Un estanque de decantación , estanque de decantación o estanque de decantación es una estructura de tierra u hormigón que utiliza sedimentación para eliminar la materia sedimentable y la turbiedad de las aguas residuales . Las cuencas se utilizan para controlar la contaminación del agua en diversas industrias como la agricultura , [1] la acuicultura , [2] y la minería . [3] [4] La turbidez es una propiedad óptica del agua causada por la dispersión de la luz por el material suspendido en esa agua. Aunque la turbidez a menudo varía directamente con el peso o las mediciones volumétricas de la materia sedimentable, la correlación se complica por las variaciones en el tamaño, la forma, el índice de refracción y la gravedad específica de la materia suspendida. [5] Los estanques de sedimentación pueden ser ineficaces para reducir la turbidez causada por partículas pequeñas con una gravedad específica lo suficientemente baja como para quedar suspendidas por el movimiento browniano . [6]
Los estanques de sedimentación se utilizan como mecanismo de separación para eliminar productos rechazados (es decir, estrategias de gestión de residuos sólidos) de un tamaño y cantidad específicos en diversos campos, como la acuicultura, la minería, los lácteos, el procesamiento de alimentos, la producción de alcohol y la elaboración de vino. Es necesario drenar y eliminar sedimentos periódicamente de los estanques de sedimentación para mantener un rendimiento satisfactorio. [7]
Todos los materiales que no se eliminan del sistema durante la recolección se clasifican como desechos, incluidos alimentos no consumidos, excrementos, productos químicos y terapéuticos, peces muertos y moribundos, peces escapados y patógenos. Las cuencas de sedimentación en el campo son estanques simples excavados aguas abajo de la granja para eliminar de manera óptima los sólidos suspendidos de manera efectiva, producir efluentes clarificados y acumular y espesar los lodos a un volumen mínimo. Si se produce un deterioro en alguna de estas funciones, esto podría tener un gran impacto en el rendimiento del estanque, lo que podría perjudicar la eficacia del proceso. [8]
Las aguas residuales producidas por las industrias mineras contribuyen a la acidez, el material en suspensión y los iones de metales pesados disueltos en el medio acuático, provocando problemas ambientales para la vida biológica y decoloración de las aguas receptoras. La aplicación de cuencas de sedimentación por parte del distrito minero Coeur d'Alene del norte de Idaho, Estados Unidos, mundialmente conocido por producir plomo, zinc y plata, para tratar las aguas residuales ha mejorado enormemente la calidad de las descargas de agua de las operaciones mineras. [9]
Al reducir la velocidad del flujo para limitar el transporte de sólidos junto con el líquido que fluye rápidamente, se puede producir una separación. Aproximadamente entre el 35% y el 60% de los sólidos se eliminan de la suspensión líquida diluida, con un tiempo de detención de 10 minutos, con un tiempo de detención común de 30 a 60 minutos. Debido a la consideración inadecuada de criterios críticos de diseño, la mayoría de los estanques de decantación construidos eran sobredimensionados y tenían baja eficiencia. [10]
Los estanques de sedimentación utilizados en la producción lechera reducen la carga de nutrientes en una franja de filtro vegetal procedente del escurrimiento del lote, disminuyendo así el volumen de laguna requerido para una nueva instalación. Además, los estanques de sedimentación son útiles para eliminar materiales sólidos no deseados, como heno, paja y plumas del flujo de desechos antes de fluir a la laguna, ayudan a reducir el olor y evitan la formación de costras en la superficie de la laguna. Se puede utilizar un deflector para retener los sólidos flotantes eliminados. Existen dos tipos de balsas de decantación, según el método de eliminación de sólidos. Con un tipo, los sólidos se eliminan mecánicamente (después de que se haya drenado el agua libre), generalmente con un cargador frontal o un minicargador. El otro tipo utiliza la eliminación hidráulica (bomba) de los sólidos. Normalmente, el bombeo se inicia cuando el depósito está lleno hasta la mitad de sólidos y el resto es agua. Se necesita una agitación vigorosa para mezclar el líquido y los sólidos, preferiblemente mediante agitadores de hélice o bombas con boquillas de agitación. [11]
Los tanques de sedimentación están diseñados para retener agua el tiempo suficiente para que los sólidos suspendidos puedan sedimentarse para obtener agua de alta pureza en la salida y brindar la oportunidad de ajustar el pH. [12] Otros procesos que podrían usarse: espesadores, clarificadores, hidrociclones y filtración por membranas son técnicas muy utilizadas en el campo. [13] En comparación con esos procesos, los estanques de decantación tienen un diseño más simple y económico, con menos piezas móviles, y exigen menos mantenimiento, a pesar de requerir limpieza y aspiración de las zonas de reposo al menos una vez cada dos semanas.
