Equipos Utilizados en Tratamiento de Aguas Residuales

5/17/2018 Equipos Utilizados en Tratamiento de Aguas Residuales

EQU!POS PARA TRATAMIENTOS DE AGUAS SERVIDAS

par

Ing. Max Lothar HessAsesar en Tratarniento de Aguas ResidualesCompanhia"Estadual de Tecnalogia de Sanearnenta Basieae de Defesa do Meio Arnbiente (CETESB)Sao Paulo - BRASIL

Profesor Internacional de CEPIS y CIFCA


EQUIPOS PARA TRATAMIENTOS DE AGUAS SERVIDAS

1. INTRODUCCIONEn la parte de este curso dedicad~ a los tratamientos preliminares,se hizo una exposicion sabre los equipos utilizados en rejas y desarenado-res.Aqu! seran desarrollados can mas detalle los equipos para las si -guientes unidades que componen una estacion de tratamiento biologico con-vencional:Equipos para sedimentadores primariosEquipos para sedimentadores secundariosEquipos para filtros percoladoresEquipos para lodos activados y zanjas de oxidacionEquipos para digestores (indicacion sucinta)Equipos para servicios generales (indicacion sucinta)

2. GENERALIDADESEl costa "per capita" de las estaciones de tratamiento de alcantari-11aoos en paises.sudamericanos se esta elevando ana en ano en desproporcioncan la inflaci6n. Esta afirmacion estfi basada principalmente en calculosy no en estadisticas del costa real, porque hay anos en que, con excepci6nJc a1gunas estaciones pequenas de tratamiento de residuos industriales, nlu-guna depuradora de importancia esta siendo construida, especialrnente Jel sectorpublico.Contribuye,al encarecimiento de las instalaciones el prec~o tan elevadod~ los equipos mecanizados. Para esto contribuyen, entre otros, los siguien-t es f ac to re s: 1) mercado muy pequeno para permitir la producci6n en serie,

y 2) d~rechos de patente ("royalties") a ser pagados a las empresas extran-jer;IS; 3) sof is t ieac i6n y a u t om a tizaciSn de los di rec t ivas, regis t ro s ,eontroles y otras elementos provocadas par el sueldo tan elevado de losopcradores en las naciones mis desarrolladas, 10 que no sucede en nllestrospilLses. Par otro lado, en virtud de la falta de c1ientela, no hay condicio-nes para que la industria nacional desarrolle modelos apropiados a nuestrascondiciones, mas sencillos y de precio sustancialmente mas bajo.

Si no fuese por las industrias que consumen equipos de este tipo ensus procesos de fabricaci6n (principalmente para decantadores, aeradores,bombeo. instrumentos de medici6n y de control, filtros, agitadores) y en eltratamiento de sus residuos. los fabricantes de estos paises tendrian quecerrar sus pue r t .as, teniendo 10:, paises que depender de La Lmporta c i . dn d ep ro du ct os e xt ra nj er os .


- 2 -Por otro lado. el proyectista no debe estimular el uso de equiposinnecesariamente sofisticados. Debe, si es posib1e, esforzarse para no

usar ningun equipo en instalaciones pequenas 0medianas, porque, aunque nose pretenda aniqui1ar a los fabricantes naciona1es, se deben evitar por otrolado gastos innecesarios aun cuando esto imp1ique el empleo de procesos quedemanden mas cantidad de mana de obra (operaci5n manual).El empleo de lagunas de estabilizacion es un ejemp10 positivo. Lamecanizacion de esas 1agunas (lagunas aeradas) es un ejemp10 negativo. por-que el uso de equipos encarece la instalacion y empeora el ef1uente (exceeod e so li do s s edi me nt ab le s) .

3. EQUIPOS PARA DECANTADORES PRIMARIOS3.1 Necesidad

Los decantadores pequenos primarios deben ser proyectados sin equiposmecanizados para remocion de lodos. Pueden ser construidos de tanques rec-tangu1ares largos (que son de mejor eficiencia que 106 circulares de la mismasuperficie e igual volumen), con el fonda desarrollado en piramides inverti-das para recibir y condensar el lodo que es descargado por carga hidrostatica,a traves de canalizaciones apropiadas.

D ECA NT AD OR CO N D ES CA RG A HI DR OS TA TI CA D E toD OE1 tanque "Dor-tmund" es un decantador, circular a cuadrado en planta,can descarga hidrostatica (sin equipos mecanizados). Es empleado con muchafrccuencia como decantador secundario. En virtud de serdificil la retencion deespuma en esos tanques estos raramente son empleados como decant adores primarios.Los tanques Imhoff, decantadores de drenaje y tanques septico~ son ejem-

plos de decant adores no mccanizados.En el caso de lodos no putrecibles ( de industria, por ejemplo )~ el de-cantador puede ser proyectado can capacidad de almacenar lodo por una semana,por ejemplo, para que permita su remocion manual 0por medio "de bombas al finalde ese peri.odo.


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Los proyectistas que conciben sus unidades de tratamiento ba3andose encatalogos de fabrica de equipos, tienen 1a tendencia a ser esc1avos de una tec-nologia que puede no ser la mas apropiada. E1 usa de equipo debe ser evitadosiempre que fuera posib1~.En decant adores de grandes dimensianes, puede ser inevitable e1 uso deequipo mecanizado a fin de remover el lodo depositado antes de que entre endescomposician. En estos casas, conviene demostrar que no es conveniente e1empleo de decantadores con remocian hidrostatica, bajo e1 punto de vista decosta de construccian y de operac~on. Si esta condician no puede ser eompro-bada en forma eonvincente, entonees es senal de que conviene haeer usa de la me-eanizaeian.La influencia de los equipos de remocian de lodo en la eficieneia de ladeeantacian es nula. En e1 caso de estructuras sumergidas complejas (tubos,maviles, corrientes de transmisian) la influencia puede -ser negativ.:.Corresponde al proyectista elaborar espeeificaciones en que sean clara-mente descritos los requisitos esenciales, teniendo en cuenta la experienciadel fabricante. No debe, no obstante, esclavizarse a ella; por el contrario,('onviene emplear una parte de un tiempo, trabajando hombro a hombro, can elraLricante del equipo, aconsejandolo a introducir, si fuese necesario, modifi-('nc ion es e n la s e st ruc tu ra s y en los materiales de sus productas, siempre quelales alteraciones resulten en beneficio tanto del cliente como del productor.

