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4. PRETRATAMIENTO Y TRATAMIENTOS PRIMARIOS
Si bien los pretratamientos y tratamientos primarios se definirán en cada una de las líneas de
tratamiento recogidas posteriormente, en este apartado se establecerán recomendaciones de carácter
general y los parámetros de diseño de las distintas operaciones unitarias. En el pretratamiento, además
de las operaciones de desbaste, desarenado y desengrasado, se incluye la obra de llegada y la medida de
caudal.
En las PTAR, las aguas residuales a tratar, conducidas por gravedad o por bombeo, descargan en una
obra de llegada, como paso previos a su pretratamiento, en el que se elimina la mayor cantidad posible
de aquellas materias que por su naturaleza o tamaño (detritus, arenas, grasas, etc.), podrían originar
problemas en las etapas posteriores del tratamiento. Por otro lado, los caudales de aguas residuales que
ingresan en la PTAR deben medirse para poder efectuar una explotación eficaz y evaluar los costes del
tratamiento por unidad de volumen de agua tratada.
4.1. Obra de llegada
Las aguas residuales ingresan en la PTAR en la obra de llegada, que consiste normalmente en una
arqueta donde conectan los colectores que transportan las aguas a tratar.
La obra de llegada debe disponer de un aliviadero conectado a la línea de by-pass general de la PTAR,
que tiene la misión de evacuar el caudal que supere al caudal máximo de diseño, o de evacuar todo el
caudal de agua residual en los casos en que sea necesario poner fuera de servicio las instalaciones. A tal
fin se incluirá a la salida de la obra de llegada una compuerta o compuertas de aislamiento de la PTAR.
Tanto el by-pass general, como el emisario de salida deben tener capacidad suficiente para transportar
toda el agua que pueda llegar por el colector o colectores a la depuradora (ver Figura 4.1)
El caudal máximo de diseño suele oscilar entre 2 y 4 veces el caudal medio, según el número de
habitantes servidos.
Figura 4.1. Obra de llegada y aliviadero
4.2. Pretratamiento
Lasdistintas operaciones que constituyen el pretratamiento dependerán, en cada caso concreto, de la
calidad del agua bruta de entrada, del tipo de tratamiento posterior adoptado y del tamaño de la
población, entre otros factores. Suele constar de un desbaste, un desarenado y un desengrasado.
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4.2.1 Desbaste
Su objetivo es la eliminación de sólidos a través de rejas o tamices. Dado el pequeño paso de los tamices
(entre 0,3 y 0,5 mm), su alto coste y su mayor mantenimiento, no parece recomendable su instalación
en El Salvador, salvo casos excepcionales.
Las rejas se clasifican según el tamaño de paso entre barrotes en rejas de gruesos (entre 20 y 60 mm) y
rejas de finos (entre 6 y 12 mm), siendo valores usuales 40 mm y 10 mm, respectivamente. En función
de cómo se realice su limpieza, las rejas se clasifican en manuales y automáticas.
Figura 4.2. Reja de limpieza manual (Metcalf& Eddy 1995)
En caso de poner una sola reja, esta no debería tener un paso superior a 20 mm.
Las rejas automáticas tienen un sistema de control de la puesta en marcha y parada del rastrillo
mediante temporizador o por pérdida de carga, recomendándose la instalación de un sistema
combinado de ambos. Deben también incluir compuertas en la parte anterior y posterior de las rejas
para poder aislarlas en caso de que tuvieran que ser reparadas. Con este mismo objetivo debe
construirse un canal de by-pass con una reja manual (Figura 4.3).
Figura 4.3. Reja curva de limpieza automática
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Para el caso de El Salvador, se recomienda con carácter general, la utilización de rejas de gruesos de 3040 mm de paso, seguida de rejas de finos de 10 mm de paso, ambasmanuales. En plantas grandes, o en
aquellas que por sus características necesitan retirar los residuos de una forma rápida, como es el caso
de zonas hoteleras o plantas con zonas urbanizadas muy cercanas, puede ser recomendable la inclusión
de rejas automáticas. En algunos casos para minimizar los olores se utilizan sistemas de desbaste
automático con prensa de residuos incorporada (Figura 4.4).
Figura 4.4. Desbaste automático de finos con tornillo y prensa incorporada
Los parámetros de diseño de las rejas se recogen en la Tabla 4.1.
