universidad politécnica de madrid t e s j soa.upm.es/1791/1/jose_rubio_bosch.pdf · n5 1 ensayos y...
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GS a
Universidad Politécnica de Madrid
T E S J S
SECADO P E LODOS DE AO-TTAS r?ESTDD"ALES DOP. P T L T D 1
CXOM— EVAPO.P.ACTON !-TAT-JP.AL # — ERAS DE SECADO
•oor
José' Rubio* Bosch
T* scufila Técnica Suprrior de Ingenieros de Caninos
"O. r» v> s> 1 Th l a r i f r í e np.j.GS y •.-'"!iartos
Madrid, Septi.emhre 1,976
ii -
R E S U" M E N
El trabajo se ha. planteado, cono la recopila
ción de los datos obtenidos por el autor en el trans
curso de cinco años de contacto diario con la Explota
ción y Mantenimiento de Estaciones Depuradoras de -
ATtias. Residuales dej Excmo. Ayuntamiento de Madrid, -
al correspondorle la responsabilidad de dirigir la era
presa contrat±sta. de dicho Servicio. Después el plantea
miento ha derivado a un trabajo de investigación, tan
to en el laboratorio, como sobre modelo.*? reales.
La. finalidad ey^ la da mejorar» Xa explota. —
ción. y suministrar al proyectista parámetros, rara la
correcta definición de un elemento importante dentro-
de una instalación de depuración. Las limitaciones -
del trabajo son las que imponen la investigación de-
un fenómeno en dependencia directa de las condiciones
climatológicas. Por otra parte la lógica, aunque no -
aconsejable, benevolencia con la iue juzgarnos nuestras
propias aportaciones originales a un tema. La autocrí
tica y la autolimitación es, difícil, poro se ha pro
curado aplicar al máximo.
Las conclusiones más relevantes vneden ser:
- iii -
Fijar la rranulonetría del filtro en una talla
afectiva, entre 0,2 y 0,4 mm. y un coeficiente
de uniformidad menor de cuatro,
Determinar one 1? velocidad de drenaje oscila-
entre k l/n.2. hora las primeras 8 horas v i l /
m2. hora las restantes.
Se ha relacionado el secado de salidos en prjD
cesos industriales, con el seca.óo de lodos en
eras.
Se ha determinado que para una zona pareeida-
climatológicamente a Madrid el numero de ci —
clos de secado es de 12 por año.
Se han obtenido fórmulas teóricas, .ie nos —
dan la reducción de voli.'men 3/ el tiempo de du
ración de nn cilo de secado en unas condicio
nes climatoló^icas dadas.
iv -
A G H A D P C I M TENT 0
Al director rie la te*sis.
A3 Exorno. Ayuntamiento de F-?adrid, en cnyns Depura
doras ha. realizado los ensayos.
A la emnresa en "Vfi presto mis servicios por I P S -
facilidades dadas para realizarla.
A las personas que han colaborado en los ensayos.
A la Escuela de Ingenieros de Caninos, por el espi_
ritu de superación que me inculcó en su día.
A mi familia.
- v -
I N D I C E
1. INTRODUCCIÓN
PRIMERA PARTS.- PRESENTACIÓN GENERAL
2. SECADO H E LODOS
2.1. Introducción
2.2. Definiciones y Teoría General
2.2.1. Lo^os
2.2.2. Constitución de los lodos
2.2.3. Características de los lodo
2.2,4,'Procedencia de los lodos
2.2.5. Cantidades de lodos
2.2.6. Manipulación de los lodos
2.3 • Deshidr?»tación de los lodos
2.3.1. Filtración. Leyes Generales
2.3.2. Eiltracion superficial
2.3.3* Filtración profunda
2.3.4. Filtración de lodos
2.3.5. Transmisión de calor. Leyes Generales
2.3.6. Centrifugación
2.3.7. Otros sistemas
- vi
2.4. Métodos de secado de lodos ^e
2.4.1. Naturales 45
2.4.2. Filtración mecánica 47
2.4.3. Centrifugación 57
SEGUNDA PARTID.- ERAS DE SECADO
3. REVISIÓN DE BIBLIOGRAFÍA SOBRE EE'S DE SECADO
3.1» Introducción 62
3.2. Eras de secado 62
3.2.1. Definición 62
3.2.J2. Descripción del proceso 63
3.2.3. P o m a de las eras 65
3.2.4. C-ranulonometría de la nasa fil - 67 traite.
3.2.5. Superficie necesaria 68
3.2.6. Humedad de Ion lodos 70
3.2.7» Retirada de lodos secos 72
3,2,8, Otros factores a considerar 74
3.3» Conclusiones 75
4 r>' r; 'p"!'P? 'Tj f.A C l O r í T~>E I O S P 'VEA.r 'ETECS PIJAm ' I Í E ^ T ' V L E S
DEL DIKEvSI0>rAD0 DE ERAS DE SECADO. 79
4.1, Introducción . f y
4.2. Descripción del proceso. 80
4.2.1. Volumen de lodos, * 80
4.2.2. Conducciones de lodo y llenado 82 de eras.
4.2.3. Separación por flotación de s¿[
lidos. 84.
- vil -
4.2.4. Filtración 85
4.2.5. Evaporación 86
h.2.6. Retirada de lodos 89
4.2.7. Renovación riel filtro 90
4,3• Determinación de parámetros 91
4.3.1. Introducción 91
4.3.2. Dimensiones de la era 92
4.3.3. Oranulometría del filtro 93
4.3.4. Reducción de volumen 99
4.3.5. Factores climatológicos 110
4.3.6. Humedad de los lodos 112
4.3.7. Calculo teórico del ciclo de
secado. 117
5. C0T-- LU.SX0'"r"íS 121
6. .R-ITU-IO -R "S\TA 125
7. A N E J O S
N5 1 Ensayos y cálculos de laboratorio.
1.1. Introducción 130
1.2. Ensayo de secado en laboratorio 130
1.3. Ensa^^o de sefru.imd.ento de reducción de
volumen de 3 os lodos vertidos a UTLPI - l4l
era de secado.
1.4. Ensayos para la determinación de hune
dades y sólidos de filtrarlo. 153
- viii -
1.4¿1 Seguimiento de secado de lodos
en eras expprinentales, 153
1,4.2. Seguimiento de sólidos de fil
trado en eras experimentales. 157
1.4«3» Seguimiento de secado de lodos
en eras de la estación depura
dora de El Pardo y Manoteras. 158
5. Jvnsayos de determinación de velocida
des de filtración. 159
2 Ensayos de franulometría de arenas.
1. Introducción 168
2. Definición de parámetros 168
3. Método ^e enspyo-, 169
4. Resultados 171
3 Datos climatológicos
1 Introducción 201
2. Cup.drod, resúmenes y curvas 201
1. INDRODUCCION
La depuración de las aguas residuales es una
necesidad del genero humano, para conservar el equili
brio del "ecosistema" de los seres vivos en la natura
leza.
El agua es un medio finito y por tanto hay -
que administrarlo. Hasta este siglo el problema podía
ser el abastecimiento. Los avances tecnológicos, "per
miten transportar el agua hasta los núcleos urbanos -
desde puntos muy alejados y con grandes variaciones de
cotas topográficas.
El paso siguiente a considerar es la calidad
del agua <~ue se proporciona al usuario. De esta nece
sidad nace la tecnología del Tratamiento del Agua. Se
consiguen correcciones de las características fisicas
y químicas del agua de forma que aguas de muy mala cal
lidad, se pueden transformar en aceptables, siendo el
prácticamente linico, factor económico el oue limita -
la aplicación de los procesos.
Una vez el usuario ve colmadas sus necesidades
olvida generalmente, que el agua la devuelve al medio
con materias que deterioran su calidad. Se ha producá,
do la CONTAMINACIÓN del agua.
El .incremento de consumo va ligado al grado-
de desarrollo y en cierto modo al de concentración ur
baña. Se presenta pues, el problema de grandes masas-
de agua contaminada que deteriora las corrientes de —
agua que servirán para usos posteriores. La contamina
ción del agua es un problema que afecta al medio de -
una forma considerable y por tanto se desarrolla, una
tecnología que pueda corregir este desequilibrio. Nace
pues la Depuración de aguas residuales e industriales.
En sur inicios se resume a simples depuraciones
físicas, decantaciones, que se muestran insuficientes
o muy costosas y se trabaja en la investigación de -
otros campos. Se recurre a la corrección química, fio
culación, pero el enorme costo hace que se siga, inves
timando y nace la depuración biológica. La combina --
ción de los tres métodos, fisleos, biológicos y ouirni
eos, es la base de la depuración de las aguas contami
nadas. Esta, consiste en esencia en eliminar los sóli
dos incorporados a ella y en reajustar el equilibrio-
de oxigeno necesario para que exista la posibilidad -
de vida en ella.
La eliminación de los sólidos, se consigue por-
medio de una separación, física o química, del medio-
acuático, en forma de un concentrado con un alto por
centaje de humedad. ICs decir una vez, separados los —
sólidos del agua, hay nue disponer el sistema de eli
minar el concentrado resultante.
Las alternativas oue se presentan son simples.-
Una es conseguir un secado que los haga manejables e—
incluso reutilizables, otra el vertido a grandes masas
de agua, una vez estabilizadas (materia inerte). Esta
ultima alternativa no parece recomendable ya que para
conseguir, su total estabilización, es un proceso muy
dificil y siempre estaremos-aportando, materia conta
minante.
Llegamos puós, a la alternativa de secar una -
matória que se encuentra diluida, en una cantidad ca
si siempre inferior al ocho por ciento. Las técnicas—
son variadas y pasamos desde la incineración, hasta -
el secado natural, producido por la evaporación solar
y el filtrado en lecho de arena (ERAS DE SECADO)
Este último método, aunque el más primitivo y—
simple, ofrece un claro campo de aplicación, para, nú
cieos de población pequeños y más en una nación de -
clima muy soleado. Al iniciarse las técnicas de depu
ración de aguas residuales, el secado de lodos se -
hacia prácticamente, por eras de secado. Posterior -
mente se fué* mejorando las técnicas de secado, intro
duciendo elementos mecánicos míe provenían de proce
sos industriales dondela separación sólido-liauido,-
era una parte esencial del proceso de fabricación. -
Métodos como la filtración mecánica por aplicación -
de presión (filtros prensa) o depresión (filtros pren
sa) muy usados en la industria se incorporan a la -
técnica de depuración de a.-Tuas residuales. El paso -
final en la eliminación de los lodos, ^nede estar -
en reducirlos a cenizas mediante la incineración. Se
reduce al minimo volumen y se elimina toda posibili
dad de contaminación al poder asegurar una casi to -
tal inocuidad contaminante.
Parece pnos rjue las eras de secado han quedado
anticuadas y que no se debería tratar de ellas mas -
oué como una consideración histórica. Pero hay un -
factor, el económico, que las hace rentables para -
los núcleos de pequeña población.
Las eras de secado son tratadas en la mayoría-
de los textos de una forma siiperficial y sin profun
dizar en su estudio. Por tanto considerando las nece
sidades de depiiración de los pequeños núcleos, la ±n
fluencia que tiene en el secado por este método la —
climatología y la noca o casi nula definición de los
parámetros básicos de diseño, esta tesis se propone
definir unos parámetros oue permitan al proyectista-
diseñar más eras funcionales y efectivas.
Para definir lasaras de secado se ha atendido
a los siguientes elementos:
- Definición de la granulonetría del filtro.
- Definición de la geometría de la obra civil.
- Definición de la superficie necesaria
La metodología seguida en la obtención de conclu
siones originales ha sido doble:
A) Recopilación de la experiencia del autor en los
cinco años de explotación de las Plantas Depura
doras del Tíxcmo. Ayuntamiento de Madrid como in
geniero de la empresa contratista de dicho ser
vicio.
B) Ensayos v determinaciones realizados en el Labo
ratorio de la citada empresa y en la de la Escue
la de Caminos y en eras en modelo reducido cons
truidas especialmente para este trabajo.
Hay rue señalar que el fenómeno de secado por —
eras es un proceso natural y por t-mto hay oue contar—
con i?n factor, la. climatología, ^ue lo hace variable y
solo cuantificable de una forma relativa y por aproxi
mación a otros fenómenos parecidos en la industria pe
ro perfectamente controlados.
2. SECADO DE LODOS
2.1. Introducción
Se denomina "lodos" de aguas residuales a las
suspensiones, más o menos concentradas, de las subs
tancias contaminantes eliminadas de la fase liquida
en el proceso de depuración y substancias añadidas-
en el tratamiento para mejorarlo (reactivos)
Estas suspensiones una vez separadas del agua-
hay que darles un destino final. Pueden ser reutili
zados como abonos, o simplemente eliminados. La eli
minació*n puede ser mediante descarga a vertedero, -
vertido directo al mar, inyección en el suelo o in
cineración. En los casos de reutilización o descar
ga en vertedero es necesaria una concentración de -
la suspensión, es decir producir un SECADO,
2.2. Definiciones y Teoria General
2.2.1. Lodos.—
Cuerpos contaminantes eliminados de la fase 1±
quida, a lo largo del tratamiento de depuración de
aguas, cualquiera que sea su naturaleza, mas o menos
concentrados en suspensiones acuosas.
2.2.2. Constitución de los lodos
— Materias granulosas minerales (arena, limo,
escoria, cascarilla) de elevada masa especí.
fica.
- Materias floculadas o gelificadas proceden
tes generalmente de las partículas coloida
les (orgánicas o minerales) que engloban un
Esta agua ligada necesita, para su liberación, una
energía suplementaria.
2,2*b. Procedencia de los lodos
Los fangos pueden proceder de los siguientes -
procesos de la depuración de agua:
a) Los sólidos densos, principalmente minerales se_
dimentados de aguas turbias de río, con o sin coagulación
b) Los sólidos floculentos, minerales y orgánicos-
sedimentados de aguas superficiales coaguladas o conten!
dos en las aguas de lavado de los filtros de agua.
c) Los sólidos'floculentos, principalmente minera
les, precipitados por aireación o por productos químicos
de aguas que contengan hierro o manganeso en solución.
d) Los sólidos densos principalmente minerales, ob
tenidos como suspensiones espesas despuós de la precipi
tación de aguas duras o despuós de la evaporación de aguas
salinas.
e) Los sólidos densos, principalmente minerales, -
obtenidos como arenillas en los desarenadores.
f) Los sólidos de tamaño considerable, principal -
mente orgánicos, obtenidos por las rejillas y tamices de
las aguas residuales.
g) Los sólidos flotantes, principalmente orgánicos
obtenidos como espumas o natas de las aguas residuales -
en los tanques de flotación, desnatado o de sedimentación.
h) Los sólidos que se sedimentan, principalmente -
orgánicos, obtenidos como lodos de los decantadores de-
aguas residuales.
2.2.5. Cantidades de lpdos
Laj estimaciones de las cantidades probables se
pueden basar en los análisis de las aguas que se -
van a tratar en las plantas de depuración. Los lo
dos extraídos de los tanques de sedimentación y -
coagulación y de las aguas de lavado de filtros va
rian enormemente con la naturaleza del agua.
En estaciones de depuración de aguas residuales
domesticas, se puede hacer una estimación, a'partir
del numero de habitantes, teniendo en cuenta el —
proceso que se utiliza, ya que conociendo la con -
centración de solidos en las aguas, la retención -
que se obtendrá en el proceso y la concentración -
teórica de los fangos obtenidos se puede hallar -
los litros por habitante y día.
La experiencia obtenida en las plantas de Europa
y America, permite establecer la siguiente tabla -
(Im hoff)
2.2,6, Manipulación de los lodos
Lo ; lodos húmedos hay nue transportarlos desde
los lugares de obtención decantadores, desnatado—
res, rejillas y tamices) hasta los aparatos donde
se acondicionan para su eliminación (espesadores,
digestores, filtros, hornos, bombeos)
El transporte de lodos se realiza generalmente
por tubería, ya que es normal tener que sobreele
varlos ya que su obtención, se realiza en las par
tes profundas de las instalaciones. La conducción
puede ser tambión por gravedad en canal abierto.
Hay que considerar que los lodos son sustancias
pseudohomogeneas y que por lo tanto su comporta -
miento hidráulico es complejo. Muchos de ellos son
fluidos no newtonianos con propiedades plásticas-
en lugar de viscosas. Por tanto su resistencia al
flujo será función de su concentración.
Su comportamiento hidráulico es complicado, d€í
bido a que la mayoría son tixotrópicos (sus propie
dades plásticas cambian durante la agitación y la
turbulencia) Los gases desprendidos durante el -
transporte dificultan el comportamiento hidráulico
En general persiste el flujo laminar o de tran
sición, a velocidades relativamente altas (0,5 a
1,4 rn/sg.) para, suspensiones espesas que circulen
en tuberias de 5 a 12 pulgadas.
A velocidades turbulentas se comportan en for
ma similar a la del agua.
Una relación que nos da la perdida de carga —
para un regimen laminar de liauidos plásticos en -
tuberias (se basa en la fórmula de Poiseulle)
h.io. x. §*\ I í¡
en donde:
h = en metros
1 y d = longitud y diámetro
v = velocidad del lodo
tk 35 coeficiente de rigidez
t - esfuerzo cortante en el punto de fluencia
P = densidad
Los términos dentro del paréntesis, son análo
gos a la viscosidad cinemática de un liquido newto
niano.
La tixotropía hace dificil la determinación de
*L Y % n o siendo satisfactorias las pruebas de vijs
f t cosimetría,
Para lodos espesos digeridos los valores de n
y T son 0,o3 y 0,1 y para los activados frescos de
baja concentración de solidos (Z fo) T no se puede-
medir £ n/p e s prácticamente la viscosidad cinemá
tica del agua.
Los lodos frescos tienen una perdida de carga-
que varía entre 1,5 y ^ la del AGUA LIMPIA.
En regimen turbulento, la perdida de carga su
fre un incremento de 1$ por cada Vf> de aumento en-
contenido de sólidos.
