APÉNDICE D FICHAS TÉCNICAS EN TECNOLOGÍAS ESPECÍFICAS DE CONTROL DE CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES Tecnología Apropiada para el Control de la Contaminación del Alcantarillado en la Gran Región del Caribe marzo de 1998 Tecnología apropiada para el Control de la Contaminación del Alcantarillado en la Gran Región del Caribe Apéndice D. Fichas Técnicas en Tecnologías Específicas de Control de Contaminación de las Aguas Residuales INDICE Sistemas de recolección Ficha técnica C1—Alcantarillas convencionales Ficha técnica C2—Alcantarillas de presión Ficha técnica C3—Alcantarillas de vacío Ficha técnica C4—Alcantarillas de gravedad de diámetro pequeño Tratamiento de aguas residuales domésticas Ficha técnica D1—Sistemas de fosa séptica Ficha técnica D2—Tanque de retención Ficha técnica D3—Sistemas de viviendas Ficha técnica D4—Lagunas (estanques de estabilización) Ficha técnica D5—Pantanos artificiales Ficha técnica D6—Tratamiento del suelo Ficha técnica D7—Filtración de arena Ficha técnica D8—Tratamiento preliminar Ficha técnica D9—Tratamiento primario Ficha técnica D10—Tratamiento secundario Ficha técnica D11—Eliminación de nutrientes por vía biológica Ficha técnica D12—Desinfección Ficha técnica D13—Disposición de los efluentes Tratamiento de aguas residuales industriales Ficha técnica I1—Separación de aceite y agua Ficha técnica I2—Coagulación/precipitación Ficha técnica I3—Remoción Tratamiento por vía biológica de desechos industriales Ficha técnica I5—Eliminación por aire Ficha técnica I4—de sólidos suspendidos Ficha técnica I6—Absorción por carbón activado Ficha técnica I7—Desmineralización Ficha técnica I8—Oxidación química Tratamiento y eliminación de sólidos Ficha técnica S1—Espesamiento del fango Ficha técnica S2—Estabilización del fango Ficha técnica S3—Desagüe del fango Ficha técnica S4—Digestión fría / lagunas de secado ALCANTARILLAS DE GRAVEDAD CONVENCIONALES DESCRIPCION Las alcantarillas de gravedad convencionales transportan las aguas de alcantarillado sin depurar desde las viviendas, instalaciones públicas y negocios. Las tuberías tienen un diámetro de 200 mm o mayor para evitar que se tapen. Las alcantarillas de gravedad convencionales se instalan en pendiente para mantener un flujo mínimo con una velocidad causada por la gravedad de 20 cm/s. Cuando esto no es posible, se utilizan bombas para bombear el alcantarillado. La construcción de las alcantarillas de gravedad convencionales es cara y pueden ser difíciles de mantener, sin embargo son el sistema más común de recolección que se construye hoy en día. APLICACIONES Las alcantarillas de gravedad convencionales son adecuadas en centros urbanos de gran tamaño con una densidad de población importante, o para desarrollos más dispersos. Históricamente han sido el método primario de recolección y transporte de aguas de alcantarillado. CRITERIOS DE DISEÑO Se debe determinar la velocidad de flujo pico al diseñar un sistema de recolección. Es necesario calcular el influjo y la infiltración (I&I) de agua subterránea que ingresa a las tuberías del alcantarillado existente. En construcciones nuevas, el I&I se debe limitar y se deben permitir las conexiones de influjo. Las tuberías en las que se dirija las aguas de alcantarillado sin depurar deben ser de por lo menos 20 mm de diámetro. Las alcantarillas deben diseñarse de manera que las aguas de alcantarillado tengan una velocidad promedio no menor a 60 cm/s en condiciones promedio de flujo para que los sólidos no se asienten y se adhieran a las tuberías. Tampoco son deseables las velocidades excesivas. Las entradas se deben instalar al final de cada línea, en un cambio de grado o de tamaño de tubería, o al menos cada 100 m. Ficha técnica C1— ALCANTARILLAS DE GRAVEDAD CONVENCIONALES página 1 de 3 A continuación se tabularon las pendientes mínimas recomendadas para que las alcantarillas convencionales de concreto mantengan la velocidad mínima de 60 m/s en las tuberías de la alcantarilla. La última columna ofrece el flujo requerido para llenar la tubería en el diámetro y la pendiente indicados. PENDIENTES MÍNIMAS PARA LAS ALCANTARILLAS DE GRAVEDAD CONVENCIONALES Diámetro de la Flujo Pendiente alcantarilla mínima (m3/día) (mm) (elevación/ corrida) 200 250 300 380 450 600 750 900 0.0038 0.0030 0.0022 0.0015 0.0012 0.00078 0.00058 0.00045 1,820 2,730 3,940 6,400 9,130 15,530 24,620 37,000 RENDIMIENTO Las alcantarillas de gravedad convencionales conducen eficazmente los flujos de aguas residuales para los que fueron diseñadas. Sin embargo, el I&I que entra en el sistema a través de las entradas y las juntas de la tubería crea un volumen adicional de desechos que debe ser tratado. El I&I puede ser controlado en los diseños modernos. DESVENTAJAS La mayor desventaja de las alcantarillas de gravedad convencionales es su