Qué hace un tanque de homogenización de aguas residuales
Un tanque de homogenización de aguas residuales se sitúa entre las obras de entrada y el proceso que protege. Recibe el caudal a la tasa a la que llegue y lo libera a una tasa que la planta aguas abajo puede tratar, lo que desacopla ambas. En una planta municipal, la tasa de llegada oscila a lo largo del día; en un sitio industrial, oscila con un patrón de turnos o una descarga por lotes.
Cumple dos funciones, y se dimensionan de manera distinta. La homogenización de caudal amortigua la tasa a la que llega el agua; la homogenización de carga amortigua la masa de contaminante que llega por hora. Un tanque que se mezcla mientras se llena hace algo de ambas, pero una planta que lucha contra una descarga por lotes de licor concentrado necesita un volumen dimensionado por masa, no por litros.
Lo que el tanque aporta aguas abajo es una planta más pequeña y más estable: una etapa biológica que no tiene que construirse para la hora punta, equipo de dosificación que trabaja a tasa constante y una excursión de pH o temperatura que llega diluida en lugar de como una ola.
Caudal punta de aguas residuales: qué significa el número
El caudal punta no es un solo número. Son al menos tres, y un diseño que cita uno de ellos sin decir cuál todavía no es un diseño. El primero es la hora punta en día seco, el pico matutino o vespertino con el que se dimensiona la mayoría de las plantas municipales. El segundo es el día punta, el volumen más alto en 24 horas. El tercero es la punta por lluvia, la infiltración y el aporte tras la lluvia, que en un alcantarillado combinado o con fugas puede multiplicar la punta de tiempo seco a la vez que diluye su concentración.
El factor que convierte un promedio en una punta es el tema de la tabla del factor de punta, y su comportamiento es el mismo en todas partes: cuanto menor es la población servida, mayor es el factor. Un sitio industrial no tiene factor de punta en el sentido municipal; tiene un patrón de turnos, que se lee de su propio registro.
La punta que importa para el dimensionamiento no es el número más grande del registro. Es el número más grande que el proceso aguas abajo no puede absorber, y la diferencia entre ambos es para lo que sirve el tanque.
Homogenización de caudal en el tratamiento de aguas residuales: qué se amortigua
Reparte la llegada del agua a lo largo de más horas, y lo que no hace es eliminar carga alguna: los mismos kilogramos de DBO siguen llegando durante el día, repartidos de forma más uniforme. Que eso haga la carga más fácil o más difícil depende de cómo se muevan juntas la concentración y el caudal en su alcantarillado.
En un alcantarillado municipal, el caudal y la concentración suelen subir juntos, porque el pico matutino es también el de mayor concentración, de modo que aplanar el caudal también aplana la carga másica. Una descarga industrial suele ser lo contrario: un lote concentrado llega en un volumen pequeño, a una hora sin relación con la punta doméstica. Repartirlo a lo largo de más horas reparte la masa en lugar de reducirla, que es por lo general lo que la biología quiere, pero la masa no desaparece. Cuando el problema es la carga y no el caudal, el volumen debe dimensionarse con la curva de masa.
La mezcla mientras el tanque se llena tiene una segunda consecuencia: el promedio tiende a bajar juntas las puntas de caudal y concentración, lo que ayuda en el servicio municipal y puede ser contraproducente donde un efluente de alta concentración debe mantenerse separado en lugar de diluirse. La tabla de calidad del afluente de diseño expone las cifras con las que normalmente se diseña una planta.
Dimensionar con la curva de masa, no con un porcentaje
El método que responde bien a la pregunta es una curva de volumen acumulado. Se grafica el volumen de entrada acumulado frente al tiempo a lo largo del día de diseño, se traza el volumen acumulado que saldría si la extracción fuera constante, y la mayor distancia vertical entre las dos líneas es el almacenamiento que debe contener el tanque: la cantidad en que la llegada llega a superar la extracción.
Tres puntos prácticos deciden si la respuesta vale algo. El registro debe cubrir el peor día y no una semana típica, porque un tanque dimensionado con un día promedio no tiene capacidad sobrante para el día para el que se compró. El intervalo debe ser lo bastante fino para mostrar la punta. Y donde no existe registro, hay que construir una curva a partir de la población, la dotación y un factor de punta, y tratarla como provisional hasta que la planta tenga su propio medidor de caudal.
La práctica de diseño cita a menudo un rango de partida del orden de 10 a 30 por ciento del caudal diario para el servicio municipal, o un volumen equivalente a varias horas del caudal promedio. Debe leerse como un método de partida y no como una especificación: es una comprobación de cordura de la respuesta de la curva de masa, no un sustituto de ella, y los alcantarillados combinados, la alta infiltración y las descargas industriales por lotes alejan el volumen requerido del centro del rango.
Tiempo de retención hidráulica en un tanque de homogenización
El tiempo de retención hidráulica en un tanque de homogenización es el volumen dividido entre el caudal, un resultado del dimensionamiento y no un dato de entrada: partir de seis a doce horas y dimensionar el tanque con ese número es la manera de dejar la amortiguación fuera del diseño de la planta. Aun así vale la pena calcularlo, porque indica qué más hará el tanque. Un tiempo de retención largo en un clima cálido convierte un tanque sin aireación en un tanque de sedimentación y luego en uno séptico, con sólidos que se acumulan y sulfuro que aparece, y uno corto en un sitio con una punta industrial marcada no amortigua nada. La tabla de volumen de tanque y TRH cubre cómo un tiempo de residencia se convierte en un volumen de tanque.
