (Figura 4.6).

Figura 4.6. a) Desengrasador estático; b) Desarenador-desengrasador aireado con puente móvil

Los sistemas de desengrasado se incluyen en la línea de pretratamiento en los casos en que se prevea la

existencia de vertidos con alto componente de grasas y/o flotantes (restaurantes, mataderos,

gasolineras, etc.). Si se ve la necesidad de incluir un sistema de desengrasado, éste será en general de

tipo estático. Sólo en plantas grandes, especialmente en el caso de utilización de tecnologías intensivas,

puede ser recomendable la inclusión de un desarenador-desengrasador aireado.

Longitud / anchura (m/m) - 3:1-5:1 Volumen arenas extraídas (l/100 m3) Sistemas separativos:

6-20 Sistemas unitarios:

8-80

Sistemas separativos: 6-20

Sistemas unitarios: 8-80

Suministro de aire (Nm3/min. metro de canal

- 0,2-0,6

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Con un correcto diseño los desengrasadores estáticos pueden conseguirse rendimientos de eliminación

de grasas del 60-70%, mientras que en un desarenador-desengrasador aireado pueden conseguirse

rendimientos superiores al 80% de eliminación de grasas y al 90% de eliminación de arenas.

Los parámetros de diseño de los desengrasadores estáticos y de los desarenadores- desengrasadores

aireados se recogen en la Tabla 4.3.

Tabla 4.3. Parámetros de diseño de los desengrasadores

*Contenido medio en grasas de 100 mg/L

4.3. Medida de caudal La medición de caudal es una operación necesaria para poder realizar una explotación eficaz de la

PTAR y evaluar los costes del tratamiento por unidad de agua tratada.

La medida puede realizarse en canales abiertos (flujo de lámina libre), o en conducciones en carga. En

el primer caso, la determinación del caudal se lleva a cabo normalmente en vertederos rectangulares,

triangulares o en canales tipo Parshall. En conducciones en carga, la determinación del caudal se lleva a

cabo, normalmente, mediante la introducción de una obstrucción para crear una pérdida de carga o

diferencial de presión (Venturi, placa de orificio, etc.), o mediante la medición de los efectos que

produce el agua en movimiento (medidor magnético). Para las aguas residuales con concentraciones de

sólidos normales se utilizan la medición en canal abierto, o los medidores magnéticos en conducciones

en carga.

Se recomienda que, con carácter general, enlas poblaciones que dispongan de energía eléctrica en su

parcela, se incluyaun medidor de caudal en continuo, con al menos totalizador, de esta forma, además

de los beneficios que reporta a la explotación de la PTAR, se dispondrá de datos sobre las

características de las aguas residuales en El Salvador, hoy no disponibles, fundamentales cara a la

planificación y al diseño de futuras instalaciones.

Parámetros Valores Desengrasador estático Desarenador-

desengrasador aireado Carga superficial a Qmax(m3/m2. h) < 20 <35 Tiempo de retención a Qmed(minutos) >30 10-15 Altura (m) - 2-5 Longitud / anchura (m / m) 3:1-5:1 Volumen arenas extraídas (l/m3) - Sistemas separativos:

6-20 Sistemas unitarios:

8-80 Volumen grasas extraídas (l/m3)* 0,05-0,07 0,08-0,09 Suministro de aire (Nm3/min. metro de canal

- 0,2-0,6

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Figura 4.7. a) Medida en vertedero triangular; b) Medidor magnético en tubería

4.4. Tratamientos primarios El objetivo de los tratamientos primarios es la reducción de los sólidos en suspensión (flotantes y

sedimentables), mediante su sedimentación, consiguiéndose, además, una cierta reducción de la

contaminación biodegradable, dado que una parte de los sólidos que se eliminan está constituidos por

materia orgánica.

Se exponen a continuación, los tratamientos primarios de mayor interés para el caso de El Salvador: las

fosas fépticas, los tanques Imhoff y los sedimentadoresprimarios. Los dos primeros consiguen

estabilizar los lodos decantados mediante un proceso de digestiónanaerobia de los mismos.