Las velocidades de transporte de fangos debe -
ran ser lo suficientemente altas para que no se —
produzcan sedimentaciones. Pero hay que considerar
que en algunas partes de la estación, no nos inte
resa la rotura del floculo (ejem. Recirculación a
activación) En estos casos se recomienda los eleva
dores por aire que actúan al producir una variación
de presión
En el bombeo de lodos se utilizan para peque -
ñas velocidades bombas de pistón, de diafragma, he
licoidales y eyectores de aire comprimido. Para, ve
locidades mayores de 2 m/sg. se utilizan bombas cen
trífugas.
Se procurará que en las redes de transporte de
lodos exista la posibilidad de conectar a&ua a pre
sión para desatascarlas, ya que al interrumpir el-
funcionamiento se secan los lodos y las ostruyen.-
En esta misma linea de actuación es recomendable -
que vayan canalizadas por galerías visitables las—
tuberías enterradas ya que se facilita la repara —
ción.
2.3 • Deshidratación de los lodos
El componente principal de los lodos, es el
a p a , Un lodo tipo, puede contener el 95^ de agua, -
Por tanto la eliminación de ella es el objetivo primor
dial, para reducir su peso y volumen que facilitara su
manejo y evacuación. De la importancia del contenido -
de agua nos da una visión la figura 2,3.1 en la que se
representa la marcha decreciente del volumen del lodó-
por concentración y secado.
ESPESAMIENTO
PERDIDA DEL AGUA EN ESTANQUES DEFANGO
T-\ PERDIDA DEL AGUA Y SECADO EN ERAS
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 CONTENIDO DE AGUA %
ESTADO DEL LIOUIDO Y - _ . , - . _ „ _ . FANGO BOMBEABA CONSISTENTE DISEMINABLE
Pig. 2.3.1 Disminución del peso y volumen del
lodo, por perdida de su contenido-
de agua.
El agua está, en el fango en las dos condicio
nes de agua libre y agua ligada. La primera es drena -
ble, o se puede eliminar por decantación prolongada. —
El agua ligada la podemos suponer que se encuentra bajo
tres condiciones:
a) Agua retenida capilarmente.
b) Agua retenida dentro de cada partícula
(humedad de la partícula)
c) Agua perteneciente a las moléculas qui
micas, que constituyen las partículas.
Esta agua ligada, solo puede eliminarse con -
un aporte de energía, correspondióndole una energía de
enlace, tres veces superior a la de vaporización del —
agua pura. Para hacer transportables los lodos, hay -
que hacer desaparecer también parte de esta agua liga
da.
Por tanto la deshidratación de los lodos se -
realizará, en las formas siguientes:
a) Filtración o drenaje simple sobre una-
membrana filtrante.
b) Filtración o drenaje mecánico, ya sea-
por medio de vacio o presión,
c) Evaporación por medio de aportación de
energía calorífica.
2.3.1 Filtración. Leyes Generales
La ley general nue rige el proceso de fil
tración, es la de Darcy, que dice que la perdida de -
carga del fluido es proporcional a la velocidad de fil
tración.
V = K P = -ig P (2.3.1)
Siendo: V = velocidad de filtración
n = viscosidad dinámica
R = resistencia del medio
P = perdida de carga
La filtración podrá ser, superficial o pro-^
funda. Es superficial, cuando las partículas son superito
res al diámetro de los poros de la masa filtrante. Se -
forma entonces una torta de filtrado. Si los poros son
de mayor tamaño que las particulas a filtrar, estas que
darán retenidas en el interior de la masa filtrante, -
llamándose entonces filtración en profundidad.
2.3.2 Filtración superficial
Si consideramos la filtración superficial -
la resistencia del medio R, de la ecuación de Darcy, -
será la suma de la de la torta Rg¿ más la de la membra
na Rmm
La ecuación (2.3»b) se representa en la figura. 2,3.2
Fig. 2.3.2
Esta integración sólo es correcta en la medida
en que puedan considerarse constantes P, », r, C y
lo que no es exacto en el caso de P y n#
R m
Si se prolonga, durante un tiempo bastante lar
go la filtración de un volumen determinado de torta, —
se llega, en primer lugar, a un punto de ruptura de la
curva, más allá del cual la sequedad aumenta muy lenta
mente hasta alcanzar la sequedad límite de la torta.
r se expresa en S /g o en cm/g según -la. dimen—
sión elegida para P(g/cm o dinas/cm ) La segunda uni-
dad, la más utilizada, es 10 veces mayor que la prime
ra.
El valor de r aumenta con la presión, según
una ley de la forma
r = r 0^0,5 c 0 y s (2-3-5)
Generalmente asimilable a
r = r o •> cy ( 2 . 3 . 6 )
y r - son, respectivamente, los valores
de las resistencias específicas a 0 y 0,5 bares.
r o
r c se utiliza, generalmente, en la compara-
clan de diversos lodos.
r se denomina coeficiente de filtrabilidad a -
la presión P.
s es el factor de compresibilidad del lodo se
gunda característica fundamental Cuanto menor es óste,-
mayor es el efecto de la presión en la velocidad de fijL
tración.
2.3#3 Filtración profunda
Los estudios matemáticos parten de las ecuacio
nes siguientes:
ecuación de Ison
— = PC (2.3.7) di
(valida en 1^ aproximación)
ecuación de Darcy
dP KV (2.3.8) di
En las cuales:
C — es la concentración de un agua en materias
en suspensión.
V — es la velocidad de filtración calculada so
bre una superficie perpendicular al flujo,
I — es la distancia de una sección cualquiera-
del filtro a la sección de entrada,
K — es el coeficiente de Darcy
P - es el coeficiente de filtración
P — es la perdida de carga
a) Balance de materias
Sea un elemento de lecho filtrante de longi
tud di y de sección S, siendo C la concentración a la -
entrada y C 4 dC/dl la concentración a la salida. Sea -
q la masa de materias retenidas por unidad de volumen -
del lecho. El balance de materias se expresa por la -
ecuación siguiente:
(2.3.9)
SV dtC = SV dt { C 4 dC J di
( U X )
di) 4 S di dq
que, finalmente, equivale a:
•dC _ 1 d£ (2.3.10) di *"• V dt
Utilizando las ecuaciones (2.3.7) y (2.3.10) -
pueden determinarse el atascamiento del filtro y la con
centración de materias en suspensión del agua filtrada.
La ecuación (2.3.8) da el valor de la pórdida de carga.
Se plantea una dificultad por el hecho de —
que los coeficientes P y K son función del atascamiento
y deben establecerse hipótesis en relación con sus varia
clones.
b) Atascamiento de un filtro
El coeficiente de filtración P varía entre -
íicial P y O. Entre < o J
pone una variación lineal P = P
un valor inicial P y O. Entre estos dos puntos, se su-
\ i - a- j (2.3.11)
q) el atascamiento de la materia filtrante (masa
de sedimento por volumen unitario del lecho)
q l) valor máximo de q
Integrando las fórmulas (2.3.7) y (2.3.10) se
obtiene:
2- = 1 - e - A t (2.3.12) ql 1 4 e - At (Pol - 1)
con: A = __o o ql
c) Calidad del agua filtrada
Si L es la altura de la capa filtrante, se tiene
C C L
o (2.3.13) " - A t / Pol - 1) 4 e (e '
Si se desea cue el agua filtrada tenga una concen
tración igual o inferior a un valor determinado CT. , pue
de calcularse el valor de t a partir de la ecuación ante
rior, siendo conocidos los restantes factores.
d) Pórdida de carga
La variación de k, coeficiente de Darcy, es, por-
hipótesis, de la forma:
(2.3.1^) K K
o
1 4 (a - 1) q
Q l
1 - £ q l
Integrando la ecuación de Darcy, se obtiene:
P = K V y - . „ o > Po
que se descompone en dos términos:
— uno, K VI corresponde a un flujo clásico en me_
dio poroso no atascado;
- el otro corresponde al atascamiento de la capa-
filtrante.
Utilizando la ecuación (2.3.15) pueden estudiarse
las curvas de atascamiento y de pérdida de carga. IguajL
mente, puede calcularse el tiempo t necesario para al -
canzar el valor máximo P de pórdida de carga Pma__«
2.3.4 Filtración de lodos
La filtración de lodos ya sea natural o me
cánica, responderá a la aplicación de la ley de Darcy —
oue se ha obtenido en la forma t_ = a + OV (2.3 • *0 según v
se ha definido anteriormente.
2.3»4.1 Resistencia especifica del lodo
La resistencia específica del lodo (o coefi
ciente de filtrabilidad a una presión diferencial de -
0,5 bar) es una magnitud esencial, eminentemente repre
sentativa del lodo. El proceso de.acondicionamiento ten
drá por objeto reducir esta resistencia específica, de
forma aue se acelere la filtración.
La resistencia específica, r, se expresa en
cm/g en el sistema C.G.S.
Influye en ella el porcentaje de materias coloida
les que contiene el fango; en el caso de aguas residua
les urbanas, esta proporción de materias coloidales -
sigue sensiblemente la de las materias volátiles, y —
en la figura 2,3,3 se han representado "zonas" relati
vamente características de lodos frescos y lodos digje
ridos.
Resistencia especifica r(cm/g)
10 1 4
10 13
10
10
12
"// mí ,ié;¡lmm
40 50 60
primarios •activados
Fangos primarios frescos
70 80 % matarías orgánicas
Pig. 2.3*3 Resistencia específica de lodos
(fangos) urbanos
Teóricamente, la resistencia específica de -
un lodo es independiente de la mayor parte de las con
diciones de secado; es una característica propia de la
materia, independientemente de su concentración.
Sin embargo, en la práctica, el valor carac
terístico inmediatamente utilizable es el coeficiente-
de filtrabilidad R, para una presión diferencial dada;
en la mayoría de los casos, R es función de P.
2*3*^,2 Compresibilidad del lodo
Al aumentar la presión diferencial, se produ
ce, un cierre de los poros de la torta, que da lugar a
una resistencia mayor a la filtración. El coeficiente-
de compresibilidad del lodo interviene en la definición
del coeficiente de filtrabilidad, según la relación;
28.
R = 2 s r „ - PS •
En el caso de lodos minerales y granulosos, la
materia es prácticamente incomprensible y s = 0. Esto -
sucede con precipitados cristalinos (sulfato calcico -
carbonato calcico - fangos de descarbonatación, sin -
ayudante de floculación - tierra de infusorios, etc.) -
Puede trabajarse entonces a presiones diferenciales muy
fuertes. Los lodos procedentes de las aguas residuales-
urbanas tienen coeficientes de compresibilidad que va -
rian entre 0,7 - 0,8 para lodos frescos primarios, y -
Q$95 para lodos activados puros con muchas materias pro
teínicas.
Con muchos lodos orgánicos, existe una "presión
crítica" por encima de -la cual el cierre de los poros -
de la torta es tal que se hace imposible todo drenaje,-
Con lodos residuales urbanos, por ejemplo, no interesa-
prácticamente una presión de filtración superior a 15 -
bares.
2*3.k.3 Sequedad límite del lodo
Si se filtra un lodo a una presión diferencial
elevada (de 5 3L 15 bar), la curva de filtración t/v =
f (v) presenta la forma característica de la figura -
¿ . ¿ . ¿ .
Se observan tres partes en la curva:
- una parte rectilinea en la que se respeta la-
ley general de la filtración, como en el caso
de una presión diferencial menor (de 0,5 si 1
bar por ejemplo) La pendiente de la recta co
rresponde a la definida anteriormente;
29.
una parte asistótica en la que, al aumentar
el tiempo de filtración, no aumenta el volu
men de filtrado, Una serie de fenómenos comple
jos, como son la compresión diferencial de-
la torta, el aumento de la viscosidad del —
filtrado, el atascamiento del medio filtran
te y la deformación de los aglomerados de -
la materia por efecto de la presión, produ
cen este "blooueo"
una zona de enlace
Se define precisamente como "sequedad íirai-
la sequedad «de la torta o
un tiempo infinito de filtración.
te" ST , la sequedad «de la torta obtenida despuós de L
Mediante las curvas ST = f (p) puede deterrni
narse aproximadamente, en el caso de filtraciones a-
gra.n presión a la cual debe operarse para obtener la
sequedad deseada. La presión elegida deberá ser tal—
que el punto de funcionamiento se encuentre antes del
punto' de enlace esistente, si auieren mantenerse unas
condiciones de explotación aceptables (cadencia de -
filtración suficientemente rápida)
La sequedad límite será igualmente tanto más
elevada cuanto menor sea el contenido de materias co
loidales del lodo.
2.3.5 Transmisión de calor. Leyes Generales
El secado térmico es el procedimiento idó
neo, para eliminar la humedad de los lodos. Hay que con
siderar que si no se utiliza de una forma general, es p
por el coste económico. Solo interesa en los casos en-
que se pueda utilizar el lodo desesecado, como recupera
ble para un proceso industrial, o que el volú*men sea —
factor predonimante en el proceso de eliminación. Los -
lodos de una gran aglomeración urbana sin posibilidad —
de vertido directo al mar, ni con vertederos a corta -
distancia, pueden hacer aconsejable la incineración dé
los lodos. El estudio de la transmisión de calor, que -
a continuación se describe, es la teoria general de la-
ingenieria de procesos industriales básicos. Aunque para
esta rama de la tócnica, es elemental, se pretende que-
sirva de base para la explicación del secado natural de
lodos.
2.3.5*1 Energía calorífica
La idea de calor está supeditada a la idea
de su transmisión desde un cuerpo a otro de menor tempe*
ratura, pudiéndose, por lo tanto, definir el calor como
aquella forma de energía que se transmite gracias a una
diferencia de temperaturas. Sí dos cuerpos se hallan en
contacto, el calor se transmite del uno al otro directa
mente por conducción. Cuando no están en contacto tam -
bión hay transmisión de calor, bien sea por convección-
o por radiación.
Estos tres mecanismo, por los que se trans
mite el calor, pueden definirse de la siguiente manera:
Conducción es la transmisión de calor de -
una parte a otra del mismo cuerpo o de dos cuerpos que
eo onnifintmn en contacto físico, sin que tenga lugar -
Convección es la transmisión entre un punto
y otro de un fldido, entre un fluido y un sólido, o entre
dos fluidos, gracias al movimiento o mezcla de los flui
dos considerados. Si el movimiento se debe únicamente a-
las diferencias de densidades producidas por las diferen
cias de temperaturas, el mecanismo recibe el nombre de -
convección natural, y si el movimiento se favorece por -
procedimientos mecánicos, se denomina convección forzada
Radiación es la tranmisión de calor oue tie
ne lugar por absorción de energía radiante. Los cuerpos-
emiten ondas electromagnéticas en todas direcciones, y -
a todas las temperaturas. La propiedad más inportante de
dichas ondas es la de transmitir energía. Cuando éstas -
inciden sobre un cuerpo, una parte resulta reflejada, -
otra es transmitida, y el resto se absorbe. Aunque las —
ondas absorbidas pueden transformarse en otras formas de
la energía, como sucede en las trasnformaciones fotoquí
micas, por lo general se transfornan en calor. La luz es
energía radiante de este tipo, pero de menor longitud de
onda o mayor frecuencia. Las ondas electromagnéticas que
emite el Sol atraviesan el espacio en línea recta, pro -
porcionando a la Tierra luz y calor.
En realidad, la transmisión de calor se ve
rifica, simultáneamente, por más de uno de los mecanis -
mos citados. En cualquiera de los casos, la velocidad de
transmisión se expresa como cociente entre un potencial-
térmico (diferencia de temperaturas) y una resistencia.
dQ __ Dif. de potencial _ T- - T -
dt Resistencia i/TTA "~
z VA (T± - T2) (2.3.16)
En donde
—^ = velocidad de transmisión calorífica (en Kcal/hora) dt en la dirección del punto 1 al 2.
t = tiempo (en horas)
T_ = temperatura en el punto 1 (en se)
T« = temperatura en el punto 2 (en ^c)
U ar coeficiente global medio de transmisión calorífica
(en Kcal/hora) (ec) (m2) .
A = superficie de transmisión en (m ) •
El producto del coeficiente global, U, por la su
perficie, A, es el inverso de la resistencia (l/UA). U es
una conductividad, o sea, el inverso de una resistividad,
y constituye un mótodo fácil para comparar y relacionar -
las velocidades de transmisión de calor.
2*3*5.2 Desecación de solidos
Consideremos el secado de un material -
poroso e insoluble, colocado en una bandeja aislada; el-
medio secante es aire caliente que circula sobre su su —
perficie y que proporciona directamente por transmisión
el calor necesario para la evaporación del agua y la ca
lefacción del sólido. Si la velocidad del aire es tal -
que, virtualmente resulten inafectadas su temperatura, -
su humedad y su velocidad, se^obtienen unos resultados -
como los representados en la figura 2.3«5 que dan el -
de agua evaporada por hora y por kilogramo de salido
seco)
h-Periodo Periodo Periodo Periodo
•- ii * h i -*\*\0*\
XS=EXA
Contenido total en humedad, X. Kg/Kg
Pig. 2.3.5Velocidad de desecación en función de
la humedad total.
Se construye así la curva caracteristica de
la velocidad de desecación, curva que refleja el paso por
distintos períodos a medida que la humedad del sólido se
reduce desde un elevado valor inicial hasta el pequeño -
valor final, y que son los siguientes:
PERIODO I - Período inicial, durante el-
cual la velocidad de secado aumenta o disminuye rápida -
mente, desde un valor inicial. Su duración es relativa -
mente corta y en algunos experimentos no llega a obser -
varse, ' *
PERIODO I. - Primera etapa de secado, en -
la-cue la velocidad de desecación es constante.
nuye en mayar o menor proporción a medida que lo hace
el contenido en agua.
PERIODO III. - Este estado es inmediato al
Periodo II, aunque no siempre se diferencia claramen
te de él; mientras dura, la velocidad de desecación -
disminuye proporcionalmente con la humedad y es dis -
tinta de la cue corresponde al Periodo II.
Prolongando el secado en estas condiciones,-
llega un momento en que la velocidad se hace cero. El
contenido mínimo de agua que puede alcanzarse con una
desecación de duración infinita se denomina humedad -
de equilibrio.
