Los clarificadores son tanques de sedimentación construidos con medios mecánicos para la eliminación continua de sólidos que se depositan por sedimentación . [1] Un clarificador se utiliza generalmente para eliminar partículas sólidas o sólidos suspendidos de un líquido para su clarificación y/o espesamiento. Dentro del clarificador, los contaminantes sólidos se depositarán en el fondo del tanque, donde serán recolectados por un mecanismo rascador. [2] Las impurezas concentradas, descargadas desde el fondo del tanque, se conocen como lodos , mientras que las partículas que flotan en la superficie del líquido se denominan escoria. [3]
Antes de que el agua entre al clarificador, se pueden agregar reactivos de coagulación y floculación , como polielectrolitos y sulfato férrico [4] . Estos reactivos hacen que las partículas finamente suspendidas se agrupen y formen partículas más grandes y densas, llamadas flóculos, que se sedimentan más rápida y establemente. Esto permite que la separación de los sólidos en el clarificador se produzca de forma más eficiente y sencilla, lo que ayuda a la conservación de la energía [4] . Aislar primero los componentes de las partículas mediante estos procesos puede reducir el volumen de los procesos de tratamiento de agua posteriores, como la filtración.
El agua potable , que se purifica para el consumo humano, se trata con reactivos de floculación y luego se envía al clarificador, donde se elimina el coagulado floculado para producir agua clarificada. El clarificador funciona permitiendo que las partículas más pesadas y grandes se sedimenten en el fondo del clarificador. Las partículas luego forman una capa inferior de lodo que requiere una eliminación y eliminación periódicas. Luego, el agua clarificada pasa por varios pasos más antes de enviarse para su almacenamiento y uso. [4]
Los tanques de sedimentación se han utilizado para tratar aguas residuales durante milenios. [5]
El tratamiento primario de las aguas residuales consiste en la eliminación de los sólidos flotantes y sedimentables mediante sedimentación. [6] Los clarificadores primarios reducen el contenido de sólidos suspendidos y contaminantes incrustados en dichos sólidos suspendidos. [7] : 5–9 Debido a la gran cantidad de reactivos necesarios para tratar las aguas residuales domésticas, generalmente no se utilizan la coagulación química y la floculación preliminares, y los sólidos suspendidos restantes se reducen en las siguientes etapas del sistema. Sin embargo, la coagulación y la floculación se pueden utilizar para construir una planta de tratamiento compacta (también denominada "planta de tratamiento en paquete") o para un mayor pulido del agua tratada. [8]
Los tanques de sedimentación llamados "clarificadores secundarios" eliminan los flóculos de crecimiento biológico creados en algunos métodos de tratamiento secundario, incluidos los lodos activados , los filtros percoladores y los contactores biológicos rotativos . [7] : 13
Los métodos utilizados para tratar los sólidos suspendidos en las aguas residuales de la minería incluyen la sedimentación y la clarificación y filtración por manta de flóculos. [9] Rio Tinto Minerals utiliza la sedimentación para refinar el mineral en bruto y convertirlo en boratos refinados. Después de disolver el mineral, la solución saturada de borato se bombea a un gran tanque de sedimentación. Los boratos flotan en la parte superior del licor mientras que la roca y la arcilla se depositan en el fondo. [10]
Aunque la sedimentación puede ocurrir en tanques de otras formas, la eliminación de sólidos acumulados es más fácil con cintas transportadoras en tanques rectangulares o con raspadores que giran alrededor del eje central de tanques circulares. [3] Los dispositivos mecánicos de eliminación de sólidos se mueven tan lentamente como sea posible para minimizar la resuspensión de sólidos sedimentados. Los tanques están dimensionados para dar al agua un tiempo de residencia óptimo dentro del tanque. La economía favorece el uso de tanques pequeños; pero si la velocidad de flujo a través del tanque es demasiado alta, la mayoría de las partículas no tendrán tiempo suficiente para sedimentarse y serán arrastradas con el agua tratada. Se centra una atención considerable en reducir las velocidades de entrada y salida de agua para minimizar la turbulencia y promover una sedimentación efectiva en todo el volumen disponible del tanque. Se utilizan deflectores para evitar que las velocidades del fluido en la entrada del tanque se extiendan al tanque; y se utilizan vertederos de desbordamiento para distribuir uniformemente el flujo del líquido que sale del tanque sobre un área amplia de la superficie para minimizar la resuspensión de partículas sedimentadas. [11]
Los sedimentadores tubulares o de placas se utilizan comúnmente en clarificadores rectangulares para aumentar la capacidad de sedimentación al reducir la distancia vertical que debe recorrer una partícula suspendida. Los sedimentadores tubulares están disponibles en muchos diseños diferentes, como placas paralelas, en forma de chevron, en forma de diamante, de octógono o triángulo y en forma circular. [12] Los sedimentadores tubulares de alta eficiencia utilizan una pila de tubos paralelos, rectángulos o placas corrugadas planas separadas por unas pocas pulgadas (varios centímetros) e inclinadas hacia arriba en la dirección del flujo. Esta estructura crea una gran cantidad de vías de flujo paralelas estrechas que fomentan un flujo laminar uniforme como lo modela la ley de Stokes . [13] Estas estructuras funcionan de dos maneras:
Las estructuras inclinadas entre 45° y 60° pueden permitir el drenaje por gravedad de los sólidos acumulados, pero los ángulos de inclinación más superficiales suelen requerir un drenaje y una limpieza periódicos. Los sedimentadores tubulares pueden permitir el uso de un clarificador más pequeño y pueden permitir la separación de partículas más finas con tiempos de residencia inferiores a 10 minutos. [13] Normalmente, estas estructuras se utilizan para aguas difíciles de tratar, especialmente aquellas que contienen materiales coloidales .