4.4.1. Fosa séptica Constituyen uno de los tratamientos previos más utilizados en sistemas de depuración

descentralizados y en poblaciones de tamaño muy pequeño. En general se disponen enterradas.

En su funcionamiento cabe distinguir dos tipos de procesos: a) Físicos:bajo la acción de la gravedad se

separan los sólidos sedimentables, que se van acumulando en el fondo de la fosa, y por flotación, los

flotantes y grasas van formando una capa sobre la superficie líquida. b)Biológicos:los lodos decantados

se estabilizan mediantes una digestión anaerobia, con desprendimiento de biogás. En la figura 4.8 se

recoge un esquema de una fosa séptica.

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Figura 4.8. Esquema de una fosa séptica de dos cámaras.

Las fosas sépticas suelen utilizarse en poblaciones inferiores a los 250 habitantes.

Los parámetros de diseño de las fosas sépticas se recogen en las Tablas 4.4 y 4.5, en la primera el

diseño se basa en la carga hidráulica, el tiempo de retención y en el número de habitantes servidos,.En

la segunda se calcula el volumen útil en base a la frecuencia establecida para la purga de lodos.

Respecto al intervalo es recomendable que éste no sea inferior a dos años, debiendo adecuarse el

volumen útil de la fosa a este fin.Los rendimientos que normalmente se obtienen, se recogen en la Tabla

4.6.

Tabla 4.4. Parámetros de diseño de las fosas sépticas

Parámetros Valores recomendados Carga superficial a Qmed(m3/m2.h) < 1,5 Tiempo de retención a Qmed(días) 2-3 Volumen útil (l/hab) 450 Producción de lodos (l/hab.año) 200-250

Tabla 4.5. Volumen útil de las fosas sépticas

Intervalos de extracción de lodos (años)

Volumen útil de la fosa séptica (m3)

1 2,7 .Qmed

2 3,5 .Qmed 3 4,2 .Qmed

Tabla 4.6. Rendimientos de las fosas sépticas

Parámetro Reducción (%) DBO5 20-30 Sólidos en Suspensión 50-60 DQO 20-30 Coliformes fecales (reducción u. log) Nula

4.2.2. Tanque Imhoff Constituyen uno de los tratamientos previos más utilizados en poblaciones pequeñas y medianas para

reducir los sólidos en suspensión, tanto sedimentables como flotantes. En general se disponen

enterrados.

Los tanques Imhoff constan de un único depósito, en el que se separan la zona de sedimentación, que se

sitúa en la parte superior, de la zona de digestión de los sólidos decantados, que se ubica en la zona

inferior del depósito (Figura 4.9). La configuración de la apertura que comunica ambas zonas, impide el

paso de gases y partículas de fango de la zona de digestión a la de decantación, de esta forma, se evita

que los gases que se generan en la digestión afecten a la decantación de los sólidos en suspensión

sedimentables, como ocurre en el caso de las fosas sépticas. En su funcionamiento se dan procesos

físicos y biológicos, similares a los expuestos en las fosas sépticas. Con relación a éstas, la principal

diferencia de los tanques Imhoff estriba en la corta estancia del agua residual en el proceso, lo que

permite la obtención de efluentes con bajo grado de septicidad.

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Figura 4.9. Esquema de un tanque Imhoff

Los parámetros de diseño de este tratamiento primario se recogen en la Tabla 4.7 y sus rendimientos

característicos en la Tabla 4.8

Tabla 4.7. Parámetros de diseño de un tanque Imhoff

Parámetros Valores recomendados Zona de decantación

Carga superficial (m3/m2.h) 1,0-1,5 a Qmáx

Tiempo de retención (minutos) 90 a Qmáx Zona de digestión

Tiempo de digestión (meses) 6 Volumen zona digestión (m3/hab) 0,07 Producción de lodos (l/hab.año) 150-200

Los tanques Imhoff pueden utilizarse además de como tratamiento primario, para almacenar y estabilizar los lodosen exceso producidos en el tratamiento secundario (Filtros Percoladores, Biodiscos, etc.). En este caso, en el cálculo del volumen destinado almacenamiento y digestión deberá tenerse en cuenta el volumen de lodosen exceso producidos, a fin de garantizar el tiempo de retención establecido en el diseño.