3.2 Mecanizaeion de los decantadoresCuando se compruebe su conveniencia, son varios los tipos de equiposdisponibles para la mecanizaei6n de los deeantadores:

.\.2. 1 Raspadores 0 r em ove do re s r ot at iv osSon apropiaoos para los decantadores circulares (en planta).Sirven tambien para decantadores cuadrados. Estos, no obstante, hoy en dl.asolo son empleados ocasionalmente (faita de espacio, por e_jemplo), debido aSuS J e svrn taj as : cond i.ciones hid raulicas precar ias (cortocireui t.os, espac iosm uo etas) y eq u ipo comp 1 icado por un "para lelograma art ieulado" (en la semi-diagonnl 0 alcance del raspador tiene que ser cerca de un 40% mas grande que enel apo tcma)

El raspador esta constituido por una 0mas laminas suspendidas por va-rillas de un puente giratorio situado encima del nivel de agua 0fijas a unacadena sumergida. Los bordes de la lamina son revestidos de caucho, pi:lsticoo de metal blando (cobre, aluminio) en la linea de contacto can el fondo 0conlas paredes laterales del decantador.

Las cadenas tienen la desventaja de presentar gran superficie de piezassumergidas, propiciando que el lodo se deposite sabre elIas.


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Estos equipos puedentenerdos tipos de accionamiento: a) central yb) periferico. El accionamiento central permite un puente de acceso fijoy una alimentacion de energia electrica muy simple por el propio puente.El accionamiento periferico exige un mecanismo mas simple y econo-mica que la trace ion central. Esta, en general, requiere de una cadena su-mergida, 10 que resulta un inconveniente. Ademis, con el pasar de los anosla detencion de los engranajes del reductor de velocidad va alcanzando unamagnitud tal que no garantiza un movimiento uniforme, girando con paradas a1-ternadas con "sacudidas" que pueden volver a poner en suspension los flacu-los de lodo en fase de sedimentacion.La traccion periferica. hoy en dia, es efectuada por ruedas de cauchoapoyadas directamente sobre el respaldo de las paredes del decantador. Ant i-guamente eran ruedas de acera 0 fierro fundido sobre rieles 0 cremalleras.

3.2.2 R as pa do re s " va iv en " ( "m an or ak es ")Son apropiados para decantadores rectangulares. Constan de una Gnicalamina raspadora suspendida por tirantes rigidos de un puente giratorio, si-tuado sobre el nivel de agua y que recorre el decantador en los dos sentidos.La lamina esta en contacto can el fondo cuando camina de la salida para laent rada, siend o levantada par cial 0totalmente (fuera del agua) cuando va ens en ti do c on tr ar io .

3.2.3 R as pa do re s m ul ti pl esTambien son apropiados para decantadores rectangulares. Constan devarias laminas arrastradas por corriente sumergidas en direccion a la entrada.La distancia estre las laminas se situa en torno a los 5 metros (2a 10 m). Elmecanismo es extraordinariamente simple. pero el mantenimiento y el desgasted e l as c :o rr ie nt es s um er gi da s p re se nt an s er io s p ro bl em as econdmi.cos y operacio-nales.

3. 3 _Removedores de espumaAdemas de la formacion de lodo sedimentado. aparece en los decant adoreslodo fl uctuante (espuma).En los decantadores circulares el mecanismo accionador de los raspadoresdel fonda tambien acciona una lamina parcialmente sumergida en la superficie,

formando un angulo 10 mas grande posible can el radio, de modo de favvTeceral impulso de los fluctuantes para la periferia. En un punta conveniente selocaliza una rampa liviana. que emerge apenas algunos centlmetros fuera delagua. que conduce a los fluctuantes (espumas) para un recipiente. en donde seesc urren par gravedad.


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La remoei6n de la espuma, en deeantadores de este tipo, sufre una in-flueneia enorme par los vientos. El proyectista debe coloear los recipientesde espuma en una posici6n tal que los vientos dominantes sapIen en direccionde ellos. En general los profesionales menos entendidos. esclavizados a la si-metria geometriea, perjudiean par 10 menos a la mitad de los decantadores, si noa todos, a1 eoloear esos recipientes en posiei6n tal que les permita eeonomizartubas.

En los-decantadores reetangu1ares con removedores "vaiven", la espumaes removida por una lamina semisumergida suspendida del puente g Lr'ato r Lo , c on du -ciendola a canaletas dotadas de rampas que son "barridas" por la tira de cauchofija al borde inferior. La influeneia del viento es insignificante.En los deeantadores rectangulares con raspadores arrastrados por corrien-tes. las mismas laminas emergen parcialmente, conduciendo las espumas en direc-

cion a una canaleta situada cerca de la salida del efluente. Para compensar lacatenaria de las eorrientes es necesario coloear un riel a cada lado del decan-tador, un poco mas abajo de la superficie del agua. Sabre estos das rieles 10n-gitudinales se apoyan los bordes de las laminas.

La. influeneia del viento, como en el caso de los removedores "vaiven".es despreciable al contrario de 10 que sucede en los decantadores circulares.3.4 Decantadore!> circulare-s versus rectangulares

Los equipos para decant a dores circulares son mueho mas simples y de man-tenimiento mas facil que para los decantadores rectangulares.Por otro lado, bajo el punto de vista de remocion de solidos, los decan-t ad or es r ect an gu la re s s on t nU _ch om as e fic ie nt es . L os d ec an ta dor es r ect an gu la re s m uylargos y poco profundos (relaci6n de profundidad:largo:igual 0 superior a 1:3:25),son casi insensible~ a corrientes de densidad, a corrientes inducidas par elviento y presentan una proporci6n de espacios muertos (aguas sin movimiento 0mo-viendose en direceion que no corresponde a 1a salida) muy reducida. Se realizaun descolocamiento positivo (en ing1es: "plug-flow") que trae consigo e1 apro-vechamiento de casi el total del tanque.La seleccion de la forma y de las dimensiones del decantadar no debe sercondicionada a1 tipo de equipo.

