FISICA

1. 11.1. REJAS
11.2. TAMICES
11.3. SEDIMENTACIÓN
11.3.1. TIPOS DE SEDIMENTACIÓN
11.3.2. DESARENADORES
11.3.3. TANQUES DE SEDIMENTACIÓN PRIMARIOS
11.3.4. TANQUES DE SEDIMENTACIÓN SECUNDARIOS
11.4. FILTRACIÓN
11.4.1. FILTRO DE ARENA
11.5. FLOTACIÓN
11.5.1. FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO
TEMA 11. PROCESOS DE TRATAMIENTO DE
EFLUENTES LÍQUIDOS I:
TRATAMIENTOS FÍSICOS

2. OBJETIVOS DEL TEMA
• Comprender la diferencia entre el tratamiento de aguas residuales y tratamiento de
aguas potables
• Conocer la aplicabilidad de las operaciones de desbaste, sedimentación, filtración y
flotación en el tratamiento de aguas
• Comprender los fundamentos de estos sistemas de tratamiento, así como las
principales características de los equipos más habitualmente empleados
• Ser capaz de realizar diseños básicos de rejas, desarenadores, tanques de
sedimentación primarios y secundarios

3. LAS AGUAS REQUIEREN DISTINTOS TRATAMIENTOS DEPENDIENDO DE SI SE TRATA DE:
 Potabilizar aguas brutas (ETAP)
 Tratar aguas residuales (EDAR)
El objetivo de la depuración de la aguas residuales (urbanas o industriales) es reducir la contaminación de
las mismas para hacer admisible su vertido al medio acuático natural (en algunos casos se puede reutilizar
para riego, industria)
AGUAS RESIDUALES URBANAS
• Agua residual doméstica (viviendas, instalaciones comerciales, públicas...): materias fecales, tierra,
arena, productos de limpieza, grasas y restos de alimentos (materia orgánica, sólidos, nutrientes,
microorganismos)
• Agua residual industrial (pequeña industrias ubicadas en el casco urbano)
• Agua pluvial (escorrentía superficial e infiltraciones)
AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
• Gran variabilidad incluso dentro de una misma industria: aguas de proceso, aguas de refrigeración,
aguas de limpieza

4. Un tratamiento típico de aguas residuales comienza eliminando los sólidos, empezando por los de mayor
tamaño
LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO PUEDEN SER:
 Físicos
 Químicos
 Biológicos
Los procesos de tratamiento físicos son aquellos en los que se aplican fuerza físicas o principios físicos a
la eliminación de contaminantes del agua
TRATAMIENTOS FÍSICOS SON:
 Operaciones de desbaste (rejas, tamices)
 Sedimentación
 Filtración
 Flotación

5. Fig. 11.1. Clasificación de los sólidos en un agua residual urbana típica (Kiely, 1999)

6. Barras paralelas de diferentes secciones separadas una cierta distancia que se sitúan en posición
transversal al caudal de tal forma que el agua ha de pasar a través de ellas quedando los sólidos retenidos
Objetivo: Separar sólidos de gran tamaño (protección de equipos aguas abajo y evitar obstrucciones en
canales) (AR y AP)
Es el primer equipo de desbaste
Generalmente se colocan formando un ángulo con la vertical (45-60º)
11.1. REJAS

7. SEGÚN EL SISTEMA DE LIMPIEZA:
• Limpieza manual: pequeñas instalaciones
• Limpieza automática: peine móvil
• Velocidad de aproximación en el canal: 0,3-0,6 m/s (limpieza manual) y 0,6-0,9 m/s (limpieza
mecánica)
• Velocidad de paso a través de las rejas: 0,6-1,2 m/s
• Ancho del canal
C
1
S
S
a
h
v
Q
A
max
max





 









A = anchura del canal de rejas (m)
Q max =caudal máximo (m3/s)
V max = velocidad maxima en la reja (m/s)
H = altura lámina de agua
a = anchura de las barras expuestas al agua (m)
C = porcentaje de reja que queda libre (es habitual usar 0,7)

