Presentación Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales

REPÚBLICA DE NICARAGUA
Ministerio de Fomento, Industria y Comercio
Programa de Apoyo a la Mejora del Clima de Negocios e Inversiones en Nicaragua
DCI‐ALA/2007/019‐011
UNIÓN EUROPEA
TTaller
ll d
de C
Capacitación
ó
Sistema de Aguas Residuales para el Sector Lácteo
Con el apoyo del Programa de Apoyo a la Mejora del Clima de
Negocios e Inversiones en Nicaragua (PRAMECLIN)
Taller de Capacitación
Si t
Sistema
de
d A
Aguas Residuales
R id l para ell SSector
t Lá
Lácteo
t
Impartido por el Centro de Producción más Limpia de Nicaragua
Con el apoyo del Programa de Apoyo a la Mejora del Clima de
Negocios e Inversiones en Nicaragua (PRAMECLIN)
La presente publicación ha sido elaborada con la asistencia de la Unión Europea. El contenido de la misma es
responsabilidad exclusiva del Centro de Producción más Limpia de Nicaragua y en ningún caso debe considerarse
que refleje los puntos de vista de la Unión Europea.
CURSO-TALLER
TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
Tema 1. Generación y características de Aguas Residuales
•
Introducción general sobre la problemática ambiental
•
Principales constituyentes de aguas residuales
•
C
Características
t í ti
físico-químicas
fí i
í i
y parámetros
á t
de
d calidad.
lid d Decreto
D
t 33-95.
33 95
•
Medición del caudal
Ing. Larisa Korsak
PROBLEMAS AMBIENTALES EXISTENTES
1 Cambio
1.
C
bi Climático
Cli áti
Global
Gl b l
2. Destrucción de la Capa de Ozono
3 Acidificación de la Biosfera
3.
4. Generación de Tóxicos y Desechos
Peligrosos
5. Contaminación del suelo
6. Contaminación Atmosférica
7. Contaminación del Agua
Ing. Larisa Korsak
COMPOSICION PORCENTUAL DEL AGUA
EN LA TIERRA
2.24%
0 74%
0.74%
0.02%
97%
Agua del mar
Agua de los polos
Agua de lagos y rios
Agua subterranea
Ing. Larisa Korsak
AGUA natural o de la red
Ing. Larisa Korsak
AGUA contaminada (residual)
AGUA RESIDUAL: Aquella que procede de haber utilizado un
agua natural o de la red, en un uso determinado. Las A.R. cuando
g
se denominan VERTIDOS
se desaguan
Ing. Larisa Korsak
CONTAMINACIÓN DEL AGUA
CONTAMINACION DEL AGUA DULCE
Agua
superficial
ES CAUSADA POR LA
DESCARGA EN RIOS,
LAGOS ARROYOS Y
LAGOS,
EMBALSES DE
DESECHOS LÍQUIDOS
Y SÓLIDOS NO
TRATADOS O
TRATADOS
INADECUADAMENTE
Ing. Larisa Korsak
Agua
subterránea
ES CAUSADA
POR LOS
VERTEDEROS
TERRESTRES DE
DESECHOS;
USO DE
GRANDES
CANTIDADES DE
AGROQUÍMICOS
CICLO DE AGUA-destino de los
contaminantes
Ing. Larisa Korsak
¿COMO PROTEGER EL AMBIENTE?
Tecnologías al final
de tubo
Plantas de tratamiento de
agua residual
id l
Tecnologías
preventivas
Producción mas limpia
Manejo adecuado de
desechos sólidos (basura)
Manejo de bio-sólidos
(lodos)
Ing. Larisa Korsak
¿COMO PROTEGER EL AMBIENTE?
Tecnologías al final del tubo
Tecnologías preventivas
Ing. Larisa Korsak
PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL
AGUA
Agua residual
Agua (hasta 99 %)
Sólidos (hasta 1%)
Orgánicos
Inorgánicos
Proteínas
Residuos minerales pesados
Carbohidratos
Sales
Lípidos
p
Metales
¿Como distinguir entre una sustancia orgánica y la inorgánica?
Ing. Larisa Korsak
PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL
AGUA
Algunas definiciones útiles
Compuesto orgánico: es la materia compuesta por los elementos carbono
(C) oxigeno
(C),
i
(O) e hidrógeno
hid ó
(H) y en algunos
l
casos nitrógeno
it ó
(N).
(N)
Compuesto inorgánico (no orgánicos, mineral): es la materia compuesta por
los elementos minerales,, solos o en conjunto.
j
Los minerales son elementos
básicos de la vida. Son aquellos elementos que no contienen carbono,
hidrógeno ni oxigeno.
Proteína: son compuestos orgánicos que además de carbono
carbono, hidrogeno
y oxigeno contienen nitrógeno y algunas veces, elementos inorgánicos
como azufre (S), fósforo (P) y hierro (Fe).
Grasa: es un compuesto formado por: carbono, hidrógeno y oxigeno en
el que la proporción de hidrógeno respecto al oxigeno no se conserva que en
el agua. Algunas veces incluyen elementos inorgánicos como el fósforo (P).
Ing. Larisa Korsak
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
PO3
C
OH
H
NH2
C
H
C
C
C
H
C
H
CHONS
Ing. Larisa Korsak
OOH
PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL
AGUA
Ejemplo: Efluente de Lecharía
Composición química de leche:
Proteína de suero y caseína
Proteínas
3.5%
Grasas
Grasas
3.2%
Lactosa
Carbohidratos
4.7%
Sólidos totales
12%
Minerales: Ca, P
Ing. Larisa Korsak
PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL
AGUA
Biodegradable
Sustrato
Sustancias
orgánicas
Microorganismos
No
biodegradable
Tóxicas
I
Inertes
t
Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas residuales
CARACTERÍSTICAS
DE AGUA RESIDUAL
Físicas
s cas
Químicas
Qu
cas
Ing. Larisa Korsak
Biológicas
g
Características de las aguas residuales
Físicas
1. Contenido de sólidos
2. Olor
3. Color
4 Turbiedad
4.
5. Temperatura
Ing. Larisa Korsak
CLASIFICACION DE CONTAMINANTES
SÓLIDOS
Sólidos Totales
efluente Lácteo
Coloidales
Disueltos
Suspendidos Totales
60-70 %
Sedimentables
NoSedimentables
40 30 %
40-30
Ing. Larisa Korsak
Sólidos disueltos
Solución incolora de
azúcar
Proceso de disolución
Ing. Larisa Korsak
Solución de color rojo
de permanganato de
potasio
Sólidos suspendidos
p
Se observa la turbiedad!
Ing. Larisa Korsak
DETERMINACION DE SÓLIDOS
SUSPENDIDOS TOTALES (SST)
1.Paso: se mide 150 - 300 ml de muestra
2. Paso: la muestra se filtra a través de filtro de papel
previamente pesado
Ing. Larisa Korsak
DETERMINACION DE SÓLIDOS
SUPENDIDOS TOTALES (SST)
3. Paso: La muestra se seca a temperatura 105°C
aproximadamente 2 horas
4. Paso: la muestra seca se pesa junto con el residuo
que representa
t ell Sólido
Sólid Suspendido
S
did total
t t l
CIEMA-UNICIEMA
UNI U$6.50
U$6 50 (SST)
Ing. Larisa Korsak
DETERMINACION DE SÓLIDOS TOTALES
(ST)
Para determinar los Sólidos Totales (ST) se
siguen los pasos anteriores, pero la muestra
no se filtra
Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas residuales
Físicas
El olor puede ser definido como el conjunto de sensaciones
percibidas por el olfato al captar ciertas sustancias
volátiles. El procedimiento normalmente utilizado es el de ir diluyendo
el agua e examinar hasta que no presente ningún olor perceptible. El
resultado se da como un número que expresa el límite de percepción
d l olor,
del
l y corresponde
d a la
l dilución
dil ió que da
d olor
l perceptible.
tibl Debido
D bid all
carácter subjetivo de la medida, es recomendable que la medida la
realicen al menos dos personas distintas, comparando la percepción
con la de un agua desodorizado.
desodorizado Debe evitarse,
evitarse como es lógico,
lógico en
todo lo posible, la presencia de otros olores en el ambiente.
El de un agua residual fresca es en general inofensivo, pero una gran
variedad de compuestos malolientes son liberados cuando se produce
degradación biológica bajo condiciones anaerobias de las aguas
residuales.
Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas residuales
Físicas
Color de un agua puede clasificarse en
verdadera o real cuando se debe sólo a las
sustancias que tiene en solución, y aparente
cuando su color es debido a las sustancias
que tiene en suspensión.
suspensión Los colores real y
aparente son casi idénticos en el agua clara
y en aguas de escasa turbidez.
La coloración de un agua se compara con la
de
soluciones
de
referencia
de
platino−cobalto en tubos colorimétricos, o
bien con discos de vidrio coloreados
calibrados según los patrones mencionados.
CIEMA-UNI- U$4.00
Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas residuales
Físicas
Turbiedad:
La turbidez de un agua se debe a la presencia de materias en
suspensión. Finamente divididas, como arcillas, limos, partículas de
sílice, materias inorgánicas... La determinación de la turbidez tienen
un gran interés como parámetro de control en aguas contaminadas y
residuales.
id l
S
Se puede
d evaluar
l
en ell campo o en ell llaboratorio.
b t i
La turbiedad es una medida de las propiedades de dispersión de la
luz de las aguas; el material suspendido presente impide la
transmisión de la luz, puesto que la absorbe o dispersa.
CIEMA-UNI- U$2.00
Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas residuales
Físicas
Turbiedad:
La turbidez de un agua se debe a la presencia de materias en
suspensión. Finamente divididas, como arcillas, limos, partículas de
sílice, materias inorgánicas...
La turbidez se mide en Unidades Nefelométricas de turbidez, o
Nefelometric Turbidity Unit (NTU).
Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas residuales
Físicas
Temperatura:
Es un parámetro muy importante en la calidad del agua, ya que
regula la velocidad los procesos de la degradación química y
biológica también es responsable por la cantidad de gases
biológica,
presentes en el agua.
Se mide con un termómetro.
CIEMA-UNI- U$1.00
Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas residuales
Químicas:
Principalmente las determinan el contenido de materia orgánica e
inorgánica y los gases presentes
Materia inorgánica:
DBO
pH
DQO
COT
Metales
M
t l disueltos
di
lt
Azufre
Aceites y grasas
Nitrógeno
SAAM
Fósforo
Gases:
Compuestos tóxicos
O2, CO2, N2, CH4,
H2S, NH3
Ing. Larisa Korsak
Nu
utrientes
Materia orgánica:
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
Químicas:
DBO5: Demanda Biológica de Oxigeno
La DBO es una medida del oxigeno que usan los microorganismos
para descomponer el agua residual. Si hay una gran cantidad de
d
desechos
h orgánicos
á i
en ell agua, ttambién
bié h
habrá
b á muchas
h b
bacterias
t i
presentes trabajando para descomponer este desecho. En este caso
la demanda de oxigeno será alta, así que el nivel de la DBO será alta.
Conforme el desecho es consumido o dispersado en el agua
agua, los
niveles de la DBO empezarán a bajar.
MO + O2 + microorganismos ⇒ CO2 + H2O
CIEMA-UNI- U$15.00
Ing. Larisa Korsak
Determinación de la DBO5
La medición de la DBO se basa en dos principios:
1) Determinar el oxigeno que ha sido consumido por
los microorganismos en el agua ó
2) Determinar la depresión (disminución de la presión
d l oxigeno
del
i
en ell aire
i
que se encuentra
t
en ell
recipiente por encima de la muestra de agua
residual
Ing. Larisa Korsak
Determinación de la DBO5
1) Para determinar el oxigeno que ha sido consumido
por los microorganismos en el agua (método de
Winkler
Incubadora DBO
Ing. Larisa Korsak
Determinación de la DBO5
2)
Para determinar la
depresión (disminución
de
la
presión
del
oxigeno en el aire que
se encuentra en el
recipiente por encima de
la muestra de agua
residual se utiliza la
botella respirométrica:
Ing. Larisa Korsak
Determinación de la DBO5
a)
c)
b)
Diferentes diseños de las botellas de los
respirómetros
Ing. Larisa Korsak
Determinación de la DBO5
Cambio de la DBO5 en
ell tiempo:
ti
Ing. Larisa Korsak
1er día
150 mg/ l
2° día
220 mg/ l
3er día
240 mg/ l
4° día
4
250 mg/ l
5° día
260 mg/ l
Determinación de la DBO5
Datos experimentales
Ing. Larisa Korsak
Determinación de la DBO5
El grado de variación aceptable en la medición de la
DBO en publicaciones tan prestigiosas como
“Estándar método de análisis de aguas y aguas
residuales” llega hasta 25%.