La humedad de equilibrio X, es el límite al-
que puede llevarse la desecación de una sustancia con
un medio secante de determinadas temperatura, humedad
etc., y depende de la naturaleza del sólido, de la -
temperatura del agente secante y de su humedad relat^i
va. Aun tratando.se de un sólido, es difícil encontrar
una ecuación general que ligue todas estas variables-
que, por otra parte, debe ser de tipo experimental. -
Cualquiera que sea la humedad del medio secante, la -
humedad de equilibrio de una substancia depende de -
ella misma. Las substancias no prorosas y muy insolu-
bles tienen humedades de equilibrio prácticamente nu
las, mientras que. muchos productos orgánicos, como el
jabón, el cuero y la madera, poseen humedades de equi
librio que varían mucho con la temperatura y la humedad
del medio secante. De tres formas distintas puede es
tar ligada al producto el agua que constituye su hume
dad de equilibrio, a saber, absorbida por él, reteni
da en sus poros por fuerzas capilares, o combinada -
químicamente.
La humedad libre, F, es la diferencia entre it la humedad total", X y la de equilibrio, X, expresa -
das en kilogramos de arua por kilogramo de sólido se
co.
P = . X - X * (2.3.17)
Si la humedad total es X, la humedad libre,
P, será función de las mismas variables nue la de —
equilibrio, X. PJ1 valor de la humedad libre carece -
de significado si# con el no se conocen también la —
temperatura y la presión parcial del vapor de agua. -
del medio secante y la humedad de equilibrio del só
lido. De ordinario, la humedad de equilibrio es peque
ña respecto a la humedad total, por lo que la hume -
dad libre varía rrriy poco al variar la temperatura y-
la humedad del medio secante.
Las velocidades de secado se suelen repre -
sentar en función de la humedad libre y no de la hu
medad total, porque para cualquier materia, siendo -
constantes la temperatura y la humedad del medio se
cante, la velocidad de desecación es cero cuando la-
humedad libre es también cero.
El Periodo I es esencialmente inestable y o
durante el mismo las condiciones del secado se ajus
tan a las del rógimen estacionario representado por-
el Período I.
Si el salido inicialmente está frío, es decir,
por debajo de la temperatura de saturación abiabá" —
tica del agente secante, el mecanismo de la deseca
ción se explica porque, debido a la transmisión de
calor que tiene lugar desde los grases calientes a -
la superficie húmeda y fria del sólido, la tempera
tura del agua se eleva y se evapora después tomando
también su calor latente del gas caliente, Bl calor
se aprovecha también para aumentar la temperatura de
la superficie y la temperatura media del sólido. El
agua se evapora porque la presión de vapor de agua-
que moja el solido es mayor que la presión presión-
parcial del vapor de agua en el medio secante, Al -
aumentar la temperatura de la superficie aumenta -
la cantidad de agua evaporada y disminuye la veloci
dad de transmisión calorífica hacia el sólido; desp
pues de poco tiempo, el calor transmitido es igual-
ai necesario para la evaporación del agua, y cuando
se alcanza la temperatura húmeda, la cantidad de —
arrua evaporada es constante.
Cuando la temperatura inicial del sólido es -
más alta que la temperatura húmeda del medio secan
te el mecanismo dé regulación es el mismo; pero con
la excepción de que el calor latente necesario es -
mayor que el transmitido al sólido, por lo que la -
velocidad de desecación disminuye hasta llegar a la
del régimen estacionario.
Cuando la temperatura inicial del sólido sea -
la de saturación adiabática del medio secante no -
aparecerá el período inicial, por lo que el secado-
comenzará ya con una velocidad constante.
Periodo I, o periodo en que la velocidad de
secado es constante. Comienza cuando la humedad li
bre es P_-f y termina cuando la humedad crítica es -
Pp/como indica la figura (2.3«5) Cuando la deseca
ción se lleva a cabo en una bandeja aislada, este -
periodo se caracteriza por nue la velocidad de seca
do es uniforme y por que la temperatura en la super
ficie y en el interior del solido, es constante; Es
óste el periodo de redimen estacionario que se- al -
canza al final del Periodo X ,y se mantiene mientras o J
llegue a la superficie del producto (por capilari -
dad) la misma cantidad de agua que se evapora. Cuan
do no es así, la velocidad disminuye y termina el -
Período J de velocidad constante. Por tanto, su du
ración depende fuandamentalmente del mecanismo por-
el que el agua se desplaza dentro del mismo sólido.
En los sólidos porosos e insolubles, este -
mecanismo puede ser producido por la acción capilar
Se supone que el menisco superficial de radio peque
ño ejerce una fuerza de capilaridad suficiente para
extraer el agua a travos de los pequeños e intrinca
dos canales interiores que terminan en las interfa-
ses gas—agua de radios mayores.
El agua eliminada de la superficie del sóli
do húmedo necesariamente debe ser reemplazada por -
aire que penetre en el sólido a travos de los cana
les más anchos que están en conexión con los poros-
de la superficie. Debido a la complicada red de ca-
nalillos nue existe bajo la superficie del sólido,-
es posible one el aire entre tan sólo por unos cuan
tos poros; de esta forma la humedad cerca de la su -
perficie permanece lo suficientemente elevada. SI -
agua, continuará ascendiendo a la superficie a travos
de cualquier sistema de canalillos entrelazados, ha_s
ta que todos los meniscos en el extremo inferior de-
la columna de agua tengan el mismo radio de curvatu
ra que el pequeño menisco de la superficie desde el—
cual tiene lugar la evaporación. Una vez que se al -
canza este estado, la evaporación de una pequeña can
tidad de agua superficial hace que el nuevo menisco-
sea de menor sección y, entonces, la mayor fuerza de
capilaridad producida es suficiente para transportar
nueva cantidad de agua a la superficie. Esto ocurre-
efectivamente, pero los meniscos de los extremos in
feriores de la columna de agua pueden pasar a travos
de estrechos conductos hacia cavidades mayores, con-
lo que disminuiría la tensión superficial para-mover
el agua hacia la superficie. Sin embargo, los menis
cos de los canalillos superficiales volverían enton
ces a su posición primitiva, lo que permitiría nue -
el proceso continuara.
Transcurrido cierto tiempo, ha de llegar-
un momento en que los radios de los meniscos de Ios-
extremos inferiores de la columna de agua de cualquie
sistema de canalillos sean aproximadamente iguales -
a los de los poros superficiales más pequeños; a par
tir de este momento cesará el desplazamiento del -
agua hacia la superfici.e a lo largo de estos peque -
ños conductos.
Según este mecanismo de transporte de agua, la
humedad critica es función no sólo de la substancia
que se seca, sino también de su espesor y de la ve
locidad de secado.
Durante el período de velocidad constante la-
superficie mojada del sólido se comporta como una «
superficie de apua libre; el a^ua de la superficie-
ejerce una presión igual a la presión del vapor de-
agua, P , a la temperatura de la superficie. Así, —
para un medio secante con una temperatura T 'una —
presión parcial de vapor de agua p y una velocidad-
determinada, la velocidad de desecación puede expre
sarse por
dX = K M (P - P) (2.3.18)
A dt e
Análogamente, la velocidad de transmisión del
calor puede escribirse así;
<3
— = (hc + hr) (Tg - T l } v ( 2 # 3. 1 9) A
donde, h y h = coeficientes de transmisión del ' c J r
calor por convección y radiación
respectivamente.
T. = temperatura de la superficie del
sólido.
Puesto que la temperatura de la superfi
cié es fija durante el período de velocidad constante
admitiendo que el aumento de entalpia del agua evapo
rada es ifTual al calor latente, se tendrá;
K S M v (P - P) = fhc 4 hr] (Tg - T±) (2.3.20)
* ^Ti
p = p - h + h • * __c r
K M XT. g v* i
(T - T±) (2.3.21)
El Período II es el'primero de velocidad -
decreciente y comienza con la humedad libre F_ y termina
3 (fig1» 2.3.5 ) • S e caracteriza por una disminu -
ción de la cantidad de agua evaporada por unidad de tiem
po, porque la superficie de evaporación se desplaza —
hacia la*, capas interiores del salido húmedo con la -
consiguiente reducción del radio de curvatura de Ios-
meniscos, Gomo el calor suminstrado no varía, la tempe
ratura en la nueva zona de evaporación aumenta hasta-
llegar a la de equilibrio, cuyo valor depende princi
palmente de los radios de curvatura do los meniscos -
situados un poco por debajo de la superficie. A medi
da que la desecación progresa, la "superficie mojada"
disminuye hasta hacerse igual a cero. Durante todo -
este tiempo la evaporación es subsuperficial, y así -
termina el Periodo II.
La segunda humedad crítica P„'lo mismo que la
primera F- / no sólo es una "propiedad" del prodiicto -
húmedo, sino que depende también de la velocidad de -
secado y del espesor del producto.
El Período III es el segundo de velocidad de
creciente; se inicia en F~,cuando ha cesado el flujo -
capilar hacia la superficie, y continúa por mucho tiem
po hasta oue F = 0, en que la humedad del producto es-
la de equilibrio, X . Este período se caracteriza por-
existir evaporación subsuperficial exclusivamente, y -
como el agua que debe evaporarse cada vez está más le
jos de la superficie, el calor necesario para su eva -
poración debe penetrar hasta el interior del producto-
parcialmente seco, cuya temperatura superficial se -
aproxima, pero no es igual, a la temperatura del gas -
secante, T /# La temperatura de la superficie de eva -
poración tiende a un valor de equilibrio, y está deter
minada, en principio, por el radio del menisco.
La desecación, en conjunto, puede estar formada
por todos los periodos descritos o sólo por uno o más -
de ellos, según las humedades inicial y final. Para to
dos los períodos, las velocidades de transferencia de -
calor y de materia y los balances de calor y de materia
pueden expresarse matemáticamente. Sin embargo las -
ecuaciones resultantes son de poca utilidad práctica -
porque no se dispone de muchas de las propiedades im -
portantes, ni de los coeficientes de velocidad. Además-
la solución de tales ecuaciones sería demasiado compli
cada y engorrosa para que resulten de valor práctico.
La curva de desecación correspondiente a un -
aire de ciertas características vale para determinar la
velocidad de secado en el período en que ósta es cons -
tante, aunque sean otras las condiciones del aire emplea
do. Basta tener en cuenta one la velocidad de desecación
es proporcional a la potencia 0,8 de la velocidad del -
aire y a la presión parcial determinante del transporte
de materia. El dato a conocer más importante es la hurne
dad crítica primera (la que determina el final del Perio
do I) .
2,3,6, Centrifugación
La centrifugación es una técnica, que produce
la separación de una mezcla sólido—liquido, basándose
en la aplicación de una energía cinética a partículas
de distinta, densidad que produce una separación, por-
agrupamiento de materias homogéneas,
Esta técnica se emplea por primera vez, en —
Alemania en el año 1.902. Después se fué mejorando, -
introduciendo ya la máquina de proceso continuo y el-
acondicionamiento de los lodos por procesos de flocu-
lación con polieléctrolitros.
La aceleración a one se someten las particu -
las, suele ser superior a la de la gravedad, en una —
magnitud que oscila de 1.000 a 3.000 veces. Para el -
cálculo de estos procesos, se aplica las fórmulas de
mecánica clásica, siendo interesante definir la efica
cia de la máquina y la centrifu-rabilidad del lodo.
Se llama "centrifu^abilidad" de un lodo, a la
aptitud nue tiene la suspensión de poderse separar, —
por aplicación de energía cinética en dos fases bien-
definidas:
a) Liquido claro con un contenido de 100 —
mg/litro de materia sólida.
b) Torta sensiblemente homogénea de lodos.
Se ensaya en laboratorio y a una velocidad da
da y un tiempo dado se define las condiciones del li
quido y torta.
2.3.7* Otros sistemas
Para la deshidratación de los lodos se pueden
emplear otros sistemas distintos a los descritos ante
riormente, pero fundamentalmente el problema se centra
en eliminar, un tanto por ciento de agua muy elevado y
se recurre siempre a la filtración y evaporación. Se —
han diseñado procesos complejos, para lodos especiales
como piaeden ser los oue contienen una elevada propor —
ció*n de materias grasas, Se acondicionan los lodos con
sulfúrico y se actúa después por evaporación fracciona
da, o se les somete a chorros de vapor sobrecalentado.
También, se puede aplicar la técnica de "Lio-
filización". Dicho proceso es un secado discontinuo, —
consistente en sublimar directamente en vacio el hielo
contenido en un lodo congelado previamente.
2,4. Métodos de secado de lodos.'
2,4.1 Naturales
El medio natural de secado de lodos es el fil
trado sobre un medio poroso y la evaporación del agua
restante, hasta obtener un grado de humedad aceptable
para el fácil manejo de los mismos.
Esta operación, se puede realizar en Eras de
secado o Estanques de lodos.
2.4.1. Eras de secado
El primer método es el objetivo de esta té*sis
y por tanto dejamos su descipción y estudio para la -
segunda parte, donde se hará una revisión bibliográ -
fica y una aportación de conclusiones originales, ba
sadas en ensayos y estudio de las eras en funcionanien
to.
2.4.2.2. Estanques de lodos
Los Estanque de lodos, son balsas de tierra —
donde se seca el lodo digerido.
Su construcción es elemental, dado que se pue
•den hacer completamente de tierra. Pero hay que con -
tar con grandes extensiones de terreno, dado que la —
superficie necesaria es de cuatro veces la de la co
rrespondiente a eras de secado. Hay que tener en cuen
ta que el terreno escogido, debe ser poroso, para —
que actué como filtro.
Los inconvenientes de este método es que:
12) Se contamina elacuifero. Mientras en la era
el drenado se devuelve al proceso de trata
miento en este método no.
Hay que tener en cuenta, que el filtrado -
puede tener una contaminación en salidos, -
de más de 100 p.p.m.
2?) La dificultad de retirada o limpieza. Al no
ser una superficie completamente lisa, se -
hace difícil esta operación. Esta dificul -
tad, se puede paliar si se dispone gran can
tidad de terreno, y no ser necesaria su uti
lización, más que cada dos o tres años, dan
do tiempo a que se degrade totalmente la ma
teria.
32) Gran extensión de terreno con un aspecto es
tótico muy desagradable, pues no hay que -
perder de vista, que lo que se vierte es -
agua residual concentrada.
La ventaja principal es su fácil mantenimien
to y los pocos gastos de explotación.
2.4.2 Filtración mecánica
La aplicación técnica de la teoría de filtra
ción expuesta en el apartado 2.3 se concreta en la -
práctica en forzar el paso del agua., a través del ne
dio poroso y obtener así, nn rendimiento elevado.
La filtración mecánica puede ser:
a presión - filtros prensa
a vacio - filtros de vacio
2.4.2.1 Filtros de vacio
Fl tipo más usado para lodos de aguas residua
les, es el de tambor abierto. Existen otras técnicas
como pueden ser bandas porosas sobre las que se ejer
ce el vacio, pero el de tambor tiene la ventaja que-
es un proceso continuo.
El filtro giratorio de tambor está constitui
do, esencialmente, por un cilindro rotatorio, sumer
gido parcialmente en un depósito que contiene el lo
do que debe filtrarse. El tambor está formado por -
yuxtaposición de cierto numero de compartimientos es
táñeos entre sí y recubiertos por una tela que sirve
de soporte de filtración. Cada sector está unido a -
el distribuidor por una tubería.
Fig. 2.4.1 Esquema de un filtro de vacio de tamb
La filtración se realiza mediante un giro-comple
to del tambor y pódenos distinguir las siguientes zo
nas :
En la zona A, los sectores están unidos, a tra —
vas del distribuidor, con el elemento de producción —
de va.cío. El líquido aspirado es evacuado al exterior
a travé's de un recipiente de vaciado. La materia rete
nida sobre la tela se acumula formando la torta nue -
se va espesando.
La zona B es la zona de escurrido en la que con-
tintSa el drenaje de la torta sin aportación de mate -
ria, estando en comunicación los sectores con la bom
ba de vacío (eventualmente, a una presión diferencial
superior a la que reina en los sectores anteriores).
La zona C es la zona de descarga. Esta' descarga-
puede realizarse:
- por insuflación de aire comprimido y rascador;
- po insuflación de aire y puesta a la atmósfera;
- por un sistema de hilos o de cadenas;
- por un rodillo prensor con el oue se completa, —
además, el escurrido por aplicación de una sobrje
presión complementaria;
- por sistema de tela saliente.
Con esta solución, se separa totalmente la tela-
filtrante del tambor, El cambio de curvatura asegura-
el desprendimiento de la torta, que se completa con -
un raspado de seguridad. El lavado de la tela se rea
liza por medio de apua a presión (3 a k bar) inyecta
da sobre las dos caras. El rodillo que efecttta el cam
bio de curvatura de la tela pi:ede estar animado, even
tualmente, de un libero golpeteo.
La filtración continua de los lodos se realiza,—
industrialícente, con vacíos de 300 a 600 mm. de mercu
rio. El espesor de la torta varía entre 5 y 20 mmm -
Los filtros de tela saliente pueden funcionar con tor
tas más finas, es decir, con lodos de resistencia es
pecifica más elevada, gracias al lavado continuo de -
la tela, que limita considerablemente el peligro de —
atascamiento.
El tiempo de formación de la torta en un fil
tro industrial es de unos minutos. La velocidad de —
rotación del tambor es del orden de 8 a 15 revolucio
nes por hora.
Las telas filtrantes utilizadas actualmente -
están constituidas por fibras, sintéticas. Su tejido
debe ser lo más regular posible, y el paso de malla-
superior a 150 u . Se ha utilizado, en lugar de te
las filtrantes, una doble capa de resortes metálicos
con lavado exterior independiente. Esta solución, —
perfecta desde el punto de vista de un atascamiento-
presenta el gran inconveniente de producir filtrados
mvy cargados, debido al gran paso de malla, mientras
one los filtrados obtenidos con telas filtrantes son
claros y no ocasionan ninguna sobrecarga de la insta
lación cuando se recirculan. Los filtros de resorte—
por otra parte, son de explotación difícil, en el ca
so de lodos poco fibrosos, decreciendo notablemente—
su eficacia y perdiendo también su utilidad si los —
lodos contienen elementos gruesos, pues en el lavado
se separan los resortes introduciéndose entre ellos—
sólidos gruesos (que hacen que pierda homogeneidad —
la superficie de filtrado produciéndose huecos por -
donde se pierde todo el filtrado.
