Un estanque de sedimentación , un estanque de sedimentación o un estanque de decantación es una estructura de tierra o de hormigón que utiliza sedimentación para eliminar la materia sedimentable y la turbidez de las aguas residuales . Los estanques 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 de tamaño, forma, índice de refracción y 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 sólidos residuales) de un tamaño y una cantidad específicos en diversos campos, como la acuicultura, la minería, los productos lácteos, el procesamiento de alimentos, la producción de alcohol y la elaboración de vino. Es necesario drenar y desazolvar periódicamente los estanques de sedimentación para mantener un rendimiento satisfactorio. [7]
Todos los materiales que no se eliminan del sistema durante la cosecha se clasifican como desechos, incluidos los alimentos no consumidos, los excrementos, los productos químicos y terapéuticos, los peces muertos y moribundos, los peces que se escaparon y los patógenos. Los estanques de sedimentación en el campo son estanques simples excavados aguas abajo de la granja para eliminar de manera óptima y eficaz los sólidos suspendidos, producir efluentes clarificados y acumular y espesar el lodo hasta un volumen mínimo. Si se produce un deterioro en cualquiera de estas funciones, esto podría tener un gran impacto en el rendimiento del estanque, lo que podría dañar la eficacia del proceso. [8]
Las aguas residuales producidas por las industrias mineras contribuyen a la acidez, el material suspendido y los iones de metales pesados disueltos en el medio acuático, lo que causa problemas ambientales para la vida biológica y la decoloración de las aguas receptoras. La aplicación de cuencas de decantación en el distrito minero de Coeur d'Alene, en el norte de Idaho, Estados Unidos, conocido mundialmente por producir plomo, zinc y plata, para tratar las aguas residuales ha mejorado enormemente la calidad del agua descargada 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 la separación. Aproximadamente entre el 35 y el 60 % de los sólidos se elimina 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 los criterios de diseño críticos, la mayoría de los estanques de sedimentación construidos eran de gran tamaño y tenían una baja eficiencia. [10]
Los estanques de sedimentación utilizados en la producción lechera reducen la carga de nutrientes en una franja de filtro vegetal proveniente de la escorrentía 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 de la corriente de desechos antes de que fluyan hacia 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. Hay dos tipos de estanques de sedimentación, 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 de dirección deslizante. El otro tipo utiliza la eliminación hidráulica (bomba) de los sólidos. Por lo general, el bombeo se inicia cuando el estanque está medio lleno de sólidos y el resto es agua. Se necesita una agitación vigorosa para mezclar el líquido y los sólidos, preferiblemente mediante agitadores de tipo hélice o bombas con boquillas de agitación. [11]
Los estanques de sedimentación están diseñados para retener agua el tiempo suficiente para que los sólidos suspendidos puedan sedimentar para obtener un agua de alta pureza en la salida y brindar la oportunidad de ajustar el pH. [12] Otros procesos que podrían utilizarse: espesadores, clarificadores, hidrociclones y filtración por membranas son técnicas muy utilizadas en el campo. [13] En comparación con esos procesos, los estanques de sedimentación tienen un diseño más simple y económico, con menos partes móviles, demandando menos mantenimiento, a pesar de requerir limpieza y aspirado de las zonas de reposo al menos una vez cada dos semanas.
Sin embargo, los estanques de sedimentación pueden introducir nuevos tipos de contaminación del agua, en particular si el suministro de agua proviene de un pozo. El estanque puede atrapar contaminantes arrastrados por el viento y, si el agua se retiene durante un período prolongado, las algas crecen 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, solo pueden eliminar partículas que van desde arena (2 mm de diámetro) hasta limo (0,002 mm de diámetro).
Las aguas residuales entran en el estanque y las partículas muy finas del agua se separan por gravedad . El agua debe permanecer en el estanque el tiempo suficiente para que se elimine el tamaño de partícula deseado. Las partículas más pequeñas requieren períodos más largos para su eliminación y, por lo tanto, estanques más grandes. En algunos estanques se puede agregar un floculante para ayudar a que las partículas más pequeñas se adhieran entre sí y formen partículas más grandes. La ley de Stokes se puede utilizar para calcular el tamaño de un estanque de sedimentación necesario para eliminar un tamaño de partícula deseado. La ley de Stokes proporciona una velocidad de sedimentación que determina una profundidad efectiva del estanque de sedimentación; por lo tanto, la eliminación de sólidos depende del área de 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 requerido a la geometría de la cuenca de sedimentación requiere la consideración de cortocircuitos y turbulencias inducidas por el viento, erosión del fondo o 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 angosta. Las cuencas 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 de la cuenca hasta el desbordamiento a menos que se instalen deflectores. [15] El área de superficie efectiva y la geometría pueden cambiar a medida que el sedimento acumulado llena parte del volumen construido originalmente. Los canales de atajo pueden formarse rápidamente a través de acumulaciones de sedimentos más pesados cerca de la entrada de la cuenca de sedimentación. El flujo a través de partes poco profundas de la cuenca de sedimentación puede causar turbulencias que resuspendan los sedimentos del fondo de la cuenca. Se ha recomendado una profundidad mínima de dos pies para la cuenca de sedimentación a fin de evitar la erosión del fondo. [15]