25% El parámetro de la DBO
por su laboriosidad, operatividad y naturaleza es el
mas difícil de medir
Ing. Larisa Korsak
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
Químicas:
DQO: Demanda Química de Oxigeno
La DQO es una estimación de las materias oxidables presentes en el
agua, cualquiera que sea su origen, orgánico o mineral.
COT: Carbono Orgánico Total
Es otro método para medir la materia orgánica presente en el agua,
es indicado para pequeñas concentraciones de esta.
CIEMA-UNI- U$15.00 (DQO)
Ing. Larisa Korsak
DETERMINACIÓN DE LA DQO DE AGUA
2K2Cr2O7 + 8H2SO4 + 3C -----> 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + 3CO2
Los químicos pueden adicionarse manualmente o por medio de
viales comerciales. La digestión dura 2 horas.
Bloque digestor
Espectrofotómetro
Ing. Larisa Korsak
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
Químicas:
Aceites y grasas: crean muchos problemas en la
técnica de depuración de aguas residuales, en las
rejillas
ej as causa
causan obst
obstrucción,
ucc ó , e
en los
os deca
decantadores
tado es
forman una capa superficial que dificulta la
sedimentación al atraer hacia la superficie pequeñas
partículas de materia orgánica; dificultan la aireación
correcta en la depuración en los sistemas de lodos
activados.
CIEMA-UNI- U$15.00
Ing. Larisa Korsak
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
Químicas:
SAAM: Sustancias Activas al Azul de Metileno son surfactantes o
agentes tensoactivos que se adsorben en las interfases agua - aceite
a causa de sus grupos hidrófilos ("amantes del agua") o polares,
conocida como cabeza hidrofílica, y de sus grupos lipófilos
("amantes del aceite") o no polares conocida como cola hidrofóbica.
Ing. Larisa Korsak
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
Químicas:
SAAM: Los tensoactivos son
principales responsables de la
formación de espuma en el agua
residual,
entorpeciendo
la
aireación del agua. Los de tipo
biodegradable demandan cantidad
adicional del oxigeno.
CIEMA-UNI- U$15.00
Ing. Larisa Korsak
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
Químicas:
pH:
Es la concentración de ion hidrogeno, es un parámetro de calidad de
gran importancia para el agua residual. El intervalo de concentraciones
adecuado para desarrollo de la mayor parte de la vida biológica es
bastante estrecho y critico, de 6.5-8.
El agua residual con valores de pH fuera de este rango presentan
dificultades de tratamiento con procesos biológicos, ya que se afecta
la viabilidad de los microorganismos .
CIEMA-UNI- U$2.00
Ing. Larisa Korsak
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
Químicas:
Metales disueltos: pueden ser metales pesados u otros que su
procedencia depende del tipo de la industria. Su presencia no es típica
en las aguas de las lecheras.
lecheras
Ing. Larisa Korsak
Caracterización de la materia orgánica en el
agua residual
Químicas:
Nitrógeno y Fósforo:
Tienen un papel fundamental en el deterioro de las masas acuáticas.
Su presencia en las aguas residuales es debida a los detergentes y
fertilizantes principalmente.
fertilizantes,
principalmente
El nitrógeno orgánico también es aportado a las aguas residuales a
través de las excretas humanas.
humanas
En aguas de lecheras el nitrógeno proviene de las proteínas.
CIEMA-UNI- U$8.00 (Nitrógeno)
U$9.00 (Fósforo)
Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas residuales
Biológicas:
Se caracterizan por la presencia de microorganismos patógenos y
organismos indicadores
Organismo
Descripción
Bacterias
Organismos procarióticos unicelulares. Aerobios y anaerobios.
Hongos
Organismos eucarióticos multicelulares, fotosintéticos y heterotróficos. Son estrictos aerobios.
Protozoos
Son móviles, de tamaño microscópico, generalmente unicelulares. Se alimentan de bacterias.
Rotíferos
Son animales aeróbicos. Su presencia en el efluente indica un proceso de purificación biológica aerobia muy eficiente.
proceso de purificación biológica aerobia muy eficiente.
Algas
Eucarióticas, autotróficas y fotosintéticas. Son importantes en tratamientos biológicos por la producción de O2
Virus
Son parásitos unicelulares. Ing. Larisa Korsak
Características de las aguas
residuales
El costo de todos los análisis descritos
se estima en un total de U$ 107.00
Análisis correspondiente al Decreto 3395 se estima en U$ 68.50
Por CIEMA-UNI
Ing. Larisa Korsak
Impactos que ocasionan
los contaminantes del agua residual
Contaminante
Parámetro
Sólidos
suspendidos
p
Sólidos
suspendidos
p
totales, SST
Compuestos
orgánicos
biodegradables
g
DBO
DQO
Nitrógeno
Fósforo
Nutrientes
Impacto que ocasiona
Cuando los residuos no tratados son volcados en el
ambiente acuático, esto conllevan al desarrollo de
depósitos de barro (lodo)
(lodo), lo que provoca condiciones
anaerobias
Compuesta principalmente de proteínas, carbohidratos y
grasas, por lo general, se mide en términos de DBO y
DQO.
Al encontrarse
t
en ell ambiente
bi t sin
i tratarse
t t
previamente,
i
t
su
estabilización biológica puede llevar al consumo del
Oxígeno natural y al desarrollo de condiciones sépticas.
Nitrógeno y fósforo
fósforo, junto con el carbono son nutrientes
esenciales para la vida acuática. La presencia de estos
provoca el desarrollo de una vida acuática no deseable
(excesivo crecimiento de algas, lo que conlleva a
reducción de la biodiversidad acuática debido a
disminución de la concentración del oxigeno y problemas
tóxicos).
También pueden contaminarse las aguas subterraneas.
Ing. Larisa Korsak
Impactos que ocasionan
los contaminantes del agua residual
Contaminante
Compuestos
orgánicos
refractarios
Parámetro
Impacto que ocasiona
Pesticidas
Detergentes
Ot
Otros
Estos compuestos orgánicos resisten al tratamiento
convencional (detergentes, fenoles, pesticidas,
preservantes,
t
d
desinfectantes)
i f t t )
Metales
pesados
Elementos
específicos:
Cr, Cu, Cd, Hg,
Ni, Pb, etc.
Los metales pesados normalmente provienen de las
industrias y comercios. Su presencia tiene importancia
mayor
y cuando el agua
g residual o lodos están en miras de
re-uso
Sólidos
Inorgánicos
disueltos
Elementos
específicos:
Cloruro, Na, Al
Los sólidos inorgánicos disueltos tienen relevante importancia
cuando el agua residual es usada en la agricultura. La
producción de granos,
p
g
de proteína
p
en acuacultura (pescado,
(p
plantas acuáticas) puede reducirse
Contaminantes
importantes
SHA
(sustancia
hormonales
activas)
Compuestos orgánicos e inorgánicos seleccionado en función de
su conocimiento o sospecha de carcinogenicidad,
mutanogenicidad o elevada toxicidad. Muchos de estos
contaminantes se encuentran en agua residual
Microorganismos
g
Patógenos
Coliformes
fecales
Huevos de
helminto
Transmiten enfermedades infecciosas en el agua
residual. Es especialmente importante cuanto el agua
tratada se pretende usar en agricultura
Ing. Larisa Korsak
CONCIENCIA PÚBLICA Y ACCIÓN
En Nicaragua
DECRETO No.33-95
DISPOSICIONES PARA EL CONTROL DE LA
CONTAMINACION PROVENIENTES DE LAS
DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES
DOMESTICAS, INDUSTRIALES Y AGRPECUARIAS
(14 de Junio del 1995)
Establece las concentraciones permisibles de los
contaminantes en el agua residual para descargarlas a las
redes de alcantarillado sanitario y directamente a
cuerpos
p receptores.
p
Ing. Larisa Korsak
NORMAS DE CALIDAD DE AGUA
RESIDUAL DE LA INDUSTRIA LECHERA
Art.31
Parámetros
Rangos y limites
máximos permisibles
pH
6‐9
Sólidos suspendidos totales, mg/l
100
DBO, mg/l
100
DQO, mg/l
250
Grasas y aceites, mg/l
30
Sustancias activas al azul metileno, mg/l
3
Ing. Larisa Korsak
Principales características del agua
residual una Lechera
Parámetro
Ejemplo
real
Afluente
Efluente
pH
4.5‐4.6
6.2‐6.3
DBO, mg/l
g
1 360.2
233.3
DQO, mg/l
2 042.3
617.4
SST mg/l
SST, mg/l
669 5
669.5
396 3
396.3
SAAM, mg/l
13.5
11.2
Grasas y aceites, mg/l
18.9
17.9
Ing. Larisa Korsak
Principales características del agua
residual una Lechera
Parámetro
pH
Ejemplo
real
Características en la salida al alcantarillado
6.6‐12.4
DBO, mg/l
O
/l
6 000 1
6 000.1
DQO, mg/l
9 934.2
SST, mg/l
1 512.5
ST, mg/l
, g/
5502.3
Grasas y aceites, g/l
251.0
Ing. Larisa Korsak
FUENTES DE AGUA RESIDUAL
1. AGUA RESIDUAL DOMESTICA: casas de habitación, del
comercio, instituciones y edificios públicos.
El agua residual se expresa en L/ cap. día y se asume como fracción de
70-80% del consumo especifico de agua
El consumo especifico
ifi ddell agua oscila
il entre
t 60 y 350 L/
L/cap.día
dí
2 AGUA PLUVIAL: recolectada en canales y causes (abiertos y
2.
cerrados)
3. AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL: generada como resultado de uso
de agua en el proceso productivo.
Muy especifica en su composición.
Ing. Larisa Korsak
FLUCTUACIÓN DEL CAUDAL DE
AGUA RESIDUAL
200
180
Ca
audal, % del prom
medio
160
140
120
100
80
60
40
20
0
-20
0
5
10
15
20
Tiempo horas
Tiempo,
Area pequeña
Area mediana
Ing. Larisa Korsak
Area grande
25
MEDICIÓN DE CAUDALES
1. Métodos volumétricos
La forma más sencilla de calcular los caudales pequeños es la medición directa del tiempo
que se tarda en llenar un recipiente
q
p
de volumen conocido. La corriente se desvía hacia
un canal o cañería que descarga en un recipiente adecuado y el tiempo que demora su
llenado se mide por medio de un cronómetro. Para los caudales de más de 4 l/s, es
adecuado un recipiente de 10 litros de capacidad que se llenará en 2½ segundos. Para
caudales mayores,
y
, un recipiente
p
de 200 litros puede
p
servir para
p
corrientes de hasta 50
l/s. El tiempo que se tarda en llenarlo se medirá con precisión, especialmente cuando
sea de sólo unos pocos segundos. La variación entre diversas mediciones efectuadas
sucesivamente dará una indicación de la precisión de los resultados.
Ing. Larisa Korsak
MEDICIÓN DE CAUDALES
2 Mét
2.
Método
d superficie/velocidad
fi i / l id d
Este método depende de la medición de la velocidad media de la corriente y del área
d la
de
l sección
ió transversal
t
l del
d l canal,
l calculándose
l lá d
a partir
ti de
d la
l fórmula:
fó
l
Q=AxV
Q es caudal,
d l m³/s
³/ (m
( 3/h ó l/s,
l/ cuando
d la
l corriente
i t es menor))
A es área de la sección transversal, m2
V es velocidad media de la corriente, m/s
Ej
Ejemplo
l
¿Como mediremos la velocidad?
Ing. Larisa Korsak
MEDICIÓN DE VELOCIDAD
PARA CALCULAR LOS CAUDALES
1. Medir el tiempo que tarda un objeto flotante en recorrer, corriente abajo,
una distancia conocida.
2. Usar un molinete
Una determinación más exacta de la velocidad se puede obtener utilizando
un molinete.
molinete Existen diferentes tipos de molinete
molinete. El de tipo de taza
cónica gira sobre un eje vertical y el de tipo hélice gira sobre un eje
horizontal. En ambos casos la velocidad de rotación es proporcional a la
velocidad de la corriente; se cuenta el número de revoluciones en un
tiempo dado, ya sea con un contador digital o como golpes oídos en los
auriculares que lleva el operador. En las corrientes superficiales se
montan pequeños molinetes sobre barras que sostienen operarios que
caminan por el agua. Cuando hay que medir caudales de una avenida en
grandes ríos, las lecturas se toman desde un puente o instalando un
cable suspendido por encima del nivel máximo de la avenida; el molinete
se baja por medio de cables con pesas para retenerlo contra la corriente
d l río.
del
í
Ing. Larisa Korsak
MEDICIÓN DE VELOCIDAD DEL FLUJO
Tipos de molinetes
Tipo taza cónica
Tipo hélice
Ing. Larisa Korsak
MEDICIÓN DE CAUDALES
3. Canal Parshall (estándar)
Las estructuras de tipo canal se denominan aforadores
Con un flujo libre el nivel del agua en la salida no es lo
bastante elevado como para afectar el caudal a través
de la garganta y, en consecuencia, el caudal es
proporcional al nivel medido en el punto especificado
en la sección de convergencia
Se describe técnicamente
como un canal Venturi o de
onda estacionaria.