Los sedimentadores tubulares capturan las partículas finas, lo que permite que las partículas más grandes se desplacen hasta el fondo del clarificador de una manera más uniforme. Las partículas finas se acumulan en una masa más grande que luego se desliza por los canales del tubo. La reducción de sólidos presentes en el flujo de salida permite una reducción en el espacio ocupado por el clarificador al momento de diseñarlo. Los tubos hechos de plástico PVC tienen un costo menor en las mejoras del diseño del clarificador y pueden llevar a un aumento de la tasa de operación de 2 a 4 veces. [14] [15]
Para mantener y promover el procesamiento adecuado de un clarificador, es importante eliminar primero cualquier componente corrosivo, reactivo y polimerizable, o cualquier material que pueda ensuciar la corriente de salida de agua para evitar reacciones secundarias no deseadas, cambios en el producto o daños a cualquiera de los equipos de tratamiento de agua. Esto se realiza mediante inspecciones de rutina para determinar el grado de acumulación de sedimentos, así como mediante una limpieza frecuente de las zonas de reposo, las áreas de entrada y salida del clarificador para eliminar cualquier residuo, basura, maleza o desechos que puedan haberse acumulado con el tiempo. [16]
El agua que se introduce en el clarificador debe controlarse para reducir la velocidad del flujo de entrada. La reducción de la velocidad maximiza el tiempo de retención hidráulica dentro del clarificador para la sedimentación y ayuda a evitar la turbulencia y la mezcla excesivas, lo que promueve la sedimentación efectiva de las partículas suspendidas. Para desalentar aún más la mezcla manifiesta dentro del clarificador y aumentar el tiempo de retención permitido para que las partículas sedimenten, el flujo de entrada también debe distribuirse de manera uniforme a lo largo de toda la sección transversal de la zona de sedimentación dentro del clarificador, donde el volumen se mantiene al 37,7 por ciento de su capacidad. [ cita requerida ]
El lodo formado a partir de las partículas sedimentadas en el fondo de cada clarificador, si se deja por un período prolongado de tiempo, puede volverse pegajoso y viscoso, lo que dificulta su eliminación. Esta formación de lodo promueve condiciones anaeróbicas y un entorno saludable para el crecimiento de bacterias. Esto puede provocar la resuspensión de partículas por gases y la liberación de nutrientes disueltos en todo el fluido acuático, lo que reduce la eficacia del clarificador. También pueden ocurrir problemas y problemas de salud importantes más adelante en el sistema de purificación de agua , o puede verse afectada la salud de los peces que se encuentran aguas abajo del clarificador. [ cita requerida ]
Se han realizado mejoras y modificaciones para mejorar el rendimiento del clarificador dependiendo de las características de la sustancia sometida a separación.
La adición de floculantes es común para facilitar la separación en los clarificadores, pero la diferencia de densidad del concentrado de floculante puede provocar que el agua tratada tenga una concentración excesiva de floculante. Se puede mejorar la concentración uniforme de floculante y reducir la dosis de floculante mediante la instalación de una pared difusora intermedia perpendicular al flujo en el clarificador. [17]
Las dos fuerzas dominantes que actúan sobre las partículas sólidas en los clarificadores son la gravedad y las interacciones entre partículas. Un flujo desproporcionado puede provocar inestabilidad turbulenta e hidráulica y un posible cortocircuito en el flujo. La instalación de paredes deflectoras perforadas en los clarificadores modernos promueve un flujo uniforme en todo el tanque. Los clarificadores rectangulares se utilizan comúnmente por su alta eficiencia y bajo costo de funcionamiento. Se realizaron mejoras en estos clarificadores para estabilizar el flujo mediante el alargamiento y el estrechamiento del tanque.