Con filtros de tela saliente, pueden considerar
se, en primer?, aproximación, los rendimientos de pro
ducción siguientes, si se trata de lodos residuales —
urbanos después de un acondicionamiento químico ade —
cuado:
lodos
lodos
lodos
lodos
lodos
lodos
dos
primarios
primarios
primarios
primarios
activados
primarios
frescos
digeridos
4 activados frescos
4 activados diferidos
solos, frescos
4 activados estabiliza
30
35
20
25
10
20
kg.
it
»»
1!
n
it
Estos rendimientos son del orden de 1.000 veces
superiores a las eras de secado.
La humedad de la torta procedente de lodos resi
duales urbanos acondicionados químicamente varía entre
el 72 y 21 80 ?J, según la resistencia específica. Este
grado de humedad es menor en el caso de fangos minera
les cristalizados.
Los lodos deben acondicionarse, químicamente. Ge
neralmente se usa cloruro férrico y cal. La dosifica -
clon varía según la naturaleza del lodo debiéndose rea
lizar experiencias en el laboratorio, para predimensio
narlo y corregir sucesivamente cuando vayan apareciendo
filtrados con una humedad muv alta.
La operación del filtrado es automática o semi-
automática. El operario se limitará a controlar la -
concentración del lodo entrante para variar la adición
de reactivos.
Los filtros de vacios se construyen con superfi
cies de alrededor de 50 m2, por unidad. Hay unos pe —
queños pero al ser una instalación costosa y compleja
solo se instala para grandes volúmenes de lodos y pa
ra poblaciones de unos 50.000 habitantes en adelante.
Las bombas de vacio utilizadas son del tipo de
anillo línuido. En el caso de aguas de aportación muy
duras, y en instalaciones importantes, puede preverse
un desendurecimiento o una descarbonatación del agua.
La duración de las telas puede alcanzar 3000 h.
de marcha. Las roturas pequeñas pueden repararse fá -
cilmente. Despüós de cierto tiempo de marcha, la cal-
de acondicionamiento atasca la tela por carbonatación
Es aconsejable efectuar operaciones periódicas de de
satascado; se realizan fácilmente llenando la cuba de
filtro con una solución de ácido clorhídrico pásivado
y cepillando la.tela.
Durante las paradas, debe lavarse el-filtro.
Los filtros de vacio son de funcionamiento se—
guro y de construcción salida, pero su buena conser
vación va unida, normalmente, al cjidado general de
la instalación.
Pueden construirse de materiales muy variados.
Generalmente son de acero pero, en el caso de fangos
muy corrosivos o que plantean problemas especiales,
pueden construirse de acero inoxidable, acero eboni
tado, titanio, plomo, madera, resina, etc.
2.4.2.2. Filtración a presión
Los filtros prensa utilizados normalmente para
el secado de lodos, son del tipo de placas. Un fil
tro está constituido, esencialmente, por una batería
de placas vericales yuxtapuestas y apoyadas fuerte
mente, unas contra otras, por tornillos hidráulicos
dispuestos en uno de los extremos de la batería.
Fig. 2*h.2 Esquema de filtro prensa.
Sobre las dos caras acanaladas de estas placas
(de fundición o de materia moldeada) se aplican te
las filtrantes. Los fangos a filtar llegan, a pre -
sión, a las cámaras creadas entre dos placas conti
guas. El filtrado recuperado por los canales, en la
parte posterior de las telas, es evacuado por medio
de conductos dispuestos a través de las placas.
Las placas constan, ademá*s de orificios cuya -
alineación constituye los conductos de alimentación
de fangos. Estos orificios van dispuestos en el cen
tro o en la periferia de las placas. Con la alimen
tación central parece conseguirse una mejor repartí
ción, por toda la placa, del caudal, de la presión y
por tanto, del drenaje.
Los conductos de evacuación del filtrado pue
den estar en comunicación, de una placa a otra, o -
ser independientes para cada placa. Con esta ijltima
solución puede efectuarse un control visual de la —
calidad del filtrado y, con ello, de la rotura even
tual de una tela.
Los filtros prensa, de placas, pueden alcanzar
superficies de 400 mZ» con superficies unitarias de
placas de casi 2 m2. El mimero de placas llega, en-
ese caso, al centenar.
Las telas filtrantes son, generalmente, tejidos
de fibras sintéticas. La elección cuidadosa de la ca
lidad de la tela tiene una gran influencia en el ren
dimiento de una instalación de filtración a presión-
En algunos casos, la tela filtante no va montada di
rectamente sobre la placa, sino sobre una tela sopor
te, más gruesa, con aspecto de fieltro, con lo que —
se consigue un reparto mejor por toda la superficie-
filtrante. La estanquidad del conjunto del filtro- -
prensa oueda asegurada por la presión, muy fuerte, -
de aplicación de unas placas contra otras. La presión
de filtración puede llegar a 23 bar, pero, para el -
secado de los fangos, muy rara vez interesa sobrepa
sar una presión de 15 bar.
El espacio que existe entre dos placas, en su—
parte central hueca, corresponde al espesor de la —
torta. El espesor puede oscilar entre J>0 y 15 mm, se
grin la resistencia específica, más o menos elevada,—
del fango, y la duración fijada para el ciclo.
En algunos filtros prensa, se disponen unas -
membranas entre las telas, que pueden ponerse a pre
sión, con aire comprimido, al final del periodo nor
mal de filtración, de forma que se aplinue una sobre
presión uniforme complementaria sobre la toVta y se-
mejore la extracción del agua intersticial. Este ti
po de filtro se utiliza con frecuencia en el caso de
extracción de un producto despuós del lavado de óste
Los filtros prensa pueden construirse con revés
timientos especiales, en el caso de suspensiones co
rrosivas.
Las fases del proceso son:
- Llenado (10 a 20 ^ del ciclo total)
- Filtrado (introducción de la presión)
- Descarga (apertura del filtro y expulsión de las
tortas)
- Limpieza (se realiza cepillando y aclarando la -
tela)
La duración oscila entre 2 y 6 horas.
La gran ventaja del fi7 tro-prensa consiste en que
pueden obtenerse senuedades elevadas sin pórdida de raa
terias en la fase líouida. Gon lodos residuales urba —
nos,pueden alcanzarse sequedades comprendidas entre —
el 35 y 55 $ según la naturaleza del fango y el tipo —
y grado de acondicionamiento. Su producción puede va -
riar, en las mismas condiciones, entre 2 y 10 kg/m2.h.
En contrapartida, el inconveniente del filtro-pren
sa es su funcionamiento discontinuo. En los filtros de
placas, era necesario separar manualmente las placas,-*
en la fase de descarga, sobre guías deslizaderas, de —
forma oue se desprendieran las tortas, unas después de
otras. Últimamente se ha automatizado.
La utilización de filtros prensa requiere, una-
mayor atención al sistema de alimentación y por tanto
aumenta en complejidad su manejo. Son puós aconseja
bles para grandes instalaciones, donde se pueda con
tar con un personal de mantenimiento y explotación —
adecuado que pueda regular certeramente los siguien
tes elementos:
— bombas de caudal regulable (membrana)
— depósitos de aire a presión con vaciado y llena
do cíclico.
— bombas volumétricas.
2.^.3 Centrifugación
Las centrifugadoras más utilizadas con lodos re
siduales procedentes del tratamiento de agua, son las
decantadoras continuas, de eje horizontal.
En estas decantadoras, se efectúan de forma con
tinua, tanto la alimentación como la evacuación del
inquido claro y del sedimento. Están constituidas, -
esencialmente, por un tambor cilindro-cónico o cónico
de eje horizontal, que gira a gran velocidad, en cu
yo interior, un tornillo helicoidal de extracción gl
ra, a su vez, a una velocidad ligeramente distinta.-
Este tornillo rascador se construye de acero especial
protegido, en toda su superficie en contacto con el—
fango, por una capa de metal de gran dureza.
Las decantadoras continuas se distinguen, en-
primer luírar, por su forma de alimentación: central
o tangencial, y por el sentido de recorrido de la -
suspensión bruta y del sedimento: el mismo sentido-
o sentido contrario.
1_1_1
l 1 l l 1
Pig, 2.^.3 esquena de centrifuga
La figura 2.^.3 representa, el esquema de una cen
trifuga horizontal con recorrido de el sedimento, en-
sentido contrario al del agua de centrifugado. La ali
mentación tangencial se hace por 1. y el lodo se ex -
pulsa por 3« El agua se elimina por 2.
Los factores de construcción más importantes para
el buen funcionamiento de una decantadora qontinua, -
son:
- la forma geométrica del tambor,
- la velocidad de rotación del tambor
- la velocidad de rotación del tornillo
- el paso del tornillo.
El tambor debe ser cilindro-cónico; la parte ci
lindrica corresponde esencialmente a la fase de decan
tación, y la parte cónica a la fase de transporte del
sedimento hacia su evacuación. En el paso de la parte
cilindrica a la parte cónica, el sedimento se encuen
tra sometido a una fuerza de reflujo tanto menor cuan
to menor es el ángulo del tambor. Esta fuerza no debe
destruir la cohesión del fan^o espesado; en caso con
trario, la extracción no será buena, o será de nuevo-
puesta en suspensión en el agua una cantidad importan
te de materia, seca.
Puede reducirse tambión la fuerza de reflujo -
disminuyendo la velocidad de rotación del tambor, pe
ro no excesivamente, ya que la sequedad del sedimento
puede llegar a ser insuficiente.
3, REVISION BIBLIOGRÁFICA SOBRE ERAS DE SECADO
3.1, Introducción .
El tema de las eras de secado, se expone en todos
los tratados de aguas residuales, como el primer méto
do de secado de lodos, dándole poca importancia y limji
tandose a definir los principales parámetros, Pero al —
considerar las variables ^ue intervienen en su defini
ción, es cuando aparece la importancia de una correcta
definición de cada una de ellas, para un correcto fun
cionamiento del sistema. Por otra parte la observación
en la realidad de que hay eras cue funcionan perfecta
mente y otras que no cumplen su cometido, es cuando -
aparece la necesidad de definirlas perfectamente,
3*2, Eras de secado
3,2,1. Definición
Son estanques con un fondo de arena sobre grava-
graduada , en los que se introducen los lodos para su -
sequedo. Dicho secado se produce por drenaje en el fil
tro y deshidratación por evaporación.
3.2.2. Descripción del proceso de secado
El lodo introducido en la era sigue el proceso-
de filtración y evaporación, de una ^orma carácteris —
tica. Este fenómeno esta descrito en el Manual de Sa —
neamiento de Poblaciones de Imhoff en la página 195 -
de una forma muy completa, siendo en general, no estu
diado en las publicaciones revisadas. A continuación —
se incluye dicha descripción:
"Cuando se deja fluir sobre una era de arena al
fango digerido húmedo para su desecación, los gases con
tenidos en ól tienen una gran importancia. El fango ejs
taba en la solera del digestor, en donde se coloca el-
tubo de fanpos, que se encuentra, bajo la alta presión—
del agua, y por consiguiente tambión sus gases. Al ex
traer el fanro y salir por el tubo pierde esa presión
las burbujas de gas se hinchan, y los gases que esta
ban disueltos en el a ua de fango nued^.n libres. Así,
el fango que sale es espumoso y su peso es menor que—
el del agua.
Cuando el fango llega en ese estado a vina era
de secado, sobrenada en su propia agua. Esto se com —
prueba fácilmente en una probeta cónica.
Por tanto, el tango digerido conteniendo f^ases-
desprende su agua, hacia abajo, al contrario que el -
fango desgasificado que cede su agua hacia arriba. —
Cuando hay que elevar el fango a la era de secado no
se deben emplear bombas de aspiración que puedan des
gasificarlo. Se preferirán calderines, profundos de —
aire o elevadores de aire comprimido. También se pue
de disponer un digestor secundario elevado en la era-
de secado. !>n digestores de una fase, provistos de —
instalación de recirculación, se puede dejar desean —
sar el fango en la parte más baja para que se espese—
allí y pueda formar nuevos gases, antes de sacarlo.
La separación del fango de la masa principal —
de su agua es un hecho desde el primer día. A continua
ción sigue la desecación por evaporación en la prime
ra o segunda semana. Por el aspecto de las grietas de
secado se puede reconocer muchas veces cómo estaba —
constituido el fango líiquido. Pocas grietas y delga
das se presentan en un fan^o pobre en agua y bien di
gerido que al sobrenadar en su propia agua no necesi
taba modificar demasiado su estructura y tínicamente —
sustituye su agua por aire. Grietas muy numerosas y —
de anchura- regular indican un fango digerido que por—
su contenido en fango activado o en coagulantes era —
muy rico en a. ua y no tenía más solución que la evapjo -
ración para desprenderse de una gran parte de su agua.
Pocas grietas y muy anchas indican un fango pegajoso
y mal digerido one solo se puede'secar por evapora -
ción durante un tiempo muy largo.
El Manual de Tratamiento de Aguas Negras del
Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York, des
cribe también el fenómeno de la flotación, reseñando-
su importancia en la fase de drenaje que indica que —
suele durar las 12 o 18 primeras horas.
Para mejorar el drenaje se recomienda el uso
de floculantes (l kg. de alumina por 2 m3• de lodo)
3.2.3 Forma de las eras.
Las eras suelen ser rectangulares. La profun
didad de la balsa permitirá la introducción del lecho
de arena y la lamina de lodo que se vaya a desecar.
La superficie de era de secado se divide en-
módulos por las razones siguientes:
a) Operatividad: hay que tener en cuenta que el
lodo se va produciendo continuamente y que -
su eliminación se hace de una forma periódi
ca, por tanto al tener que llenar la era hajs
ta una altura determinada, es necesario que con una
cantidad no muy grande de lortos (de 10 a 30 m3 • ) se
llene un módulo.
b) Drenaje: al existir un sistema de drenaje-
independiente para cada módulo el recorri
do de una ^ota de agua desde el punto más-
lejano al tubo principal no debe de exce
der de 3m*
- Imhoff recomienda que el rectángulo oscile
entre h y 6 m. de ancho, siendo la lóngi -
tud indefinida.
- Degremontfija cono limites 8 m. de ancho y
20 de longitud.
- Paz Maro to y Paz Casañé* fijan el ancho en
tre k y 5 metros.
- Fair, G-eyer y Ckun recomiendan no sobrepa
sar los 6 metros de ancho ni los 30 m. de
longitud.
Todos estos autores suponen estas limitació
nes para pemueñas plantas y con un solo punto de aljL
mentación. Hay oue tener en cuenta aue las dimensio-
ríes se ven limitadas por la necesidad de un llenado
rápido, para que se pueda formar una capa de lodos-
considerable en reposo para que funcione el mecanís
mo de flotación,
3.2.4 Granulometría de la masa filtrante.
De.^remont propone una capa filtrante de arena
de "10 cm, de espesor de 0,5 a 1*5 rom., dispuesta -
sobre una capa soporte de 20 cm, de ^rava de 15 a -
25 mm."
El Manual del Justado de Nueva York da un espe
sor de capa soporte de JO cm, y una capa filtrante-
de 15 a 22,5 cm. de "arena limpia"
Pair solo indica ^ue la capa de "arena para -
filtro" tendrá un espesor de 10 a 16 cm, sobre una-
capa soporte de /»rava,
Imhoff la describe de la siguiente forma:
Las eras de secado están formadas por 25 cm.—
de.espesor de escoria o de cascote en tres capas, -
de modo oue la más gruesa, esto debajo, y la más fi-s
na, encima. Sobre la capa superior se pone otra de-
10 cm, por lo menos, de arena o de menLido de cok, -
En América se emplea arena de 0,3 a 0,5 mm. de tamaño
eficaz y coeficiente de uniformidad inferior a 5» La-
arena se va yendo poco a poco con el lodo.
P. Aarne Veselind (Treatament and Disposal of -
Wastewater Sludges) indica que se dispondrá 6 pulga -
das de "arena fina" sobre una capa de 3 pulgadas de —
"arena gruesa" colocadas sobré un soporte de grava -
fina, media y gruesa cada una de 3 pulgadas.
3»2«5» Superficie necesaria.
El cálculo de superficie necesaria se plantea —
de dos formas o partiendo de tablas oue nos dan dire£
tamente la superficie necesaria o a partir del void -
men de lodo producido (depende del proceso y la carga
contaminante del agua) y suponiendo el mimero de ve -
ees que se puede llenar una era al año con una altura
de lodo dado.
Jmhoff supone una altura de lodo de 20 cm, y -
oue se puede llenar 7 veces al ano una era. En este -
supuesto obtiene 0,067.m2. por habitante, equivalente
•a 15 habitantes por m2. suponiendo una producción de
lodo de 0,26 l./ha^.dia en una instalación con solo -
una decantación primaria y digestión. Con lechos bac
terianos obtiene 10 hab./m2. y con activación de lo -
dos 5 hab. /m2.
Degremont supone que el ciclo de secado es de un
mes (12 veces al año) pero advierte que la climatología
puede reducirlo a 3 o h veces al año.
Paz Maroto y Paz Casañé, consideran que la utili
zació*n normal de las eras es de 9 veces al año. Consi
deran que un tratamiento de lodos activados requiere -
un metro cuadrado para 15 a 20 habitantes y para nues
tro clima la media puede estar entre 20 y 35 habitan —
tes por metro cuadrado. -También citan las especifica -
clones dadas por los americanos, que coincide con las-
cifras dadas por cftros autores (Aarne Veselind, Manual
de Nueva York.
Las necesidades de superficie son;
HABITANTES POR METRO CUADRADO
TRATAMIENTO DESCUBIERTOS CUBIERTOS
Primario 10 lk
Lecho bacteriano .7 8
Lodos activados 6 8
Tratamiento qtlímico 5 7
El Manual de Tratamiento de Ar<?uas Negras (N*Y*)
indica que estas cantidades están calculadas para una
latitud comprendida entre los hO y h^9 debiéndose dis
minuir o aumentar en un 2^cfi> por debajo y por encima de
dichas latitudes.