4. EQUIPO PARA DECANTADORES SECUNDARIOSEn este item son incluidos los decantadores finales (unicos), cuando ses up ri me n l os d ec an ta do re s p ri ma ri os .Los equipos para decantadores secundarios, salvo pocas excepciones. sonsemejantes a los utilizados en los primarios.


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4.1 Remocion de la espuma.Hasta hace diez anos atras, se consideraba que los decantadores secun-darios evitaban la retencion y remocion de espuma, funcion exclusiva del de-cantador primario. Actualmente. mientras .que el decantador primario esta siendorelegado a un segundo plano (con excepci8n del caso del empleo de filtros bio-logicos). porciones significativas de espuma escapan de ser retenidas antes delos reactores_biologicos (filtros percoladores y lodos activados), sufren bio-degradacion insuficiente y terminan par aparecer en la superficie del decantadorsecundario.Par este motivo, actualmente los decant adores secundarios. salvo casosexcepcionales, tambien son equipados can dispositivos de retencion y de remocionde espumas.

4.2 Recirculacion de lodo del decantador secundarioLa tecnica, relativamente reciente, de mantener elevadas las proporcionesde solidos en suspension en los tanques de aeracion, aliada a los tiempos cadave~ mas cortos de esa aeracio~ trajo como consecuencia la necesidad cada vez ma-yor, de recircular rapida y continuamente el lodo sedimentado en los decantadoressecundarios, tarea esta cumplida en fonna no satisfactoria por los decantadoresrectangulares equipados can removedores "vaiven", que pueden, confonne a su ta-mana, descargar el lodo sedimentado en intervalos de tiempo superiores a 60 mi-nutos (tiempo necesario para recorrer un decantador_de 60 m de largo, a la ve-locidad de dos metros par minuto, ida y vuelta)'. 'Cuando el tiempo de aeracionfuers mas largo, por ejemplo, superior a 4 horas (tecnica americana), la recir-culacion descontinua tiene poca importancia y el decantador rectangular can re-

moveuor "vaiven" puede ser empleado.Ya en los casas de aeracion de carta duraci6n de 0.5 a 3.0 horas (tec-nica europea moderna). 1a recirculacion intermitente es mas perjudicial, yal-g un as ve ce s i na dm is ib le .En estos casas son preferib1es los decantadores circulares, can mecanismoya descrito en el item 3.2.1, 0rectangulares, can raspadores arrastrados porcorrientes, en los cua1es 1a intermitencia es sustancialmente reducida (interva-los entre 5 y 10 mint,tos). Los raspadores de decantadores circulares son cons-tituidos en general de una unica lamina, pudiendo tener un suplemento situadoen posicion opuesta.

4.2.1 Remocion del l?do secundario par metodo de sifonExisten en el mercado equipos rotativos de remoci6n de lodo por succionlprovocado por una pequena carga hidrostatica actuando sobre l~s campanas 0 en-tradas de tubas localizados ligeramente sobre la solera del decantador secunda-rio. El numero de tubas de succion (sifones) depende del diametro del tanque.

La distancia entre las entradas es de cerca de 2.5 m (entre 1.5 y 3. 0) , ye st osestan asociadas a raspadores de fondo, de laminas multiples, dispuestas en pa-res, en forma de "V". Las entradas se loca1izan en los vertices.


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Los sifones desembocan superiormente en una caja circular, cuyo centrocoincide con el eje de rotacion.E1 efecto de succion es obtenido manteni~ndose el nivel de agua de estacaja abajo del nivel de agua del decantador por media de bombas de remocion de

Lodo ,Los fabricantes acostumbran pregonar como ventaja el hecho de que ellodo pasa rapi~amente, en cuestion de segundas, del fondo del decantador a1 sis-tema de recirculacion en el caso de lodos activados, sin tener que ser "barrido"para el centro del decantador. En la realidad, tal ventaja no existe, a no sercon relaci6n al lodo que esti siendo aspirado en un instante determinado. Aque-llos solidos que estan sedimentando inmediatamente atras del brazo de succionse quedan al fondo, esperando el proximo paso de los sifones, 10 que puede tar-dar de media a una hora.Las ventajas reales, en comparacion con los raspadores de lamina Gnica

son:fonda del decantador plano (horizontal), sin necesidad de inclinacionbacia el centro, ni de un pozo central de lodo;velocidad periferica un poco mayor, disminuyendo el tiempo de rotacion;el raspaqor no requiere tener contacto positivo can el fonda (puede de-jarse una separacion de algunos milimetros).

Desventajas:- gran cantidad de estructuras sumergidas sabre las cuales se deposita

lodo;- aspiraci6n de cantidades de agua mayores de que con los raspadores co-munes (lodo mas diluido - relacion de recirculacion mas grande, en elca so d e lo dos ac ti vad os) ;- mantenimiento mas difici! (partes inaccesibles can el decantador llena);- precio mucho mas elevado.Las ventajas de este tipo de removedor s5lo pueden ser usufructuadas enel caso de decantadores secundarios en instalaciones de lodos activados, siendoinaprovechables en el caso de filtro$ biologicos.

5. EQUIPOS PARA FILTROS BIOLOGICOSLos equipos para filtro$ bio16gicos ya fueron descritos en forma sucintaen la parte referente a estas unidades de tratamiento, par formar parte. par asidecir, del propio proceso biologico (alimentacion y humectacion canstante v uni-forme de las bacterias y otras microorganismas y macroorganismos. A continuacionse ofrecen datos adicionales.