El aforador está constituido
por
una
sección
de
convergencia con un piso
nivelado, una garganta con un
piso
i en pendiente
di t hacia
h i aguas
abajo y una sección de
divergencia con un piso en
pendiente hacia aguas arriba.
Gracias a ello el caudal
avanza a una velocidad crítica
a través de la garganta y con
una onda estacionaria en la
sección de divergencia.
Ing. Larisa Korsak
3. Vertedero de aforo
La relación del nivel del agua
g
aguas
g
abajo
j
(Hb) con el nivel aguas arriba (Ha) se
conoce como el grado de sumersión; una
ventaja del canal de aforo Parshall es que
no requiere corrección alguna
g
hasta un 70%
de sumersión.
Existen
manuales
con
dimensiones
determinadas para construir los Parshall.
Para fabricar los canales de aforo Parshall se
han utilizado muy diversos materiales. Se
pueden prefabricar a partir de láminas de
metal o madera o se pueden construir sobre
el terreno con ladrillo y argamasa utilizando
un armazón de metal prefabricado para
garantizar mediciones exactas.
Di
Dimensión
ió A = 2/3 (W/2 + 4)
Para estos límites de ancho de garganta las dimensiones siguientes son constantes:
E = 3-0, F = 2-0, g = 3-0, K = 3 pulgadas, N = 9 pulgadas, X = 2 pulgadas, Y = 3
pulgadas
p
g
Ing. Larisa Korsak
3. Parshall
Ing. Larisa Korsak
Canaletas Parshall
Ing. Larisa Korsak
3. Vertedero de aforo Parshall
Tabla de aforo para el
Parshall de ancho de
garganta de 12’’
Ha, mm
Caudal, l/s
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
3.3
5.2
7.3
9.6
12.1
14.9
17 8
17.8
20.9
24.1
27.5
31.3
34.8
38.6
42.6
46.7
51.0
55 4
55.4
Ing. Larisa Korsak
Cálculo de las cargas de los
contaminantes
L = [concent.]∗ Qe
Donde,
L es la carga másica del contaminante en kg/día
[
[concent.]
t ] es la
l concentración
t ió d
dell contaminante
t i
t en ell efluente
fl
t
Qe es el caudal del efluente en m3/día
Pl t de
Planta
d tratamiento
t t i t
Afluente
Ing. Larisa Korsak
Efluente
CURSO-TALLER
TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
Tema 2. Procesos utilizados en el tratamiento de agua
residual
Sub-temas:
1. Procesos y operaciones unitarias físicas
2 Procesos químicos de tratamiento
2.
3. Procesos bioquímicos utilizados en el tratamiento de agua
residual. Requerimientos bioquímicos para un proceso eficiente.
4. Clasificación de tratamiento en tipos.
Ing. Larisa Korsak
CLASIFICACION DE LOS PROCESOS
Los procesos utilizados en el tratamiento de agua
residual se puede clasificar en 3 grandes
grupos:
1. Operaciones unitarias físicas
2 Procesos unitarios químicos
2.
3. Procesos bioquímicas
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Estos eran los primeros procesos utilizados en el
tratamiento de aguas residuales,
residuales utilizan las leyes de la física como
principio de operación. Hoy en día se presentan en casi todas los
sistemas de tratamiento de agua residual. Los principales procesos
de esta clase son:
• Tamizado
• Aireación
• Mezcla y floculación
• Filtración
• Sedimentación
• Flotación
• Adsorción y absorción
• Homogenización
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Tamizado
Los
os e
elementos
e e tos sepa
separadores
ado es puede
pueden esta
estar co
constituidos
st tu dos po
por ba
barras,
as, a
alambres
a b es o
varillas paralelas, rejillas, telas metálicas o placas perforadas, y las aberturas
pueden ser de cualquier forma, aunque normalmente suelen ser ranuras
rectangulares u orificios circulares.
Los elementos formados por varillas o barras paralelas reciben el nombre de rejas
de barrotes. El término tamiz se circunscribe al uso de placas perforadas y mallas
metálicas de sección cuneiforme.
La función que desempeñan las rejas y tamices se conoce con el nombre de
desbaste, y el material separado en esta operación recibe el nombre de basuras o
residuos de desbaste. Según el método de limpieza que se emplee, los tamices y
rejas
j pueden
p
ser de limpieza
p
manual o automática. Generalmente,, las rejas
j tienen
aberturas (separación entre las barras) superiores a 15 mm, mientras que los
tamices tienen orificios de tamaño inferior a este valor.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Tamizado (continuación)
Rejas. En los procesos de tratamiento del agua residual, las rejas se utilizan para
proteger bombas, válvulas, conducciones y otros elementos contra los posibles
daños y obturaciones provocados por la presencia de trapos y de objetos de gran
tamaño. Las plantas de tratamiento de aguas industriales pueden no precisar la
instalación de rejas, dependiendo de las características de los residuos.
Los tamices se utilizan para remover el material suspendido mas fino.
Perfil de rejillas
j
de barras a)) manual y b)) mecánica
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Tamizado (continuación)
Rejilla de barras mediana de limpieza manual
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Tamizado (continuación)
Rejilla
j
de barras pequeña
p q
de limpieza
p
manual
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Tamizado (continuación)
Tamiz (criba) de tambor
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Tamizado (continuación)
Criba de tambor para la remoción de sólidos flotantes en la
cervecería Nacional de Nicaragua
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Tamizado (continuación)
Tamiz estática
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Mezcla
El mezclado es una operación unitaria de gran importancia en
muchas fases del tratamiento de aguas residuales, entre las que
podemos citar:
• Mezcla completa de una sustancia con otra
• Mezcla de suspensiones líquidas y líquidos miscibles
• Floculación
• Transferencia de calor
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Mezcla (continuación)
Mezcla puede ser lenta o rápida, continua o discontinua. Se
realiza a través de:
•
•
•
•
•
Resaltos hidráulicos en canales
Por bombeo
Mezcladores mecánicos
Mezcladores estáticos
Mecanismos neumáticos
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Mezcla (continuación)
El mezclado se consigue como consecuencia de las turbulencias
que se crean en el régimen de flujo. En los mezcladores
estáticos, las turbulencias se producen de la disipación de
energía, mientras que en los mezcladores mecánicos las
t b l
turbulencias
i se consiguen
i
aportando
t d la
l energía
í con impulsores
i
l
giratorios como las paletas, hélices y turbinas.
El mezclado neumático comprende la inyección de gases,
gases que
constituye un factor importante en el diseño de los canales de
aireación del tratamiento biológico del agua residual. Un canal
con pantallas deflectoras es un tipo de mezclador estático que
se emplea en el proceso de floculación.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Mezcla y floculación
(continuación)
Los agitadores
L
i d
d paletas
de
l
se
emplean como elementos de
floculación cuando deben
añadirse al agua residual,
residual o a
los
fangos,
coagulantes
como el sulfato férrico o de
aluminio o adyuvantes a la
aluminio,
coagulación como los polielectrolitos y la cal.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Sedimentación
La sedimentación consiste en la separación, por la
acción
ió de
d la
l gravedad,
d d de
d las
l partículas
tí l suspendidas,
did
cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es
una de las operaciones unitarias más utilizadas en el
tratamiento de las aguas
g
residuales. Los términos
sedimentación y decantación se utilizan
indistintamente.
Esta operación se emplea para la eliminación de
arenas, de la materia en suspensión en flóculos
biológicos en los decantadores secundarios, en los
procesos de fango activado, tanques de decantación
primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea
la coagulación química, y para la concentración de
sólidos en los espesadores de fango.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Sedimentación
Cono IImhoff
C
h ff – medición
di ió de
d Sólidos
Sólid
Sedimentables (SSed.)
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Sedimentación (continuación)
Un Clarificador gravitacional, es el método más económico
para remover sólidos de los líquidos, debido a que la
gravedad es una fuente de energía
g
g natural y es g
gratis.
Un clarificador simple provee una zona no turbulenta, donde
a los sólidos suspendidos en el líquido se les da el tiempo
suficiente para que precipiten al fondo.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Sedimentación (continuación)
Clarificador
convencional circular
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Sedimentación mejorada
Los Clarificadores de Placas
Inclinadas
de
ACS,
son
unidades compactas con una
área de sedimentación de
menos del 25% del espacio
requerido por clarificadores
convencionales, en ellos se
permite a los sólidos que
reposen en las placas y se
resbalen al fondo.
Clarificador tipo Lamella
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Sedimentación mejorada (continuación)
Eflue
ente
Clarificador tipo
Lamella
Afluente
Platos de
sedimentación
di
t ió
inclinados
Deposito
de lodo
Salida de
lodo
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Adsorción y absorción
El p
proceso de adsorción consiste en la captación
p
de sustancias
solubles en la superficie sólida.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Adsorción y absorción
El tratamiento del agua residual con carbón activado suele estar
considerado como un proceso de refinamiento de aguas que ya han
recibido un tratamiento biológico normal.
normal En este caso,
caso el carbón
activado se emplea para eliminar parte de la materia orgánica disuelta.
Aspecto
p
del carbón activado
Ing. Larisa Korsak
Filtro de carbón activado
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Adsorción y absorción
b))
C)
a)
Filtro de carbón activado a) para aromas, b) para agua potable, c) para agua
residual tratada
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Aireación
Aireación es la transferencia de gases, fenómeno mediante el
cual el gas de una fase pasa a la otra, normalmente de la fase
gaseosa a la líquida. Es un componente esencial de gran
número de los procesos de tratamiento del agua residual.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Aireación
En el campo del tratamiento del agua residual, la aplicación más
común
ú es la
l transferencia
t
f
i de
d oxígeno
í
en ell tratamiento
t t i t biológico
bi ló i
d l
del
agua residual. Este proceso es necesario dada la reducida solubilidad
del oxígeno, por lo que la cantidad de oxígeno que penetra en el agua
p
del líquido
q
no
de manera natural a través de la interfase aire-superficie
es suficiente para satisfacer la demanda de oxígeno del tratamiento
aerobio.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Aireación
Para alcanzar los objetivos de
desinfección se transfiere cloro
en
forma
gaseosa
a
una
disolución en agua.
Es frecuente añadir oxígeno al
efluente tratado después de la
cloración (post-aireación). Uno de
los procesos de eliminación de
los compuestos del nitrógeno
consiste en la conversión del
nitrógeno en amoníaco y la
posterior
transferencia
del
amoníaco en forma gaseosa del
agua al aire.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Filtración
Filtración es un proceso donde el flujo de liquido se hace pasar
por un medio poroso que permitirá que el liquido atraviese
di h
dicho
material,
t i l mientras
i t
l
las
partículas
tí l
mas grandes
d
se
acumularan en la entrada
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Filtración
Filtro para agua
clara
Filtro biológico de
g residual
agua
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Osmosis
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Flotación
La flotación es una operación unitaria que se emplea para la
separación de partículas sólidas de una fase líquida o líquidos de
diferente densidad. El aceite siendo un liquido mas denso que el
agua flota en la superficie del agua
Aceite
Agua
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Flotación
La separación de sólidos finos se consigue introduciendo finas
burbujas de gas, normalmente aire, en la fase líquida. Las burbujas
se adhieren a las p
partículas, y la fuerza ascensional q
que
experimenta el conjunto partícula-burbuja de aire hace que suban
hasta la superficie del líquido. De esta forma, es posible hacer
ascender a la superficie partículas cuya densidad es mayor que la
del líquido, además de favorecer la ascensión de las partículas
cuya densidad es inferior, como el caso del aceite en el agua.
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Flotación
(continuación)
En el tratamiento de aguas residuales, la flotación se emplea para la
eliminación de la materia suspendida y para la concentración de los
fangos biológicos. La principal ventaja del proceso de flotación frente al
de sedimentación consiste en que permite eliminar mejor y en menos
ti
tiempo
l
las
partículas
tí l
pequeñas
ñ
o ligeras,
li
cuya deposición
d
i ió es lenta.
l t Una
U
vez las partículas se hallan en superficie, pueden recogerse mediante un
rascado superficial.
