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Columna de
Sedimentación.
Pablo Molinero Durand.

Ingeniería Ambiental.
Sedimentación.


Sedimentación es la separación
parcial o concentración de partículas
sólidas suspendidas, cuyo peso
específico es mayor que el del líquido,
a partir de un líquido por gravedad.
CLARIFICACION



Esta área puede dividirse en las
operaciones de espesamiento y
clarificación. El propósito primario del
espesamiento es incrementar la
concentración de sólidos suspendidos
en una corriente de alimentación,
mientras que la clarificación es
remover una pequeña cantidad de
partículas suspendidas y producir un
efluente claro.

ESPESAMIENTO
Sedimentación (2).



Operación Unitaria utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales.



Se emplea para:


Eliminación de arenas
 Remoción de materia en suspensión flóculos biológico decantadores secundarios
en los procesos de fango activado
 Tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la
coagulación química,
 Concentración de sólidos en los espesadores de fango.


Objetivo Principal: Obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario
producir un fango.
Tipos de Sedimentación
Tipo de fenómeno
de sedimentación
De partículas
discretas
(Tipo 1)

Floculenta
(Tipo 2)

Retardada,
también
llamada zonal
(Tipo 3)

Compresión
(Tipo 4)

Descripción
Se refiere a la sedimentación de partículas en una
suspensión con baja concentración de sólidos. Las
partículas sedimentan como entidades individuales y
no existe interacción sustancial con las partículas
vecinas.
Se refiere a una suspensión bastante diluida de
partículas que se agregan, o floculan, durante el
proceso de sedimentación. Al unirse, las partículas
aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad.

Se refiere a suspensiones de concentración
intermedia, en las que las fuerzas entre partículas son
suficientes para entorpecer la sedimentación de las
partículas vecinas. Las partículas tienden a
permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de
partículas sedimenta como una unidad. Se desarrolla
una interfase sólido-líquido en la parte superior de la
masa que sedimenta.
Se refiere a la sedimentación en la que las partículas
están concentradas de tal manera que se forma una
estructura, y la sedimentación sólo puede tener lugar
como consecuencia de la compresión de esta
estructura. La compresión se produce por el peso de
las partículas, que se van añadiendo constantemente
a la estructura por sedimentación desde el líquido
sobrenadante.

Aplicación/Situaciones
en que se presenta

Eliminación de las arenas del agua residual.

Eliminación de una fracción de los sólidos en
suspensión del agua residual bruta en los
tanques de sedimentación primaria, y en la
zona
superior
de
los
decantado-res
secundarios. También elimina los flóculos
químicos de los tanques de sedimentación.

Se presenta en los tanques de sedimentación
secundaria empleados en las instalaciones de
tratamiento biológico.

Generalmente, se produce en las capas
inferiores de una masa de fango de gran
espesor, tal como ocurre en el fondo de los
decantadores secundarios profundos y en las
instalaciones de espesamiento de fangos.
Clasificación de sólidos
Sedimentables


Los
tipos
de
sedimentación
encontrados en la tecnología de
procesos
serán
grandemente
afectados no solo por factores obvios
– tamaño de partículas, viscosidad de
líquido, densidad de la solución y los
sólidos – sino también por las
características de las partículas en el
vertido. Estas propiedades, así como
los requerimientos del proceso,
ayudarán a determinar tanto el tipo de
equipo que alcanzará los fines
deseados con mayor efectividad, así
como los métodos de prueba a usarse
para seleccionar el equipo.
Procedimientos de prueba de
sedimentación.


Determinación de los requerimientos de la zona de clarificación.



Sedimentación por partículas  producción de un efluente limpio,
procedimiento de dimensionamiento normal, verificar la demanda de área para
espesamiento.



Con particulados o materia levemente floculada  medición de la velocidad de
partículas, procedimientos de tubo largo, como de tubo corto.



Sólidos fuertemente floculentos y partículas que aglomeran fácilmente  el
tubo largo rendirá datos erráticos, solo el tiempo es la principal variable de
clarificación y se recomienda una prueba de detención simple.
Método del tubo largo.

Método del tubo corto.
Orificio de
muestreo









Se hace un gráfico de la concentración de
sólidos suspendidos en cada una de las
muestras en función de la velocidad nominal
de sedimentación de la muestra, la cual se
determina a partir de las correspondientes
profundidades de los grifos muestra dividida
por el tiempo transcurrido entre el inicio de la
prueba y el tiempo de muestreo.