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5.1 Tipos de distribuidoresPueden ser:- fijos (boquillas aspersoras a pulverizadores)- m6viles (distribuidores de brazos rotativos, "vaiv@n", discos rota-tivos) .En la practica. los unicos que tienen verdadera importancia, son los dis-tribuidores de brazos rotativos, que equipan practicamente la totalidad de losfiltros biologicos actualmente en operacion. Los dema.s pueden ser consideradosexcepciones 0casi extravagancias, producto de la imaginaci6n fertil de los fa-

bricantes.Se puede hacer una reserva (limitada) en las boquillas aspersoras, es-pecialmente las empleadas en aguas sucias (con barro) para irrigacion agricolay que pueden ser usados en lechos de piedra de cualquier forma y tamano en planta.Por otro lado, una restriccion muy grande consiste en la distribucion muy desigua4sobrecargando algunas partes del filtro y aprovechando poco atras.5. 1.1 Boquillas aspersaras 0 pulverizadoras

En general el campo alcanzado par una unidad tiene forma circular, cond ia me tr o m ayo r 0 menor en funcion del caudal. La mejor distribucion se obtienecon un distribuidor unico, colocada a1 centro de un montLculo circular de pie-dras (modelo 10 mas simple posible). La accion del distribuidor puede ser fa-vorecida por un tanque intercalado en la linea de alimentacion (el diametro delarea irrigada varia de un maximo que disminuye gradualmente hasta cero. Periodode descanso hasta que se reinicie el cicIo). .

Una distribucion razonable se obtiene par media de aspersores colocadosen los centros y vert ic es de h ex ag on os re gu la re s sep ar ad os 0c on ti gu os , c ana re as i rr ig ad as l ig er am en te s up er pu es ta s.Los lechos rectangulares resultan en una distribucion menos uniforme.Son necesarios los aspersores asimetricos en los bordes y extremos.La ventaja principal de los aspersores es el precio extraordinariamente

bajo can relacion a los demas distribuidores.La desventaja principal, ademas de la poca uniformidad de distribuci6n. esla carga elevada que exigen (en general superior a 5 m). 10 que limita su empleoa terrenos accidentados. en los que la cota de llegada del emisario quede a 10o mas metros sobre la cota del curso receptor.Si se requiere el empleo de bombas, en la gran mayoria de los casos losaspersores no estan en condiciones de competir con los distribuidores rotativos.


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5.1.2 D istribuidores de brazos rotativosSon llamados en forma abreviada "distribuidores rotativos", pero no de-ben ser confundidos con los distribuidores de discos rotativos antes menciona-

dos.Los distribuidores rotativos estan constituidos de 2, 3, 4. 6 u 8 brazoshorizontales perforados, suspendidos por un mastil giratorio central, recibiendoa traves de el las aguas servidas predecantadas.Los orificios son efectuados de manera tal que provoquen la salida deaguas negras en chorros horizontales en el origen, impulsando al conjunto debrazos por reacci6n (tercera ley de Newton).Para que haya una distribucion uniforme (el mismo numero de litros porsegundo par metro cuadrado) en tualquier punta de 1a superficie del filtro,los orificios son distanciados mas entre s1 en las proximidades del centro, y.

logicamente. mas proximos entre S1 en la periferia. Ademas de eso, los orifi-cioB son colocados de tal manera en los diversos brazos, que no haya dos de ellosque describan cl:rculos del mismo diametro. 10 que uniformiza mas aGo la distri-huc i6n.En 1a mayorl:a de los casos los brazos estan constituidos por tubos de cortecircular uniforme. Mientras que en los filtros mayores el corte de los brazospuede ser diferente (rectangular y disminuyendo en direcci8n de la extremidad,par ejemp10), para minimizar 1a sedimentacion de material en su interior.Para mantener los brazos en posicion horizontal se emplean tirantes ancla-dos al mastil central.La posicion horizontal de los brazos puede ser alterada para una pequenadeclinacion en direccion a 1a extremidad, para'compensar las perdidas de carga

y uniformar la velocidad de los chorros,En unidades de gran caudal la reaccion de los chorros puede imprimiruna velocidad de rotacion excesiva (normalmente bastaria una rotacion en el in-tervalo de tiempo en que las piedras del lecho superior parasen de gotear: 1 a3 rotaciones par minuto). En este caso el exceso de energia puede ser disipadoen forma benefica colocando en cada orificio un deflector destinado a abrir elchorro en abanico y dirigirlo en trayectoria ascendente. para que se enriquezcade ox!geno. Pensand010 bien, esta ventaja es i1usoria. porque si las aguas ne-gras 1legan a1 1echo superior de piedras completamente desoxigenados, en cues-tion de segundos alcanzaria casi la saturaci6n a1 dispersarse sobre el medio( su pe rf ic ie d e 50 a 100 m2 por m3 d e p ie dr as ).

5.1.2.1 Deta11es mecanicos de los distribuidores rotativosLas extremidades de los brazos son cerradas por tapones de cierre rapidoa fin de poder ser limpiados con una escoba apropiada (mango largo. escobillon de0.5 a 1.0 m de largo). Cuando el filtro tiene una pared lateral con respaldo sa-bre e1 eje de los brazos, es indispensable dejar en ella un orificio que permitael paso de esa escoba. En este caso 1a solera del orificio debe estar exacta-mente en 1a cota del girador inferior de los brazos (no hacer coincidir la li-nea del centro del orificio de la pared con el eje de los brazos).


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La transici8n entre la parte mSvil del distribuidor (mastil central)can la parte fija (encaje del tubo de llegada) es una piez8 delicada, enque reside la habilidad de cada fabricante.El sella puede ser de dos tipos: 1) empaquetadura de fricci6n; 2) se-lla de mercurio.La empaquetadura de friccion consta de un disco metalico. unido almastil, girando can ligera presion contra un ani1lo de material flexible (cue-ro, plastico), unido a la base fija.El sella de mercurio es una pieza mas compleja, que comprende una tazainvert ida, can sus bordes (inferiores) sumergidos en un recipiente anular demercurio, de forma tal que la altura de la columna de mercurio compense lacolumna de aguas negras necesaria para mover los brazos.En e1 caso de alimentacion del distribuidor por bomhas y no par grave-dad pueden suceder casos de sobrepresion que transfieran e1 mercurio, que seva a perder a traves del media filtrante. Conviene, entonces, tener capsulasde recuperacion de mercurio en el canal efluente del filtro.Los distribuidores rotativos de calidad razonab1e son capaces de girarcan una carga entre 0.30 a 1.50 m. Distribuidores de muy buena calidad soncapaces de dar partida (de la posicion parada) con 0.20 m de carga, mantenien-dose en movimiento con 0.15~.