Ing. Larisa Korsak
Esquema de Flotación por Aire Disuelto
DAF
Ing. Larisa Korsak
Esquema de Flotación por Aire Disperso (DAF) Aire-O2
Aireador Microfloat
Moto reductor
Recolector de
flotantes
Brazos para remover
los desechos
Vertedero
Afluente
Efluente
Burbujas micro
finas
Descarga de
flotantes
Pozo de
contacto
Baffle de desechos
Descarga de sólidos
sedimentados
Brazos para
raspado de lodos
Ing. Larisa Korsak
DAF para 10-200 m3/h
Ing. Larisa Korsak
OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS
Homogenización de caudales
La
homogenización consiste simplemente en amortiguar las
variaciones del caudal, con el objeto de conseguir un caudal
constante o casi constante.
Esta técnica puede aplicarse en situaciones diversas, dependiendo de
las características de la empresa de producción. Las principales
aplicaciones están concebidas para la homogenización de:
•
Caudal muy fluctuante durante al jornada laboral
•
Caudales combinados con aguas pluviales y aguas residuales
sanitarias
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Procesos químicos unitarios son los procesos empleados en
el tratamiento de las aguas residuales en los que se
producen las transformaciones mediante reacciones
químicas.
Con el fin de alcanzar los objetivos de tratamiento del agua
residual, los procesos químicos unitarios se llevan a cabo en
combinación
bi
ió con las
l operaciones
i
fí i
físicas
unitarias
it i .
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Procesos químicos unitarios mas comúnmente
sados son
usados
son:
Oxidación
Neutralización
Neutralización Precipitación química
Desinfección
Coagulación
Intercambio iónico
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Oxidación
La reacción de oxidación consiste en destruir la materia
orgánica compleja en mas sencilla, por adicionamiento
de
agentes
oxidantes
como
oxigeno,
ozono,
permanganato de potasio
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Oxidación
Agentes
oxidantes:
Oxigeno,
Ozono, otros
Compuesto orgánico
complejo,
contaminante
H2O
CO2
Compuesto orgánico
sencillo,, no p
peligroso
g
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Precipitación química
La precipitación química en el tratamiento de las aguas
residuales lleva consigo la adición de productos químicos con
la finalidad de alterar el estado físico de los sólidos disueltos y
en suspensión, y facilitar su eliminación por sedimentación.
Precipitado
Solución
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Precipitación química
En algunos
E
l
casos, la
l alteración
lt
ió es pequeña,
ñ y la
l eliminación
li i
ió se
logra al quedar atrapados dentro de un precipitado voluminoso
constituido, principalmente, por el propio coagulante.
La consecuencia de la adición de productos químicos es el
incremento neto en los constituyentes disueltos del agua
residual.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Precipitación química
Los procesos químicos, junto con algunas de las
operaciones físicas unitarias, se han desarrollado para
proporcionar:
1) Un tratamiento primario de las aguas residuales no
tratadas eliminando sólidos suspendidos
2) La eliminación del fósforo por precipitación química
3) Eliminación de metales pesados
4) Espesamiento de lodos
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Precipitación química
El grado de purificación resultante depende tanto de la
cantidad
id d de
d productos
d
químicos
í i
que se añade
ñ d como del
d l nivel
i l
de control de los procesos.
Mediante precipitación química,
química es posible conseguir
efluentes clarificados básicamente libres de materia en
suspensión o en estado coloidal.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Precipitación química permite:
Parámetro
Remoción
%
SST
70 - 90
DBO5
50 - 65
DQO
55 - 75
Nitrógeno
50
Fósforo
50 - 85
Coliformes fecales
Huevos de helmintos
99.9
casi completa
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Precipitación química: Coagulación / floculación
Las partículas en el agua cruda suelen tener la misma carga eléctrica y esto
limita la formación de partículas grandes con buenas cualidades de
sedimentación.
sedimentación
La coagulación consiste, básicamente, en la neutralización de las cargas
eléctricas de las partículas, permitiendo la formación de partículas mayores
(flóculos) en un proceso de floculación, mejorando así su sedimentación.
A parte de los coagulantes se utilizan los mejoradores de floculación, son poli
electrólitos de cadena larga que son capaces de "capturar" partículas
pequeñas formando partículas mayores.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Precipitación química
Los químicos mas usados en el tratamiento de agua residual
son:
•Cal
•Sulfato ferroso
•Sulfato férrico
•Cloruro
Cl
fé i
férrico
•Sulfato de aluminio (alúmina)
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Precipitación
química:
Coagulación / floculación
En la mayor parte de los casos,
las cargas eléctricas de las
partículas
en
las
aguas
residuales
comunes
(municipales) son negativas.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Neutralización:
Consiste en controlar el pH
p
adicionando el acido o la base
según la necesidad del pH final.
El acido y la base se neutralizan!
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Desinfección:
La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los
organismos que causan enfermedades. No todos los organismos se
destruyen durante el proceso,
proceso punto en el que radica la principal
diferencia entre la desinfección y la esterilización, proceso que
conduce a la destrucción de la totalidad de los organismos.
En el campo de las aguas residuales, las tres categorías de
organismos entéricos de origen humano
de mayores
consecuencias en la p
producción de enfermedades son las
bacterias, los virus y los quistes amibianos.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Desinfección:
Desinfección
Las enfermedades bacterianas
tí i
típicas
t
transmitidas
itid por ell agua
son: el tifus, el cólera, el
paratifus y la disentería bacilar,
mientras que las enfermedades
causadas
por
los
virus
incluyen, la poliomielitis y la
hepatitis infecciosa.
infecciosa
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Desinfección:
Los desinfectantes más corrientes son los productos químicos oxidantes,
de los cuales el cloro es el más universalmente empleado, aunque también
se ha utilizado,
utilizado para la desinfección del agua residual,
residual el bromo y el yodo.
yodo
El ozono es un desinfectante muy eficaz cuyo uso va en aumento, a pesar
de que no deja una concentración residual que permita valorar su
presencia después del tratamiento.
El agua muy ácida o muy alcalina también se ha empleado para la
destrucción de bacterias patógenas,
patógenas ya que el agua con pH inferior a 3 o
superior a 11 es relativamente tóxica para la mayoría de las bacterias.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Desinfección:
CON RAYOS ULTRA VIOLETAS
La desinfección de aguas de abastecimiento basada en la radiación emitida
por fuentes de rayos ultravioletas (UV) se ha empleado en contadas
ocasiones desde p
principios
p
de siglo.
g Aunque
q su p
primer uso se centraba en
la desinfección de aguas de suministro de alta calidad, recientemente se ha
experimentado un renovado interés en la aplicación de esta técnica de cara
a la desinfección de aguas residuales y lodos deshidratados.
Se ha podido comprobar que una correcta dosificación de rayos
ultravioletas es un eficaz bactericida y virucida, además de no contribuir a
la formación de compuestos tóxicos.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Desinfección con rayos ultra violetas :
Naves de secado solar del lodo municipal, Managua
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Intercambio iónico:
Ciertos compuestos insolubles tienen la propiedad de fijar los iones que
se encuentran en su alrededor sustituyéndolos por iones que poseen.
Cuando se hace pasar en agua por un lecho de estos intercambiadores de
i
iones,
d manera selectiva
de
l ti
l
los
i
iones
i d
indeseables
bl
se quedaran
d
en ell
material y se liberaran los iones de interés. Las resinas de intercambio
iónico son muy empleadas hoy en día; son las resinas orgánicas de
síntesis,, del tipo
p p
poliestireno y divinilbenceno sulfonado.
Resina de intercambio iónico
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS
Intercambio iónico:
Ejemplo: Ablandamiento
d agua
de
Calcio y
Magnesio
Sodio
Resina de
intercambio
Calcio y magnesio
atrapado
Sodio en
agua
g tratada
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
PROCESOS BIOLÓGICOS
Ó
UNITARIOS
Son los métodos de tratamiento en los que la remoción de los
contaminantes se lleva a cabo por la actividad biológica de los
microorganismos.
La remoción de la materia orgánica biodegradable tanto coloidal
como disuelta por acción biológica, constituye la
principal
aplicación
p
de este tipo
p de p
procesos.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
PROCESOS BIOLÓGICOS UNITARIOS
Los procesos biológicos en el agua residual, gracias a la acción de
una variedad de los microorganismos, son:
•
La eliminación del material orgánico carbonoso disuelto.
•
La eliminación de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo.
•
La coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no
sedimentables.
•
La estabilización de la materia orgánica.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS
Los microorganismos se utilizan para convertir la materia orgánica
carbonosa coloidal y disuelta en diferentes gases y tejido celular.
Dado que el tejido celular tiene un peso específico ligeramente
superior al del agua, se puede eliminar por decantación.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS
Los microorganismos pueden requerir el oxigeno para su metabolismo
y en este caso el proceso biológico será aerobio;
Sin embargo, para otros microorganismos el oxigeno es tóxico y ellos
necesitan un ambiente anaerobio.
Para su metabolismo
P
t b li
l
los
microorganismos
i
i
necesitarán
it á alimento
li
t
(sustrato) básico (carbónico) y nutrientes (Fósforo y Nitrógeno)
Ing. Larisa Korsak
PROCESO BIOLÓGICO aerobio
Material orgánico
complejo (agua cruda)
+
(
(sustrato)
t t ) DBO ó DQO
Oxigeno
O2
Microorganismos
+
aerobios
Mater. Orgánico
sencillo
Energía
+
+
Nuevos microorganismos
Ing. Larisa Korsak
+
Gas CO2
Agua
PROCESO BIOLÓGICO anaerobio
Material orgánico
(sustrato) DBO ó DQO
Oxigeno
+
+ O2
Microorganismos
anaerobios
Mater. Orgánico
sencillo
Energía
+
+
Nuevos microorganismos
Ing. Larisa Korsak
+
Gas CO2
Gas Metano
PROCESOS BIOLÓGICOS
CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS
Curva de crecimiento microbiano
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS
Puede desarrollarse en el cultivo suspendido, donde estos
“flotan” en un estado libre ó
En el crecimiento adherido, donde los microorganismos forman
una especie de bio-película
bio película que se adjunta a un material de
relleno
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
Entrada de afluente
.. .
.
.
.
Cultivo suspendido
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
Cultivo adherido
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS
Las bio
bio-películas
películas se definen como
comunidades de microorganismos
que crecen embebidos en una matriz
de exopolisacáridos y adheridos a
una superficie inerte o a un tejido
vivo.
Representan la forma más habitual
d crecimiento
de
i i
d las
de
l bacterias
b
i en la
l
naturaleza.
Bajo
condiciones
ambientales
adecuadas
todos
los
microorganismos son capaces de
formar biopelículas.
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS
Moho sobre la piedra
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS
Bio-películas vistas en microscopio
electrónico
Ing. Larisa Korsak
PROCESOS BIOLÓGICOS
Reactor de crecimiento bacteriano
discontinuo (mezcla completa)
Reactor de crecimiento bacteriano
continuo
Ing. Larisa Korsak
Clasificación de Tipos y Niveles
de Tratamiento
El objetivo de los diferentes tipos y niveles de tratamiento
en general es, reducir la carga de contaminantes del
vertido (o agua residual) y convertirlo en inocuo para el
medio ambiente y la salud humana.