Sin embargo, las cuencas de sedimentación pueden introducir nuevos tipos de contaminación del agua, especialmente si el suministro de agua proviene de un pozo. La cuenca puede atrapar contaminantes arrastrados por el viento y, si el agua se retiene durante un período prolongado, crecen algas en la piscina, lo que genera mayores problemas de filtración. Los estanques de sedimentación también pueden ser ineficaces para reducir la turbidez causada por partículas pequeñas con una gravedad específica lo suficientemente baja como para quedar suspendidas por el movimiento browniano. Por lo general, sólo puede eliminar partículas que van desde arena (2 mm de diámetro) hasta limo (0,002 mm de diámetro).
Las aguas residuales ingresan al depósito y las partículas muy finas del agua se separan por gravedad . El agua debe permanecer en el recipiente el tiempo suficiente para eliminar el tamaño de partícula deseado. Las partículas más pequeñas requieren períodos más prolongados para su eliminación y, por tanto, recipientes más grandes. En algunos lavabos se puede agregar un floculante para ayudar a que las partículas más pequeñas se peguen y formen partículas más grandes. La ley de Stokes se puede utilizar para calcular el tamaño de un depósito de sedimentación necesario para eliminar el tamaño de partícula deseado. La ley de Stokes proporciona una velocidad de sedimentación que determina la profundidad efectiva de la cuenca de sedimentación; por lo tanto, la eliminación de sólidos depende de la superficie efectiva del estanque de sedimentación, mientras que el componente de profundidad del volumen del estanque de sedimentación sigue siendo importante para el almacenamiento de sólidos sedimentados. [14]
La traducción del área de superficie del tiempo de sedimentación requerida a la geometría de la cuenca de sedimentación requiere la consideración de cortocircuitos y turbulencias inducidas por el viento, la socavación del fondo o el diseño de entrada y desbordamiento. La geometría de la cuenca de sedimentación es importante porque el tiempo efectivo de sedimentación dentro de la cuenca será el tiempo que un volumen de agua pasa en condiciones no turbulentas antes de alcanzar el desbordamiento de la cuenca de sedimentación. El tiempo medio siempre es menor que el tiempo medio calculado dividiendo el volumen disponible por el flujo previsto. El tiempo medio de paso a través de una cuenca de sedimentación corta y ancha puede ser significativamente menor que el tiempo medio de paso a través de una cuenca de sedimentación larga y estrecha. Los estanques de sedimentación con estructuras de desbordamiento cerca de los puntos de entrada pueden contener un gran volumen de agua estancada, mientras que el agua recién admitida alcanza rápidamente el punto de desbordamiento antes de que pueda ocurrir la sedimentación. El área de superficie efectiva para sedimentación rara vez se extiende perpendicularmente más de una décima parte de la distancia de una línea de flujo desde la entrada del depósito hasta el rebosadero, a menos que se instalen deflectores. [15] El área de superficie efectiva y la geometría pueden cambiar a medida que la acumulación de sedimentos llena parte del volumen construido originalmente. Pueden formarse rápidamente canales de atajo a través de acumulaciones de sedimentos más pesados cerca de la entrada a la cuenca de sedimentación. El flujo a través de porciones poco profundas de la cuenca de sedimentación puede causar turbulencias que resuspendan los sedimentos del fondo de la cuenca. Se ha recomendado dos pies como profundidad mínima del depósito de sedimentación para evitar la socavación del fondo. [15]