8. PÉRDIDA DE CARGA:
• Existen distintas ecuaciones propuestas
• A medida que se va atascando aumenta la pérdida de carga. Se puede estimar multiplicando por
(100/C)2, siendo C el porcentaje de reja que queda libre
ECUACIÓN DE KIRSCHMER (para rejas limpias)

















 sen
g
2
v
s
a
h
2
3
4
∆H = pérdida de carga
 = factor de forma de las barras
a = anchura de las barras (m)
s = separación entre barras (m)
v = velocidad de aproximación en el canal de la reja (m/s)
g = gravedad (m/s2)
α =ángulo de reja con la horizontal

9. Filtración sobre soporte con perforaciones o enrejado muy fino con tamaño de paso más pequeño que las
rejas (va colocado a continuación de las rejas)
• Macrotamizado: 0,3-10 mm (habitual en AR)
• Microtamizado: < 0,1 mm (se usa para AR y AP)
EN AGUAS RESIDUALES SE USA:
 Sobre todo en operaciones de desbaste (después de las rejas)
 Los tamices de tamaño medio y fino también puede emplearse en la eliminación de arenas y sólidos
suspendidos (como sustituto de tanques de decantación primarios y secundarios; menos eficaz, pero
más económico)
11.2. TAMICES

10. TAMIZ INCLINADO ESTÁTICO
• Se utiliza para tamaños gruesos o medios (desbaste o tratamiento primario)
• Hay que limpiarlo cada cierto tiempo con agua a presión y un agente desengrasador
TAMIZ ROTATORIO
• La malla se monta sobre un cilindro giratorio que se coloca en un canal
• El agua puede circular de dentro a fuera o de fuera a dentro
• Los sólidos son recogidos en una pileta y pueden emplearse chorros de agua pulverizada que
favorezca la eliminación de los sólidos del tamiz
• Se usa para el macrotamizado o microtamizado
TAMIZ DESLIZANTE
• Se utiliza para tamizado grueso y medio

11. Fig. 11.2. Elementos de desbaste y tamizado típicos empleados en el tratamiento de las aguas residuales: a) tamiz
inclinado estático autolimpiante, b) tamiz de tambor rotatorio, c) tamiz de disco giratorio, d) tamiz centrífugo
(Metcalf and Eddy, 2000)

12. Es una operación de separación sólido-fluido en la cual las partículas de un agua residual se separan por
acción de la gravedad debido a la diferencia de densidades
En el caso de las aguas residuales urbanas, en una planta clásica de lodos activos, la sedimentación se
utiliza en tres de las fases del tratamiento:
• En los desarenadores, en los que se elimina principalmente materia inorgánica (arenas)
• En los sedimentadores primarios donde se elimina materia en suspensión
• En los sedimentadores secundarios, en donde los lodos precedentes del tratamiento biológico se
separan del efluente tratado
11.3. SEDIMENTACIÓN

13. 11.3.1. TIPOS DE SEDIMENTACIÓN
TIPO 1 O DE PARTÍCULAS DISCRETAS
• Es propio de suspensiones con baja concentración de sólidos
• Las partículas sedimentan como entidades individuales y no existe interacción con las partículas
vecinas
• Ej. Eliminación de arenas del agua residual (desarenador)
TIPO 2 O FLOCULENTA
• Es propio de suspensiones diluidas de partículas que se juntan o floculan durante la operación de
sedimentación
• La aglomeración de las partículas va acompañada de cambios en su velocidad de sedimentación
• Ej. Eliminación de sólidos en suspensión en los tanques de decantación primarios

14. TIPO 3 O RETARDADA
• Se da en suspensiones de concentración intermedia en las cuales las fuerzas interpartículas son
suficientes para entorpecer la sedimentación de las partículas vecinas
• Las partículas tienden a mantener posiciones relativas fijas y sedimentan como una unidad,
desarrollándose una interfase sólido-líquido en la parte superior de la masa que sedimenta
• Ej tanque de sedimentación secundario donde se separan los lodos biológicos
TIPO 4 O POR COMPRESIÓN
• Se da en suspensiones donde la concentración de partículas es tan alta que se forma una estructura y
la sedimentación se produce por compresión de esta estructura
• Ej. Fondo del tanque de sedimentación secundario donde se van sedimentando los lodos