Ti
Tipos
de
d tratamiento:
t t i t
Se pueden clasificar en físicos,
físicos químicos y biológicos
Ing. Larisa Korsak
71
CLASIFICACIOIN DE TIPOS DE
TRATAMIENTO
FÍSICOS:
Operación
Aplicación
Equipo
Tamizado grueso
Remover sólidos gruesos, trapos y otros desechos Rejillas
Tamizado fino
Tami
ado fino
Remover partículas pequeñas
Remover
partículas pequeñas
Mallas, Cribas
Mallas,
Cribas
Homogenización (estabilización de flujo)
Almacenar el efluente
temporalmente
p
Tanque de estabilización
Mezclado
Mezclado de químicos con las aguas residuales
Mezclador
Floculación
Floculación Adición de floculantes para Adición
de floculantes para
remover sólidos suspendidos
Floculador
Sedimentación Remover sólidos sedimentables Clarificadores S di
Sedimentadores
t d
Ing. Larisa Korsak
CLASIFICACIOIN DE TIPOS DE
TRATAMIENTO
FÍSICOS (continuación):
Operación
Aplicación
Equipo
Flotación Remover sólidos suspendidos no sedimentables y Grasas
no sedimentables y Grasas
DAF
D
Desengrasadores
d
Filtración Remover sólidos suspendidos, coloides y hasta microorganismos
Filtros
Sistemas de membranas
Absorción/Adsorción Remover gases disueltos, amoniaco
Torres empacadas
Ing. Larisa Korsak
Operación
CLASIFICACIOIN DE TIPOS DE
TRATAMIENTO
QUÍMICOS:
Aplicación
Oxidación
Remoción de componentes orgánicos corrientes
Remover sustancias orgánicas refractarias
Remoción de grasa y otros. Remoción de amonio
Coagulación Desestabilización de partículas para formar agregados de mayor peso por floculación
Desinfección Adición de cloro, compuestos de cloro, bromo y ozono para eliminar p
y
p
microorganismos. Control de olores
Neutralización Control de pH
Precipitación Remover fósforo. Remoción de metales pesados
p
Intercambio Remoción selectita de compuestos
iónico
Ing. Larisa Korsak
Tipos y Niveles de Tratamiento
BIOLOGICOS
BIOLOGICOS:
Tipo
Nombre común
P
Procesos aerobios
bi
Uso
Cultivo suspendido
Lodos activados
Digestores aerobios
Remoción de DBO, nitrificación
Estabilización, remoción DBO
Crecimiento adherido
Filtros de goteo
Contactores biológicos (discos rotatorios)
Remoción de DBO, nitrificación
Procesos anaerobios/anóxicos
Cultivo suspendido
Sistemas de desnitrificación Desnitrificación
Digestores anaerobios
Digestores anaerobios
Estabilización
Estabilización Crecimiento adherido
Manto de lodo
Reactor anaerobio de flujo ascendiente (RAFA)
Remoción de DBO, estabilización , desnitrificación
Reactor anaerobio de flujo Remoción de DBO
ascendente UASB
Ing. Larisa Korsak
Ing. Larisa
Korsak
75
Tipos y Niveles de Tratamiento
BIOLOGICOS (continuación):
Tipo
Aerobias
Nombre común
Lagunas
Laguna aerobia
Uso
Remoción de DBO
De maduración Laguna de maduración Remoción de DBO, nitrificación
Facultativas
Laguna facultativas
Laguna facultativas
Remoción de DBO
Remoción de DBO
Anaerobias
Laguna anaerobias
Remoción de DBO, estabilización
Ing. Larisa Korsak
Tipos y Niveles de Tratamiento
Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes
grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los
contaminantes existente en los líquidos residuales. Estos
niveles se conocen usualmente como:
•Pretratamiento
•Tratamiento Primario
•Tratamiento Secundario
•Tratamientos Terciarios avanzados
Ing. Larisa Korsak
CURSO TALLER
CURSO-TALLER
TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
Tema 3. Tecnologías desarrolladas para el tratamiento
de Aguas Residuales
Sub-temas:
1. Clasificación de niveles de tratamientos
2.Tratamiento p
preliminar y p
primario
Ing. Larisa Korsak
LOS PRINCIPALES OBJETIVOS
DEL TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL SON:
Protección del Recurso Acuático de
1 Alto
1.
Alt contenido
t id d
de Sólid
Sólidos S
Suspendidos
did
2. Alta carga de Materia Orgánica y consecuentemente
bajo nivel de Oxígeno
3. Alto contenido de nutrientes (como N y P) que
provocan eutroficación
4. Carga
C
d
de llas sustancias peligrosas
l
no-biodegradables
b d
d bl
5. Contaminación de (micro)-organismos patógenos
Ing. Larisa Korsak
CON EL FIN DE:
Establecer y mantener saludable el Medio acuático
para la flora y fauna
Garantizar a la humanidad el uso de recurso acuático
para diferentes propósitos (abastecimiento de agua,
recreación,
ió pesca, navegación,
ió irrigación)
i i
ió )
Prevenir las enfermedades que se transmiten por
agua
Ing. Larisa Korsak
Niveles de Tratamiento
Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes
grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los
contaminantes existente en los líquidos residuales. Estos
niveles se conocen usualmente como:
•Pretratamiento
•Tratamiento Primario
•Tratamiento Secundario
•Tratamientos Terciarios avanzados
Ing. Larisa Korsak
Niveles de Tratamiento
Pretratamiento
Se trata de un tratamiento previo, diseñado para remover
partículas grandes, tales como plásticos, pelos, papeles,
etc., ya sea que floten a se sedimenten, antes de que
lleguen a las unidades de tratamiento posteriores. Aquí se
emplean
p
mayoritariamente
y
rejillas
j
o tamices.
Ing. Larisa Korsak
Niveles de Tratamiento
Tratamiento Primario
Se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión, sobrenadante y materia
inorgánica. En este nivel se hace sedimentar los materiales suspendidos, usando
tratamientos físicos o fisicoquímicos. También se utiliza la flotación.
En algunos casos el tratamiento se hace, dejando simplemente, las aguas
residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos
primarios mejorados, añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques,
sustancias
t
i químicas
í i
quelantes
l t que hacen
h
más
á rápida
á id y eficaz
fi
l sedimentación.
la
di
t ió
También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH y la eliminación
de contaminantes volátiles como el amoníaco ((desorción).
) Las operaciones
p
que
q
incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración,
neutralización y la desorción.
Ing. Larisa Korsak
Niveles de Tratamiento
T t i t Secundario
Tratamiento
S
d i
Se trata de reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos
biológicos naturales. En esta fase del tratamiento se eliminan las partículas
coloidales y similares. Puede incluir procesos biológicos y químicos. El tipo de
tratamiento más empleado es el biológico, en el que se facilita que bacterias
digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer
llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se
mezcla con agua cargada de microorganismos.
En el caso de los procesos aeróbicos, estos tanques tienen sistemas de burbujeo o
agitación que garantizan condiciones aerobias para el crecimiento de los
microorganismos.
En el caso de procesos anaerobios, la agitación y un posible calentamiento es
requiero, sin acceso de oxigeno.
Posteriormente se conduce este líquido a tanques cilíndricos, con sección en forma
de tronco de cono, en los que se realiza la decantación de los lodos. Separados los
lodos, el agua que sale contiene muchas menos impurezas
Ing. Larisa Korsak
Niveles de Tratamiento
Tratamientos Avanzados o Terciarios
La etapa terciaria es necesaria cuando el agua va a ser reutilizada; elimina
un 99% de los sólidos y además se emplean varios procesos químicos
para garantizar que el agua esté tan libre de impurezas como sea posible.
Se emplean tipos de tratamiento físicos y químicos con los que se
consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno,
minerales metales pesados,
minerales,
pesados virus,
virus compuestos orgánicos,
orgánicos etc.
etc Estos
tratamientos son más costosos que los anteriores y se usa para purificar
desechos de algunas industrias, o en las zonas con escasez de agua que
necesitan p
purificarla p
para volverla a usar como p
potable,, o en zonas
declaradas sensibles (con peligro de eutrofización) en las que los vertidos
deben ser bajos en nitrógeno y fósforo, etc.
Ing. Larisa Korsak
Resumen de niveles de tratamiento:
primario,
i
i secundario
d i y terciario
t i i
Tratamiento
preliminar/primario
Tratamiento
secundario
Tratamiento terciario
Calidad mínima
Calidad Media
Calidad alta
• Cribado
• Sedimentación (remoción de arenillas, remoción de material suspendido)
suspendido) • Flotación (separación del aceite, remoción de material suspendido ate a suspe d do
fino)
• Remoción biológica de materia orgánica carbonácea:
‐en presencia de oxígeno
‐en ausencia de oxígeno
d
í
• Precipitación química
• Oxidación • Coagulación
• Remoción biológica de nutrientes
• Filtración fina
• Precipitación química selectiva
l
• Adsorción
• Intercambio iónico
• Electrodiálisis
• Desinfección
Ing. Larisa Korsak
Costo relativo del tratamiento de agua residual
versus el grado de remoción de contaminantes
Costos regionales,
U$/m3
Mínimo
0.16
Máximo
1.15
Intermedio
0.71
Terciario
Secundario
Primario
Preliminar
Remoción, %
DBO
30
50 -70
90-95
>95
SST
60
80-90
90-95
>95
N total
15
25
40
>80
F total
15
75
90
>90
Ing. Larisa Korsak
PROCESO DE TRATAMIENTO DE AGUA
RESIDUAL
S U
•Basura flotante; Material orgánico disuelto
no toxico;
•Arenas Microorganismos patógenos;
•Aceite y grasas; Material orgánico toxico;
•Material orgánico suspendido;
•Compuestos inorgánicos (sales, metales
pesados)
Ing. Larisa Korsak
ESQUEMA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO
DE AGUA
GU RESIDUAL
S U
Afluente
Cribado
Desarenado
Basura
Efluente
tratado
Arenisca
Tratamiento
terciario
Lodo
d terciario
i i
Separación
de grasas
Grasas
Sedimentación
secundaria
Sedimentación
primaria
Lodo primario
Tratamiento
secundario
biológico
Lodo secundario
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
1.
CRIBADO/TAMIZADO
2.
DESARENADO
3.
TRAMPAS DE GRASAS
Rejillas
Desarenador
Ing. Larisa Korsak
Remoción de
grasa
g
TRATAMIENTO PRELIMINAR
1 Cribado/Tamizado
1.Cribado/Tamizado
Rejilla de barras en la planta de tratamiento
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Cribas
Sirven para eliminar partículas contaminantes
suspendidas gruesas (papeles, bolsas plásticas, todo tipo
d b
de
basura fl
flotante)
t t )
El rol del cribado es proteger equipos de daños físicos, aumentar la
eficiencia de remoción de los contaminantes y evitar el atascamiento de
los equipos posteriores
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Clasificación de las Cribas
Gruesa
Finas
Espacios abiertos
de 6 a 150 mm
Espacios abiertos
menores de 6 mm
Microscriners <50µm
Se utilizan para remoción de sólidos en
el efluente tratado
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Las p
principales
p
p
partes constructivas de todas las cribas
son:
• barras paralelas (rejillas)
• mallas
• platos perforados etc
Criba de tambor
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
2. Desarenado
Se aplica para eliminar partículas contaminantes
de naturaleza inorgánica: arenas, areniscas,
grava todo tipo de escoria que esta mas pesada
grava,
que material orgánico y por lo tanto precipita con
mayor rapidez
El papel del desarenado es proteger equipos de daños físicos
abrasivos evitar la deposición de materiales pesados en la
abrasivos,
tubería, canales y conductos, reducir la frecuencia de limpieza
de los equipos de tratamiento secundario por acumulación de
material inerte.
inerte
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Para lograr la precipitación de las partículas mas
pesadas se debe garantizar:
1 Velocidad horizontal del flujo de agua,
1.
agua vh, a 0
0.3
3 m/s
2. Crear
las
condiciones
de
turbulencia
(hidráulicamente, mecánicamente o por aireación
para prevenir la sedimentación de las partículas
orgánicas)
3. Proporcionar suficiente tiempo para
partículas de arenisca se sedimentan
velocidad de precipitación, vs
Ing. Larisa Korsak
que las
con una
TRATAMIENTO PRIMARIO
SEDIMENTACION (Desarenador y Tanque de sedimentación
primaria (clarificador))
Zona de
entrada
Vh
Vh
Vs
Vs
Zona de lodo
D
Zona de
e salida
Zona de
sedimentación
Esquema de sedimentación de partículas discretas en un
tanque ideal
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Para las partículas de la arenisca con la velocidad de sedimentación Vs (m/h) el
tiempo requerido para alcanzar el fondo del desarenador con la profundidad D es:
t=D
vs
El tiempo de retención hidráulica en el desarenador es igual a este t:
t = Dv
D s =V
donde
Q
vs = Q
LW
=Q
A
Q
máximo caudal,, m3/h
L,W,D
A
largo, ancho y alto de la unida
área de la superficie de la unidad
del sistema desarenador
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
La velocidad de sedimentación, vs es igual a Q/A, o sea que la
profundidad del desarenador no afecta la eficiencia de la remoción de
arenisca sino el AREA del sistema
vs es llamada “CARGA
CARGA SUPERFICIAL”
SUPERFICIAL
2 h, esto
Si vs es igual
i l a 30-40
30 40 m3/m
/ 2.
t asegura que todas
t d llas partículas
tí l de
d
arenisca del Ø>0.2 mm precipite según la ley de Newton
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Para llevar a cabo el proceso de desarenación se
utilizan diferentes estructuras y mecanismos:
• flujo horizontal (canales abiertos)
• flujo helicoidal (desarenadores de aire)
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
vh = Q/WD <0.30m/s
vs = <40 m/h (0.011m/s)
Entonces,
L = (vh / vs).D = 0.30/0.011D
= 27.3D
Desarenador tipo “Canal abierto”
El principal problema de los desarenadores es
la fluctuación del caudal, ya que esta afecta directamente vh y vs
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Si t
Sistema
multicanal
lti
l
Arena
Perfil del desarenador rectangular de doble
canal
by-pass
drenaje
Perfil de un desarenador con by-pass
yp
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Sistema multicanal (continuación)
Plano del desarenador rectangular de dos canales
Q2
Q1
Desarendor de forma parabólica
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
3.Trampas de Grasas y Aceites
Se aplica para retener las grasas
flotación, y los aceites por flotación.
por enfriamiento y
El problema de remoción de aceites y grasas se agrava
recientemente debido al (1) aumento en el numero de
productos de cocina que contienen grasas y aceites y (2) a
la existencia de aceites solubles a temperaturas
relativamente bajas, lo cual dificulta su remoción.