Tabla 4.1. Parámetros de diseño de rejas
Parámetros
Velocidad en canal (m3/s)
Velocidad a través de la reja ( m3/s)
Longitud del canal antes de la reja(m)
Anchura mínima canal (m)
Ancho de barrotes (m)
Inclinación barras
Volumen detritus extraídos (l/hab.año)
Rejas limpieza
manual
>0,4 a Qmin
>0,9 a Qmax
< 0,6a Q medio
< 0,9 a Qmáximo
>1,3 m
>0,3
Finas: 6-12
Gruesas: 12-25
40-60º
Rejas finas: 5-15
Rejas gruesas: 2-5
Valores
Rejas limpieza automática
>0,4 a Qmin
>0,9 a Qmax
< 1,0 a Q medio
< 1,4 a Qmáximo
>1,3 m
>0,3
Finas : 6-12
Gruesas: 12-25
Rejas finas: 5-15
Rejas gruesas: 2-5
4.2.2 Desarenado
Tiene por objeto eliminar las materias pesadas de granulometría superior a 0,2 mm y densidad
superior a 2,5 gr/cm3, para evitar su sedimentación en canales, conducciones y unidades de
tratamiento posteriores. Si los desarenadores se diseñan adecuadamente (Tabla 4.2) pueden
conseguirse rendimiento de eliminación de arenas del 90%.
Esta etapa se coloca generalmente después del desbaste y antes del tratamiento primario. Existen
básicamente dos tipos de desarenadores, los estáticos de flujo horizontal y los aireados(Ver Figura 4.5).
En muchas ocasiones los desarenadores aireados incluyen en la misma unidad la operación de
desengrasado, como se verá posteriormente.
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Desarenadores estáticos de flujo horizontal.- Las arenas decantan en canales longitudinales,
debiéndose construir al menos dos unidades en paralelo, con capacidad cada una de ellas para el caudal
máximo de diseño, para permitir que un canal esté en funcionamiento mientras el otro esté vacío de
agua mientras se extraen las arenas de forma manual. Existen dos modalidades diferentes: de flujo
variable y de flujo constante. En este último caso, la velocidad de paso se mantiene constante, bien
mediante una sección adecuada de los canales (perfil parabólico o trapezoidal), bien colocando al final
de los canales vertederos de salida de ecuación lineal (canal Parshall, vertedero Sutro, etc.). Para poder
aislar los canales se incluirán compuertas a la entrada y salida de los mismos.
Figura 4.5. a) Desarenador estático de doble canal; b) Esquema de desarenador aireado
Desarenadores aireados.- El aire inyectado permite disminuir el contenido en materia orgánica de la
arena, provocando un movimiento en espiral que se controla con la propia geometría del tanque y por
la cantidad de aire su ministrado. La extracción de arena se realiza de forma mecánica mediante
bombas centrífugas, o sistemas air-lift.
Se recomienda, en general, la utilización desarenadores estáticos de doble canal y flujo constante. En
plantas grandes, o en aquellas que por sus características necesitan retirar las arenas y grasas de una
forma rápida, como es el caso de zonas hoteleras o plantas con zonas urbanizadas muy cercanas, puede
ser recomendable la inclusión de desarenadores-desengrasadores de retirada automática de residuos.
Se requieren, como mínimo, dos canales en paralelo con capacidad nominal cada uno de ellos, afin de
permitir funcionaruno de ellos mientras en el otro se está retirando la arena. La operación de
desarenado se diseña para el caudal máximo en tiempo de lluvias.
Los parámetros de diseño de los desarenadores se recogen en la Tabla 4.2.
Tabla 4.2. Parámetros de diseño de los desarenadores
Parámetros
Carga superficial a Qmax(m3/m2. h)
Velocidad horizontal (m/s)
Tiempo de retención a Qmax(m3/m2. h)
Anchura (m)
Valores
Desarenadores estáticos Desarenadores aireados
< 70
< 70
0,3
<0,15
1-2
2-5
>0,30
2-5
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Longitud / anchura (m/m)
Volumen arenas extraídas (l/100 m3)
Suministro de aire (Nm3/min. metro de
canal
Sistemas separativos:
6-20
Sistemas unitarios:
8-80
-
3:1-5:1
Sistemas separativos:
6-20
Sistemas unitarios:
8-80
0,2-0,6
4.2.3 Desengrasado
Tiene por objeto eliminar las grasas y demás materias flotantes más ligeras que el agua.Dentro de los
desengrasadores se distinguen:
a) Los estáticos, en los que se hace pasar el agua a través de un depósito dotado de un tabique
deflector, que obliga a las aguas a salir por la parte inferior del mismo, lo que permite que los
componentes de menor densidad queden retenidos en la superficie (Figura 4.6). El
rendimiento de estos desengrasadores es muy inferior al de los aireados.
b) Los aireados, en ellos se inyecta aire por la parte inferior del recinto para desemulsionar las
grasas y mejorar la flotación de las mismas. Este tipo de desengrasador no se suele utilizar si
no es combinado con la operación de desarenado.