Carga punta y el caso en que no coincide con el caudal punta
Cuando la carga llega por lotes, la restricción determinante es la masa y no el volumen, y la curva que hay que construir es la masa acumulada frente a la capacidad de tratamiento acumulada. La lectura es la misma: la mayor brecha entre lo que ha llegado y lo que el proceso podría haber tratado es el almacenamiento que debe aportar el tanque, aquí como un volumen a la concentración a la que se mezcla el tanque.
Las dos respuestas suelen ser diferentes, y el diseño tiene entonces tres opciones: dimensionar el tanque único para la mayor de las dos; repartir las funciones entre un tanque de caudal y un tanque de carga; o reducir el lote en la fuente, mediante una industria aguas arriba que homogenice su propia descarga o mediante un cambio de producción que evite que el licor concentrado llegue en un solo golpe. La tercera suele ser la más barata.
Mezcla, aireación y extracción en un tanque de homogenización de aguas residuales
Un tanque que no se mezcla es un tanque de sedimentación con un control de nivel: los sólidos sedimentan, el volumen efectivo baja y el tanque entrega al proceso un golpe concentrado cuando por fin se vacía. La mezcla mantiene el contenido uniforme, de modo que lo que sale es representativo de lo que entró. El arreglo que la proporciona — mezcladores sumergibles, una rejilla de burbuja gruesa o una recirculación por bombeo — depende de los sólidos del caudal y de si el contenido debe permanecer aerobio.
La aireación es una cuestión aparte. Se necesita donde el contenido se volvería séptico de otro modo, lo que significa retención larga, clima cálido, alta concentración orgánica o sulfuro en las aguas residuales entrantes, y es la manera más barata de mantener un tanque a la vez mezclado y aerobio. No es gratis: un tanque aireado consume oxígeno, y un tanque aireado sin una función es un costo de operación sin nada que mostrar a cambio.
El arreglo de extracción decide cuánto del volumen calculado es utilizable. Un tanque vaciado por una bomba de caudal fijo solo conserva su amortiguación hasta el nivel de paro por bajo nivel, y el volumen por debajo de ese punto es muerto. Una extracción variable, una extracción que sigue la capacidad del proceso aguas abajo o un par de tanques vaciados de forma alterna cambian cuánto del volumen está realmente disponible.
Errores comunes
- Dimensionar con un porcentaje del caudal diario sin un registro de caudal detrás: el porcentaje es una comprobación de una respuesta, no un método.
- Registros de caudal poco finos. El caudal punta de aguas residuales puede durar veinte minutos y aun así desaparecer dentro de un total diario.
- Suponer que la extracción es constante, cuando la lectura de la curva de masa supone que lo es.
- Olvidar el volumen muerto por debajo del paro por bajo nivel y el bordo libre por encima del nivel alto.
- Colocar el tanque delante de las rejillas y el desarenado, que protegen sus mezcladores y bombas.
- Dejar el tanque sin mezcla y luego culpar al proceso por los golpes.
- Dejar que el tiempo de retención hidráulica en un tanque de homogenización se alargue lo suficiente para volver séptico el tanque, sin planear la aireación que entonces necesita.
- Tratar la homogenización de caudal en el tratamiento de aguas residuales como homogenización de carga: el volumen que amortigua litros no es el volumen que amortigua kilogramos.
Autoverificación antes de fijar el volumen
- ¿Existe un registro de caudal que cubra el peor día y la peor temporada, y no una semana típica?
- ¿El intervalo es lo bastante fino para mostrar la punta más corta que importa?
- ¿El almacenamiento requerido se leyó de una curva de volumen acumulado?
- ¿También se construyó la curva de carga, donde el sitio tiene una descarga por lotes o impulsada por turnos?
- ¿Cuál de las dos es determinante, el caudal o la carga, y el tanque se dimensionó con esa?
- ¿El tanque de homogenización de aguas residuales mezcla lo suficiente para mantener los sólidos en suspensión en el tiempo de retención elegido?
- ¿Se necesita aireación para evitar que el contenido se vuelva séptico, y se contó su costo de operación?
- ¿Cuánto del volumen nominal es utilizable entre el paro por bajo nivel y la alarma de nivel alto?
De un registro de caudal a un tanque
El volumen proviene de los datos de operación de la planta y no de una tabla: un registro de caudal del peor día que el sitio pueda esperar, leído en una curva acumulada frente a la extracción que el proceso aguas abajo puede aceptar. La tabla de volumen de tanque y TRH muestra qué significa un tiempo de residencia como volumen de tanque, la guía de selección y dimensionamiento de plantas recorre el mismo terreno a partir del caudal de diseño y la norma de vertido, y la página de planta de tratamiento de aguas residuales en contenedor describe la forma compacta de la misma función. Cuando el volumen de homogenización y la etapa biológica se compran juntos, el volumen y el patrón de caudal con el que diseñar se confirman con la fábrica para su registro de caudal y análisis del afluente, en lugar de suponerlos a partir de una tabla.