Para conseguir que la flotación sea efectiva es necesario
que el tanque separador retenga el agua a tratar por un
periodo de tiempo adecuado (mínimo 30 min)
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRELIMINAR
Perfil de la Unidad de Remoción de Grasas y Aceites disponibles
en el mercado
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Agua después
del
tratamiento
preliminar
Sedimentación
primaria
•Basura flotante
•Arenas
•Aceite y grasas
Lodo primario
(básicamente sedimentos
orgánicos)
Ing. Larisa Korsak
Agua pretratada continua
al tratamiento
secundario
TRATAMIENTO PRIMARIO
SEDIMENTACION PRIMARIA
El proceso de
d sedimentación
di
t ió primaria
i
i tiene
ti
por objetivo
bj ti
remover la
l
materia orgánica suspendida de las aguas residuales a tratar y de
esta manera reducir la carga contaminante para la siguiente etapa:
tratamiento biológico.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE LA REMOCION DE LOS
SÓLIDOS:
1. Velocidad de la sedimentación (la carga superficial), vs
2. Tiempo de retención hidráulica, t
3. Concertación de los TSS en el caudal
Normalmente para el agua residual domestica la vs debe ser en
ell rango de
d 1 –2.5
2 5 m/h,
/h mientras
i t
que ell tiempo
ti
de
d retención
t ió
puede oscilar entre 1-2 horas.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
TIPOS DE TANQUES PARA SEDIMENTACION PRIMARIA
1.Según la forma:
rectangulares y circulares
2 Según la dirección de flujo de agua:
2.Según
verticales y horizontales
3.Tanques tipo Imhoff
La mayoría de los tanques tienen el fondo plano y utilizan el flujo horizontal de
agua residual, son muy confiables en operación y proporcionan alta remoción
d TSS.
de
TSS Todos
T d necesitan
it ell mecanismo
i
para recolectar
l t y evacuar ell lodo
l d que se
forma en el fondo.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
TANQUES DE SEDIMENTACION PRIMARIA (TSP) RECTANGUALRES
La relación L:B = 4÷6
La relación L:D ≥ 12 (pero nunca mas de 60 m)
La relación L:D =25 (para asegurar un flujo estable)
El tiempo de retención es de 1.5 a 2.0 horas
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
LAS VENTAJAS DE UN TANQUE SEDIMENTADOR RECTANGULAR
SON LAS SIGUIENTES
1.
Relativamente baja demanda del terreno
2.
Alta estabilidad de flujo
3.
Posibilidad de construir series de tanques utilizando las
paredes comunes
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Tanque de sedimentación primaria rectangular pequeño
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Detalles de los vertederos en la entrada de los tanques
rectangulares
a) tipo Geiger
b)tipo Stengel
Ing. Larisa Korsak
c) tipo Stuttgard
TRATAMIENTO PRIMARIO
Tanque de sedimentación primaria rectangular
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
TANQUES DE SEDIMENTACION PRIMARIA (TSP)
CIRCULARES
El alto de la pared:
2-3 m
La pendiente del fondo del tanque:
8-10%
La pendiente en la parte de deposición de lodo:
60°
60
El diámetro:
hasta 20 m
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Perfil de un tanque de sedimentación primaria circular
Detalle de la entrada de agua
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Detalles de los vertederos en la salida de los tanques de
sedimentación (parte de rebose)
h
h
2α
α = 45°
a
a)
b)
Vertederos en forma en U
q = 1.8
.
b.
h
3/2,
Vertederos
d
en forma
f
en V
q = 1.4 . h 5/2, (m3/s)
(m3/s)
donde q es caudal que atraviesa una
apertura del rebosadero
donde q es caudal que atraviesa una
apertura del
d l rebosadero
b d
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Tanque de
sedimentación con el
detalle de reboso de
agua
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Tanque Circular de
Sedimentación
Primaria
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
LAS DESVENTAJAS DE LOS TSP CIRCULARES
1.
Son muy susceptibles a las perturbaciones de las
corrientes del viento y cambio de temperatura
2.
En la construcción, los elementos de unos no pueden ser
utilizados para el otro( como las paredes comunes de los
tanques
q
rectangulares)
g
)
3.
Se requiere mas área para la construcción
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
a) Circulación de agua provocada por el viento
c)
b) Afluente
Gradiente de
temperatura
Afluente
Flujo de mayor
densidad
Afluente
Las condiciones no-ideales en la circulación de un tanque de precipitación
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
TANQUES DE SEDIMENTACION PRIMARIA (TSP)
IMHOFF
Tienen doble función: sedimentación del material suspendido y
di tió de
digestión
d las
l partículas
tí l sedimentadas.
di
t d
Fueron desarrollados en Alemania con el objetivo de simplificar el
diseño de una planta de tratamiento (en un equipo se dan las dos
operaciones)
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Tanque Imhoff posee dos compartimientos: superior para realizar la
sedimentación y la acumulación de los lodos,
lodos mientras en el inferior
se da digestión y almacenamiento de lodo.
La altura de tanque:
hasta 10 m
La pendiente del compartimiento superior:
60°
No se construyen en las áreas donde es suelo no es suficientemente
estable o el nivel freático alto.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Tanque Imhoff
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Perfil Tanque Imhoff
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Plano del tanque Imhoff
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Tanque Imhoff de la
planta de
tratamiento El Viejo,
Nicaragua
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
Tanque Imhoff de la PTAR del hospital de Estelí
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO PRIMARIO
La remoción de BOD y TSS en por ciento como función del tiempo de
retención
Ti
Tiempo
de
d retención,
t ió horas
h
Ing. Larisa Korsak
CURSO-TALLER
TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL
Tema 3. Tecnologías desarrolladas para el tratamiento de
Aguas Residuales
Subtema: Tratamiento biológico secundario
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
EL OBJETIVO DE ESTABILIZAR LA MATERIA ORGANICA
DISUELTA Y COLOIDAL PUEDE SER ALCANZADO POR MEDIO
DE:
TRATAMIENTO BIOLÓGICO Y TRATAMIENTO QUĺMICO
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Tratamiento SECUNDARIO es el nivel mas fundamental en el
tratamiento biológico y comprende:
1.La conversión de la materia orgánica carbónica disuelta y en estado coloidal en
diferentes gases y tejidos celulares
2. La formación de copos biológicos compuestos de materia celular y de los
coloides orgánicos presentes en el agua residual
3. La subsiguiente remoción de dichos copos por medio de sedimentación por
gravedad
Si el tejido celular producido no se retira por precipitación, este ejercerá una DBO
en las aguas residuales y el tratamiento será incompleto.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Tipo aerobio ó
Anaeróbico
Clarificador
secundario
Ing. Larisa Korsak
Biomasa/lodo
Nota:
Tratamiento biológico TERCEARIO esta dirigido a
remover la materia orgánica no- carbónica, su
objetivo es “pulir”
pulir el agua, dejar la prácticamente
libre de materia orgánica (carbónica y nocarbónica)
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
1.
Procesos aerobios:
Procesos en el tratamientos que ocurren
en presencia de oxigeno
2.
Procesos anaerobios:
Procesos en el tratamiento biológico que
ocurren en ausencia
i de
d oxigeno
i
3.
Procesos anóxicos:
Procesos por medio del cual el nitrógeno
de los nitratos se convierte
Biológicamente en nitrógeno gaseoso
en ausencia del oxigeno. Ese proceso se
conoce también como desnitrificación
anóxica.
4
4.
Nit ifi
Nitrificación:
ió
Proceso biológico
P
bi ló i
d dos
de
d
etapas
t
por medio
di
del cual el amoniaco se convierte primero
en nitrito y luego en
nitrato.
5.
Estabilización:
Proceso biológico por medio del cual
materia orgánica presente en los lodos
producidos en la sedimentación
primaria y tratamiento biológico
(sedimentación secundaria) se convierten
en gases y en tejido celular.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
SE PUEDE DISTINGUIR DOS TIPOS DE TRATAMIENTO
AERÓBIO
ANAERÓBIO
• Filtros p
percoladores
• Filtros anaerobios
• Lodos activados
•Laguna anaerobia
• Lagunas aerobias
•Digestores
g
anaeróbicos
• Sistemas biológicos de
contacto rotatorio
• Humedales artificiales
Ing. Larisa Korsak
CÁCLUCO DE LA EFICIENCIA DE
REMOCIÓN DE CONTAMINANTES
% Re moción =
Concentracióninicial − Concentración final
X 100
C
Concentrac
t ión
ió inicial
%Remoción de DBO = 100 x (Conc. inicial-Conc. final)/(Conc. inicial)
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO AEROBIO
Esquema
q
del tratamiento en el Filtro Percolador
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO AEROBIO
Filtro percolador
(bio-torre ó lecho bacteriano)
Fueron desarrollados en Inglaterra a finales del
siglo 19.
Usualmente son de forma circular y consisten en
un lecho del medio altamente permeable rodeado
por una pared. El agua residual pre-sedimentada
se vierte uniformemente sobre el lecho del filtro
con la ayuda de los distribuidores rotativos. El
agua atraviesa toda la altura del material
permeable hasta llegar al fondo perforado donde
es recolectada. El material de relleno puede ser
roca quebrada, piedras volcánicas e incluso
material plástico.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Esquema del Filtro percolador
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Filtro percolador de Managua
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
La parte superior del filtro
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
b) Material natural, roca quebrada
Tipos de medio de relleno en un Filtro Percolador
a)) Material p
plástico
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Ti
Tipos
de
d medio
di de
d relleno
ll
en un Filtro
Filt
Percolador
a) Material plástico
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Filtro percolador en la planta de tratamiento de hospital de Estelí
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Filtro percolador circular de la planta de tratamiento de aguas residuales municipales en San Salvador
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Filtro percolador circular pequeño
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Filtro percolador rectangular
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Detalle del canal de distribución del afluente en el filtro
percolador rectangular
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Ventajas y desventajas de filtros percoladores
Ventajas Desventajas
Baja demanda de energía eléctrica No garantiza alta calidad del efluente
(BOD<10)
Baja la producción de los lodos
Baja remoción de N y P (no cumple con
las normas europeas)
Simple en operación
El proceso poco flexible, difícil de
controlar
Bajo costo de inversión
Su funcionamiento es seriamente
afectado por la temperatura
Bajos costos de mantenimiento
Existe un potencial riesgo de creación de
fuente p
para mosquitos,
q
, malos olores,,
atascamiento
Lodos son fácilmente
deshidratados
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Procesos que se desarrollan dentro del filtro percolador
Agua residual
Bio película
Medio filtrante
(Colonias de
microorganismos)
Aire/O2
materia orgánica
g
CO2
NH3
H 2S
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Cerca del los 1880 en Inglaterra fue observado que la aireación
artificial de agua domestica reducía considerablemente los malos
olores, además se producía una cantidad adicional de los sólidos
suspendidos que parecía que participaban en el proceso de
biodegradación.