En muchos casos las operaciones de desarenado y desengrasado se realizan de forma conjunta. En
este caso ellos la arena decanta por gravedad y las grasas se acumulan en la superficie al inyectar aire
por la parte inferior. Normalmente dispone de un puente móvil del que cuelga un sistema de extracción
de arena en continuo (mediante bombas centrífugas o air-lift) y un sistema de barrido superficial de
flotantes (Figura 4.6).
Figura 4.6. a) Desengrasador estático; b) Desarenador-desengrasador aireado con puente móvil
Los sistemas de desengrasado se incluyen en la línea de pretratamiento en los casos en que se prevea la
existencia de vertidos con alto componente de grasas y/o flotantes (restaurantes, mataderos,
gasolineras, etc.). Si se ve la necesidad de incluir un sistema de desengrasado, éste será en general de
tipo estático. Sólo en plantas grandes, especialmente en el caso de utilización de tecnologías intensivas,
puede ser recomendable la inclusión de un desarenador-desengrasador aireado.
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Con un correcto diseño los desengrasadores estáticos pueden conseguirse rendimientos de eliminación
de grasas del 60-70%, mientras que en un desarenador-desengrasador aireado pueden conseguirse
rendimientos superiores al 80% de eliminación de grasas y al 90% de eliminación de arenas.
Los parámetros de diseño de los desengrasadores estáticos y de los desarenadores- desengrasadores
aireados se recogen en la Tabla 4.3.
Tabla 4.3. Parámetros de diseño de los desengrasadores
Parámetros
Carga superficial a Qmax(m3/m2. h)
Tiempo de retención a Qmed(minutos)
Altura (m)
Longitud / anchura (m / m)
Volumen arenas extraídas (l/m3)
Volumen grasas extraídas (l/m3)*
Suministro de aire (Nm3/min. metro de
canal
Valores
Desengrasador estático
Desarenadordesengrasador aireado
< 20
<35
>30
10-15
2-5
3:1-5:1
Sistemas separativos:
6-20
Sistemas unitarios:
8-80
0,05-0,07
0,08-0,09
0,2-0,6
*Contenido medio en grasas de 100 mg/L
4.3. Medida de caudal
La medición de caudal es una operación necesaria para poder realizar una explotación eficaz de la
PTAR y evaluar los costes del tratamiento por unidad de agua tratada.
La medida puede realizarse en canales abiertos (flujo de lámina libre), o en conducciones en carga. En
el primer caso, la determinación del caudal se lleva a cabo normalmente en vertederos rectangulares,
triangulares o en canales tipo Parshall. En conducciones en carga, la determinación del caudal se lleva a
cabo, normalmente, mediante la introducción de una obstrucción para crear una pérdida de carga o
diferencial de presión (Venturi, placa de orificio, etc.), o mediante la medición de los efectos que
produce el agua en movimiento (medidor magnético). Para las aguas residuales con concentraciones de
sólidos normales se utilizan la medición en canal abierto, o los medidores magnéticos en conducciones
en carga.
Se recomienda que, con carácter general, enlas poblaciones que dispongan de energía eléctrica en su
parcela, se incluyaun medidor de caudal en continuo, con al menos totalizador, de esta forma, además
de los beneficios que reporta a la explotación de la PTAR, se dispondrá de datos sobre las
características de las aguas residuales en El Salvador, hoy no disponibles, fundamentales cara a la
planificación y al diseño de futuras instalaciones.
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Figura 4.7. a) Medida en vertedero triangular; b) Medidor magnético en tubería
4.4. Tratamientos primarios
El objetivo de los tratamientos primarios es la reducción de los sólidos en suspensión (flotantes y
sedimentables), mediante su sedimentación, consiguiéndose, además, una cierta reducción de la
contaminación biodegradable, dado que una parte de los sólidos que se eliminan está constituidos por
materia orgánica.