-,Para facilitar la rotacion en caudaies bajos, hay filtros en que 1a mi-tad del nlimero de brazos es dotado de un sifon que los pone fuera de operacionabajo de determinada carga, aumentando can esto la velocidad de los charras dela otra mitad.

u~CM~iADOR CON REMOCION DE LODO POR LAMINAS ACCIONADAS paR CORRIENTES


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- - - - '"DECANTADOR CON REMOVEDOR ROTATIVO DE LODOS

D IS TR IBU ID OR R OT AT IV O


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Otros tipos de bombas utilizadas: rotor tubular, axiales y de rotorabierto.La tasa de recirculacion generaLmente varia entre 25 y 100% del caudalpromedio de la estaci6n.

6.2 Dispositivo para regulaci6n de nivelL a e fi ci en ci a y el consumo de energia de los aeradores mecanicos (ro-tores superficiales) depende de su grado de sumersion, es decir, de la alturade la parte mojada del rotor, medida con el liquido del tanque en reposo.El grado de sumersion puede ser variado de dos formas:a ) S us pe nd ie nd o 0 bajando el eje del rotor (proceso empleado en zanjasde oxidacion modelo "carrousel" con aeradores "S imcar").b) Suspendiendo a bajando el nivel de agua en el tanque de aeraci6n. Esel tipo mas comun, y se consigue a traves de un vertidor de salida,movida a mano, a por dispositivos mecaniz~~os.

6.3 Equipos de aeracionLos equipos de aeracion comprenden tres finalidades:- abastecer del oxigeno necesario a la actividad biologica;~ ,-- pr~vocar turbulencia y circulacian de las aguas residuales, impidiendola sedimentaci6n yproporcionando un contacto intimo entre las aguass er vi da s, f la cu lo a ct ivo y e l ax ig en o;- expulsion ("desgasificacion") de gas carbonico y otras productos vo-latiles ariundos de 1a actividad microbiana, que podrian bajar a1 pHd el t an qu e.Lns tres funciones son importantes pero, en 1a ~yorra de los casos, labase del proyecto se restringe a la determinacion de lacapacidad de abasteci-miento de oxigeno necesario para e1 metabolismo de los organismos. Por otrolade no es raro tener en cuenta la circu.lac ifiny l a a gi ta ci i5 nd e l as a gu as r es id ua le sa trave s de la verificaci6n de la "dens i.dad de potenc ia" 0"nivel de potenc i.a'",

o rd in ar iam en te e xp re sa da e n W/m 3,La velocidad de introducci6n de oxigeno en el liquido es inversamenteproporcional a 1a concentraci6n de oxigeno, directamente proporcional a 1a tem-peratura del agua y a1 area de interpase aire-aguas residuales. Para el mismovolumen de aire, las burbujas finas producen una Qxigenaci8n mas eficiente que

-las burbujas de gran tamano.


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6.3.1 Tipos de equipos de aeracionP ueden ser divididos fundamentalmente en tres clases:- aeradores por aire difuso 0 a ir e c om pr im id o- ae rad or es sup er fi cia le s 0 mecanicos- aeradores mixtos (una parte de aire comprimido. y otra parte mec&nica)

6.3.1.1 Aeradores por aire comprimido, con difusoresPueden ser utilizados por aeracion en estaciones de tratamiento de todotipo y tamaiio.Los difusores fueron empleados por primera vez en 1915, p ar a c on se gu ir

una aeracion economica. Antes de esa fecha, ya se practicaba la aeracion deaguas negras par media de tubas perforados, que producen burbujas de gran tamaiio.Los difusores puede ser porosos y no poros~s.Los difusores porosos puedenserconformados en forma de placas 0 de tu-bas. Pueden ser de tipo ceramico, construidosde arena de silice 0 de granos dealuminio, siendo ambos casi inertes a la mayoria de los reactivos encontrados endesechos urbanoa e industriales. Pueden ser no-ceramicos. hechos de materialplastico envuelto en un tejido plastico muy fino. Exigen aire puro para no obs-t ru ir se i nt er na me nt e.Los difusores no porosos pueden ser: tubos perforados, boquillas 0 val-vulas. Son menas sujetos a entupimiento. Generan burbujas muy finas.Los difusores de tubos perforados son metalicos 0 plasticos de diversasformas. Un tipo interesante es el de boquillas inyectoras de aire, funcionandopor el efecto "venturi". En general las boquillas son suplementadas portelasd if uso ra s, pl ac as v ib rat or ia s, d is cos gir at ori os y o tr os d is po si ti vo s d es ti na do sa producir burbujas finas de aire y a d if ic ul ta r 0 r et ar dar el e nt up imi en to.Los difusores del tipo valvula tienen esferas. discos 0 laminas que cie-rran los pasajes cuando para el flujo de aire, impidiendo la penetracion de l!-quido a trav~s de las aberturas. Tamb Len liberan burbujas mas grandes que las del os d if uso re s por os os .Un tipo interesante de aerador por tubas perforados es e1 llamado "Sis-tema Inca" en donde los difusores son instalados cerca de la superficie, cercade 0.80 m del nivel del agua.Los difusores pueden ser colocados en cualquier profuhdidad y en cual-quier lugar del tanque de aeracion. En general son colocados proximos a1 fonda

y proximos a una de las paredes, de modo que provoquen un movimiento circulato-ria del liquido.


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El aire comprimido es abastecido por los compresores.Los difusores pueden ser fijados a soportes rigidos (generalmente a lospropios tubos conductores de aire) 0articulados ("accion de rotula"), que per-miten empujar los difusores fuera del agua sin vaciar los tanques.