Este fenómeno llevo al desarrollo de los mas usados hoy en día
sistemas de tratamiento de aguas residuales: Sistemas de Lodos
Activados en los cuales el agua residual es intensivamente mezclada
con el oxigeno y microorganismos con el objetivo de acelerar el
proceso natural de biodegradación de materia orgánica con el
propósito de purificar el agua usada antes de verterla en un receptor
de agua natural.
natural
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
AGUA A TRATAR
TANQUE DE
AIREACION
AGUA
TRATADA
HOMOGENIZACIÓN
Sistema de lodos activados
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Esquema de sistema de lodos activados
(fangos activados)
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
El principal elemento del sistema de lodos activados es el
TANQUE DE AIREACION
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Procesos que se desarrollan en un TANQUE DE AIRECION
Lodo acttivado recirculaado
Agua
residual
Crecimiento de
lodo activado
Contaminantes
orgánicos
Lodo
+
Activado +O2
Formación de CO2,
H2O, NO3-, SO4-2,
PO4-3
TSS
Agua
tratada
Exceso de lodo
TSS – Tanque de
sedimentación secundaria
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Además, en el TANQUE DE AIRECION se desarrollan:
Nitrificación:
NH4 + 3O2 + Nitroso monas → 2NO2- + 2H2O + 4H+ + Energía
2NO2- + O2 +Nitrobacter → 2NO3- + Energía
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Los sistemas de aireación
Los sistemas de aireación que se emplean en las
plantas de tratamiento de lodos activados
básicamente se pueden dividir en 3 grupos:
1. Aireación por difusión
2. Aireación mecánica o superficial
3. Aireación por inyección
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Los sistemas de aireación
La selección del sistema de aireación depende de muchos
factores:
q de aireación
1. Profundidad del tanque
2. Necesidad de un diseño de planta compacta
3. Capacidad de la planta de tratamiento.
En general, los sistemas mecánicos y de inyección se
recomiendan para las plantas de pequeña capacidad, mientras
que la aireación con difusores es aplicada en las plantas de
mayor capacidad.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Los sistemas de aireación
•En
En la aireación por difusión:
El aire (oxígeno) se pone en contacto con el agua por medio de las
bombas de p
presión. El aire se libera en el seno del liquido
q
en
forma de burbujas de diferente tamaño. La eficiencia de la
transferencia del oxigeno esta determinada por el tamaño de las
burbujas, la cantidad del aire introducido y la profundidad a la
que esta sumergido el difusor en el reactor.
Los difusores tienen forma de platos, discos o tubos y se hacen de
materiales muy porosos como cerámica especial, plástico flexible,
membranas de resinas. La transferencia del oxigeno oscila entre
10-15 g O2/m3.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Los sistemas de aireación
Ai
Aireación
ió por difusión
dif ió
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Ai
Aireación
ió por difusión
dif ió
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Los sistemas de aireación
•En la aireación mecánica o superficial:
El aire (oxigeno) se mezcla con el agua por medio de
platos
l
rotatorios
i
que están
á ligeramente
li
sumergidos
id
all
agua.
Existen dos tipos de aireadores mecánicos,
mecánicos con el cono
rotatorio vertical y horizontal. Los mas comunes son de
los conos verticales. El diámetro de cono llega hasta 4 m.
La eficiencia de la oxigenación en los tanques de diámetro
mayor de 5 m llega a 1.5 – 3 kg O2/kWh.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
LODOS ACTIVADOS
Los sistemas
de aireación
Aireado mecánico
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Los sistemas
de aireación
Aireador sencillo superficial
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Ventajas y desventajas de lodos activados
Ventajas
Desventajas
1. Tecnología compacta
1. Lodo formado no es
granular, sino disperso
2 Tiene gran flexibilidad
2.
operacional
2.Alto
2 Alto consumo energético
3.Alto rendimiento de remoción
de los contaminantes
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO BIOLÓGICO
ANAEROBIO
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Ventajas
Desventajas
1.Bajo
1
Bajo consumo energético
2.Poca producción de lodo (6-8
veces menos)
3.Baja demanda de nutrientes
4. Producción de metano, una
potencial fuente energética
5. Rápido re-establecimiento de
biomasa después de periodos
sin alimentación
6. Reducidos volúmenes de
reactores
1.El
1
El tiempo de arranque es más
prolongado
2.Puede requerir de adición de
alcalinidad
3.Mas
difícil
alcanzar
los
requerimientos de calidad de agua
tratada
4. Imposible la remoción de
nitrógeno y fósforo
5.Muy sensibles a las condiciones
adversas
d
(t
(temperatura,
t
pH,
H algunas
l
sustancias)
6. La producción de malos olores es
posible
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Existe amplia variedad de digestores anaerobios:
•
Reactores Batch (MEZCLA COMPLETA,crecimiento
suspendido)
•
Reactores
continuo:
•
de
lecho
bacteriano
suspendido
(UASB-Up-flow Anaerobic Sludge Blanket)
•
Reactores de crecimiento adherido (con material de
relleno)
•
(RAFA- Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente)
•
Discos rotatorios
Larisa Korsak
Ing. Ing.
Larisa
Korsak
40
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Digestor
g
anaerobio de lodos
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
El principio de
funcionamient
o del reactor
UASB
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Reactor
UASB
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Un reactor
U
t
anaeróbico
óbi
de
d tasa
t
alta
lt del
d l tipo
ti
UASB para
poblaciones equivalentes a 6.000 habitantes (estación de
investigación, Ginebra, Colombia).
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Esquema del Filtro de Flujo Ascendente, FAFA
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Un RAFA abierto.
El Viejo
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Sistema combinado Fosa séptica + FAFA
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Fosa séptica seguida
por un FAFA.
La Paz Centro.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Filtro Imhoff
Filt
I h ff
seguido de Fosa
Séptica.
Sistema de
tratamiento de
Camoapa.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO ANAEROBIO
Lo que no se puede olvidar:
a) Es importante recordar, que no se trata de limpiar completamente de
lodos el sistema. Así q
que,, tanto la "Fosa" como el "Filtro",, no se deben
lavar ni desinfectar después de haber extraído los lodos. La adición de
desinfectantes a otras substancias químicas perjudican su
funcionamiento, por lo cual no debe emplearse.
b) Al abrir el registro del sistema para hacer la inspección o la limpieza, se
debe tener cuidado de esperar un rato hasta tener la seguridad de que
las fosas se han ventilado decuadamente, pues los gases que se
acumulan en el pueden causar explosiones o asfixia.
NUNCA SE USEN CERILLOS, CHISPEROS O ANTORCHAS PARA
INSPECCIONAR UN TANQUE SEPTICO
SEPTICO, ESTO PODRÍA OCASIONARLES
SEVEROS DAÑOS.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO ANAEROBIO
c) El sistema de tratamiento se diseña para recibir y degradar
aguas residuales, las cuales poseen características
particulares que permiten su degradación en las
condiciones
di i
geométricas
é i
que posee ell sistema.
i
P lo
Por
l tanto,
es conveniente no introducir sólidos ajenos al área en
cuestión. Así mismo, deberá evitarse lanzar al sistema sólidos
de tamaño regular y de difícil degradación,
degradación que por sus
características provocarían problemas al sistema.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Discos biológicos rotatorios
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
SISTEMA DE LAGUNAJE
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
SISTEMA DE LAGUNAJE
Las lagunas no son mas que excavaciones realizadas en
un terreno para el tratamiento de aguas residuales. Los
trabajos de investigación sobre lagunas en la década de
1940 p
permitieron el desarrollo de estos sistemas como
una alternativa de bajo costo para el tratamiento de
aguas residuales.
Las lagunas poseen una profundidad variable, pueden
ser poco profundas o bastante hondas. Las lagunas se
clasifican teniendo en cuenta la concentración de
oxigeno
g
disuelto (
(nivel de aerobicidad),
), y la fuente q
que
suministra el oxigeno necesario para la asimilación
bacterial de compuestos orgánicos presentes en las
aguas residuales.
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
CLASIFICACION DE LAS LAGUNAS
Clase de laguna
Presencia de oxigeno
Aerobia/de Aerobia
/de maduración (0.3
maduración (0.3‐‐0.6 m)
La fotosíntesis suministra el oxigeno necesario para mantener condiciones aerobias en toda
para mantener condiciones aerobias en toda la columna de agua
Facultativa (1.5‐‐2.5 m)
Facultativa (1.5
La zona superficial es aerobia, la zona sub
La zona superficial es aerobia, la zona sub‐‐
superficial suele ser anóxica o anaerobia
superficial suele ser anóxica o anaerobia
Aireada con mezcla parcial (2‐
Aireada con mezcla parcial (2‐6 m)
La aireación superficial produce una zona aerobia que puede alcanzar la totalidad de la profundidad de la laguna
f did d d l l
Anaerobia (5‐‐10 m)
Anaerobia (5
La totalidad de su profundidad es anaerobia
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
CLASIFICACION DE LAS LAGUNAS
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
VENTAJAS Y DESVENTJAS DE LAS LAGUNAS
Ventajas
Desventajas
Los bajos costos
Requiere grandes extensiones del terreno
Requieren
q
mínima capacitación
p
del
personal encargado de su operación
El efluente p
posee una g
gran cantidad de
algas
La evacuación y disposición de lodos se
realiza solo en el intervalo de 10 a 20
anos
Las lagunas sin aireación a menudo no
cumplen las normas existentes de calidad
del efluente
Las lagunas pueden causar daño a las
aguas subterráneas si no están bien
i
impermeabilizadas
bili d
Una incorrecta operación puede causar
malos olores
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Desarrollo de los procesos en las lagunas de
estabilización
En las lagunas de estabilización residen varias especies de bacterias, hay
aerobias, facultativas y anaerobias. Las bacterias descomponen la materia
orgánica a elementos mas sencillos, que serán asimilados por las algas.
EL PROCESO DE TRATAMIENTO DEPENDE DE LA EFICACIA CON QUE SE
ESTABLEZCA LA SIMBIOSIS ALGAS-BACTERIAS
ALGAS BACTERIAS
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Desarrollo de los procesos en las lagunas de
estabilización
Las algas son organismos uni o multicelulares del reino protista, que
poseen mecanismos fotosintéticos. La radiación solar es la fuente de
energía que utilizan en la síntesis de nuevas células; en el proceso de
fotosíntesis las algas convierten compuestos minerales y orgánicos en
materia
t i orgánica
á i y oxigeno.
i
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Río no
contaminado
Río eutroficado
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Desarrollo de los procesos en las lagunas de
estabilización aerobias
Materia orgánica
Luz
Solar
OXIGENO
Bacterias
aerobias
Algas
CO2
Amoniaco
Ing. Larisa Korsak
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Desarrollo de los procesos en las lagunas de
estabilización facultativas
Materia
Luz
Solar
orgánica
OXIGENO
Bacterias
aerobias
CH4,N2, H2
Algas
CO2
CO2
Bacterias
facultativas
Amoniaco
CO2
Sedimento
Bacterias anaerobias
del METANO
Bacterias
B
t i
anaerobias
bi
y
facultativas
Ácidos
Á
id
orgánicos
Amoniaco
Ing. Larisa Korsak
LAGUNAS Y LAS MACROFITAS
En el agua, además de las algas, organismos unicelulares que se perciben
cuando le dan color verde al agua, suelen establecerse las macrófitas.
Las macrófitas son muy variadas que van desde las lentejas de agua
hasta el mangle o el ciprés de los pantanos.
Ingresando a una laguna tipo, encontramos primero las plantas
macrófitas emergentes firmemente enraizadas y con su base bajo el agua
en el período húmedo, como el junco y la espadaña. Luego siguen las
macrófitos de hojas flotantes,
flotantes este es el espacio típico para nenúfares y
los lirios en un estanque.
El tercer grupo es el de las macrófitas totalmente sumergidas.
El fitoplancton también ocupa un lugar importante en el hábitat de una
laguna, es consumido por el zooplancton y éste por los peces, el
equivalente terrestre del fitoplancton es el pasto.
pasto
Ing. Larisa Korsak
LAGUNAS Y LAS MACROFITAS
Ing. Larisa Korsak
LAGUNAS Y LAS MACROFITAS
Plantas
macrófitas
pueden jugar un
papel positivo o
negativo en el
ambiente
acuático
Laguna Alalay, Bolivia
Contaminado de repollos de agua,
agua
macrófitas que invadieron el lago de Alalay
Ing. Larisa Korsak
MACROFITAS COMO TRATAMIENTO
Las lagunas de macrófitos son lagunas de estabilización de
aguas residuales modificadas, con una cobertura de plantas
fluctuantes en la superficie del agua. Las plantas pueden ser
jacinto acuático (Eichornia crassipes), Pistia (Lemnaceae). La
f nción de las plantas es retirar nutrientes
función
n trientes de los efluentes
efl entes
líquidos y proporcionar un ambiente de calma en que la acción
del viento no cause movimiento en el agua, haciendo que la
sedimentación sea ideal.
ideal El sistema radicular extenso del jacinto
también sirve como superficie para que se fijen las bacterias,
aumentando la remoción de carbono orgánico disuelto y del
nitrógeno (nitrificación).
Ing. Larisa Korsak
MACROFITAS COMO TRATAMIENTO
Bañados construidos
Ing. Larisa Korsak
MACROFITAS COMO TRATAMIENTO
La acuicultura de peces con base en efluentes líquidos: transforma los
nutrientes allí presentes en proteína.
Las algas y macrófitos consumen nutrientes para la producción de
materia orgánica vegetal. Los peces se alimentan de algas o macrófitos
para reproducirse
d i
( sea se transforman
(o
t
f
en proteína).
t í )
Pueden identificarse dos tipos de sistemas.