Se exponen a continuación, los tratamientos primarios de mayor interés para el caso de El Salvador: las
fosas fépticas, los tanques Imhoff y los sedimentadoresprimarios. Los dos primeros consiguen
estabilizar los lodos decantados mediante un proceso de digestiónanaerobia de los mismos.
4.4.1. Fosa séptica
Constituyen uno de los tratamientos previos más utilizados en sistemas de depuración
descentralizados y en poblaciones de tamaño muy pequeño. En general se disponen enterradas .
En su funcionamiento cabe distinguir dos tipos de procesos: a) Físicos:bajo la acción de la gravedad se
separan los sólidos sedimentables, que se van acumulando en el fondo de la fosa, y por flotación, los
flotantes y grasas van formando una capa sobre la superficie líquida. b)Biológicos:los lodos decantados
se estabilizan mediantes una digestión anaerobia, con desprendimiento de biogás. En la figura 4.8 se
recoge un esquema de una fosa séptica.
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Figura 4.8. Esquema de una fosa séptica de dos cámaras.
Las fosas sépticas suelen utilizarse en poblaciones inferiores a los 250 habitantes.
Los parámetros de diseño de las fosas sépticas se recogen en las Tablas 4.4 y 4.5, en la primera el
diseño se basa en la carga hidráulica, el tiempo de retención y en el número de habitantes servidos,.En
la segunda se calcula el volumen útil en base a la frecuencia establecida para la purga de lodos.
Respecto al intervalo es recomendable que éste no sea inferior a dos años, debiendo adecuarse el
volumen útil de la fosa a este fin.Los rendimientos que normalmente se obtienen, se recogen en la Tabla
4.6.
Tabla 4.4. Parámetros de diseño de las fosas sépticas
Parámetros
Carga superficial a Qmed(m3/m2.h)
Tiempo de retención a Qmed(días)
Volumen útil (l/hab)
Producción de lodos (l/hab.año)
Valores recomendados
< 1,5
2-3
450
200-250
Tabla 4.5. Volumen útil de las fosas sépticas
Intervalos de extracción de lodos
Volumen útil de la fosa séptica
(años)
(m3)
1
2,7 .Qmed
2
3,5 .Qmed
3
4,2 .Qmed
Tabla 4.6. Rendimientos de las fosas sépticas
Parámetro
DBO5
Sólidos en Suspensión
DQO
Coliformes fecales (reducción u. log)
Reducción (%)
20-30
50-60
20-30
Nula
4.2.2. Tanque Imhoff
Constituyen uno de los tratamientos previos más utilizados en poblaciones pequeñas y medianas para
reducir los sólidos en suspensión, tanto sedimentables como flotantes. En general se disponen
enterrados.
Los tanques Imhoff constan de un único depósito, en el que se separan la zona de sedimentación, que se
sitúa en la parte superior, de la zona de digestión de los sólidos decantados, que se ubica en la zona
inferior del depósito (Figura 4.9). La configuración de la apertura que comunica ambas zonas, impide el
paso de gases y partículas de fango de la zona de digestión a la de decantación, de esta forma, se evita
que los gases que se generan en la digestión afecten a la decantación de los sólidos en suspensión
sedimentables, como ocurre en el caso de las fosas sépticas. En su funcionamiento se dan procesos
físicos y biológicos, similares a los expuestos en las fosas sépticas. Con relación a éstas, la principal
diferencia de los tanques Imhoff estriba en la corta estancia del agua residual en el proceso, lo que
permite la obtención de efluentes con bajo grado de septicidad.
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Zona de
decantación
Biogás
Lodos
Zona de digestión
Figura 4.9. Esquema de un tanque Imhoff
Los parámetros de diseño de este tratamiento primario se recogen en la Tabla 4.7 y sus rendimientos
característicos en la Tabla 4.8
Tabla 4.7. Parámetros de diseño de un tanque Imhoff
Parámetros
Valores recomendados
Zona de decantación
Carga superficial (m3/m2.h)
1,0-1,5 a Qmáx
Tiempo de retención (minutos)
90 a Qmáx
Zona de digestión
Tiempo de digestión (meses)
6
Volumen zona digestión (m3/hab)
0,07
Producción de lodos (l/hab.año)
150-200
Los tanques Imhoff pueden utilizarse además de como tratamiento primario, para almacenar y
estabilizar los lodosen exceso producidos en el tratamiento secundario (Filtros Percoladores, Biodiscos,
etc.). En este caso, en el cálculo del volumen destinado almacenamiento y digestión deberá tenerse en
cuenta el volumen de lodosen exceso producidos, a fin de garantizar el tiempo de retención establecido
en el diseño.
