En una àmplia varietat de tècniques de tractament d’aigües, els contaminants presents a l’aigua es separen i concentren, en comptes de ser eliminats. Tant els tractaments físics, fisicoquímics com biològics generen residus sòlids o fangs. Aquests, majoritàriament són aigua, ja que solen tenir una concentració de sòlids que va des del 0,5% al 5%. En la major part dels casos, independentment de la disposició final, serà convenient una etapa de deshidratació de residus al mateix lloc on es generen, amb l’objectiu de reduir el volum i, per tant, el cost del transport.
L’estat físic dels fangs depèn en gran mesura del contingut en aigua, podent ser des d’un líquid viscós fins a un sòlid polsós. A la taula es mostra l’aspecte del fang en funció del contingut en aigua.
Taula de deshidratació de residus
A la majoria dels processos en què es generen fangs, aquests tenen una concentració de sòlids al voltant de 40 g/L (4%). Augmentar més la seva concentració extraient l’aigua retinguda pel fang no és possible mitjançant processos basats en la gravetat. Per aconseguir valors de sequedat del 20% o superiors és necessari sotmetre els fangs a processos mecànics, generalment una filtració o una centrifugació. Els processos tèrmics també són molt eficaços i s’utilitzen quan el grau de sequedat desitjat és més elevat.
A continuació s’exposen les tècniques de deshidratació de fangs més eficients:
1. Deshidratació de residus mitjançant filtres banda
El funcionament dels filtres banda es basa en el vessament dels fangs sobre una banda contínua de tela filtrant que passa entre una sèrie de rodets giratoris. En passar el fang entre els rodets, aquest es comprimeix, escorreix i perd part de l’aigua que conté, arribant al 20-30% de sequedat a la sortida, sempre depenent del tipus de fangs. Els rodets solen ser de diferents diàmetres per poder anar augmentant la pressió exercida i variar la direcció, exercint així també un efecte de cisallament.
Entre els seus avantatges figuren un cost d’explotació contingut, el baix consum d’energia i la poca necessitat de mà d’obra. Com a inconvenients cal destacar la baixa durabilitat de la tela filtrant i l’alta sensibilitat al tipus de fang.
2. Deshidratació de residus mitjançant filtres premsa
Aquests filtres estan formats per una estructura de tipus bastidor que allotja una sèrie de plaques, les quals contenen unes teles filtrants. El fang penetra a les cavitats formades entre dues plaques contigües i s’exerceix una elevada pressió mitjançant un sistema hidràulic, sobre els 300 kg/cm2, durant un període de fins a 3 hores. L’aigua travessa la tela filtrant i accedeix a un col·lector de filtrat, mentre que el fang forma unes tortes de 2 a 3 cm de gruix. Finalment les plaques es separen i la torta de filtració cau per gravetat. Després de la neteja el sistema està preparat per repetir el cicle de filtració. Es poden aconseguir sequedats de fins al 40%, no obstant els costos d’inversió són elevats i el funcionament és en discontinu i molt laboriós.
3. Deshidratació de residus mitjançant filtres de buit
Consisteix en un tambor perforat cobert d’una tela filtrant i a l’interior s’aplica buit. El tambor està compartimentat en diverses seccions independents. Està parcialment submergit en un tanc on es troba el fang líquid que es desitja deshidratar. Les diferents seccions del tambor, a mesura que aquest va girant, van passant cadascuna per un cicle de filtració, rentat i descàrrega de la torta de filtració, la qual pot tenir una sequedat d’entre el 20% i el 30%. La velocitat de gir del tambor depèn de les característiques del fang.
És un sistema que té una elevada capacitat de càrrega, encara que els costos d’inversió, manteniment i explotació són elevats.
4. Deshidratació de residus mitjançant centrifugació
La separació de l’aigua del fang s’aconsegueix mitjançant l’aplicació de forces centrífugues, habitualment de magnitud 10.000 vegades superior a la gravetat. La centrifugadora consisteix en un rotor cilíndric cònica que incorpora a l’interior un cargol helicoïdal. Els dos giren a elevada velocitat i en el mateix sentit, encara que el rotor gira més ràpid que el cargol. El fang s’alimenta a la part central del rotor i és impulsat cap a la perifèria a causa de la força centrífuga. L’aigua, en ser més lleugera, avança pel cargol helicoïdal i es recull en un extrem. Els fangs s’acumulen a les parets del rotor, són arrossegats al llarg de la zona cònica i surten per un orifici situat a la part inferior de l’extrem oposat. El fang deshidratat sol tenir una sequedat entre el 15% i el 30%, depenent del tipus de fang i de les condicions de centrifugació.
Es tracta d’un sistema eficient, que treballa en continu, molt compacte i que necessita poc espai. En contrapartida, el manteniment és crític i la potència consumida és important.
5. Deshidratació de residus mitjançant assecat tèrmic
La deshidratació per sobre del 35%-40% de sequedat no és possible mitjançant mitjans mecànics, ja que l’aigua lliure i capil·lar ja ha estat eliminada i la que queda és l’aigua intracel·lular. Per eliminar aquesta aigua és necessari trencar l’estructura cel·lular, ja sigui per mitjans biològics, químics o tèrmics.
L’assecat tèrmic consisteix a incrementar, directa o indirectament, la temperatura del fang perquè l’aigua s’evapori. S’utilitza per reduir el volum del fang, i per tant reduir els seus costos de gestió, i també per revaloritzar-lo.
Per evaporar l’aigua es necessita una gran quantitat d’energia, per la qual cosa l’assecat tèrmic només es podrà utilitzar quan hi hagi disponible energia residual d’algun altre procés.
Sigui quin sigui el procés de deshidratació, l’eficiència en el procés millora de forma considerable si prèviament s’acondicionen químicament els fangs.
Els productes químics més utilitzats són el clorur fèrric, el sulfat de ferro o d’alumini i la calç. També s’utilitzen amb excel·lents resultats els polielectròlits catiónics, ja que es dosifiquen amb facilitat, el seu consum no és molt elevat i proporcionen una gran eficiència. A més, els polielectròlits no augmenten la quantitat de fangs produïts, com sí que passa amb les sals inorgàniques. El producte que presenta més eficiència, així com la dosi que s’ha d’utilitzar, variarà en funció de les característiques dels fangs. Per aquest motiu, s’hauran de realitzar assajos al laboratori en cada cas.
Així doncs, en els sistemes de tractament d’aigües es generen residus sòlids amb un elevat contingut en aigua. L’eliminació parcial o total d’aquesta aigua serà clau per reduir els costos de transport i de gestió. La tècnica de deshidratació més convenient en cada cas dependrà de les característiques dels fangs produïts així com de factors externs (disponibilitat de mà d’obra, preu de l’energia, espai disponible, etc.). I, si es desitja assolir un elevat valor de sequedat, s’haurà de recórrer a un procés tèrmic.