1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Tratamiento de aguas residuales Carrera: Ingeniería Química Clave de la asignatura: AC-0503 Horas teoría-horas práctica-créditos 4-2-10 2.- HISTORIA DEL CURSO Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Toluca, junio 2007 Instituto Tecnológico de Toluca del 9 al 13 Septiembre 2006 Participantes M. en C. José Luis García Rivas M. en C. Rosa Elena Ortega Aguilar Representante de la academia de la carrera de Ing. Química Instituto Tecnológico de Toluca del 9 al 13 Septiembre 2003 Academia de la carrera de Ingeniería Química. Instituto tecnológico de Toluca Agosto 2000 Academia de la carrera de Ingeniería Química. Observaciones (cambios y justificación) Diseño del curso Evaluación diagnóstica para el diseño o rediseño del módulos de especialidad en la carrera de Ing. Química Evaluación diagnostica para determinar la vigencia del módulos de especialidad en la carrera de Ing. Química Análisis y enriquecimiento de las propuestas de los contenidos del módulo de especialidad en la carrera de Ing. Química 3.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA a). Relación con otras asignaturas del plan de estudio Anteriores Asignaturas Introducción a la Ingeniería Ambiental Temas Posteriores Asignaturas Gestión ambiental Temas Auditoria ambiental Todos Química Analítica II Operaciones unitarias Medidores de flujo I Separación de sólidos Mezclados de sólidos y agitación Sedimentación Fisicoquímica II Cinética Microbiología Todos b). Aportación de la asignatura al perfil del egresado Contar con los elementos básicos necesarios para desarrollar alternativas para la evaluación, prevención y control de la contaminación relacionada con el agua 4.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO El alumno identifique las causas de contaminación en el agua y aplique las técnicas de muestreo y análisis para su prevención y control de contaminantes 5.- TEMARIO UNIDAD TITULO 1 INTRODUCCIÓN TEMAS Y SUBTEMAS 1.1. 1.1.1. 1.1.2. 1.1.3. 1.1.4. Disponibilidad y uso del agua. Captación y suministro Usos del agua Fuentes de contaminación. Autopurificación 1.2. Tratabilidad del agua residual 1.2.1. Fases previas del estudio de Tratabilidad 1.2.2. Caracterización del efluente. 1.2.2.1Muestreo y análisis. 1.2.2.2Legislación y normatividad. 1.2.3. Objetivo del tratamiento de aguas residuales 1.2.4. Métodos de tratamiento de agua residual: Clasificación, aplicación y diagramas de proceso 2 TRATAMIENTOS PRELIMINARES 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 3 TRATAMIENTOS PRIMARIOS 4 TRATAMIENTO SECUNDARIO 5 TRATAMIENTO TERCIARIO Medición de flujos. Cribado: Descripción y análisis. Desmenuzación: Descripción. Desarenación: Descripción, análisis dimensionamiento de desarenadores. Igualación de flujo: descripción e importancia y 3.1 Coagulación y Floculación: descripción, principales agentes empleados, factores que afectan el proceso y dimensionamiento de tanque de agitación 3.2 Sedimentación: descripción 3.2.1 Análisis de los tipos de sedimentadores 3.2.2 Dimensionamiento de clarificadores primarios y secundarios 4.1. Generalidades y principios de los tratamientos biológicos. 4.2 Tratamientos aerobios y anaerobios. 4.1.1. Ventajas y desventajas. 4.1.2. Principales procesos. 4.3 Lodos activados: Descripción, modificación al proceso convencional, tipos de aireadores y criterios de diseño 4.4 Lagunas de estabilización y aireadas: descripción. 4.5 Filtros percoladores: descripción. 4.6 Procesos anaerobios: descripción. 4.6.1 Características generales de los biodigestores de 1°, 2° y 3° generación 4.6.2 Diseño de biodigestores (Criterios y parámetros de diseño). 4.6.3 Lagunas anaerobias: Principios y descripción 5.1. Desinfección de efluentes 5.1.1. Aplicaciones e importancias 5.1.2. Principales agentes empleados 5.1.3. Equipos y control de dosificación 5.2. Remoción de nutrientes. 5.2.1 Conversión y remoción de nitrógeno 5.2.2 Remoción de fósforo. 5.3. Filtración. 5.4 Procesos avanzados 5.4.1 Absorción y adsorción 5.4.2 Intercambio iónico 5.4.3 Osmosis inversa 6 MANEJO, TRATAMIENTO DISPOSICIÓN LODOS 6.1. Y 6.2. DE 6.3. 6.4. Características y composición de los lodos. Fuentes de lodos. Diagramas de flujo del tratamiento de lodos. Operaciones y procesos empleados en el tratamiento de lodos. 6.5. Almacenamiento y disposición. 6. APRENDIZAJES REQUERIDOS Química del agua Balances de materia Conceptos generales de microbiología Muestreo y análisis cuantitativos Cinética de reacciones Funcionamiento de los diferentes tipos de reactores químicos Medidores de flujo y bombas Mezclado, agitación y separación de sólidos Sedimentación Absorción y adsorción 7. SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Realizar investigaciones bibliográficas de los temas tratados en el curso Resolución de problemas propuestos en la bibliografía Muestreo y prácticas de laboratorio de análisis residuales Visitas a industrias que cuenten sistemas de tratamiento de aguas residuales Conferencias impartidas por centros de investigación Prácticas de coagulación y sedimentación, eficiencia de filtro percolador Prácticas de cálculo de caudales 8. SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN Exámenes escritos Análisis y discusión grupal de artículos de divulgación científica Reportes de prácticas de muestreo y análisis de aguas residuales Anteproyecto de diseño de un sistema de tratamiento de aguas residuales 9. UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: INTRODUCCIÓN Objetivo Fuentes de Actividades de Aprendizaje Educacional Información El estudiante 1 