45 cm

15 cm

Se utiliza un tubo de 50 – 75 mm de
diámetro y 300 – 500 mm de longitud.



Los intervalos de tiempo se determinarán por
la velocidad de sedimentación de las
partículas, este procedimiento indicará si es
que el tiempo de detención es un factor en la
velocidad de clarificación.

Para casos en los cuales el tiempo de
detención no cambia el grado de
floculación de las partículas y por
consiguiente no tiene influencia
significativa en la velocidad de
sedimentación de las partículas.



En esta prueba se usa un tubo transparente
de 2 a 4 m de longitud y mínimo 100 mm de
diámetro (preferiblemente mayor), equipado
con grifos de muestreo cada 20 a 30 cm. El
tubo se monta verticalmente y se llena con
una muestra representativa de sólidos en
suspensión. A intervalos de tiempo se toman
muestras de 100 ml de grifos sucesivos,
comenzando por el más superior.

El líquido sobrenadante es sifoneado
rápidamente hasta alcanzar un nivel dado
y a la muestra obtenida se le determina la
concentración de sólidos suspendidos. El
nivel seleccionado usualmente se basa en
los volúmenes relativos esperados de
rebose y sedimentado. La concentración
de sólidos suspendidos medida en la
muestra sifoneada será equivalente a los
valores promedio obtenidos el la prueba
con tubo largo, a una velocidad de
sedimentación correspondiente.
Prueba de detención.


Esta prueba utiliza un beaker de 1 – 4 litros o envase similar. La muestra es colocada en el contenedor,
floculada por lo medios disponibles si se requiere, y dejada a sedimentar. Se retiran pequeñas porciones de
muestra de un punto a aproximadamente medio camino entre la superficie del líquido y la interfase de sólidos
sedimentados, tomada con suficiente cuidado como para que los sólidos sedimentados no se remuevan y
vuelvan a suspender. El tiempo de muestreo debe realizarse a intervalos consecutivamente largos tales como
20, 40 y 80 minutos.

C  K t

m



Coeficiente K y el exponente m son característicos de la suspensión en particular, t tiempo de detención
estática requerido para alcanzar una concentración C de sólidos suspendidos



Si la suspensión contuviese una fracción de sólidos a los cuales se le pudiese considerar no sedimentables:

1
Kt 
Co  Cm


Donde Cm es la concentración de sólidos no sedimentables y Co es la concentración de sólidos suspendidos
en la muestra no sedimentada (la alimentación). La concentración residual de sólidos remanentes en la
suspensión después de un tiempo de detención suficientemente largo (Cm) debe determinarse primero y
graficarse los datos en un papel lineal como una función del recíproco de la concentración (1 / Co – Cm) vs. el
tiempo.
Prueba de sedimentación en masa.


En los casos que solo involucren el tiempo de
detención.



Se lleva a cabo una prueba de sedimentación en la
cual los sólidos se concentran primero a un nivel al
cual la zona de sedimentación comience
exactamente. Su velocidad de descenso es medida
con un cilindro graduado de tamaño adecuado,
preferiblemente como mínimo de 1 litro, y la porción
inicial recta de la curva de sedimentación se usa
para especificar una velocidad de sedimentación en
masa.

Eficiencia de detención.


El factor de eficiencia tomar en cuenta los efectos
de la turbulencia y flujo no uniforme.



Las eficiencias varían ampliamente, siendo
dependientes no solo de la dimensión relativa del
clarificador y los medios de alimentación, sino
también de las características de las partículas.



En la mayor parte de los casos, el área puede
determinarse por factores más que por la velocidad
de sedimentación en masa, tales como limitaciones
prácticas de la profundidad de tanques.
Área del estanque espesador.


Se basan frecuentemente en el flujo de sólidos medido en la zona de régimen de sedimentación.



Se han desarrollado varios métodos por lotes que se basan en la determinación de la velocidad de flujo de sólidos
en esta zona de concentración crítica.



Procedimientos: el alcance de Coe & Clevenger y el método de Kynch como lo define Talmage & Fitch. El primero
requiere la medición de la velocidad de sedimentación inicial de una pulpa a diferentes concentraciones de sólidos
variando desde la alimentación al valor final de los fondos. El requerimiento de área para cada concentración de
sólidos probada se calcula por la ecuación de velocidad neta de rebose a la correspondiente velocidad de
sedimentación interfacial, como se representa por la siguiente ecuación para el área unitaria.