6.3.1.2 A eradores mecanicos 0 superficialesSon ro_tores dot ados de paletas, aletas, deflectores, placas, laminas,perforadas 0no, y que producen una mezcla intima de los lechos superiores delliquido con el aire, lanzando al mismo tiempo gotitas en 1a atmosfera y gene-rando un movimiento de mezcla y circulacion.El principio del funcionamiento esta bas a do en el aumento de la superfi-CLe de contacto entre el liquido y el aire y la dispersion de liquido oxigenado

en todo el tanque.Los aeradores mecanicos pueden ser clasificados en:- rotores de eje vertical- rotores de eje horizontala) Rotores de eje verticalSu nombre ya describe su tipo.Fundamentalmente pueden ser: de baja rotacion 0 de alta rotacion.Los de baja rotacion, no obstante ser mas caros, en virtud de poseer unreductor de velocidad, presentan mejor eficiencia (medida en kg de 02 para el con-

sumo de 1 KWh) que los de alta rotacion.Los aeradores superficiales de baja rotacion tienen mejor efecto de mez-cla y homogeneizacii5n asi como de as pir ac.Lbn vertical bajo su cara inferior (vor-tex). impidiendo con esto la sedimentacion de material en areas amplias del tan-que, 10 que no se consigue can los rotores de alta velocidad. El tubo de succionempleado bajo algunos tipos de rotares de baja velocidad se ha probado adecuada.Los aeradores de baja velocidad tienen una velocidad periferica entre

1.5 Y 2.5 m/s y una ro tac iSn de 30 rpm en las unidades mayores hasta 200 rpm en losmenares.Los aeradores de alta rotacion presentan velacidades entre 850 y 1200 rpm

conformc son'accionados par motores de 8 0 6 polos, y no poseen reduc~ores. Ge-neralmente son unidades pequenas instaladas en tanques pequenos.Hay quien proyecta tanques grandes dot ados de rotares fluctuantes dealta velocidad. En estos casos debe ser examinada la consecuencia del efectolimitado de 1a mezcla y las bajas velocidades que se ocasionan en el fondo deltanque, entre los aeradores.


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Las marcas mas conocidas de rotores verticales de baja velocidad sonl as s ig ui en te s:Simplex (ingles) - con tubo de succ Ldn

- Filsfar 0 Kalbskopf (aleman) - de gran accion centrifuga- Actirotor (frances) - usa altas densidades de potencia - 40 W/m 3- Turbina BSK (suizo) - precio muy alto - construida en polietileno- Simcar (ingles) - muy utilizado en zanjas marca "Carrousel"- Vortair (norteamericano) - de construccion muy simpleb) Rotores de eje horizontalSe originaron en las "escobas de Kessener", de paja, empleadas par pri-mera vez en Rolanda, en 1927.Anteriormente, sin embargo, en Inglaterra (1920), se usaban rotores len-tas, de eje horizontal. en Sheiffield. para impulsar las aguas negras a 10 lar-go de un tanque dividido en forma de laberinto par medio de paredes divisorias.Ahi, todavia no se trataba propiamente de un aerador, y s1 de un impulsor, paragarantizar una velocidad minima de 0.50 m/s. El aire era absorbido par lasuperficie liquida. El tanque equipado de esta forma es conocido tambien can elnombre de "canales de Haworth".La escoba de Kessener se transformo en rotor de lamina de acero flexi-

ble debido a1 alto costa del escobill6n, y de su baja eficiencia. Mas tardeen "erizo" de barras en "V", y actualmente en paletas (rotor TNO, rotor de jaula).Hay dos versiones brasileras de este tipo de rotor: el denominado "Hess",hecho de palos de tejada, y el "Pena", hecho de malla metalica. Ambos est!insiendo usados en varias zanjas de oxidaci6n.No obstante haya muchas estaciones de tratamiento de aguas residuales,can lodos activados convencionales, equipados con rotores de aeraci6n de eje ho-rizontal, estos encuentran, hoy en dia, su principal aplicaci6n en las zanjas deoxidacion.

6.4 Eficiencia de los equipos de aeracionCuando se habla de eficiencia de los equipos de aeraci6n, se esta pro-curando determinar cuanto oxigeno se consigue introducir en una masa de aguamediante un cierto consumo de energia electrica.La eficiencia que consta en las tablas y catalogos de los fabricantesse ha determinado en condiciones ideales, y debe ser afectada a ciertas corree-ciones cuando son empleadas para 1a previa determinacion de la potencia de losmotares de los mecanismos de accionamiento.


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~ormalmente los equipos son ensayados en tanques de medidas estandari-zadas, y llenos de agua limpia, a 20oe, en la cual se disuelve un absorbedorinstantaneo de ox!geno, ordinariamente el sulfito de sodio con catalizador declorato de cobalto. Con esto el ox!geno disuelto en el tanque se mantienesiempre igual a cera.Puesto el equipo en funcionamiento, se determina el oxigeno introduci-do por la dosificaci6n del sulfito remanente (el oxigeno transforma el sulfitoen sulfato). -Sabiendose cual es la potencia ap1icada a1 eje del rotor (no con-fundir con la potencia insta1ada del motor), se determina 1a eficiencia de laaeraciSn en terminos de kg de 0 2 producidos por lKWh.E n esas condiciones (20Ge, 00 :0, agua 1imp ia, tanques pequenos), losequipos rinden entre 2. 0 y 2.4 kg 02/KWh (aeradores de baja rotacion) y entre1.5 y 1.8 kg 02/KWh (aeradores de' alta rotacion).El mismo aerador, colocado en un tanque mas grande, da una eficienciamenor. La eficiencia depende entonces tambien de un parametro denominado"ni vel de p ote nci a" 0 "densidad de potencia". Cuanto menor es 1a densidad de lapotencia, menor es la eficiencia del equipo.La eficiencia tambien aumenta con el aumento de la temperatura.

6.4.1 Eficiencia en ~os casas realesEn la practica los aeradores funcionan en aguas residuales y no en aguaspotables; el contenida de oxigeno esta entre 0.5 y 2.0 mg/, no siendo practica-mente nunea nulo, el tanque que casi siempre es mas grande que el tanque de en-sayo.Siendo asl, el valor de la eficiencia obtenido en estos ensayos-modelo,debe ser reducido cuando los aeradores funcionan en tanques de lodos activados.En el caso de aguas residuales tipicamente domesticas se acostumbra mul-tiplicar la eficiencia del catalogo por 0.7 6 0.8, conforme a las condiciones.Los tanques grandes (baja densidad de potencia) corresponden a los valores meno-res.En el caso de aeracion de r!os, tanques "infinito!!, el coeficiente dereduccion de eficiencia baja a 0,3 - 0.4, algunas veces menor. Los mismo seaplica para el caso de lagunas aeradoras, en las cuales falta el "efecto depared", que mantiene las burbujas de aire sumergidas durante mas tiem~0.Kal bs ko pf r ec om ie nd a a do pt ar 0.6 - O . 8 kg de oxigeno par 1KWh en e 1 cas ode aeracion de rios y lagunas, cuando se pretende mantener un nivel de OD supe-rior a 3.5 - 4. 0 mg/ .