1: los peces crecen directamente en lagunas de efluentes líquidos;
2: los nutrientes de los efluentes son convertidos primeramente en
biomasa de macrófitos o de algas, que son cosechadas y llevadas para
los viveros de los peces. El segundo sistema tiene la ventaja de poseer
menor riesgo de infectar los peces con organismos patógenos. Viveros
de peces mejoran la calidad del agua por el mismo proceso de las
g
de estabilización.
lagunas
Ing. Larisa Korsak
MACROFITAS COMO TRATAMIENTO
Laguna con Pistia en
para tratamiento de
efluentes
e
ue tes
líquidos
qu dos
domésticos
y
acuicultura
de
peces; los peces son
alimentados con la
biomasa producida a
partir
de
los
efluentes líquidos.
Ing. Larisa Korsak
HUMEDALES
Humedales son áreas de tierra en que el nivel del agua está a nivel de la superficie
del terreno (o arriba de él), por un período del año suficiente para mantener el suelo
en condiciones de saturación y crecimiento de la vegetación local.
Humedal natural de jacinto acuático
Ing. Larisa Korsak
HUMEDALES
Humedal natural
Ing. Larisa Korsak
HUMEDALES
Los humedales construidos son p
porciones de terreno específicamente
p
proyectados para actuar en la purificación de efluentes líquidos. Hay
dos tipos de humedales construidos: los de flujo superficial de agua
(FWS - Free Water Surface) y aquellos con flujo sub-superficial (SFSub-Surface Flow). El nivel de agua, en el primer caso, está en la
superficie del suelo y, en el segundo esta en el sub-suelo, invisible
para un observador.
Ing. Larisa Korsak
HUMEDALES
Flujo subterráneo del agua
Flujo superficial de agua
Ing. Larisa Korsak
HUMEDALES
Filtro de macrófitos
Ing. Larisa Korsak
ESQUEMA DE UN HUMEDAL
CONSTRUIDO
Ing. Larisa Korsak
Actividad práctica. Evaluación de un sistema de
tratamiento de Aguas Residuales de la lechería
“Mi vaquita”
it ”
Esquema del sistema de tratamiento
Afluente
Desarenador
Trampa de
grasas
Pila de
sedimentación
Unión
Agua de
servicios
higiénicos
de caudales
Pozo séptico
Tanque Imhoff
Suero del
cuarto de
prensas
Laguna de
estabilización
Efluente
La evaluación de la planta se realizará
en dos aspectos:
p
1. Composición del agua residual versus remoción de los contaminantes (se relaciona con las buenas
practicas operativas, diseño del sistema, condiciones de operación del sistema)
2. Hidráulica del proceso (se relaciona con el diseño del sistema, caudal de agua, tiempo de retención
del flujo de agua en el sistema)
Composición del agua residual versus remoción de los contaminantes (se relaciona con las buenas
practicas operativas, diseño del sistema, condiciones de operación del sistema):
•
Seleccionar los puntos de muestreo
•
Caracterizar el agua en términos de parámetros físico-químicos (cuales? Lo que controla
MARENA o mas?)
•
C l l la
Calcular
l eficiencia
fi i
i de
d remoción
ió de
d las
l unidades
id d
•
Analizar el proceso (buenas practicas operativas)
Hidráulica del proceso (se relaciona con el diseño del sistema, caudal de agua, tiempo de retención
del flujo de agua en el sistema)
1.
Calcular el caudal del sistema
2.
Calcular los tiempos de retención en las unidades
Esquema del sistema de tratamiento
Punto 1
Afluente
Desarenador
Trampa de
grasas
Pila de
sedimentación
Unión
de caudales
Punto 2
Agua de
servicios
higiénicos
Pozo séptico
Tanque Imhoff
Suero del
cuarto de
prensas
Laguna de
estabilización
Selección de puntos de
muestreo
Punto 3
Efluente
CÁCLUCO DE LA EFICIENCIA DE
REMOCIÓN DE CONTAMINANTES
% Re moción=
Concentracióninicial − Concentración final
X 100
Concentracióninicial
%R
%Remoción
ió d
de DBO = 100 x (Conc.
(C
iinicial-Conc.
i i lC
fi
final)/(Conc.
l)/(C
iinicial)
i i l)
Tiempo de retención = Vol.unidad/Qm /h , horas
3
Resultados de análisis físico-químicos
Parámetros
pH
Unidades
Muestra 1
Muestra2
Muestra3
Norma 33-95
Art. 31[1]
-
7.11
7
5.83
6-9
DQO
mg/l
4,574.9
3,606
3,036.7
250
DBO5
mg/l
2 247 8
2,247.8
1 565
1,565
1 192 8
1,192.8
100
N-Kjeldahl
mg/l
73.5
42
53.9
-
Fósforo total
mg/l
31.3
8.1
7.5
-
Sólidos
Sedimentables
mg/l
0.21
0.34
Menor 0.1
-
SAAM
mg/l
12.1
6.2
4.1
3
Sólidos
Sólid
suspendidos
mg/l/l
335 6
335.6
305
257 8
257.8
100
Grasas y aceites
mg/l
165.8
104.1
89.6
30
Cálculo de las cargas de los
contaminantes
L = [concent.]∗ Qe
Donde,
L es la carga másica del contaminante en kg/día
[concent.] es la concentración del contaminante en el efluente
Qe es el caudal del efluente en m3/día
Perfil y vista de planta de la trampa de grasas
DISEÑO DESARENADORES
EJEMPLO 1.
Diseñe un desarenador aireado para la remoción de arenisca, cuando se conocen los siguientes
aspectos:
•
•
•
•
El caudal promedio del afluente que entra a la planta de tratamiento es de 0.438 m3/s.
El tiempo de retención de caudal pico para un desarenador aireado normalmente se
encuentra en el rango de 3-5 min.
Normalmente se necesita 4.7-7.7 l/s de aire por metro de largo
Para esta planta específica el material removido (arenisca) es de 52.4 ml/m3
1. Determinemos el caudal máximo del afluente: utilicemos el factor 3
Q = 0.438 m3/s x 3 = 1.314 m3/s
2. Calculemos el volumen del canal desarenador: (vamos a diseñar dos camaras) 1.314m3/s x 4 x
60 /2 = 137.7 m3.
3. Determinemos las dimensiones del canal: seleccionemos el ancho: que sea 3 m,
Tomando en cuenta las relaciones recomendadas D:W [de 1.5÷1 a 2.0÷1],
Profundidad D = 3m x 1.5 = 4.5 m
Largo = volume/(profundidad x ancho) = 137.7/(4.5 x 3) = 10.2
Entonces cada canal tendrá las dimensiones de 3 m x 4.5m x 10.2 m
4. Calculemos el consumo de aire requerido: 10.2 m x 5 l/s m = 51 l/s = 3060 l/min
5. Estimemos el volumen promedio del material removido: 52.4 ml/m3 x 0.438m3/s x 86400 s/d
= 1 980 000 ml/d = 1.98 m3/d
EJEMPLO 2.
Diseñe un desarenador tipo canal abierto, rectangular, cuando se conocen las siguientes
características:
•
•
El caudal a tratar estimado tomando en cuenta el factor de pico es de 0.102 m3/s
El análisis del agua indica que el material inerte tiene partículas del diámetro promedio
0.10 mm, y su contenido en el agua puede se expresa como 40 g/l.
1. Determinemos las dimensiones del canal CONSIDERANDO:
Que vh debe mantenerse en el rango 0.30m/s ;
Normalmente en este tipo de problemas el ancho de canal debe ser seleccionado por el usuario y
Las relaciones recomendadas son: D:W = 1.5:1 ÷ 2.0:1
0.30 m/s = Q/(W x D) = (0.102 m3/s)/(W x D); (W x D)= 0.102/0.30 = 0.34 m2
Si asumimos el ancho del canal de W = 50 cm, entonces la profundad debe ser D = 0.34m2/0.5m
= 0.68 m
En nuestro caso se cumple !
Vs para las partículas indicadas es 24 m/h, vs = Q/(L x W), entonces el largo del canal será:
L = Q/(vs x W) = 0.102 m3/s (3600s/h) /(24 m/h x 0.5m) = 30.6 m = 31 m
Entonces, en el caso de que se construya un solo canal, este será de 0.50 m x 0.70 m x 31 m
2. Calculemos el tiempo de retensión del agua en el desarenador:
a) t = D/vs = 0.68 m/24m/h = 1.7min
b) (si no supiéramos el tamaño de las partículas, no pudiéramos deducir su velocidad, la vs
tendríamos que estimar en el limite de 30-40 m/h) o hubiéramos asumido el tiempo de retención,
t, de alli calculamos la profundidad
c) t = V/Q = (0.5 x 0.7 x 31)/0.102m3/s = 106.3 s = 1.8 min
3) Determinemos la cantidad del material removido:
0.102 m3/s (3600 s/h)x 40 g/l (10-3kg/g)x(103l/m3) = 40 kg/h = 960 kg/d
DISEÑO DE REJILLA
EJEMPLO 1
1. Diseñar rejillas de barra utilizando la siguiente información:
El flujo máximo en la temporada de lluvias es 0.631m3/s
Velocidad a través de rejillas con flujo máximo en la temporada de lluvias es 0.90 m/s
Velocidad a través de rejillas con flujo máximo en la temporada seca es 0.60 m/s
La profundidad (d) del agua en el flujo previo a la rejilla es de 1.12 m
El ángulo de instalación de las rejillas es de 60°
Solución:
1. Calculemos espaciado de las barras
a) área abierta total (A) A = flujo máximo/velocidad =(0.631m3/s )/(0.90) = 0.70 m2
b) el ancho total de los espacios abiertos (w) = A/d = 0.70/1.12 = 0.63 m.
c) elijamos el ancho de espacios abiertos, que sean 25 mm
d) calculemos el numero de espacios abiertos, n = w/ancho de espacios = 0.63/0.025 = 25
25 espacios abiertos equivalen a 24 barras. Elijamos las barras que sean de 10 mm (0.01 m) de
ancho y de 50 mm de grosor con la cara frontal ovalada.
e) calculemos el ancho de la cámara donde se instalara la rejilla: W = 0.63 m + 0.01 m x24 =
0.87 m
f)calculemos la altura de las rejillas: altura = 1.12/sin 60°= 1.12/0.886 = 1.26 m
permitiendo unos 0.6 m del borde libre, 1.26+0.6 = 1.86 ~ 2 m de altura
Calcularemos el coeficiente de eficiencia de remocion: CE = espacios abiertos/el ancho de la
cámara de la rejilla = 0.63/0.87 = 0.72 (este coeficiente normalmente esta dado por el
fabricante)
Determinaremos las perdidas en la rejilla: h = B(w/b)4/3(v2/2g)sin θ (ecuacion de Kirschmer)
B es el factor dependiente de la forma de la barra. Para la barra elegida por nosotros (barra
rectangular con la cara frontal ovalada) es 1.83
w es el ancho máximo de barra que enfrentan el flujo, m
b el ancho mínimo de espacios, m
v es velocidad del flujo máximo a través de las rejillas, m/s
θ Ángulo de rejilla con el horizonte
g aceleración gravitacional, 9.81 m/s2
h = 1.83 x1 x [(0.9m/s)2/(2x9.81m)]x0.886 = 0.067m = 0.07 m.
El valor max permitido de perdidas en las rejillas es alrededor de 0.60-0.70. Las rejillas deben
ser limpiadas cuando las perdidas sobrepasan el valor.
Las perdidas en esta misma rejilla con el atascamiento de 50% puede ser estimada con una
aproximación que hacen los ingenieros: al 50% de atascamiento el área se reduce a 50%, la
velocidad aumenta dos veces, entonces las perdidas aumentan 4 veces y serán 0.28!
Ejemplo: calcule la velocidad a través de una rejilla cuando la velocidad aguas arriba (de la
rejilla) es de 0.60 m/s y las perdidas en el canal son de 38 mm.
h = [V2 –v2]/[0.7(2g)]
0.038 m = [V2 – (0.6m/s)2]/ [0.7(2x9.81m/s2)] = 0.882, V = 0.94 m/s ~ 0.9 m/s
Las cribas gruesas tienen espaciado de 50 a 100 mm
Las cribas finas
15 a 50 mm
Datos recomendados:
Para las rejillas manuales:
los espacios abiertos deben ser de 25 a 44 mm
El ángulo con el horizonte 30-45°
Para las rejillas mecánicas:
los espacios abiertos deben ser menos de 25
El ángulo con el horizonte 45-60°
Clase #2: Problemas de caudales y velocidades:
1. Encontrar la velocidad del agua en un canal si se sabe que el corcho
depositado en la corriente tarda 25 segundos en recorrer la distancia de 50 m
del mismo.