Resumen
Se ha comprobado que con cierta frecuencia en depuradoras de aguas residuales industriales o en depuradoras con un proceso de coagulación-floculación previo, los fangos no sedimentan de modo convencional debido a que no presentan una única etapa de sedimentación zonal. Chen et al. (1996) y Zhao (2004a, 2004b) observaron en ensayos de sedimentación con este tipo de fangos, una etapa inicial con velocidad de sedimentación zonal constante, una etapa intermedia donde se producía la aceleración de los fangos y una etapa final donde la velocidad de sedimentación zonal volvía a ser constante.
Este modo de sedimentación de los fangos activados no se ha estudiado con detalle. Chen et al. (1996) y Zhao (2004a, 2004b) estudiaron las etapas con velocidad de sedimentación zonal constante, pero no estudiaron ni modelizaron el proceso de aceleración del fango, ni le prestaron atención al tiempo a partir del cual se produce este proceso. Tampoco explicaron el mecanismo que desencadena el proceso de aceleración, ni la formación de grandes flóculos partiendo de un fango con una estructura inicial homogénea.
Los decantadores secundarios en los tratamientos biológicos de aguas residuales son mayoritariamente diseñados a partir de criterios empíricos basados en la experiencia adquirida en el diseño de depuradoras urbanas. El uso de estos criterios puede ser problemático en depuradoras de aguas residuales industriales donde la sedimentabilidad del fango biológico puede verse afectada por el tipo de agua residual y por el tratamiento físico-químico previo. Lo mismo ocurre cuando se utilizan programas de simulación donde se calcula la velocidad de sedimentación zonal de los fangos activados a partir de fórmulas empíricas obtenidas en depuradoras urbanas. La modelización de la velocidad de sedimentación zonal de los fangos activados en este tipo de depuradoras puede ayudar a mejorar los métodos utilizados para el diseño y simulación de decantadores secundarios.
El objetivo principal de la presente tesis es estudiar y desarrollar un modelo general de la velocidad de sedimentación zonal y del proceso de aceleración de los fangos activados en depuradoras de aguas residuales. Los fangos activados utilizados en los ensayos de sedimentación proceden de la depuradora de aguas residuales industriales de Ford España.
Inicialmente se caracterizan los fangos activados de la depuradora, determinando la densidad, tamaño y morfología de los flóculos. También se realizan ensayos de sedimentación para estudiar el efecto de la composición del sobrenadante y de la concentración de los sólidos suspendidos, en la velocidad de sedimentación y en el proceso de aceleración de los fangos. Posteriormente se modeliza la velocidad de sedimentación zonal en función de la concentración de los sólidos suspendidos de los fangos en las dos etapas donde la velocidad de sedimentación es constante.
Se ha utilizado el modelo de Richardson y Zaki, y se han propuesto algunas modificaciones del modelo, para estimar las características de los flóculos (diámetro, densidad, porosidad y dimensión fractal) en las etapas con velocidad de sedimentación constante inicial y final. También se utiliza dicho modelo para describir los cambios producidos en los flóculos después del proceso de aceleración de los fangos y para explicar la discontinuidad aparente, observada experimentalmente, en la velocidad de sedimentación zonal final.
Asimismo, se ha desarrollado un modelo logístico para describir la velocidad de sedimentación zonal y la aceleración de los fangos en función del tiempo y de la concentración de los sólidos suspendidos.
Finalmente se relaciona el modelo logístico de la velocidad de sedimentación con el modelo de Richardson y Zaki, y se propone una descripción del proceso de aceleración de los fangos a partir de la fragmentación y posterior agregación de los flóculos.