1 1
Cu
Area _ unit  Ct
vf

tu
Area _ unit 
C0 H 0
Ensayo de sedimentación.
Ejemplo de aplicación de ensayo de aplicación
o
o
o
o
o
o

Columna de 2,0 m con aguas conteniendo partículas discretas en suspensión
Resultados de Vs adoptada 0,03 m/seg = 1,80 m/min
C0
Para obtener el porcentaje de partículas totales retenidas C = (1 - C0) + (1/Vs) ∫ 0 Vd C
C0
Para Vs = 1,8 m/min, C0 equivale a 0´508 ∫ 0 Vd C = 0,3806 (Integrando gráficamente)
C = (1 - 0,508) + (1 / 1,8 (0,3806)) = 0,7034
Por tanto, la eliminación será del 70,34 %
Los resultados de laboratorio una vez introducida el agua residual en la columna son:

Concentración de SS en aguas homogeneizadas depositadas en columna de ensayo (SS 0)
= 1200 mg/l
Los resultados del ensayo a diferentes alturas y tiempos (en SS) son:
Tiempo
(min)
20
40
60
80
100
120

S.S.t,h
0,5
800
550
350
200
160

1,0
950
740
500
325
180

2,0
1.025
800
700
610
460
320

Rendimientos (%), Rt,h
0,5
1,0
2,0
33.3
21
15
54.1
38.3
33.3
70.8
58.33
41.66
83.3
72.9
49.2
86.6
85.0
61.7
73.3


Los rendimientos se ven reflejados en las siguientes curvas de isorrendimientos de sólidos retenidos



Para un tiempo de retención de 57 minutos, la velocidad
de sedimentación de las partículas sería:



Vs = (2 m / 57 m) * 60 = 2,105 m/h = 2,105 m3/m2 h



El rendimiento SS, eliminados totales,
en la columna a los 57 minutos es:



RT = 40 + (10 ((2 - 1,05) / 2,00)) + (20 ((1,05 - 0,75) / 2,00))
+ (30 ((0,75 - 0,62) / 2,00)) + ... = 55,84 %
5 cm

150 cm

30 cm

Ø 1” = 2.54 cm

30 cm

2.54 Ø cm

15
cm

30 cm

30
cm
6.0”

COLUMNA DE SEDIMENTACION
EN VIDRIO.
MATERIALES:
1 Tubo de VIDRIO de 15 x 15 x
150 cm agujero central de ½”
Ø unidos

b)

4 válvulas de ½” Ø.

c)

4 niples roscados de ½” Ø x 2”
largo.

30 cm

a)
GRACIAS.

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Sedimentación aguas residuales: tipos, pruebas, cálculos