En Inglaterra según Veselind varían los habi
tantes por metro cuadrado de 3 a. 2, Es importante cons
tatar este dato dado la climatología de este pais, que
nos da la influencia de la humedad en el secado.
En cuanto a la altura de lodos nue se debe ver
ter en las eras, oscila entre 20 y 30 cm,
- Veselind indica oue debe estar comprendido, en
tre 6 y 12 pulrradas (l5t2k a 30th8 cm.)
- Imhoff y el Manual de Tratamiento de Aguas Me -
gras del Estado de Nueva York lo sitúan en 20 cm,
— Degremont indica que debe ser del orden de 30 cm,
— Paz Maroto y Paz Casañá* lo sitúan también en -
20 cm.
3,2.6, Humeda.d de los lodos.
Los lodos que se van a secar, tienen una hume
dad muy variable dependiendo del proceso de depura —
ció*n seguido y sobre todo la existencia de un espesa
miento previo.
Para Vaseline la concentración de los lodos —
es la siguiente:
fo
Lodos primarios h - 8
Lodos primarios digeridos 6 - 1 0
Lodos activados 0,5-1,5
Lodos primarios más activa dos digeridos. 2 - h
Lodos químicos 0,5 - 1,5
Jmhoff da unas concentraciones más altas
Lodos primarios digerido 13
Lodos primarios más actj.
vados digeridos. 7
Fair propone las siguientes concentraciones:
*
Lodos primarios 295 - 5
Lodos primarios espesados 8 - 10
Lodos primarios diferidos 10 — 15
Lodos activados 0 , 5 — 1
Lodos primarios más activa
dos digeridos. 6 - 8
En cnanto a la humedad de los fan-os secos, los
autores Paz Maroto y Paz Casarle e Imhoff la sitúan en
un 551^
Degremont dice que pi^eden conseguirse se^ueda —
des hasta de un 65%,
El Manual del Estado de Nueva York afirma nue -
con una humedad de 60 al 70*f> la torta de lodo es mane
jable a pala.
3»2.7* Retirada de los lodos secos.
La retirada de lodos secos, se realiza general
mente a mano, sobre todo en las plantas pemieñas,
Todos los autores recomiendan accesibilidad de
las eras y facilidad de almacenamiento y extracción.
En las grandes instalaciones se mecaniza la re
cocida, indicando De/^remont rué se incrementa en un
50^ la "capacidad industrial" de secado de las eras.
El Manual de Tratamiento de Apuas Negras del -
Estado de Nueva York da las indicaciones prácticas-
como :
- Si la retirada se hace a mano y con carretilla
hay oue disponer andenes para la circulación asi co
no de tablones para poder circular por la era.
- La mejor herramienta para la recocida a mano —
es un rastrillo con los dientes separados 2,5cm.
- Si entran camiones en las eras, grandes insta
laciones, deben tener caminos de radadura de hormi
gón. Los vehículos oruga no dañan los lechos.
La re-corrida mecanizada requiere una fuerte —
inversión ya que hay qi~e disponer un sistema que -
tenida un rascador que vaya separando el lodo de la-
arena y lo va almacenando en depósitos laterales. —
Es de ,<=rran complejidad.
Una vez separados del lecho se pueden cardar
directamente a camión o almacenarlos en tolvas espe
cialrnente • concebidas para ello. El transporte se ptie
de realizar por medio de cintas transportadoras de
goma,
3.2.8, Otros factores, a considerar.
La lluvia es un factor oue se/jnn varios auto
res, si no es excesiva, no tiene ^ran importancia en
el proceso de secado. Se abren-las grietas al iniciar
se el socado y la lluvia pasa directamente al filtro
de arena y al no producirse un lavado intenso se fil
tra el a m a a Tina *?ran velocidad.
El hielo, pp 'jn Paz Haroto y pas Casa ríe", pue
de ser no perjudicial piies al deshelarse el lodo ce
de su. humedad con ma^^or rapidez.
Otro factor considerado es la posibilidad de—
cubrición de las eras. Se indica oue se puede doblar
la capacidad de la instalación. Pero también hay pue
tener en cuenta nue la ventilación ha de ser perfec
ta, pues si no, funciona mejor en tiempo seco una -
era abierta oue cerrada. La reposición de arena es —
un factor a considerar y solo en el Manual del Esta
do de Nueva York fija en 2,5 cm. por año.
3*3* Conclusiones.
De la revisión bibiliog-ráfica anteriormente —
expuesta se pueden sacar las siguientes conclusiones:
le) El tema es tratado sin mucha profundidad en -
los textos de a ruas residuales.
22) Se consideran las eras de secado como el pri
mer método de deshidratacián de lodos y por—
tanto se recurre a la experiencia para, su d L
tensionado»
39) La forma de las eras se las dimensiona aten
diendo al drenaje, cuando la limitación es -
operativa. Uo se pueden llenar continuamente.
4-s) La superficie necesaria es muy variable pues
oscila de 2 a 35 habitantes por metro cuadrado
de era. Bs decir se deja al proyectista un —
campo muy amplio, 17#5 veces, lo cual condu
ce a infradimensionar las instalaciones.
5S) La altura de lodo sobre era se sitúa entre -
los 20 y 30 cm.
La pérdida de humedad de los lodos se debe
a un proceso de filtración-evaporación pe
ro no se describe ni se estudia dicho meca
nismo. B'l efecto de la lluvia no se consi
dera prácticamente y no se menciona la cli
matología, factor esencial en el secado de
salidos al aire libre por evaloración de —
arjua. mediante corrientes de aire seco.
El estudio de la filtración practicamente-
es nulo y no se define la granulómetría —
del medio poroso ni su necesaria reposición.
Las eras de secado de lodo se pueden consi
derar de escasa aplicación en las nuevas —
depuradoras, que se construyan para pobla
ciones de más de 25*000 habitantes, no ocu
rre así, en las pequeñas poblaciones, ya -
que su instalación es obligada. Pero la -
existencia de ^ran cantidad de estos nil —
cieos, hace que crezca la importancia del-
saneamiento de sus a.puas. La perfecta depu
ración del a^ua residual, si la elimina -
ción de los lodos es deficiente, puede re
percutir en una. evacuación periódica de un
efluente de lodos al cauce, P)sta operación
bastante frecuente, /anula todo el efecto-*
del tratamiento, pues aunrue digerido los
lodos, una contaminación tan elevada y en
poco tiempo hacen mucho más pernicioso su
efecto.
Perfeccionar e intentar mejorar los
parámetros, que definen un elemento de un
proceso técnico es una razón suficiente -
para que se inicie el deseo de realizarlo
por parte del autor, pero ademas en los —
cinco añas de actividad profesional en —
este campo, ha encontrado siempre que el-
tema de las eras de secado no era abordado
con la suficiente intensidad en las pub 11
cac.iones consultadas. Es decir al surgir-
una dificultad, (falta de superficie) e -
intentar corregirla se ha encontrado fal
to de apoyo bibliográfico y al tener que—
redactar una tesis doctoral ha sido el mo
mentó de poder profundizar y desmenuzar,—
dentro de las limitaciones propias, y sa
car conclusiones que puedan servir en fu
turo a personas interesadas en el tema.
78 .
h PET" r )I rXN'A-CTPif P E T-OS PA"° • \ rH? 'T ,TS' ^ E T E A M ^ ^ T A L ^ S E E L
ET.r-TE'rSXO!EAEO DE " R A S PE SECADO..
h0 Determinación de los parámetros fundamentales del —
dimension^do de eras de secado.
4.1. TntrodnccAón,
Como contribución original al conocimiento del
tem?, se pensó en un principio en un desarrollo comparati
vo con otros métodos de secado de lodos. Pero en el desa -
rrollo del trabajo fue" apareciendo paulatinamente la nece
sidad de profundizar en la propia definición de las eras -
de secado. Dentro de su sencillez y las pocas variables -
que se manejan, un error de proyecto pnede repercutir en —
la no funcionabilidad y operatividad de la era.
Un tema que rápidamente destacó, por su impor
tancia y lo poco estudiado que estaba, fue" la granulometrfa
del filero y las limitaciones de tamaño de la area.
El estudio de la superficie necesaria se trata
ba generalmente como consecuencia de una revisión de datos
empíricos. Apareció rápidamente la importancia qiie tiene —
la climatología en su definición y la posibilidad de cono
cida ósta deducir el tiempo necesario de secado que junto—
con el voliimen de lodos a secar producidos nos darán la —
cantidad de superficie necesaria.
El fenómeno de evaporación planteó la duda de
oue era mats importante si el aporte de energía por ra
diación solar o el secado por corriente de aire a una
velocidad dada y con un ?rado de humedad variable.
El funcionamiento de la masa filtrante plan -
teó la duda de si se pod-^ia asimilar a un filtro len
to de eiqnps potables.
Todas estas consideraciones conducen a afir
mar ove procesos oue en el desarrollo de la técnica se
consideran rutinarios y de los cuales se tiene una -
gran experiencia con el tiempo pierden calidad en —
su ejecución y bajan los rendimientos. No quiere el—
presente trabajo revisar una experiencia rue se ha —
manifestado efectiva, sino aportar un estudio de ella
y sacar las consecuencias y conclusiones oue puedan -
orientar al proyectista y asegurar una aceptable ex -
plotación.
4.2. Descripción del proceso.
4.2.1. Volumen de lodos.
En cuanto al voli'nen de lodos hay que te
ner en cuenta, one es una consecuencia ló/~ica del pro—
ceso a que se somete el agua residual. Influirá" también
el rendimiento del proceso. En la página 13 se incluye
la ta.bla dada por Imhoff donde se establece la produc -
ción de lodos en litros por habitante y por día. Dichas
cifras contrastadas en las plantas del Ayuntamiento de
Madrid nos parecen aceptables con dos pimtualizaciones:
le) La cantidad de lodo sin digerir, nos parece —
un poco alto. (30^1 de incremento sobre las cjl
fras obtenidas en la práctica) .
23) La reducción debida a la digestión es muy -
fuerte debido a que supone una fuerte concen
tración, aparte de la destrucción de sólidos-
que se originan en el. proceso (0,65r")
Por tanto se puede tomar como cifra válida pa
ra un proceso de depuración biológica la cantidad de -
0,50 litros habitante dia y para oxidación total la can
tidad de 0,24 litros habitante y día.
Es decir que por habitante y año precisaremos
un voli'men de era igual a 182,5 litros y 87,6 litros -
respectivamente.
Insictirnos una vez más que este dato es conse
cuencia lógica de un proceso y por tanto al diseñar una-
Estación Depuradora se dispondrá de el en el momento -
en nue se plantee el problema del secado de los lodos,
4.2.2, Conducciones de lodo y llenado de eras.
Las conducciones de lodo deben ser lo más acce
sibles posibles. Su principal enemigo son los atascos-
Por esta razan es recomendable la utilización, donde -
sea posible canales abiertos mejor que tuberias. Para-
su cálculo se puode tisar"l<? fórmula (2.2.1.) con las -
características de los lodos alli definidos en cuanto-
a viscosidad y densidad.
En las finirás ^.2.1 y 4.2.2. se muestra el ti
po empleado de canaletas y arqueta de reparto y verte
dero.
Es muy importante que el vertido se hapa sobre-
una superficie de hormigón y no sobre la arena. Se po
dría producir un levantamiento de arena, al verter di
rectamente, que podría lograr al cabo del tiempo la -
"perforación" del filtro. Es un detalle constructivo de
gran importancia.
SI llenado se realiza de una forma paulatina, -
como muestra la figura 4.2.3. y hasta, nue se llegue -
a la altura deseada o hasta nue llegan los lodos a la-
cota del canal, (fip. 4.2.4.)
La velocidad de e^tr?da del lodo en la era debe
ser len4~a para oiie no produzca arrastres de arena.
Ss importantísimo que el sistema de conducción
y llenado asegure la homogeneidad del lodo y la perna
nencia en su interior del gas, tan importante para el
proceso de flotación.
4.2.3» Separación por flotación de sólidos.
Una vez el lodo rueda en reposo en la era, se
produce el fenómeno de desprendimiento de pases (fig.
^.2.5») nue produce una separación por capas de la -
nasa vertida (Pip* ^.2.6.)
??n los ensayos renlirados para la. redacción de
esta tósis se llepó a los siguientes resultados:
- Concentración del lodo 3>3/'
A los veinte minutos de iniciado el ensayo se
produjo el.fenómeno ouedando los 20 cm. iniciales de
lodos divididos en dos capas:
a) Capa de lodo concentrado al 7,8% de 14 cm. de
altura.
b) Capa de a-nía de 5 cm. de arrua con una concen
tración del l,5r/.
• Sn la figura 4,2.6, se aprecia cue sobre la are
na se deposita una capa de sólidos decantados, cue di
ficultan la filtración. Producen un atascamiento del-
filtro. Los sólidos no penetran en la masa del filtro
más que décimas de milímetro,
4,2,4, Filtración.
Desde el inicio del proceso se produce una fil
tración de" parte del agua que -contiene el lodo. Empie
za con una velocidad del orden de 3 a 9 litros por -
metro cuadrado y hora y a medida ^ue se va atascando-
el filtro va bajando hasta llegnr a estabilizarse en
tre 0,5 y 1,5 litros por metro cuadrado y hora. SI -
filtrado rápido se produce en las primeras 6 horas y—
el lento hasta el tercer dia. En la figura 4,2.7* se-
aprecia la salida continua de liquido en la era. expe
rimental y la poca, penetración de los sólidos en la -
masa de arena, Experimentalmente, se ha determinado —
que el a. ua que se pierde por filtración equivale apro
ximadamente a un 70% del vollamen de lodo filtrado. El
lodo con el que se realizó la comprobación tenía una-
concentración del bf:,. Por tanto la humedad relativa -
sería de:
3 0 - 4
30
0,86
Es decir que concuerda con la determinación ob
tenida en el Anejo 1 para ol ensayo (E 09.76) que ob
teníamos un lodo de 82^ de humedad. La diferencia del
4p con el ensayo, está en que con 100 horas de seca
do ya ha perdido esta cantidad por evaporación.
El agua de filtrado según los resultados obteni
dos en el ensayo reflejado en el Anejo 1. apartado —
1.4.2. son inferiores en 100 p.p.m. en sólidos. Como
los lodos tenían una concentración de 33253 p.p.m. la
reducción es del 99,75?>
kt2.5» Evaporación
Por filtración hemos dicho iue se pierde el 707$
del a ir., pero para llegar ha una humedad del 55(^ he
mos de eliminar todavía un 20'J« El tínico medio es la-
evaporación.
Podría parecer que se elimina por un aporte de r
energía calorifica solar por radiación. Pero el prin
cipal sistema de eliminación de humedad es el produ
cido por el aire seco con una humedad relativa infe
rior. El aire al pasar por la superficie de la era —
seca la torta de lodo. La capacidad de secado del —
aire en determinadas condiciones llegará hasta la hu
medad de equilibrio del lodo, Esta humedad sería a la
que se llegaría con un secado de tiempo infinito sin—
variar las condiciones.
Al secarse la superficie de la torta de lodo—
por capilaridad va subiendo el agua y se va secando —
toda ella. Este fenómeno está estudiado en el aparta
do 2.3*5• de una forma teórica, suponiendo que se co
noce el grado de hiimedad del aire de secndo y su velo
cidad de circulación.
En la práctica no se puede establecer una cur
va característica de desecación, ya que varía el pro
ducto a secar y las condiciones del aire de secado.
A3; b^jar la humedad del 80,f empiezan a apare
cer unas grietas en la masa del lodo (fig. 4.2.8.) -
por donde se sigue activando el contacto lodo.
La influencia de la velocidad del aire en el—
seccido se ha constatado en el ensayo realizado con -
unas eras experimentales en las que las E.01 y E.02—
no podía penetrar el aire por ser cilindricas alarga
das y las E.03 y E.04 que eran un cilindro aplastado
Las humedades a los catorce días eran respectivamen
te (Anejo 1.4.1) del 75f> en las que no había airea -
ción y 5 ^ en las que si había.
Segiítn las condiciones climatológicas se puede -
llegar a una humedad del 55?> en un periodo de 15 a 20
dias. Hay que tener siempre en cuenta que no se pue
de bajar a una. humedad inferior a la del aire. Este-
es el factor climatológico que limita el secado.
k.2.6. Retirada de lodos.
Al llegar a una humedad del 6ofC se pueden mane_
jar los lodos a pala o rastrillo. Es-mejor la segun
da herramienta, pues se pierde menos arena.
Generalmente si no hay escasez de eras, se sue
len amontonar en una de ellas, donde sigue perdiendo
humedad, pudxend.o llegar a convertirse en pulvurulen
to. TamKien se suele utilizar en Estaciones más gran
desf tolvas de almacenamiento. Suelen ser elevadas, -
para poder cargar sobre camión por gravedad, Para -
acarrearlos a las tolvas,se usa generalmente cintas-
transportadoras de goma.
La retirada de lodos es una operación sencilla
si ha sido prevista por el proyectista. Por lo tanto
es recomendable dejar andenes amplios donde pnedfin -
maniobrar los vehículos.
Si la retirada es mecánica las eras pueden estar
a nivel del suelo. Pero si va a ser manual conviene -
que estén elevadas para que el esfuerzo para la carga.
a. camión sea minino,
k,2*7» Renovación del filtro.
Una ve?; utilizada la era hay que dejarla libre -
de restos de lodos secos. Rastrillar la arena y conse
."•uir una superficie lo más plana posible.
Con la retirada del lodo la capa de arena que —
está en contacto con ól se queda pecada y por tanto -
se pierde, Fs decir, hay que preveer una reposición -
de arena. Teniendo en cuenta cue el espesor de arena—
r-ue nneda negada es de unos dos milimetros, hay nue —
reponer 20 litros de arena por metro cuadrado de era.
Esta operación equivale al lavado y reposición-
de un filtro de agua potable¿ Cerno se ha podido apre
ciar en los ensa.yos¿ los sólidos no penetran méis de —
dos milímetros en la masa del filtro, que son precisa
mente los nue.se pierden en la retirada, por tanto se
produce un lavado.