Tabla 4.8. Rendimientos de los Tanques imhoff

Parámetro Reducción (%) DBO5 20-30 Sólidos en Suspensión 50-60 DQO 20-30 Coliformes fecales (reducción u. log) Nula

Lodos

Zona de digestión

Biogás

Zona de

decantación

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4.2.3. Sedimentadoresprimarios El objetivo de la sedimentación primaria, al igual que el resto de tratamientos primarios, es eliminar

por gravedad una parte importante de los sólidos en suspensión y de la materia orgánica agregada. A

diferencia de las fosas sépticas o los tanques Imhoff, no almacena, ni estabiliza los lodos decantados,

por lo que deben ser retirados cada cierto tiempo, ya que en caso contrario originarían fuertes

demandas de oxígeno en el resto de las etapas del tratamiento y se producirían fuertes olores. Los

fangos extraídos de los sedimentadoressuelen ser tratadosposteriormentemediante un proceso de

digestión (normalmente anaerobia a temperatura ambiente), previamente a su deshidratación a través

de eras de secado.

Los sedimentadores primarios pueden ser estáticos o dinámicos, según cuenten o no con partes

mecanizadas. Los sedimentadoresestáticos cilindrocónicos (Figuras 4.10 y 4.11) son los más utilizados,

recomendándose su instalación en poblaciones pequeñas y medianas. Dentro de los estáticos también

existen los de tipo lamelar, cuya ventaja es la de reducir la superficie de implantación en 8 o 10 veces

respecto a la necesaria para los sedimentadores convencionales. Este tipo de decantadores no suelen

utilizarse en países como El Salvador, por su alto su alto coste y por tener un mantenimiento más

complicado, salvo en casos excepcionales donde no se disponga de terreno suficiente.

Figura 4.10. Sección de un sedimentador primario cilindrocónico estático

Los sedimentadores dinámicos cuentan con elementos electromecánicos (puente móvil, rasquetas de

fondo, rasquetas superficiales, etc.), que se utilizan para recoger los flotantes y para conducir los lodos

hacia la poceta de evacuación (Figura 4.12). Atendiendo a su geometría se distinguen entre

decantadores dinámicos rectangulares y circulares.

Los decantadores estáticos cilindrocónicos son los más extendidos en Centroamérica, por sus costes de

implantación y sencillez de mantenimiento, pero cuando los diámetros son grandes el grado de

inclinación necesario de sus paredes obliga a ir a profundidades exageradas, con los problemas

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constructivos que ello conlleva. Es por ello, que a partir de un cierto tamaño de población hay que

estudiar la alternativa de construir sedimentadores dinámicos de puente móvil.

Figura 4.11. a) Sedimentador primario estático (San Luis Talpa, El Salvador), b) Detalle de un

decantador lamelar

Figura 4.12. Esquema de un sedimentador primario dinámico de rasquetas

Los parámetros de diseño de este tratamiento primario se recogen en la Tabla 4.9 y sus rendimientos

característicos en la Tabla 4.10.

Tabla 4.9. Parámetros de diseño de sedimentadores primarios

Parámetros Valores recomendados Carga superficial a Qmed(m3/m2.h) Carga superficial a Qmáx(m3/m2.h)

< 1,3 < 2,5

Tiempo de retención a Qmed(horas) Tiempo de retención a Qmáx(horas)

2 1

Carga en vertedero (m3/m.h)

< 40

Pendiente paredes (%) 45-65 Relación radio/altura 2,5-8,0

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Calado en vertedero (m) >2,5 Producción de lodos (l/hab.año) 250-450

A efectos de estas recomendaciones se pueden estimar como similares los parámetros de diseño y los

rendimientos de los sedimentadores estáticos y los dinámicos, si bien los segundos tienen un margen

de seguridad mayor en su cumplimiento.

Tabla 4.10 Rendimientos de los sedimentadores primarios

Parámetro Reducción (%) DBO5 30-35 Sólidos en Suspensión 60-65 DQO 30-35 Coliformes fecales Nula