Tabla 4.8. Rendimientos de los Tanques imhoff
Parámetro
DBO5
Sólidos en Suspensión
DQO
Coliformes fecales (reducción u. log)
Reducción (%)
20-30
50-60
20-30
Nula
9
4.2.3. Sedimentadoresprimarios
El objetivo de la sedimentación primaria, al igual que el resto de tratamientos primarios, es eliminar
por gravedad una parte importante de los sólidos en suspensión y de la materia orgánica agregada. A
diferencia de las fosas sépticas o los tanques Imhoff, no almacena, ni estabiliza los lodos decantados,
por lo que deben ser retirados cada cierto tiempo, ya que en caso contrario originarían fuertes
demandas de oxígeno en el resto de las etapas del tratamiento y se producirían fuertes olores. Los
fangos extraídos de los sedimentadoressuelen ser tratadosposteriormentemediante un proceso de
digestión (normalmente anaerobia a temperatura ambiente), previamente a su deshidratación a través
de eras de secado.
Los sedimentadores primarios pueden ser estáticos o dinámicos, según cuenten o no con partes
mecanizadas. Los sedimentadoresestáticos cilindrocónicos (Figuras 4.10 y 4.11) son los más utilizados,
recomendándose su instalación en poblaciones pequeñas y medianas. Dentro de los estáticos también
existen los de tipo lamelar, cuya ventaja es la de reducir la superficie de implantación en 8 o 10 veces
respecto a la necesaria para los sedimentadores convencionales. Este tipo de decantadores no suelen
utilizarse en países como El Salvador, por su alto su alto coste y por tener un mantenimiento más
complicado, salvo en casos excepcionales donde no se disponga de terreno suficiente.
Figura 4.10. Sección de un sedimentador primario cilindrocónico estático
Los sedimentadores dinámicos cuentan con elementos electromecánicos (puente móvil, rasquetas de
fondo, rasquetas superficiales, etc.), que se utilizan para recoger los flotantes y para conducir los lodos
hacia la poceta de evacuación (Figura 4.12). Atendiendo a su geometría se distinguen entre
decantadores dinámicos rectangulares y circulares.
Los decantadores estáticos cilindrocónicos son los más extendidos en Centroamérica, por sus costes de
implantación y sencillez de mantenimiento, pero cuando los diámetros son grandes el grado de
inclinación necesario de sus paredes obliga a ir a profundidades exageradas, con los problemas
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constructivos que ello conlleva. Es por ello, que a partir de un cierto tamaño de población hay que
estudiar la alternativa de construir sedimentadores dinámicos de puente móvil.
Figura 4.11. a) Sedimentador primario estático (San Luis Talpa, El Salvador), b) Detalle de un
decantador lamelar
Figura 4.12. Esquema de un sedimentador primario dinámico de rasquetas
Los parámetros de diseño de este tratamiento primario se recogen en la Tabla 4.9 y sus rendimientos
característicos en la Tabla 4.10.
Tabla 4.9. Parámetros de diseño de sedimentadores primarios
Parámetros
Carga superficial a Qmed(m3/m2.h)
Carga superficial a Qmáx(m3/m2.h)
Tiempo de retención a Qmed(horas)
Tiempo de retención a Qmáx(horas)
Carga en vertedero (m3/m.h)
Valores recomendados
< 1,3
< 2,5
2
1
< 40
Pendiente paredes (%)
Relación radio/altura
45-65
2,5-8,0
11
Calado en vertedero (m)
Producción de lodos (l/hab.año)
>2,5
250-450
A efectos de estas recomendaciones se pueden estimar como similares los parámetros de diseño y los
rendimientos de los sedimentadores estáticos y los dinámicos, si bien los segundos tienen un margen
de seguridad mayor en su cumplimiento.
Tabla 4.10 Rendimientos de los sedimentadores primarios
Parámetro
DBO5
Sólidos en Suspensión
DQO
Coliformes fecales
Reducción (%)
30-35
60-65
30-35
Nula
12