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MOTOR

REDUTOR

SUPORTE

00-

BASE DECONCRETO

. , . . , . . . ,I( It /t----II-It- IfII " II'" " IJ

D1FUSORRADIAL

" " /EL AERADOR "KALBSKOPF"


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Vorloir aSK

Bild I.Mcchanisc::he ObcrfllehenbeIORer-Sysleme.

LOS DIFERENTES TIPOS DE AERADORES MECANICOS

7. EQUIPOS PARA DIGESTORES ANAEROBICOS (resumen)7.1 Generalidades

En los ultimos anos se lagro un considerable avance en la tecnica dedigestion enae rfibi.ca de Lodos, especialmente deapufis de conocer mejor la acc i.Snmetab fi 'l.c ay la prcducc i.Sn de gas por el ''Methanobacterium''. De aM! r esu.LtSla digestion acelerada a de alta rata, ya empleada en algunas plantas europeas.

Las principales diferencias con respecto a los digestores convencionalesson:Parfimetro-Temperatura (Calentamiento) Digestores convencionales33 - 35C Digestores de alta rata37C

- Agitacion (dendidad de po-tencia)- Tiempo de digestion- Tasa de aplicacion de soli-

dos

inferior a 2W/m320 - 25 dS:as

superior a SW/m37 - 12 d'ias3 g/m3.dra

La densidad de potencia de mas de 5 W/m3 provoca una intensa mezcla y ho-mogeneizacion. Ademas hace que quede muy delgada la capa de burbujas de metanaque se adhiere a la periferia del Methanobacterium, facilitando los cambios demasa entre la celula bacteriana y el medio ambiente del digestor.


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7 .2 Equipos mecanicos para digestoresDesde e1 punta de vista operaciona1, los equipos pueden ser clasifi-cados en:- equipos de mezcla y bombeo- equipos de calentamiento- equipos de reco1eccion y disposicion de gas.Los equipos uti1izados para bombeo son generalmente bombas centrifugasde rotor abierto. En los E.ll.A, se prefieren las bombas de piston para la a1i-mentacion de los digestores.Los equipos de mezcla generalmente son:- bombas centrifugas para la recirculacion externa de lodos (sacar pordebaj o y esparcir p or encima, 0 al reves)- bombas helicoidales para la circulacion interna, asociadas a una tu-beria central para conduccion hasta arriba 0hasta abajo ("chimenea detiraje") .La agitacion interna es lograda al mismo tiempo que la mezela, con labomba helicoidal citada. Esta queda co1ocada en 1& parte superior del digestor.

7 .3 Equipos de calentamientoLos sistemas de calentamiento mas utilizados son:- vapor de agua inyectado a1 digestor- vapor de agua anadido a1 lodo fresco en el momenta de ser introducidoen e1 digestor

agua caliente inyectada al digestor, a traves de camisas 0serpenti-n es i nt er no s- permutadores de calor externos: calentador separado del intercambiador

o los dos combinados en una unidad. El lodo sale del digestor, pasapar el intercambiador y vuelve a1 primero.7 .4 Equipos de recoleccion y disposicion de gas

E st os c om pr en de n:Domos de recoleccion de gasQuemadores de exceso de gasGasometrosMedidores de gasD is po si ti vo s d e s eg ur id ad y equ ip os a cc e so ri os


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La recoleccion de gas es realizada por los domos colocados en la partesuperior del digestor y tienen por finalidad principal facilitar la separacion~ntre el gas y la "nube" hGmeda que se forma arriba del nivel de lodo.

Los domos de gas estan conectados en serie con los equipos de separa-ciOn de condensados, purificadores de gas, medidores, dispositivos de seguridady el gasometro.Del g~sometro sale un ramal para alimentar diversos usos (calentamientodel digestor, principa1mente) y e1 exceso es destruido en los quemadores.Algunos de los dispositivos de seguridad son:- valvula limitadora de presion y quebradora de vacio- cortadores de llama...retentores de llama- valvulas de eeguridad contra explosiones- reguladores de presion- valvulae de.retencionEl gas del digestor, mezclado con determinadas cantidades de aire (1parte de gas para entre 3 y 15 partes de aire, mis 0menos), resulta eer explo-

sivo. Ya hubieron numerosos accidentes con p~rdidas materiales y de vidas.7.5 Observaciones

Los digestores de las plantas de tratamiento de Sio Paulo, Bras1lia,yRecife, en Brasil, funcionan can una elevaci6n espontanea de temperatura (sincalentamiento) entre 25 y 30C. Probablemente eato se debe a las condicionesdel clima 0 de mayor contenido de grasas.Puede ser que en los paises tropicales no haya necesidad ni convenien-cia de calentar, siendo preferible tener digestores un poco mayores que los ca-lentados.La cantidad de gas producida indica el buen 0mal funcionami~~to deldigestor.

8. EQUIPOS GENERALES DE LA ESTACION Y DEL EDIFICIO DE CONTROL8.1 Generalidades

Los estudios y proyectos de una eataci6n de tratamiento de a1cantari-11ado evidentemente no son limitados tan aolamente a los proceeos a los cualesson sometidos los l!quidos y lodos de las diversas unidades. Una elevada


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porciBn de los gastos de construcci6n corresponde a los equipos y serviciosauxiliares 0 accesorios, y estos deben ser seleccionados y aplicados de ma-nera ponderada y racional, a fin de que la operacion saque de elIas el maximop r~ ve ch o p os ib le .Muchas de las unidades actGan en partes esenciales de la estacion, demodo que la denominacion "accesorio" es puramente convencional, pues, en granp ar te, s on i nd is pe ns ab le s.