Es también conveniente nue entre dos ciclos de
secado, ~;e produzca, un lavado con a.TU a limpia de la-
era. Si se producen lluvias, quedan lavadas las eras-
de una forma natural.
4,3, Determinación de parámetros.
4,3.1» Introducción
La determinación de los parámetros de dise_
ño de las eras de secado se realiza, basándonos en dos
metodologías:
a) Recopilación de la experiencia del aufor,—
en la explotación de Estaciones Depuradoras
de A TU as Residuales,
b) Resayos de laboratorio y en eras en modelo
reducido realizadas
Es decir es una combinación, en nue la expe
riencia se contrasta y se razona pasando de ser un mé
todo empírico a uno analíitico.
4,3.2, Dimensiones de, la era,
Wo existe ma's limitación que la de la opje
ratividad.
El drenaje se puede hacer satisfactoria -
mente con cualquier forma nue ten^a la. era. Todo es —
cuestión de calcular los diámetros de las conducciones
capaces de transportar los máximos caudales instanta —
neos.
Lo oue nos limita las dimensiones de las-
eras es :
a) Volumen ele lodo -ue podamos disponer de —
una vez,
b) Velocidad de circulación del lodo en la —
era para oue no se produzcan arrastres,
c) Posibilidad de formar en un tiempo corto—
un manto de lodos en el que se pueda pro
ducir el fenómeno de la flotación, El --
tiempo idóneo pueden ser 10 minutos.
Un módulo ideal puede ser de 5 x 12 m. que
nos da una superficie unitaria de 60 m2, oue llenados-
basta una altura de 20 cm» representa una velocidad de
llenado de 25 l/sg, .
Las pendientes del fondo de la era serán -
corno mínimo del 3f-> para facilitar el drenaje.
Los muretes laterales no sobre-saldran, más
de 50 cm. sobre el lecho de arena, pues porjudicaría-
el efecto de secado producido por la corriente de ai
re seco,
4.3 .3. Granulóme tría del filtro.
Se han realizado ensayos en los cue se ha —
determinado la ^ranulometría de las arenas usadas en—
El Pardo y ^anotaras.
La ^-.ranulometrias expuestas en el anejo n$2
nos indican r-ue un filtro idóneo, debe tener una talla
efectiva, entre 0,2 y 0,4 mm. y nn coeficiente de uni
formidad inferior a 4.
Con estas ¡^ranulometrías se han determinado
las velocidades de filtración obteniéndose la curva —
oue se representa en la fi T. 4.3.1. apoyándonos en —
los resultados relac.iona.dos en el anejo 1 apartado —
1.5.
De ella deducimos, que en las primeras 8 —
horas es de aproximadamente 4 litros por metro cuadra
do y hora y míe hasta los tres di^s siguientes.se man
tiene en 1 litro por metro cuadrado y hora.
Para estudiar el comportamiento de otras granulo
metrías, se construyeron las eras experimentales JS.Ol—
E.02. E.03 y E.O^ con áridos, tallas efectivas 0,23, -
0,79» 0,36 y 0,23. Los resultados obtenidos nos indi -
can que no se obtiene una mejora de resultados. La ve
locidad de filtración prácticamente mejora un 50?J en—
los primaros instantes, pero después se iguala a la de
los otros ensayos.
Para reconsiderar estos resultados se realizó—
el siguiente experimento:
En cuatro conos Tmhoff se colocó cuatro granu-
lometrías diferentes.
N2 1. coeficiente de uniformidad 1,6*0
talla efectiva 0,79 mm.
N2 2. arena comprendida entre 3, ^ Y 1>7 ro^U
N9 3« gravilla comprendida entre 3»^ Y 7»8 mm.
N2 ¿+, ^ravilla superior a 7,S mm.
En la figura 4.3.2. se aprecia la ^ranulometrfa
/ de los áridos al Gstn.r los conos vacíos.
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97.
Se llenaron con un mismo lodo y se obtuvieron
los siguientes resultados:
• N9•1 funciona
dos hasta
N2 2 retención menor nue el anterior, ñero la masa
filtrante nuedo completamente inundada de só
lidos,
N2' 3 prácticamente no funciono como filtro,
M"2 ¿i no retuvo nada,
I?n la finir?. ^«3»3« s e aprecia la fase inicial
del ensayo,
En la fimira 4,3.^» se p^.ede comparar el rendí
miento de la operación, por el voli'men de filtrado re
corrido.
Por tanto como conclusión, se pueden a.dm±t±r —
arenas con una talla eficaz de 0,8 mm, y un coeficien
te de uniformidad 2 como admisibles, sabiendo que su —
comportamiento no es el ideal.
perfectamente aunoue penetraron sóli
la grava,'
Un experimento interesante, ha sido el conprobar
el correcto funcionamiento cono filtro de una arena que
proviene del arenero de la Estación Depuradora de Mano-
teras. Corresponde al Ensayo E.01 y a la curva granulo-
métrica de referencia MA. 01.01.
Otro dato interesante es one en el ensayo E.03 —
se usó arena de filtro graduada para a^nias potables. —
Los resultados obtenidos nos indican oue no es necesa -
ria una arena de tan alta calidad, sobre todo teniendo-
en cuenta el factor precio.
Lúe.7o pódenos af?Lrmar o^e las limitaciones Impues
tas al principio de este ar^mrtPdo, se pueden cumplir —
con una arena ^e rio lavada o t^mbie'n con una arena de—
avlfinQro de Estación Depuradora.
Otra conclusión es cue no se puede aplicar la -
teoría de filtración de apuas potables, a las eras de -
secado por los sifuientes motivos:
a) La velocidad de filtración es bajisima 0,001m3/m2.
hora. Es decir 200 veces inferior.
b) La lámina de a. u.a es tambión mucho más pequeña
de 5 a 10 veces.
:) La capa de arena también guarda la misma relació n
a^ua filtrada, ño se piiede considerar agua
proceso de tratamiento.
Por tanto lo one en realidad ocurre es un dre
no pudiéndose hablar de depresiones, colmatado-
ltros en otras analogías,
4.3.^-. deducción de vo.li.1nen
El secado de los lodos lo one persigue es ha—
corlosírnanipulables. S^ consigue a. base de hacerlos —
perder hunod^d y también voli'nen,
T?s interesarte resaltar míe para a."1 "•unos usos
los lodos es necesario oue pierdan el aaia, cono por—
ejemplo si se van a reutilizar para abonos aerícolas,
Pero en otros casos, transporte a vertedero, no es in
prescindible. La ventaja del secado es pue reduce el—
voli'men de los lodos y con ello abarata el transporte
Para determinar la reducción de volumen se ha
hecho un seguimiento tanto en eras experimentales, -
como er^s en explotación. Los resultados se han rela
cionado en el anejo 1 apartado 1.3.
Se ha podido determinar nue para eras de seca,
do con una altura de lodos entre 20 y 30 cm. en i.m —•
c 1 ima como e 1 de f 'a d r i d a. part i r d el dec in o d n. a, se -
lle^a a una radució*n del 757^; del volú'men inicial.
d) El
en
nado,
de fi
Todos los resultado? obtenidos se han grafiado
en un espacio semilofjarrftrnico, pudiéndose estimar —
one responden a una ley. eue se compone de tres lineas
rectas.
De las cero horas hasta las hS horas responde a
la ecuación
C = 0,93 - 0,15- loer.h. (4.3.1)
De las 48 horas hasta las 270
C = 1,71 - 0,061 log.h. (4.3.2.)
De las 270 horas en adelante C = 0,25
Coeficiente de reducción de volilmen
Tiempo en horas de la iniciación —
del proceso.
Estas curvas son las representadas desde la figu
ra 4.3.6. a la figura 4.3• 14 donde se indica la referen
cia a los ensayos que corresponden de los descritos en —
los anejos anejos 1 y 2.
Pódenos observar que el incremento de altura de
lodos sobre era retarda la consecución de la reducción
pero no la cuantía final. :?s decir el elevar el llenado
de una era nos va representar un incremento de tiempo —
de secado ñero la reducción de voluVnen va a ser la mis-
Siendo: C
h
-€rr—e-Hi * X)
C i •: • • : •
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h,3»5* Factores climatológicos,
SI proceso de secado es natural. Por tanto —
hay oue contar que el conocimiento perfecto de la —
climatología de el lucrar para el nue se vaya a proyec
tar la. era será decisivo.
Los factores que infligen por orden de impor
tancia son:
le) Humedad relativa
2°) Temperatura
3 9) Evaporación
4 5) Precipitación
La humedad reítiva es el "factor decisivo, para
el secado. No se puede bajar ol prr>do de humedad de un
lodo por debajo de su valor.
Si observamos los.valores expuestos en el anejo
3, apartado 3.2.3» veremos que para una ?;ona análoga a
la de Madrid, si establecemos c<~>mo límite de humedad —
el 6ofj d^^d.e Octubre hasta Abril, no podremos secar lo
dos si consideramos la humedad nedla. Teniendo en cuen
ta que durante el dia' la humedad decrece, ver mínimas,
los meses inhábiles se reducen a los de Inyierno, Por—
lo tnnto podemos aceptar como media una. temporada de 8
meses hábiles en Madrid.
La tenp^ratiir?. in'fluye er cuanto a un secado—
por radición solar1. Para calcular su influencia apoyan —
donos en los resultados obtenidos en el laboratorio (ane
jo 1, apartado 1.2.) considerando Ins temperaturas máxi
mas y medias obtenemos, oue los meses de invierno poco —
pueden secar, si no es por un efecto combinado con la -
evaporación por aire seco,
La evaporación es un dato climatológico que -
por ana lo fía nos puede dar la perdida de aqua total, sin
considerar el drenaje. En el anejo 3« apartado 3.2.8. se
da la evaporación media en Madrid. Si tomamos los meses-
ele Mar?o a Octubre obtenemos une evaporación media de -
las medias de 8 nm. Por t°nto para una altura de lodo de
2.0 cm, hemos sT7"n',°sto ^ue 1^ cm. se nlorden por drenaje.
Para una humedad de la torta de 55?' debe perder ^-3,3 mm»
por evaporación. Suponiendo una media r?e 8 mm. dia obte
nemos 6 di^s de evaporación. Suponiendo ^ue la evapora —
ción no empieza ^e una manera efectiva, hasta -ue termi
na la filtración y que esta dura cuatro dias, tenemos un
tiempo de secado de 10 dias. SenA recomendable suponerle
un rendimiento del 80r''.
La lluvia debe influir en el secado, poro con
una consideración, No se debe eliminar toda pon evapora
ción, si no que la mayoría se drena. Cuando la duración—
del chubasco es corto aunque sea intenso prácticamente —
no influye en el secado, 3 a nu.e todo va al drenaje.
^••3»6# Hum^dad de' lo? lodos.
El estudio de la hu^ed-d de los lodos, lo —
pódenos sintetizar en la finirá ^••3»^-5t donde se in
cluye una Ctírva. General de Variación de humedad, a-
lo largo del tiempo, fruto de nuestra experiencia -
en las Testaciones Depuradoras de Madrid, cuyas medji
clones se han reflejado en el anejo 1 #
. De ella deducimos '•pe en la época en ^ue —
las condiciones climatológicas son favorables, se—
produce* un ~rado de humedad míe hace one los lodos
sean manejadlos a pala a los catorce dias. Porlo -
tanto suponiendo un factor* de ±nc±der-c±p. de lluvia
pue incre^nritG en dos días el ciclo y otro^ cuatro
para 1^ ^pt.T^.da y acondicionamiento de la. era, la
duración del ciclo es de 20 dias. Suponio^rio un pe_
riodo híCbil de 8 meses obtenemos cve se pueden re
petir el ciclo 12 veces por año.
Este estudio se ha completado con tinos se -
guimionto.s en estufa y otros en eras experimenta -
les.
De los primeros, los de laboratorio, deduci_
mos oue las condiciones nue se dan en ellas, de -
continuidad de factores de ambiente, no se pueden-
aproximar a la realidad y por tanto no son "epre —
sentatlvos, solo nos pueden servir para estudiar —
113
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efectos de radiación ya ni/e no se produce una venti
lación, Tastos datos se reco-en en figura ^.3«15 y en
el anejo. 1.
El ensayo con eras experimentales, nos con
firma la p-ran influencia del secado por aire.
En la. figura ^.3.17 se representa el ensayo
E.O^. con pp.redes muy bajas donde se puede desarro -
llar el secado por aire. En la figura ¿J-.3.18 vemos la
altura de las pnredes del cilindro que impiden la en
trad a. del aire.
A los catorce dias la E.04 tenía una humedad
del 5^f; y la E.01 del 75r/-» 3s decir, oue necesitaría
otros diez dia.s m''s de secp.do.
En las figuras kmJ.20 y ^.3.19 se muestra el
aspecto de unas eras con el lodo seco y un detalle —
Comparativo de una torta con un 37?' de humedad.
^•3¿7* Cálculo teórico del ciclo de secado
Despuls de los ensayos realizados, podemos in
tentar el proponer una formula teórica, nue nos de la
duración de un ciclo de secado.
Sea un fan^o de concentración C en ^ Suponga
mos nue llenarnos la era h-^sta una altura h. El 70? se
evacuará por filtración. Suponiendo -ue no empieza la
filtración hasta nue ha tem^n^clo el drenaje de los —
ensayos realizados, obtenemos una velocidad de filtra
ción de 1,2 l/m2. hora. Lue^jo el tiempo que tardara —
en drenar en dias será:
h. 0,7 t = (b.3.3.)
2b. 1,2
Siendo: h milímetros
t = dias
Si la evaporación de la zona, es de e un m/dia
el tiempo de secado por evaporación del resto del agua
será para llegar a una humedad, del 55fi»
La altura de a~ua ^ue se debe perder por eva
poración será la i?e resuelta de fijar nn& humedad fi
nal de la. torta.
Sea esta humedad de
in = 0,3 h - ch - d.c.h.
1 - d
= h 0,3 - c -d c
1-d (4.3.4.)
El tiempo e?i. dias necesario para realizar es
cita evnnoración, será m dividido por jz, y multiplicado
poe 1.2. ya pue el fenómeno, no tiene el mínimo rendji
miento.
Por t-^nto la "^^r^uTa .^erar^l será;
0,7 h. 1,2 n. t _ 4 _
24 1,2 e
d. c . (( 0,3 - c )
1-d
^4.3.5.)
donde:
t = tiempo de duración d ° ! ciclo de secado en dias
h = altura de lodos en mm.
e = evaporación media diaria de la. zona en mm.
c = concentración del lodo en tanto por uno
d = humedad, final del lodo en tanto ^or uno.
119.
Aplicación al c?so de Madrid:
h = 200 rnm.
e = 8 mm./dia
c = 0,0b
d = o,55
1,2. 200 0,04.0,55 (0,3 - 0,04 - ) = 11,19
8 1 - 0,55 ^. ' " días.
Est?, cantj.dad habrá que • incrementarla en los días
necesarios para la, retirada y el incremento "ne pueda-
tener por influence, a < e la lluvia.
Siguiendo con el m i m o caso vanos a suponer, que
necesitados cuatro dias para vaciar y acondicionar y—
oue lo increméntanos en dos dias por influencia de —
lluvia. Total de ciclo de secado 18 dias. Como hemos-
supuesto 8 meses hábiles obtenemos que la podernos —
llenar 13 veces.
Lu.efo suponiendo una altura de 20 cm. de lodo —
la altura anual será de 2,60 m., es decir 2.600 1. — -
Como suponerlos ^ue e.1 lodo producido por habitante es
de 182,5 l/año obtenemos una'superficie necesaria de—
un metro cuadrado por cpda. ik habitantes, en el caso-
de depuración biológica por fangos activos y digestión.
0,7 200
2k 1,2
120.
Si considerados la depuración por oxidación to
tal, sería necesario rn netro cn?dr?do por cada 29 ha
bltantes.
5 . CONO U. 1 3 J ON - S
Las eras de sec~do continúan siendo, un sist_e
ma vá*.l ido de deshidratación de lodo sobretodo, para —
pegueras poblaciones. (.•"Tenores de 20.000 habitantes)
El volr'rnen de lodos a secar es un dato que -
viene fijado por el sistema de depuración oue se eli—
j'a. Como cifras medias se pueden tomar 180 litros/ha
bitante y por año en depuración por farros activos y—
digestión y 85 litros por habitante y año por el sis
tema de oxidación total.
La aportación original al tena ha sido:
_ J)e t erm *? nar ^ue las dimana iones de las eras —
solo tienen la limitación de la operatividad—
se ha fijado un módulo aceptable de 6o m2.
- Pijar como talla efectiva de la arena la com
prendida entre 0,2 y 0,^ mm, y un coeficiente
de uniformidad menor de ^.
- Pij'ar C'.no límite de talla efectiva. 0,8 mm, —
y coeficiente de uniformidad P por encima dé
los chales la retención de sólidos es inacep
table.
Determiner one la> velocidad ríe filtracion
es de 1 l/m2. hora, excepto las 8 primeras
horas rue es de irnos h l/m.2. hora.
Se ha establecido nne se efectúa una reduc
ción de volumen de lodos del 7 5 * Se han ob
t e n i d o l a s leyes otie fijan esta reducción:
1 a 48. hor?s: c = r,vj » ^
h8 a 270 •» : ^ = ^ " °' 6 1 l 0"- h*
^ rionr!e h = tieí!ipo en horas de duración del
~n donde h = ti<^Po en hor*s de duración del
c = co^floie^e de reducción de vo-
- Se ha relacionado el secado de sólidos, en -
procesos industriales al secado de lodos en
eras .
- Se ha dado capital importancia a la humedad-
relativa del n i r e ambiente, dado oue no se -
puede conseguir humedades por secado inf erijo
res a ól# También se ha relacionado la evapo»
ración media del ambiente con e1 secado-
Se ha 11 ef^P.do de una f o n a experimental ha esta
blecer 12 ciclos de secado por año, para la zo
na de Madrid.