15. 11.3.2. DESARENADORES
Son canales de sección mayor que la de entrada de manera que la velocidad de circulación sea tal que
permita la sedimentación de las partículas de “arena”, pero evite la sedimentación de las partículas
orgánicas
• Separan partículas con peso específico 1,3-2,7 principalmente de naturaleza inorgánica (protegen
posteriores elementos de la abrasión, evitan depósitos en tuberías y equipos posteriores)
• En ARU suelen ir combinado con desengrasado y se colocan después del desbaste y antes del
tratamiento primario
• Los más tradicionales son de flujo horizontal (v~0,3 m/s; tiempo de residencia hidráulico = V/Q ~1
min), aunque también los hay de flujo vertical
• Sedimentación de partículas discretas

16. VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN PARA FLUJO LAMINAR
(LEY DE STOKES):
En un desarenador de flujo horizontal se cumple que la velocidad ascensorial o carga de superficie (Vc),
debe de ser igual a la velocidad de sedimentación de las partículas que son eliminadas con una eficacia
del 100%. Todas las partículas que tengan un velocidad de sedimentación mayor que Vc también son
eliminadas al 100%
Suponiendo que el flujo sea laminar, sin turbulencia, y que las partículas de los distintos tamaños estén
distribuidas uniformemente por toda la profundidad a la entrada, las partículas con Vp < Vc se eliminarán en
la proporción
Así, para un tamaño de sedimentador y una distribución determinada de velocidades de sedimentación (se
puede obtener experimentalmente), la eficacia de la separación será:





18
d
)
(
g
V
p
p
p
A
Q
l
ascensoria
velocidad 
c
p
r
V
V
X 
Fracción de partículas
con Vp ≥ Vc
Fracción de partículas
eliminadas con Vp < Vc
  dx
V
V
X
1
inada
lim
e
fracción c
X
0
c
p
c 




17. Es frecuente el empleo de modificaciones con sistemas de inyección de aire que evitan la sedimentación
de la materia orgánica de manera que las arenas se sacan más limpias
• Los tiempos de residencia son más altos (2-5 min) con lo que mejor la eficacia en la separación
DESARENADOR AIREADO DE FLUJO HELICOIDAL
• El agua residual se debe introducir en el elemento siguiendo la dirección de rotación
• El aire se introduce lateralmente a lo largo del canal por la parte inferior lo que ocasiona un
movimiento en espiral del agua perpendicular a la dirección del flujo
• Para la extracción de arenas, los desarenadores aireados se suelen proveer de cucharas bivalvas

18. En ARU van después del desarenado y eliminan principalmente sólidos de naturaleza orgánica
(eliminaciones del 50-70% de SS y del 25-40% de DBO5)
Pueden ser rectangulares o circulares (TRH = V/Q ~2 h; velocidades de carga superficial = Q/S: 32-48
m3/m2 día)
TANQUE DE SEDIMENTACIÓN RECTANGULAR
 En los tanques de sedimentación rectangulares la distribución del flujo a la entrada del tanque es un
factor crítico
 Para la eliminación del fango pueden incorporar sistemas de rascado de fango con rascadores
accionados por cadenas o con puentes de traslación
 El fango es conducido a un canal de fondo transversal
11.3.3. TANQUES DE SEDIMENTACIÓN PRIMARIOS

19. TANQUE DE SEDIMENTACIÓN CIRCULAR
 El agua residual se introduce por el centro y pasa a una campana circular que distribuye el flujo
uniformemente en todas direcciones
 El diámetro de la campana varía entre el 15 y el 20% del diámetro del tanque, con una profundidad
entre 1 y 2,5 m
 Dispone de un puente rascador equipado con rascadores de fondo y también superficiales para la
eliminación de espumas
Fig. 11.3. Parámetros típicos de aguas residuales urbanas antes y después de la decantación primaria (Kiely, 1999)