Analizar la disponibilidad y distribución discutirá la 4 del agua importancia del agua Investigar y discutir sobre los usos y 5 y del tratamiento de 7 fuentes de contaminación del agua, así aguas residuales 8 como el proceso de autopurificación Revisar la legislación nacional en materia de uso, disposición y tratamiento de agua Realizar análisis de laboratorio para determinar la calidad de un agua residual de acuerdo a parámetros establecidos en las NOM’s Discutir los diferentes métodos de tratamiento y su aplicación de acuerdo a la disposición final Unidad 2: TRATAMIENTOS PRELIMINARES Objetivo Educacional El estudiante identificará los diferentes tratamientos preliminares, así como seleccionará y dimensionará el equipo adecuado Fuentes de Información 1 Investigar y analizar los criterios de 2 diseño de los dispositivos empleados en 3 medición de caudales de aguas 4 residuales 5 Resolver problemas de cálculo de caudal en vertedores y canales Explicar el cribado y desmenuzación, así como los criterios de selección de equipo Dimensionar un desarenador para explicar la sedimentación de partículas discretas en el agua Discutir la importancia del proceso de igualación de flujo (volumen y calidad) para el diseño del sistema de tratamiento Actividades de Aprendizaje Unidad 3: TRATAMIENTOS PRIMARIOS Objetivo Educacional El estudiante analizará los principios de funcionamiento de los tratamientos primarios, así como seleccionará y dimensionará los equipos adecuados Fuentes de Información 1 Explicar el proceso de coagulación – 2 floculación, los agentes empleados y los 3 factores que lo afectan 4 Aplicar el mezclado de sólidos para 5 dimensionar un tanque de coagulación – 6 floculación 13 Reafirmar los principios y clasificación de la sedimentación Dimensionar clarificadores primarios y secundarios Investigar en que consiste la flotación y dimensionar la cámara Actividades de Aprendizaje Unidad 4: TRATAMIENTO SECUNDARIO Objetivo Educacional El estudiante definirá la conveniencia de emplear un tratamiento biológico o anaerobio para el tratamiento de agua residual y aplicará los conceptos para dimensionar los equipos adecuados Actividades de Aprendizaje Investigar los principio en los que se basan los procesos biológicos de tratamiento de aguas residuales Definir las ventajas y desventajas de los procesos biológicos aerobios y anaerobios Analizar los principales tipos de tratamiento biológico aplicables a las aguas residuales Aplicar los criterios de diseño del proceso de lodos activados Identificar los equipos empleados en aireación Describir el funcionamiento de lagunas estabilización y aireadas, filtros percoladores y biodiscos Analizar los criterios y parámetros de diseño de los biodigestores Discutir los avances de investigación sobre procesos anaerobios y su Fuentes de Información 1 2 3 4 5 6 12 13 aplicación en tratamiento de aguas residuales Unidad 5: TRATAMIENTO TERCIARIO Objetivo Educacional El estudiante identificará los métodos que se emplean en el tratamiento terciario de las aguas residuales Actividades de Aprendizaje Explicar la importancia que tiene el desinfectar el agua que a sido tratada, antes de su disposición. Identificar os métodos de desinfección aplicables al agua, así como los factores que afectan el proceso Discutir la importancia que tiene eliminar del agua tratada los nutrientes como el N y P, así como identificar los métodos empleados para este fin Describir los tratamientos avanzados para aguas residuales como: filtración, adsorción, intercambio iónico, ósmosis inversa, etc. Fuentes de Información 1 4 5 Unidad 6: MANEJO, TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE LODOS Objetivo Educacional El estudiante describirá los aspectos importantes y métodos empleados en la caracterización, manejo y disposición de los lodos producidos en el tratamiento de aguas residuales Fuentes de Información 1 Definir los distintos tipos de lodos que se 4 producen al tratar aguas residuales, así 8 como sus características y la importancia 9 de que sean tratados 10 Explicar el proceso general a considerar en el tratamiento de lodos residuales Discutir las operaciones y procesos empleados en el tratamiento de lodos Investigar y discutir las distintas formas de almacenamiento, uso y disposición de lodos tratados Actividades de Aprendizaje 10. FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Eckenfelder, Jr. W. Wesley. Industrial Water Pollution Control. Mc Graw -Hill 2. Reynolds T.D. Unit operation and processes in environmental engineering. Books/ Cole Engineering Division 3. Ramalho R.S. tratamiento de aguas residuales. Reverté. 4. Metcalf and Eddy. Wastewater engineering treatment, disposal, reuse. Mc Graw- Hill. 5. Fair G.M., Geyer J.C., Okum D.A. Ingeniería Sanitaria y de aguas residuales. 6. Weber W.J. Physcochemical proceses for water quality control. Wiley. 7. Kemmer F.N., Mc Callion J. Manual del agua, su naturaleza, tratamiento y aplicaciones. Mc Graw-Hill. 8. Diario Oficial de la Federación 9. Wilson, D., Gordon. The treatment and Management of Urban Solid Wasteed. Technomic publishing co. 10. Robinson, Solid Waste Handbook. Ed. Plenum Press 11. Benefield larrt, Randall Clifford. Biological Process Design for Wastewater Treatment, (Ed) Prentice hall. 12. Crites R. and Tchobanoglous G. (2000). Sistemas de manejo de aguas residuales. (Ed) Mc Graw-Hill. 11. PRÁCTICAS PROPUESTAS. Muestreo y análisis de la calidad de aguas residuales Coagulación y sedimentación, Cálculo de caudales Eficiencia de filtro percolador Desinfección (tiempo de contacto y cinética de desinfección)