Se ha obrenido una fórmula teórica one nos da -
el tiemno de secado
0,7 h. 1,2 h. d.c * - 4 ( 0,3 - c )
24 1,2 e 1-d
t = tiempo de duración del ciclo de secado en días
h =" altura de lodos en mm,
e = evapora.ción media de la 'zona en dias.
• c = concentración de lodos en ta^to por uno,
d = humedad final en tanto por uno.
De la aplicación de estas conclusiones, se ha ob
tenido rvje para la zona de Madrid, sería necesario un —
metro cuadrado de era por cada ib habitantes en un tra
tamiento de fangos activos 3/ 29 í?^ra una oxidación tota
126.
BIBLIOGRAFÍA
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1.1 INTRODUCCIÓN
Se ha recopilado en este anejo, todos los datos,-
métodos y ensayos que sirven de base para las conclusio
nes expuestas en la tesis. No se pretende hacer una re
copilación de los métodos de ensayo de laboratorio si -
no, dados por conocidos estos, reflejar las particular!
dades de cada caso y dejar constancia de los resultados
intermedios obtenidos para que sirvan de comprobación -
de la fiabilidad de las conclusiones y también para que
se puedan sacar canclusiones oue quizá no sean utiles -
para este trabajo.
r rABORATORXO (E.8.76) 1.2 ENSAYO DE SECADO EN h V
^BOT:?;a[TOH:ro ^.«.76;
Consiste el ensayo ^_ , , . . . # en la determinación de perdida
de humedad de un lodo, dG la Estación Deouradora de El-
Pardo (Madrid) compuesto p o r f a n pos primarios y biol<5Si eos diferidos anaerobicamente,
Se utilizaron tres estufas que se mantenían, a -
tres temperaturas medias, de 20, 30 y 37?C, introducien
dose una muestra duplicada en cada una de ellas.
Para determinar la perdida de agua se utiliza, -
papel de filtro, un embudo BUMSEN y un ERLENMEYER de -
forma que se pueda recoger el filtrado.
CONCENTRACIÓN DE LODOS:
70 mi. de Pango pesan 3,7^50 - papel 2,6902
70 mi. de Fango pesan 3,7^3^ - papel 2,6676
Tomando la medida
70 mi 2,6789
100 mi 3,827 g$ = 38,27 g/1.
Peso de la masa lodo y agua = 103,1373 g/100 mi
Fundamento de pesada:
Ante la imposibilidad de obtener, una ba
lanza que pesando, más de 400 g (que es lo oue pesa un-
embudo BUMSEN corriente, más un ERLENMEYER de 250 mi. -
como soporte) puede obtener una precisian, mínima de dje
cimas de gramo, el sistema que usaré para la determina
ción de la humedad de la pasta sera:
13.- Hacer la filtración en el embudo.
22#— Para efectuar la pesada se extraerá la -
pasta, formada con el papel de filtro pr£
viamente colocado en el embudo.
32.— Qudando todo el papel impregnado de lodo-
y no pudiendo diferenciarlo, se numerará-
132.
Peso del Volumen de Temperatura Volumen de * i ^ J.» />^ filtrado -
n _ papel»- lodo media 00 0~ . . Referenc. v r * en 30 mint.
1 0,9522 100 ml. 20 . 1 9 ml.
2 0t9kZZ 100 ml. 20 29 ml.
3 1,0122 100 ml. 30 29 ml.
4 • 1.0430 100 ml. 30 28 ml.
5 1,0635 100 ml. 37 22 ml.
6 0.8951 100 ml. 37 28 ml.
Papel utilizado para la filtración Albet n2 238
133
PESADAS Y RESULTADOS
Peso muestra Peso muestra Humedad Referencia y papel (gr.) (gr.) %
PRIMERA PESADA A LAS 14 HORAS DE
HABER INICIADO EL EXPERIMENTO.-
1 33,7641.
2 33,211b
3 32,4050
b 33,^051
5 10,2979
6 5,9092
32,8119
32,2692
31,3928
32,3621
9,2344
5,Ol4l
88,33
88,1
87,8
88,1
58,5
23,6
SEGUNDA PESADA A LAS 23 HORAS
1 30,7320
2 30,3977
3 28,4105
4 29,4611
5 5,0942
6 4,8139
29,7798
29,^555
27,3983
28,4181
4,0307
3,9188
87,1
87,
86
86,5
5,0
2,3
13**.
TERCERA PESADA A LAS 39 HORAS
1 27,8000
2 28,2535
3 21,1235
4 23,5*93
26,8478
27,3113
20,1113
22,5063
85,7 1
85,9
80,9
82,99
CUARTA PESADA A LAS 90 HORAS
1 2 2 , 4 7 1 3
2 2 3 , 4 9 0 0
3 15,8588
* 18,8818
21,5191
22,5*78
14,8466
17,8388
82,2
83,0
7*, 2
78,5
QUINTA PESADA A LAS 96 HORAS
1 20,5708
2 22,0825
3 14,7001
4 17,6283
19,6186
21,1403
13,6879
16,5853
80,5
81,9
72,0
73,9
SEXTA PESADA A LAS 112 HORAS
1 16,7665
2 19,4634
3 12,9658
* 15,53*7
OBSERVACIÓN*: En este intervalo del secado en los ensayos 3 Y *
15,8143
18,5212
11,9536
14,4917
75,8
79,3
67,9
73,6
135.
SÉPTIMA PESADA A LAS 137 HORAS
1 15,6717
2 18,55^3
3 7,5339
k 9,8077
Ib,7195
17,6121
6,5217
8,76h7
7b
78
bl,3
56,3
OCTAVA PESADA A LAS l60 HORAS
1 10,7109
2 13,2531
3 5,1183
b 6,1713
9,7587
12,3109
4,1061
5,1078
60,8
68,9
6,8
25
NOVENA PESADA A LAS 185 HORAS
8,b295
10,8395
3,967b
3,9b87
5b,6
6b,7
3,5
3,0
1 9,3817
2 11,7817
3 b,9796
b b,9917
DECIMA PESADA A LAS 208 HORAS
1 6,7709 5,8187 3b,2
2 89962b 8,0202 * 52,2
136.
(B.09.76)
Ensayo análogo al anterior en cuanto a temperaturas.
Los lodos se tornearon a las 100 horas de secado en una
era experimental. La altura de lodos era al iniciar el .
ensayo de 20 cm. y cuando se tomo de 4,5 cm.
En este ensayo, la Rf. 1. corresponde a colocar
el lodo envuelto en un papel de filtro y los demás so
bre un plástico.
Peso de los plásticos:
1,1928 + 5,03hk = 6,2272 gms.
1,1909 gms.
1,1945 gms.
1,173^ gms.
Temperatura de los ensayos:
Rf. 1 y Rf. 2 estuvo sometido a una temperatura -
media de 202 c. y la Ref. 3 y Hef. 4 a 302 c.
Referencia - 1
» - 2
- 3
1» - h
PESADAS Y RESULTADOS
n ¿> • üoon mnpstra - Peso muestra Humedad Referencia Feso muest-i:**
y soporte (#r. gr« *
Primera pesada a las 0 horas
M - 1
N - 2
N - 3
N - 4
N - 1
N - 2
N - 3
N - ^
N - 1
N - 2
tf - 3
N - h
lh3t 12.86
1^7,2531
117,2310
132,8723
136,901^
l46,0621
116,0365
131,6939
85,39
75,27
83,83
83,51
Secunda pesada
139,5454
144,2564
104,6C37
120,8055
133,3182
1^3,0655
103,4l42
119,6321
85,00
74,75
81,85
81,85
Tercera pesada a las 38,5 horas
134,7481
140,9^16
83,8531
106,3566
128,5209
139,7807
82,6586
105,1832
84,84
74,16
77,30
79,36
138.
Cuarta pesada a las @$ horas
1
2
3
4
116,8483
125,7418
66,4466
88,0308
110,6211
124,5509
65,2521
86,857b
81,92
70,95
71,72
75,00
Quinta pesada a las 122 horas
1
2
3
4
112,2514
121,8584
46,7419
64,9044
106,0242
120,6675
b5,5b7^
63,7310
81,14
70,06
58,81
65,93
Sexta pesada a las 135 horas
1
2
3
4
10^,5505
119,3880
35,68h3
51,4069
101,3233
118,1971
34,4898
50,2335
80,27
69,44
45,60
56,7^
Séptima pesada a las 164 horas
1 101,3926 95,1654 ,78,99
2 107,6418 106,4473 66,06
139.
Octava pesada a las 180 horas
1 87,2349 81,0077 75,32
2 99,6312 98,4403 63,30
Novena y ultima pesada desecación total a 1002 C
1
2
3
4
26,2176
37,3090
19,9540
22,8831
19,9904
36,1181
18,7595
21,7097
A continuación se incluyen fotografías relativas a
ensayos donde se aprecia el método seguido.
CO
- - p i
o
l a CD CO CD O A) a o a» 3 H H a* o »1 p rt-O ^ O
W • o oo
k ON
O
rt-P
a CD
H O a o 01 o a1
•d PJ •a CD M
H»
H rt-
O
• O .
• SI ON
(0 rt-C H) PI
CD
to CD O p) a o
i t
1.3» Ensayo de seguimiento de reducción de voliinen de
los lodos vertidos a una era de secado.
Para realizar este ensayo, se ha procedido
de la siguiente forma:
a) La reducción de volumen se ha medido deter
minando las alturas de lodos, sobre las -
eras de secado.
b) Se ha seguido la evolución, hasta que se -
ha constatado lúe no se producía una reduc
ción de voli'men apreciable.
Se han medido alturas en cmtro eras, de la
Estación Depuradora de SI Pardo (Madrid) y en cuatro-
maquetas de era reducidas de las siguientes caracte -
rísticas:
E.01 Cilindro de plástico opaco de 30 cm. de -
diámetro y 1 metro de profundidad.
El filtro de arena corresponde a la granu-
lometría de referencia M.A.01.01 correspon
diente a una arena del arenero de la Esta
ción Depuradora de Manoteras. En el anejo-
2 se estudia su granulometría.
E.02. Cilindro de plástico de las caracterís
ticas dimensiones cue el anterior. La -
granulómetría del filtro corresponde a-
una arena (Rf. CH.20.01) estudiada en -
el anejo 2, de uso industrial para cho
rreo.
E.03. Cilindro de plástico transparente de 40
cm. de altura y una superficie de 0,372
m2.
El filtro corresponde a una arena usada-
en aguas potables, para filtros rápidos.
Se ha estudiado su granulometría en el -
anejo 2 (Rf. FP. 01.Ol)
E.04. Cilindro de plástico transparente de 0-
cm. de altura y 0,78 m2, de base. La are
na usada corresponde a una de rio lavada
y de granulometría estudiada en el anejo
2 con la referencia (PP. 01.Ol)
Hay que hacer notar que los ensayos E.01
y'E.02 introducen un efecto destacable. Al ser de po>
co diámetro y mucha altura reducen el efecto de seca
do por aire y por tanto se reduce a una filtración -
y una evaporación producida por el aporte de energía
calorífica solar.
1 ^ 3 .
A continuación se,adj
se da:
12) Perdida de altura en c
22) Coeficiente de volumen
relación del volumen a
to al volumen inicial.
tan las tablas en que
ntínetros.
reducido. Es decir la
un tiempo dado respec
lkk4
Referencia E. 01
Axtura de lodos inicial (a) 21 cm,
b a
6. ALTURA DE LODOS GRADO DE REDUC
HORAS EN (CM.) CION.-
0,00
0,25
2,25
^,25
6
9
ih
18
26
30
h2
56"
68
lOh
152
217
2ho
21
20
18,5
17,5
17
- 17
16,9
16,8
16
15
lh
13,5
12
7,5
7
6,5
6,5
1,0
0,95
0,88
0,83
0,81
0,81
0,80
0,80
0,76
0,71
0,67
0,6h
0,57
0,36
0,33
0,31
0,31
145
HORAS
Referencia E. 02
Altura de lodos inicial (a) 19,4 cra#
b a
6. ALTURA DE LODOS GRADO DE REDLTC
EN (cm.) CION.-
0 19,4 1,0
0,25 1S,4 0,25
2,25 16,9 0,87
h,25 16,1 0,83
6 15,2 0,78
9 1^,9 0,77
14 14,6 0,75
18 14,6 0,75
26 14,4 0,74
30 14,4 0,74
42 13,4 0,69
56 13,4 0,69
68 10,4 0,54
152 6,4 0,73
217 6,2 0,32
240 6,2 0,32
1 4 6 .
HORAS
O
2
4
6
9
14
18
18
26
30
kZ
56
68
io4
152
217
2ho
R e f e r e n c i a E . 03
A l t u r a de l o d o s i n i c i a l (a) 1 9 , 5 cm.
6 . ALTURA DE LODOS
EM (cm.)
19,
18
17,
16,
16
15
15 -JO
15
14
14
13,
12,
11
8,
5Í
5;
5
5
5
,2
,7
• 5
,5
.5
GRADO
CXON.-
1.
o,
o,
o,
o,
o,
o,
o,
o,
o,
o.
o
0
0
0
0
0
b a DE REDUC
00
92
90
85
82
,77
,77
,77
,77
,71
• 71
,68
,66
,56
,44
,28
,28
1^7.
Referencia E. 04
Altura de lodos inicial (a) 20 cm.
b a
6. ALTURA DE LODOS GRADO DE RSDUC
HORAS EN (cm.) CION.-
0
2
k
6
9
lh
18
26
30
h2
56
68
lOh
152
217
240
20
18,5
17,5
16,5
16
15,5
15,5
ib,5
1^,5
13,5
12,5
10,5
8,5
6,5
\ 5
4.5
1,00
0,92
0,87
0,82
0,80
0,77
0,77
0,72
0,72
0,67
0,62
0,52
0,42
0,32
0,22
0,22
Ih8.
HORAS
Referenda P. .02
Altura de lodos inicial (a) 39 era. b a
6. ALTURA DE LODOS GRADO DE REDUC
EN (cm.) GJON.-
0 39 1,00
.2 37,5 0,96
4 36,5 0,93
9 33,6 0,86
18 30,6 0,78
56 29,5 0,75
68 28 0,71
104 26 0,66
152 25 0t6k
217 1^,5 0,37
2ho 12,5 0,32
300 12,5 0,32
408 11,0 0,28
MOTA: Llovió* dos dias
Referencia P. 04
Altura de lodos inicial (a) 30 era,
b
6. ALTURA DE LODOS GRADO DE REDUC
HORAS EN" (cm.) CTON.-
0
'1,25
5
2k
48
72 •
96
120
192
2k0
30
29
29,24
18
16
1^,5
14
13,5
10
9
1,00
0,96
0,80
0,60
0,53
0,48
0,47
0,45
0,33
0,3
150.
HORAS
Referencia P.05
Altura de lodos inicial (a) 25 cm.
6. ALTURA DE LODOS
EN (cm.)
b a
GRADO DE REDUC
CTON.-
0
1,25
5
2k
48
72
96
120
192
240
25
24
19
15
14
12,5
12
11,5
9
8
1,00
0,96
0,76
0,6o
0,56
0,50
0,48
0,46
0,36
0,32
R e f e r e n c i a P . 0<5
Altura de lodos inicial (a) 15 cm,
b a
6. ALTURA DE LODOS GRADO DE REDUC
HORAS EN (cm.) CION.-
0
1,25
5
2h
kS
72
96
120
192
15
14
11
7
5,5
5
*.5
h
3
1,00
0,93
0,73
0th6
0,36
0,33
0,30
0,26
0,20
153.
1.4. Ensayos para la determinación de humedades
y sólidos de filtrado.
1.4.1. Seguimiento de secado de lodos en eras ex
perimentales.
Dichas eras son las definidas en el apar
tado 1.3 como E.01, E.02, E.03. E.04)
Determinación de sólidos en suspensión del
lodo utilizado:
Para las eras E.01 .- E.02 y 2.03.:
Referencia B.
peso papel 1,^99^ g^r.
100 mi. de lodo desecado a 1002 durante 16
horas.
Peso seco k.82b7 grms. incluido papel.
peso materia seca 3,3253 grsm.
concentración 33,25 gr./litro equivalente
al 3,3Í
15^.
Para E. 04
Referencia A
Peso papel 1,4966
100 mi. de lodo desecado a 100 2 durarte 16 ho
ras.
peso seco incluido papel ht8h999
peso materia seca 3,3533
concentración 33,53 gr./litro equivanente al
3,3^.
Parte superior de la torta de lodos que se for
ma a partir de los 10 minutos (tomada a las 18
horas)
Referencia C
poso papel 1,45^1 gr,
tara más salido retenido 9,2850 gr.
100 mi. de lodo desecado a 100$ durante 20 }io-
ras.
concentración 78,30 gr,/litro equivalente a -
- Agua, que se separa de la torta de lodo y se va
filtrando (tomada a las 18 horas)
155.
Referendla D
peso papel 1.5^3^- /
100 ni. de agua filtrada y desecada a 100 2 duran
te 20 horas,
I.6988 gr, tasa más salidos.
Concentración 1,55^ gr/litro equivalente a 1,5$
Humedad determinada a las 100 horas de secado.
Referencia E.O^.l.
Peso húmedo del lodo y tara lUjf1286gr.
peso de lodo 136,901^ gs. -
peso de salidos 19,9904 gr.
humedad 85,39
Referencia E.04.2
peso húmedo de lodo y tara 1^7,2531 gs.
peso lodo 146,0621 gs.
peso solidos secos 3^,1181 gs.
humedad 75,27Í>
Referencia E.0^.3
peso húmedo de lodo y tara 117,2310 gs.
peso de lodo 116,03^5 r?s#
peso de salidos secos 1817595 %& 0
humedad 83,83?$
156.