20. Fig. 11.4. Decantador primario circular típico (Kiely, 1999)

21. • Son los que van después de un tratamiento biológico para separar los lodos activos (sedimentación
retardada)
• En cuanto a su diseño son similares a los primarios (más frecuentemente circulares)
• Pueden disponer de sistemas de recogida de fango con aspiración
11.3.4. TANQUES DE SEDIMENTACIÓN SECUNDARIOS
Existen distintos métodos para su diseño, una
estimación aproximada de la superficie necesaria se
puede hacer empleando el método gráfico de
Talmadge y Fitch
ES NECESARIO CALCULAR DOS ÁREAS:
 El área de la superficie mínima que se requiere
para conseguir el espesamiento deseado de
lodos
 El área de la superficie mínima que se requiere
para conseguir la clarificación del agua
 Se considerará la mayor de estas superficies
como área de diseño
retardada
Hu
tu
Fig. 11.5. Esquema del método gráfico de Talmadge y Fitch (Kiely, 1999)

22. Fig. 11.6. Esquema de un decantador secundario (Kiely, 1999)

23. CÁLCULO DEL ÁREA DE ESPESAMIENTO
 A partir de ensayos experimentales se obtiene la curva de sedimentación altura vs tiempo
 Se traza la tangente a la curva en la zona de sedimentación retardada y en la zona de sedimentación
por compresión
 Se traza la bisetriz del ángulo que forman y la tangente a la curva en el punto donde la bisetriz corta a
la curva
 Se calcula Hu a partir de Cu y se traza la horizontal por Hu
 En el punto de corte con la tangente a la curva se traza la vertical y se obtiene tu con el que se calcula
Ae
Ae = superficie necesaria para el espesado de los fangos
Q = caudal a tratar
H0 = altura inicial de la columna
tu = tiempo necesario en segundos, para alcanzar la concentración
de fangos deseada en el fondo del tanque (Cu) que se determina
gráficamente en la curva de sedimentación, conociendo Cu
(concentración deseada en el fondo del tanque).
Hu es la profundidad en la que la concentración de los sólidos es Cu
u
u
0
0 C
H
C
H 
u
0
0
u
C
H
C
H 
0
u
e
H
t
Q
A 

24. CÁLCULO DEL ÁREA DE CLARIFICACIÓN
• Se calcula la velocidad de sedimentación en la zona de sedimentación zonal (pendiente de la tangente
a la curva)
• Se calcula el caudal de agua clarificada (Qc) y de aquí el área necesario para la clarificación (Ac)
0
u
0
c
H
H
H
Q
Q


s
c
c
v
Q
A 

25. 11.4. FILTRACIÓN
11.4.1. FILTRO DE ARENA
La filtración es una operación de separación sólido-fluido que consiste en hacer pasar un fluido
conteniendo materia en suspensión a través de un medio filtrante que retiene las partículas
EN TRATAMIENTO DE AGUAS SE UTILIZA PRINCIPALMENTE LA FILTRACIÓN EN PROFUNDIDAD EN
FILTROS DE ARENA
• El medio filtrante es un lecho de arena (también antracita o granate) en cuyo interior quedan retenidas
las partículas sólidas
• Flujo vertical descendente
• La limpieza suele ser en contracorriente (~cada 24-48 h)
• Se aplicó sobre todo para aguas potables y de proceso pero ahora también para aguas residuales

26. Fig. 11.7. Esquema de un filtro rápido de gravedad de medio dual: a) Modo de filtración descendente b) Modo de
contralavado ascendente (Kiely, 1999)

27. Tabla 11.1. Características del medio en filtros rápidos de gravedad (Kiely, 1999)

28. Fig. 11.8. Filtro lento de arena (Kiely, 1999)

29. Tabla 11.2. Criterios de diseño para filtros lentos de arena (Kiely, 1999)

30. La flotación es una operación que permite la separación de partículas sólidas o líquidas de una fase
líquida, basándose en la capacidad para flotar de estas partículas
• Se emplea para partículas menos densas que el agua o con velocidades de sedimentación muy bajas
• En tratamiento de ARU se emplean para eliminar grasas y aceites y en el espesamiento de fangos
biológicos
• En ARI se emplea para eliminar sólidos poco densos
• Para favorecer la flotación se pueden introducir burbujas de aire, siendo lo más utilizado la flotación
por aire disuelto
• En plantas grandes se presuriza sólo una parte del agua tratada que se recircula
11.5. FLOTACIÓN
11.5.1. FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO