Estudio de la transición entre la sedimentación zonal y floculada mediante la aplicación de técnicas de análisis de imagen

Abstract

[ES] Existen dos grandes grupos de tratamientos de aguas; la potabilización de las aguas de abastecimiento, cuyo propósito es producir un efluente apto para el consumo humano y la depuración de las aguas residuales, cuyo fin es generar un vertido que pueda ser descargado en el medio receptor sin producir ningún impacto negativo en él. Uno de los objetivos principales de ambos grupos de tratamiento es la eliminación de los sólidos suspendidos que se encuentren en las aguas. Una manera de alcanzar dicho objetivo es la sedimentación utilizando decantadores y espesadores por gravedad. Para el diseño, simulación y operación de decantadores y espesadores es necesario caracterizar experimentalmente la sedimentabilidad de los fangos. Un aspecto ampliamente estudiado es la sedimentación zonal de los fangos y la sedimentación floculada de las partículas en suspensión, pero se ha estudiado poco la transición entre estos dos tipos de sedimentación. Además, las técnicas experimentales existentes no permiten caracterizar de forma precisa esta transición. Por ello, este proyecto se basa en el estudio de la sedimentación zonal y floculada, así como la transición entre ambas. Con la finalidad de poder desarrollar una nueva técnica capaz de identificar esta transición de manera cuantitativa.

Las actividades propuestas en este proyecto son las siguientes: 1. Realización del estudio con diversos tipos de fangos. Para poder exponer una novedosa técnica de análisis de imagen es necesario analizar diferentes casos y verificar si existe una relación entre ellos. Por lo tanto, se trabajará con fangos sintéticos y fangos de procedencia urbana. Los fangos sintéticos empleados se han preparado uno en base a caolín y hierro y otro con carbonato cálcico. Por otro lado, los fangos de procedencia urbana son fangos primarios y secundarios obtenidos de depuradoras de aguas residuales. 2. Caracterización de los fangos, así como de sus respectivos sobrenadantes. La mediciones que se van a realizar para caracterizar el fango y el sobrenadante son las siguientes: densidad del fango seco (ps) y de los flóculos (pf), determinación de los sólidos suspendidos totales (SST) y de los sólidos suspendidos volátiles (SSV), absorbancia, turbidez, pH, conductividad y temperatura. 3. Aplicación de técnicas de análisis de imagen para la identificación y caracterización de las diferentes zonas de sedimentación, así como su transición con ayuda de una aplicación de Matlab. Se ha instalado un montaje en el laboratorio con cámaras digitales y una estructura fija que permite minimizar los reflejos producidos sobre las probetas y optimizar el análisis y procesamiento de las imágenes obtenidas en los ensayos de sedimentación. La finalidad es poder grabar automáticamente los ensayos de sedimentación del fango y aplicar técnicas de análisis de imagen para comparar la medición automática frente a la manual. Además, se pretende estudiar la aplicación de técnicas de análisis de imágenes para identificar la máxima concentración de sólidos a la cual se deja de observar la interfase fango-sobrenadante, también denominada en anteriores estudios como LOSS.

[EN] There are two large groups of water treatment; the purification of supply water, the purpose of which is to produce an effluent suitable for human consumption, and the purification of wastewater, the purpose of which is to generate a discharge that can be discharged into the receiving environment without producing any negative impact on it. One of the main objectives of both treatment groups is the elimination of suspended solids found in the waters. One way to achieve this goal is sedimentation using gravity settlers and thickeners. For the design, simulation and operation of decanters and thickeners, it is necessary to experimentally characterize the sedimentability of the sludge. A widely studied aspect is the zonal sedimentation of sludge and the flocculated sedimentation of suspended particles, but the transition between these two types of sedimentation has been little studied. Furthermore, existing experimental techniques do not allow to characterize this transition accurately. Therefore, this project is based on the study of zonal and flocculated sedimentation, as well as the transition between the two. In order to develop a new technique capable of identifying this transition quantitatively. The activities proposed in this project are the following: 1. Carrying out the study with various types of sludge. In order to expose a new image analysis technique, it is necessary to analyze different cases and verify if there is a relationship between them. Therefore, it will work with synthetic sludge and sludge of urban origin. The synthetic sludge used has been prepared one based on kaolin and iron and the other with calcium carbonate. On the other hand, sludge from urban origin is primary and secondary sludge obtained from wastewater treatment plants. 2. Characterization of the sludge, as well as its respective supernatants. The measurements to be carried out to characterize the sludge and the supernatant are the following: dry sludge density (ps) and flocs (pf), determination of total suspended solids (SST) and volatile suspended solids (SSV ), absorbance, turbidity, pH, conductivity and temperature. 3. Application of image analysis techniques for the identification and characterization of the different sedimentation zones, as well as their transition with the help of a Matlab application. A set-up has been installed in the laboratory with digital cameras and a fixed structure that allows minimizing the reflections produced on the specimens and optimizing the analysis and processing of the images obtained in the sedimentation tests. The aim is to be able to automatically record sludge sedimentation tests and apply image analysis techniques to compare automatic versus manual measurement. In addition, it is intended to study the application of image analysis techniques to identify the maximum concentration of solids at which the sludge-supernatant interface is no longer observed, also known in previous studies as LOSS.