  • 1. Columna de Sedimentación. Pablo Molinero Durand. Ingeniería Ambiental.
  • 2. Sedimentación.  Sedimentación es la separación parcial o concentración de partículas sólidas suspendidas, cuyo peso específico es mayor que el del líquido, a partir de un líquido por gravedad. CLARIFICACION  Esta área puede dividirse en las operaciones de espesamiento y clarificación. El propósito primario del espesamiento es incrementar la concentración de sólidos suspendidos en una corriente de alimentación, mientras que la clarificación es remover una pequeña cantidad de partículas suspendidas y producir un efluente claro. ESPESAMIENTO
  • 3. Sedimentación (2).  Operación Unitaria utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales.  Se emplea para:  Eliminación de arenas  Remoción de materia en suspensión flóculos biológico decantadores secundarios en los procesos de fango activado  Tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la coagulación química,  Concentración de sólidos en los espesadores de fango.  Objetivo Principal: Obtención de un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango.
  • 4. Tipos de Sedimentación Tipo de fenómeno de sedimentación De partículas discretas (Tipo 1) Floculenta (Tipo 2) Retardada, también llamada zonal (Tipo 3) Compresión (Tipo 4) Descripción Se refiere a la sedimentación de partículas en una suspensión con baja concentración de sólidos. Las partículas sedimentan como entidades individuales y no existe interacción sustancial con las partículas vecinas. Se refiere a una suspensión bastante diluida de partículas que se agregan, o floculan, durante el proceso de sedimentación. Al unirse, las partículas aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad. Se refiere a suspensiones de concentración intermedia, en las que las fuerzas entre partículas son suficientes para entorpecer la sedimentación de las partículas vecinas. Las partículas tienden a permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de partículas sedimenta como una unidad. Se desarrolla una interfase sólido-líquido en la parte superior de la masa que sedimenta. Se refiere a la sedimentación en la que las partículas están concentradas de tal manera que se forma una estructura, y la sedimentación sólo puede tener lugar como consecuencia de la compresión de esta estructura. La compresión se produce por el peso de las partículas, que se van añadiendo constantemente a la estructura por sedimentación desde el líquido sobrenadante. Aplicación/Situaciones en que se presenta Eliminación de las arenas del agua residual. Eliminación de una fracción de los sólidos en suspensión del agua residual bruta en los tanques de sedimentación primaria, y en la zona superior de los decantado-res secundarios. También elimina los flóculos químicos de los tanques de sedimentación. Se presenta en los tanques de sedimentación secundaria empleados en las instalaciones de tratamiento biológico. Generalmente, se produce en las capas inferiores de una masa de fango de gran espesor, tal como ocurre en el fondo de los decantadores secundarios profundos y en las instalaciones de espesamiento de fangos.
  • 5. Clasificación de sólidos Sedimentables  Los tipos de sedimentación encontrados en la tecnología de procesos serán grandemente afectados no solo por factores obvios – tamaño de partículas, viscosidad de líquido, densidad de la solución y los sólidos – sino también por las características de las partículas en el vertido. Estas propiedades, así como los requerimientos del proceso, ayudarán a determinar tanto el tipo de equipo que alcanzará los fines deseados con mayor efectividad, así como los métodos de prueba a usarse para seleccionar el equipo.
  • 6. Procedimientos de prueba de sedimentación.  Determinación de los requerimientos de la zona de clarificación.  Sedimentación por partículas  producción de un efluente limpio, procedimiento de dimensionamiento normal, verificar la demanda de área para espesamiento.  Con particulados o materia levemente floculada  medición de la velocidad de partículas, procedimientos de tubo largo, como de tubo corto.  Sólidos fuertemente floculentos y partículas que aglomeran fácilmente  el tubo largo rendirá datos erráticos, solo el tiempo es la principal variable de clarificación y se recomienda una prueba de detención simple.
  • 7. Método del tubo largo. Método del tubo corto. Orificio de muestreo     Se hace un gráfico de la concentración de sólidos suspendidos en cada una de las muestras en función de la velocidad nominal de sedimentación de la muestra, la cual se determina a partir de las correspondientes profundidades de los grifos muestra dividida por el tiempo transcurrido entre el inicio de la prueba y el tiempo de muestreo. 45 cm 15 cm Se utiliza un tubo de 50 – 75 mm de diámetro y 300 – 500 mm de longitud.  Los intervalos de tiempo se determinarán por la velocidad de sedimentación de las partículas, este procedimiento indicará si es que el tiempo de detención es un factor en la velocidad de clarificación. Para casos en los cuales el tiempo de detención no cambia el grado de floculación de las partículas y por consiguiente no tiene influencia significativa en la velocidad de sedimentación de las partículas.  En esta prueba se usa un tubo transparente de 2 a 4 m de longitud y mínimo 100 mm de diámetro (preferiblemente mayor), equipado con grifos de muestreo cada 20 a 30 cm. El tubo se monta verticalmente y se llena con una muestra representativa de sólidos en suspensión. A intervalos de tiempo se toman muestras de 100 ml de grifos sucesivos, comenzando por el más superior. El líquido sobrenadante es sifoneado rápidamente hasta alcanzar un nivel dado y a la muestra obtenida se le determina la concentración de sólidos suspendidos. El nivel seleccionado usualmente se basa en los volúmenes relativos esperados de rebose y sedimentado. La concentración de sólidos suspendidos medida en la muestra sifoneada será equivalente a los valores promedio obtenidos el la prueba con tubo largo, a una velocidad de sedimentación correspondiente.
  • 8. Prueba de detención.  Esta prueba utiliza un beaker de 1 – 4 litros o envase similar. La muestra es colocada en el contenedor, floculada por lo medios disponibles si se requiere, y dejada a sedimentar. Se retiran pequeñas porciones de muestra de un punto a aproximadamente medio camino entre la superficie del líquido y la interfase de sólidos sedimentados, tomada con suficiente cuidado como para que los sólidos sedimentados no se remuevan y vuelvan a suspender. El tiempo de muestreo debe realizarse a intervalos consecutivamente largos tales como 20, 40 y 80 minutos. C  K t m  Coeficiente K y el exponente m son característicos de la suspensión en particular, t tiempo de detención estática requerido para alcanzar una concentración C de sólidos suspendidos  Si la suspensión contuviese una fracción de sólidos a los cuales se le pudiese considerar no sedimentables: 1 Kt  Co  Cm  Donde Cm es la concentración de sólidos no sedimentables y Co es la concentración de sólidos suspendidos en la muestra no sedimentada (la alimentación). La concentración residual de sólidos remanentes en la suspensión después de un tiempo de detención suficientemente largo (Cm) debe determinarse primero y graficarse los datos en un papel lineal como una función del recíproco de la concentración (1 / Co – Cm) vs. el tiempo.
  • 9. Prueba de sedimentación en masa.  En los casos que solo involucren el tiempo de detención.  Se lleva a cabo una prueba de sedimentación en la cual los sólidos se concentran primero a un nivel al cual la zona de sedimentación comience exactamente. Su velocidad de descenso es medida con un cilindro graduado de tamaño adecuado, preferiblemente como mínimo de 1 litro, y la porción inicial recta de la curva de sedimentación se usa para especificar una velocidad de sedimentación en masa. Eficiencia de detención.  El factor de eficiencia tomar en cuenta los efectos de la turbulencia y flujo no uniforme.  Las eficiencias varían ampliamente, siendo dependientes no solo de la dimensión relativa del clarificador y los medios de alimentación, sino también de las características de las partículas.  En la mayor parte de los casos, el área puede determinarse por factores más que por la velocidad de sedimentación en masa, tales como limitaciones prácticas de la profundidad de tanques.
  • 10. Área del estanque espesador.  Se basan frecuentemente en el flujo de sólidos medido en la zona de régimen de sedimentación.  Se han desarrollado varios métodos por lotes que se basan en la determinación de la velocidad de flujo de sólidos en esta zona de concentración crítica.  Procedimientos: el alcance de Coe & Clevenger y el método de Kynch como lo define Talmage & Fitch. El primero requiere la medición de la velocidad de sedimentación inicial de una pulpa a diferentes concentraciones de sólidos variando desde la alimentación al valor final de los fondos. El requerimiento de área para cada concentración de sólidos probada se calcula por la ecuación de velocidad neta de rebose a la correspondiente velocidad de sedimentación interfacial, como se representa por la siguiente ecuación para el área unitaria. 1 1 Cu Area _ unit  Ct vf tu Area _ unit  C0 H 0
  • 11. Ensayo de sedimentación. Ejemplo de aplicación de ensayo de aplicación o o o o o o Columna de 2,0 m con aguas conteniendo partículas discretas en suspensión Resultados de Vs adoptada 0,03 m/seg = 1,80 m/min C0 Para obtener el porcentaje de partículas totales retenidas C = (1 - C0) + (1/Vs) ∫ 0 Vd C C0 Para Vs = 1,8 m/min, C0 equivale a 0´508 ∫ 0 Vd C = 0,3806 (Integrando gráficamente) C = (1 - 0,508) + (1 / 1,8 (0,3806)) = 0,7034 Por tanto, la eliminación será del 70,34 % Los resultados de laboratorio una vez introducida el agua residual en la columna son: Concentración de SS en aguas homogeneizadas depositadas en columna de ensayo (SS 0) = 1200 mg/l Los resultados del ensayo a diferentes alturas y tiempos (en SS) son: Tiempo (min) 20 40 60 80 100 120 S.S.t,h 0,5 800 550 350 200 160 1,0 950 740 500 325 180 2,0 1.025 800 700 610 460 320 Rendimientos (%), Rt,h 0,5 1,0 2,0 33.3 21 15 54.1 38.3 33.3 70.8 58.33 41.66 83.3 72.9 49.2 86.6 85.0 61.7 73.3
  • 12.  Los rendimientos se ven reflejados en las siguientes curvas de isorrendimientos de sólidos retenidos  Para un tiempo de retención de 57 minutos, la velocidad de sedimentación de las partículas sería:  Vs = (2 m / 57 m) * 60 = 2,105 m/h = 2,105 m3/m2 h  El rendimiento SS, eliminados totales, en la columna a los 57 minutos es:  RT = 40 + (10 ((2 - 1,05) / 2,00)) + (20 ((1,05 - 0,75) / 2,00)) + (30 ((0,75 - 0,62) / 2,00)) + ... = 55,84 %
  • 13. 5 cm 150 cm 30 cm Ø 1” = 2.54 cm 30 cm 2.54 Ø cm 15 cm 30 cm 30 cm 6.0” COLUMNA DE SEDIMENTACION EN VIDRIO. MATERIALES: 1 Tubo de VIDRIO de 15 x 15 x 150 cm agujero central de ½” Ø unidos b) 4 válvulas de ½” Ø. c) 4 niples roscados de ½” Ø x 2” largo. 30 cm a)