8.2 Enumeraeion de los equipos prineipales "Generales"Valvulas:- de aeeionamiento manual- meeanizadas (aceionamiento eleetrieo, neumatieo, hidraulico a mixto)En euanto al tipo de obturaeion:- valvulas de piston a de "cuarto de vuelta"- de cierre rapido (guillotina)- de gaveta (eon.asiento de neoprene)NOTA: Las valvulas de desearga de lodo digerido, junto a los digestores,deben ser instaladas par duplicado (una de parada y otra d~ "maniobra").- compuertas laterales y de fonda:Hacen el mismo papel de las valvulas, pero son instaladas directamenteen I s paredes a al fonda de los tanques.- v er te do re s- para el establecimiento del nivel de agua en los tanques- para uniformar el caudal a trav@s de decantadores- para una de las funciones anteriores. adicionado de medicionMedidores!T ipos principales de medidores empleados en aleantarillados:- P arshall- Palmer Bowlus


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Sutra...Cip all ett i- V enturi- Para canalizacianes cerradas: medidores magn~ticosB om ba s d iv er sa s:- r ec ir cu la ci on

drenaje (reducci6n del nivel freatica)- vaciado de las unidades- bomheos intermedios (transferencia entre unidades)- otras finalidades (por ejemplo: agotamiento de sotanos)I ns ta lac io ne s d e d re naj es , i rr iga ci 6n y co nt rol d e i nc end io s.Dispositivos de distribuci8n de caudal: en el caso de unidades multiples,para que cada una reciba el mismo caudal .I ns tr ume nt os de c on tro l y operacion:- indicadores de nivel (agua, lodo)- medidores (sondas) de OD (oxigeno disuelto)- te rm Sm etr o- medidores de concentraci6n de lodo- analizadores de gas (metano, CO2, para fines de seguridad)T ipos especiales de motores:... ara ser montados a ciela abierto (en la IIpenumbrall)

- a prueba de agua- a prueba de explosionE quipos para gas:- c or ta ll am as- m ed id or es- p ur ga do re s c on de ns ad os


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- valvulae de alivio- vilvu la s " ro mp e-vac !o "- retenedores de espuma con chorros "rompe-espuma"- quemadores de gas excedente con piloto (llama permanente)- valvulas de retenciG nSubestaci6n rebajadora de electricidad: depende de loe reglamentos dela empresa concesionaria.NOTA: El aprovisionamiento de energ!a el~ctrica de la estacion de tra-tamiento de tamano medio 0 grande (poblaciGn superior a 50,000 habitantes)debe provenir de dos frentes independientes, por ejemp10, de doe subes-taciones de 1a concesionaria. En caso de no ser poeib1e, conviene quehaya una fuente propia (ver el punto re1ativo a "casa del generador")C al ent am ie nt o de l os di ge st or es:Para decir bien no 88 equipo "aceesorio" de Is estaeion. Mas bien perte-neee a los anexos de los digestores.C on sta es pe ci a1men te ~e:- caldera- transformador de calor- unidades combinadas de caldera y transformador (preferidas por muchosespeeialistas en funei6~ de eu seneillez).Gas6metro:A1ueenaje de gas, neeesario euando hay una fuente de consumo descon-tinuo 0muy variable. Tambien euando se haee la agitaciSn del contenidodel digestor por recirculaci6n de gas.Casa del generador:Fuente alternativa de energia, En general esa energ!a es producida pormedio de turbinas a 888 de los digestores, accionando generad0res.~; Los gases quemados (calientes) pueden servir para calentar los di-gestores.Raramente la casa del generador produce vapor para la paeteurizacion delodo, por ejemplo, 0 para acondicionamiento termico, 0 como celentadorde lodo bruto.


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Compresor de aire:Utilizado cuando hay usa de difusion de aire camprimido: tanques deaeracion en 1adas activados. desarenadores aerados, canales de distri-bucion de flujo.T ipas de c ompresares:

de embolo "vaive n" (presiones elevadas)de embola rotativa (mas frecuente)

- sap1 adores centrif ugos (pr esiones b ajas)NOTA 1: E1 aire camprimido tiene que ser fi1trada para retener cual-quier tamana de solidas, inclusive humo y cua1 quier liquido, comoaceite y agua capaces de obstruir irremediablemente de dentro parafuera los difusares porosas (ver equipas para lodos activadas).NOTA 2: Los compresores de aire (can excepcion de los centrifugos) sonmuy ruidasos y deben ser instaladas en edificios separados, para evitar1 a cont aminacion s onora (ruida excesivo).T al le r d e m an te ni mi en to :P uede ser sustituido por turnos volantes de mantenimiento (mecanico,electricista, carpintera, soldador. tornera). E l taller de manteni-miento "exclusivo" de la estacion de tratamiento de aguas residuales esmas bien una excepcion que una regIa.EJificio de control (a de operacion)Debe cantener por 10 menos:

l ab or at or io d e a na l i si s- paneles de operacion y control. I mportantes en estaciones automati-cas, para minimizar la operacion humana nocturna.- sistemas de alanna: niveles. gas explosivo. motores sobrecargados.i nc en di os e n d ig es to re s, c al de ra s, g al er ia s.Ademas de esto puede aun contener:

p ue st os d e t el ec om an do- control remoto de todos los instrumentos 0de parte esencial de estos:posibi1 idad de comando (operacion) y de retroalimentaci on (feedback )d e i nf or ma ci on

sistemas autornaticos de evaluacion de informacion y de emision deo rd en es ( co mp ut ad or as p r ep ro gr am ad as ).


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Arquitectura del edificio de controlpivisiG n funcional internaAspecto externo atrayente al gusto del pGblico legoEscalera de acceso a las unidades:Deben ser evitadas a toda costa las escaleras verticales (escaleras" de I Q ar in er oll). es ca le ra s "t ip o pi sc in a" y otras), que presentanenorme probabilidad de accidentes. La escalera ideal es "18 que ustedinstalaria en su casali: segura y cOmoda, aunque sea la mas cara.

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Equipos Utilizados en Tratamiento de Aguas Residuales