Referencia B.Cb.h
peso húmedo de lodo y tara 132,8723 gs#
peso de lodo 131,6989 ¿?s.
peso de sólidos secos 21,7097 gs•
humedad 83,5.1/$
MEDIA DE HUMEDADES A LAS 100 HORAS 82%
Humedad determinada a las 2hh horas
Referencia Tara Tara y muestra Tara y muestra Humedad
(gs.) húmeda (gs.) seca fer.) (^)
69,^3
73,00
82,63
79,^9
E.04
E.03
E.02
E.01
52,7^1
52,b738
51,7602
^9,5187
81,6085
125,7724
102,9116
101,0712
61,5586
72,2621
60,6^21
60,0921
Humedad determinada a los 1^ dias
E.O^
E.02
B.01
51,75^1
52,7^19
52,h683
86,8392
86,lh70
90,8k73
6?,58h2
63,1188
61,7508
5h,88
68,93
75,81
157,
1.4.2 Seguimiento de salidos de filtrado en eras
experimentales .
mi. Tara más solidos
Referencia Tara filtrados retenidos Concentración
A las dos horas de iniciar el ensayo
E.01
E.02
E.03
E.04
26,0270
25,5017
27,1^77
25,b279
50
50
50
50
26,0317
25,5090
27,1515
25,^307
94 mg/l
lhó '»
76 »
56 »
A las seis horas de iniciar el ensayo
E.01 25,7028 50
E.02 30,2228 50
E.03 26,0522 50
E.Ob 2h,h25Ur 100
25,7062
30,2272
26,0539
2h,k26l
68
117
34
7
mg/1.
11
11
11
A las dieciocho horas de iniciar el ensayo
E.01 25,8805 50
E.02 25,8385 50
E.03 26,376k 50
E.oh 25,0223 100
25,8825
25,8h39
26,3779
25,0229
ho
108
30
6
mg/1.
11
11
11
158.
1.4.3 Seguimiento de'secado de lodos en eras de la
estación depuradora de El Pardo y Manoteras,
Referencia Tara Tara y muestra Tnra y muestra Humedad
(g-r.) húmeda (g&.) seca (gr.) (#)
A los cinco dias
P.4
P.5
P.6
48,1368
h8,6035
hk,5535
107,2553
119,6483
86,0812
56,0389
58,3027
50,3963
86,63
86,34
85,93
A los catorce dias
P.2 49,5109 108,9^90 63,6209 76,26
(observación: con cinco dias de lluvia)
P.l 52.U536 87,3687 72,9836 58,79
A los veintiim dias
P.8 48,6016 72,7899 57,77^1 62,00
A los treinta dias
M.l4 . 51,7381 62,7609 57,6635 h6,2h
A los cuarenta y cinco dias
P.l 50,2820 72,3717 6h,o609 37,62
1.5» Ensayos de determinación de velocidades
de filtración.
Para la determinación de la velocidad de fil
tració*n de el medio poroso se ha recurrido a la medi
ción en un tiempo dado de la cantidad de filtrado sa
biendo de antemano la superficie correspondiente.
Para ello se han hecho las siguientes deter
minaciones:
A) Ref. S. 01
Era experimental 3.01 definida en el aparta
do 1.3» de este anejo.
Superficie total drenada 0,0706 m2.
12) Medición a las 26 horas de iniciado el proce
so:
1,2 cm3• en un minuto equi
valente a 1,102 l/m2. hora
2§.) Medición a las 45 horas:
1,4 cm3• en un minuto equi
va lente a 1,190* l/m2. hora
3?) Medición a las 77 horas:
1 cm3. en un minuto equi
valente a 0,849 l/m2. hora
l6o.
4e) Medición a las ,120 horas
Simple g-oteo inapreciable
B) Ref. E.02
Era experimental E.C2 definida en el aparta
do 1.3 de este anejo.
Superficie total drenada 0,0706 m2.
1°) Medición a las 26 horas
1,^ cm3• en un minuto equi
valente 1,190 l/m2. hora
2?) Medición a las 4 5 horas
0,8 cm3. ^n un minuto eoui
valente 0,679 l/m2. hora
3 5) Medición a las 77 horas
1,1 cm3• en un minuto equi
valente 0,93^ l/m2. hora
h9) .Medición a las 120 horas
Goteo inapreciable
C) Ref. E.03
Era experimental E,03 definida en el apartado
1.3.
Superficie total drenada 0,3728 m2%
12) Medición a las 15 horas
78 cm3 • en 10 minutos eqtil
valente 1,255 l/m2# hora
2 2) Medición a las 26 horas
^$5 cm3. en 1 minuto equi
valente 0972k l/m2. hora
32) Medición a las 4 5 horas
3 cm3. en un minuto equi
valente 0,482 l/m2. hora
42) Medición a las 77 horas
5 cm3• en un minuto equi
valente 0,804 l/m2. hora
59) Medición a las 120 horas
Goteo inapreciable
D) Ref. E.04
Era esperimental E,0h definida en el apartado
1.3.
Superficie total drenada 0,7766 m2 #
12) Medición a las 15 horas
110 cm3• en diez minutos
equivalente a OtShS l/m2. hora.
22) Medición a las 26 horas
7 cm3. en un niinuto equi
valente a 0,5^0 l/m2. hora
32) Medición a las 4-5 horas
6 cm3. en un minuto equdL
valente a 0,463 l/m2# hora
4s) Medición a las 77 horas
11 cm3• en un minuto equi
valente a 0,850 l/m2. hora
52) Medición a las 120 horas
Goteo inapreciable.
E) Ref. P.04
Era de secado en la estación depuradora de El
Pardo, superficie total 60 n2.
Altura de lodos 30 cm.
is) Medición a los diez minutos de iniciado el pro
ceso.
163.
8 Renuncios - 430 cm3«
5 " 300 »
5 •» 270 "
Velocidad de filtración = 4,000.l/m2. hora
22) Medición a la hora de iniciado el proceso
5 segundos - 26*0 cra3 •
5 " - 270 "
5 " 26o »
Velocidad de filtración = 3tl60 l/m2, hora
35) Medición a las 5 horas
6 sepundos - 360 cm3 •
6 » 370 "
6 » 300 "
5 » ¿iOO «•
Velocidad de filtración = 4,766 l/m2. hora
4?) Medición a las 24 horas
10 segundos - 125 cm3•
10 " - 130 "
10 " - 130 »
Velocidad de filtración = 0,769 i/m2# hora
5e) Medición a las 48 horas
En 20 segundos 220 cm3. equivalente a 0,66 l/m2,hora
Medición a las 72 horas
indicios pero no 'hay posibilidad de medirlo
Ref. P.P5
Era de secado de la estación depuradora kJe El
Pardo superficie total 60 m2,
Arena de gramilonetria definida en el anejo 2
con la referencia P.05 01
Altura de lodos 25 cm,
) Medición a los 10 minutos de iniciado el proceso
5 segundos - 350 cm3•"
3 " - 320 y
Velocidad de filtración = 5,933 l/m2. hora
) Medición a la hora de iniciado el proceso
3 segundos - 280 cm3•
3 » - 270 »
3 " 270 »
Velocidad de filtración 5,^6 l/m2. hora
) Medición "a las 5 horas
3 segundos - 250 cm3.
3 " - 2¿/-0 "
3 " - 220 "
Velocidad r>e filtración ^,733 l/m2. hora
) Medición a las Zh horas
10 segundos - 100 cm3•
10 •» - 100 »»
10 " - 100 "
Velocidad de filtración 0,67 l/m2# hora
) Medición a las h8 horas
En 2o segundos 1^0 omj.
Velocidad de filtración C,420 l/m2# hora
) Medición a las 72 horas
Indicios
Ref. P.06
Era de secado de la Estación Depuradora de
El Pardo superficie total 60 m2.
Arena de granulómetria definida en el anejo
2 con la referencia P.06 01
En este ensayo hay que multiplicar el resul
tado obtenido, por un factor de corrección-
ya que no se podia recocer todo el filtrado
y la medición es imorecisa.
Altura de lodos 15 cm.
166.
Medición a la hora de haber comentado el pro
ceso,
3 secundo - l80 cm3•
3 " - l4o "
3 " - 180 »»
Velocidad de filtración corregida (f«l,4)
4,666 l/m2. hora
Medición a las 5 horas
3 segundos - 170 cm3 •
3 " 180 »
2 » 120 »
Velocidad de filtración corregida 4,2^0 l/n2#hora
Medición a las 24 horas
10 segundos - 86 cm3.
10 »» - 84 '»
10 " - 80 "
Velocidad de filtración corregida 0,599 l/m2.hora
Medición a las 48 horas
20 segundos - 45 cm3 •
Velocidad de filtración corregida Ot162 l/m2.hora
Medición a las 72 horas
Indicios
2,-:l, Introducción
Siendo parte esencial de una era de secado
de lodos, el medio poroso que efectúa la filtración,
era necesario la determinación de sus parámetros re
presentativos,
Al disponer de eras en funcionamiento con
tinuo durante varios años, y bajo el control del au
tor durante los illt irnos cinco, parece necesario acom
pañar los ciatos prácticos con determinaciones teóri— t
cas. Un ejemplo a constatar es nue las eras de seca
do, funcionan bi^n con arena de rio de Madrid. Inte
resante es definir esta arena, ya que nos proporcio
na el dato de ave se pvede aplicar cualquier arena -
de iguales características,
2.2, Definición de parámetros,,
El material filtrante, se ha caracterizado
siguientes factores:
Curva granulon^trica:
Curva representativa de los porcentajes en
peso de los granos que pasan a través de —
las mallas de una serie de tamices normal!
zados.
por los
a)
169.
Talla efectiva: corresponde al paso de malla
que deja pasar uh 10$ en peso.
Coeficiente de uniformidad: relación de las -
tallas correspondientes a los porcentajes 60-
y 10 de la curva granulóme"trica.
Paso de malla correspondiente al tamiz por el que nasa 60%,
Paso de malla correspondiente al tamiz por el que pasa 10%
2,3, Método de ensayo.
La toma de nuestras de las arenas de las eras
se ha realizado de la siguiente forma:
• — En cada era se ha tomado una muestra por cada
h m2» procurando nue fuera representativa de-
todo el estrato.
— Se procede a un cuarteo con las muestras reco
¿jido y se envasa -j kgc. en una bolsa de plástjL
co que se envía al Laboratorio,
- En el Laboratorio se vuelve a cuartear y se -
somete a tamizado.
b)
c)
C U =
El tamizado se realiza con los tamices normaliza
dos de la serie A.S.T.M. E - 11 - 39.
Los utilizados en estos ensayos son:
'TAMIZ NUM--P.0 VACIO JWTrre MALLAS fam.)
3
6
12
20
25
30
4o
50
70
80
7,86o
3,360
1,680
0,84o
0,710
0,590
0,420
0,297
0,210
0,177
La muestra elegida, se somete a un tamizado de
la columna de tamices, que- encajan unos con otros a un
movimiento de rotación y chorue, hasta que se observa
que no aparecen finos por el iiltimo.
Las cantidades retenidas en cada ta^ilz, se pesan
en una balanza de precisión, afinando basta* las cente
simas de .a-ramo.
Una vez obtenidas las pesadas, se confecciona la
tabla de las mismas y se obtiene los granos .r»ue pasan—
por cada tamiz y se halla el tanto por ciento respecto
al total.
Con estos datos se representa una curva en la -
oue los pasos de malla, están en escala logarítmica y—
los porcentajes en escala normal. F,n dicha curva se -
halla el paso correspondiente al 10$ y 60$.
iL*ÍL« Resultados
A continuación.se relaciona una tabla resumen de
las granulómetri^s realizadas, cada una de las curvas—
y sus tablas correspondientes, asi como cuatro foto^ra
fias donde se puede apreciar la toma de muestras, Ios-
tamices y la operación de tamizado.
174.
T A B L A R E S U M E N ' D E G R A N U L 0 M E T P. I A
PASO EN mm. PASO EM mm.
REPEPEFCJA P.10 P. 60
P . 02.01
P. 0 5 . 0 1
P . 0 6 . 0 1
P . 0 8 . 0 1
P . 0 9 . 0 1
P . 9 .01
P 2 . 0 1 . 0 1
M. 0 6 . 0 1
M. 0 8 . 0 1
M. 1 4 . 0 1
M.i-: .01
M A . 0 1 . 0 1
C H . 2 0 . 0 1
C H . 0 1 . 0 1
P P . 0 1 . 0 1
0 , 2 4
0 , 2 4 .
0 , 2 0 9
0 , 4 6
0 , 3 0
0 , 2 9
0,23
0,22
0 , 2 3 5
0 , 1 9
0 , 2 1 5
0 , 2 3
0 , 7 9
0 , 4 3
0,365
1,25
1 , 0 0
0 , 8 3
1,85
1 , 0 2
1 , 1 9
0 , 9 5
0 , 6 ?
0 , 7 3
0 , 4
0 , 6
0 , 7
1 , 2 6
0,80
0,12
5,20
4 , 1 6
3,97
4 , 0 2
3 , 4 0
4 , 1 0
4 , 1 0
3 , 0 4
3,53
2 , 1 0
2,79
3 , 0 4
1 , 5 9
1 , 8 6
1 , 9 7
COEFICIENTE UFI
PORMIDAD.-
175.
ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE LAS
ARENAS DE LAS ERAS DE SECADO
REFERENCIA
OBSERVACIONES
PESO DE LA MUESTRA , ¿PP, §7. &91.
TAMIZ N2 ¿,'S.T.M.
3
6
12
20
25
30
ho
50
70
CANTIDAD RETEÑÍ DA EN EL TAMIZ-EN GRAMOS.-
•
-
9,51
25,75
29,73
14,96
7,70
9,9b
7,80
6,h7
CANTIDAD QUE PA SA POR EL TAMIZ EN GRAMOS.-
120,67
111,16
85,^1
55,68
bo,72
33,02
23,08
: 15,28
8,81
PORCENTAJE QUE PASA POR EL TA MIZ.-
100
92,11
70,77
h6tlk
33,7^
27,36
19,13
12,66
7,30
TALLA EFECTIVA P.t¿b. pp...
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD .?!??
177
ANÁLISIS GRANULOMSTRICO'TÜS LAS
ARENAS DE LAS ERAS DE SECADO
REFERENCIA PrP?sP2-. .
OBSERVACIONES
PESO DE LA MUESTRA i1.1.2/.1?. ??f •
TAMIZ N2
3
6
.12
20
25
30
40
50
70
CANTIDAD RETEÑÍ DA EN EL TAMIZ-EN GRAMOS.-
*
—
6,4o
21,82
22,69
14,88
8,37
11,46
9,7^
8,27
CANTIDAD QUE PA SA POR EL TAMIZ
. EN GRAMOS.-
112,13
105,73
83,91
61,22
46,34
37,97
26,51
16,77
8,50
PORCENTAJE QUE PASA POR EL TA MIZ . -
100
9^,29
74,83
5^,59
41,32
33,86
23,64
14,95
7,58
TALLA EFECTIVA .°.K2Á .Wl:
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Au^A
179.
ANÁLISIS GRANUL0M2TRICO GE LAS
ARENAS DE LAS ERAS DE SECADO
REFERENCIA
OBSERVACIONES
PESO DE LA MUESTRA
TAMIZ N2 A.S.T.M.
3
6
12
20
25
30
40
50
70
80
CANTIDAD RETEÑÍ DA EN EL TAMIZ-EN GRAMOS.-
•
7
3,7
18,8
23,1
16,7
11,1
15,8
8,2
6,3
6,1
CANTIDAD QUE PA SA POR EL TAMIZ EN GRAMOS.-
115,3
111,6
92,8
69,7
53,0
41,9
26,2
. 17,9
11,6
5,5
PORCENTAJE QUE PASA POR EL TA MIZ.-
100
96,8
80,4
6of4
46,0
36,3
• 22,6
15,5
10,1
4,8
TALLA EFECTIVA ..0,209..
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD ..3»37 ....
ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE LAS
ARENAS DE LAS ERAS DE SECADO
REFERENCIA ?7??.#PÍ. .
OBSERVACIONES
PESO DE LA MUESTRA ¿7?/££.???•
TAMI2 Nfi CANTIDAD RETEÑÍ DA EN EL TAMIZ-EN GRAMOS.-
21,59
55,17
38,09
21,98
10,11
11,61
6,08
3 , ^ 2
CANTIDAD OVE PA SA POR EL TAMIZ EN GRAMOS.-
173,66
173,66
152,07
96,90
58,81
36,83
26,72
15,11
9,03
5,61
PORCENTAJE QUE PASA POR EL TA MIZ.-
100
100
87,56
55,79
33,86
21,21
15,38
8,70
5,20
3,23
TALLA EFECTIVA . P«,£& pipi,
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD . . ¿+, P? , . . .
& 6 7 a 9 10v 5 6 7 - 8 9 10* 5 6 7 8 9 10*
1 0 0
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... ....
•
: :
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....
I
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4 5 6 7 8 9 101
_ Q , _ l _ . _ m m , 4 5 6 7 8 9 10*
1 mm# 4 5 6 9 V2.
Lcucar. ..: ! - ÍOO'J , , . , , VU mrn ...Cf> Umcl i iu
183.
ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE LAS
ARENAS DE LAS ERAS DE SECADO
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CANTIDAD QUE PA SA POR EL TAMIZ EN GRAMOS.-
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PORCENTAJE QUE PASA POR EL TA MIZ . -
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CANTIDAD QUE PA SA POR EL TAMIZ EN GRAMOS.-
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3«1 Introducción
Dado que todas las mediciones de comportanien
to de eras, se han realizado en las estaciones depura
doras del .ixcmo, Ayuntamiento de Madrid, parece convje
niente adjuntar los datos climatológicos de dicha zo
na.
Para ello se ha recurrido a los Anuarios Ksta
dísticos de dicho Ayuntamiento y se han recocido Ios-
datos del periodo 1.970 a 1.972. El periodo abarcado-
nos ÓFI unos datos medios suficientes para relacionar
las experiencias obtenidas con la climatoloria media-
del lupar.
Los datos aportados, son los que ha continua
ción se relacionan, debiendo destacar los apartados -
referentes a Temperaturas, Humedades y Evaporaciones.
3.2. Cuadror, resúmenes y curvas.
Los cuadros y curvas climatológicos son:
1.- Presión atmosférica a 02 mm.
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1.2 media de I P S máximas v
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2.- Temperaturas a 0$ C
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2.2 media de las máximas
2.3 media de las mínimas
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4.3 minero de días en los que la precipita
ción es de nieve.
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5.2 dlü'.s nuvosos
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6.- Insolación
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7.- Evaporación media mm.
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