elevado costo de capital. En regiones con mantos acuíferos importantes, grandes formaciones rocosas subterráneas, o condiciones inestables del suelo, la construcción de alcantarillas de gravedad convencionales es todavía más cara debido a los costos de excavación y desagüe. De igual manera, en razón de que las alcantarillas de gravedad convencionales transportan sólidos, se necesita una velocidad mínima o una inclinación para prevenir la deposición excesiva de sólidos. Esto significa que las excavaciones pueden terminar siendo muy profundas para mantener las inclinaciones necesarias, o que se requieran estaciones de bombeo, las que pueden tener un mantenimiento costoso. Ficha técnica C1— ALCANTARILLAS DE GRAVEDAD CONVENCIONALES página 2 de 3 RESIDUOS GENERADOS DATOS NO SUMINISTRADOS OPERACION Y MANTENIMIENTO Las tuberías del alcantarillado deben ser drenadas periódicamente para prevenir la acumulación de sólidos. Si se utilizan estaciones de bombeo, se necesita un mantenimiento periódico normal. Se deben tomar precauciones especiales para la acumulación de paratículas en pozos húmedos. INSTALACIONES EN LA RGC Las alcantarillas de gravedad convencionales se utilizan en toda la RGC. REFERENCIAS Herbert, J.C. et al. 1992; Inter-American Development Bank 1992; Kaijun, W. et al. 1995; U.S. Department of Commerce 1991; U.S. EPA February 1980; U.S. EPA October 1991 Ficha técnica C1— ALCANTARILLAS DE GRAVEDAD CONVENCIONALES página 3 de 3 ALCANTARILLAS DE PRESION DESCRIPCION Las alcantarillas de presión consisten en varios puntos de entrada presurizados que alimentan una instalación única de tratamiento o una alcantarilla de gravedad. Los puntos de entrada son de viviendas. Los dos tipos principales de sistemas de alcantarillas de presión son la bomba efluente de fosa séptica (BEFS) y el sistema de bomba de molino (BM). En los sistemas BEFS, los efluentes de las fosas sépticas fluyen hacia un tanque interceptador, que es básicamente otra fosa séptica. Cuando se alcanza cierto nivel alto de agua, el efluente se bombea a su destino. En los sistemas BM una bomba de molino muele los sólidos antes de que se bombee el flujo a una línea central o hacia su destino final. En ambos sistemas, las líneas de conexión y de presión están fabricadas de PVC, que es poco costoso, o de una tubería plástica similar. APLICACIONES Las alcantarillas de presión se utilizan generalmente en regiones con poca densidad de población donde el terreno no permite el flujo gravitacional hacia un sitio central o a una instalación de tratamiento. También se pueden utilizar en lugares donde las condiciones del suelo son rocosas o inestables, o donde los niveles de agua subterránea son altos. Los costos de construcción son menores para estas alcantarillas de diámetro pequeño debido a que el material es menos costoso, las excavaciones no tienen que ser tan profundas (para evitar el daño a las tuberías) y las tuberías de PVC son flexibles, lo que facilita suinstalación. CRITERIOS DE DISEÑO Las líneas de conexión generalmente se hacen de PVC (o de otro plástico) y por lo general tienen entre 25 y 50 mm de diámetro. Las cañerías centrales a presión están hechas de tubería de PVC (o de otro plástico) y tienen un diámetro de 75 mm o mayor. La velocidad mínima de diseño no es tan relevante para el sistema BEFS como lo es para los de gravedad o de BM porque transportan pocos sólidos. Para evitar la acumulación de sólidos en los sistemas BM, el flujo debe obtener una velocidad mínima de 90 a 150 cm/s una vez al día por un periodo lo suficientemente largo que permita la limpieza del sistema. La duración varía según la capacidad de bombeo y el tamaño general del sistema. RENDIMIENTO Las alcantarillas de presión presentan menos influjo e infiltración que las alcantarillas convencionales. DESVENTAJAS La principal desventaja de las alcantarillas de presión es el mantenimiento del equipo técnico en cada punto de entrada al sistema. Ficha técnica C2— ALCANTARILLAS DE PRESION página 1 de 2 RESIDUOS GENERADOS DATOS NO SUMINISTRADOS OPERACION Y MANTENIMIENTO La convergencia de las aguas en las alcantarillas de presión depende de la operación de las bombas. Debido a que hay una bomba en cada punto de entrada, los costos de mantenimiento son significativos, pero menores a los de un sistema de gravedad convencional con estaciones de bombeo. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de instalaciones de este tipo en la RGC. REFERENCIAS Inter-American Development Bank 1992; U.S. Department of Commerce 1991; U.S. EPA October 1980; U.S. EPA October 1991; U.S. State Department 1994. Ficha técnica C2— ALCANTARILLAS DE PRESION página 2 de 2 ALCANTARILLAS DE VACIO DESCRIPCION Las alcantarillas de vacío utilizan una fuente central de vacío para reunir el agua de alcantarillado de las viviendas individuales hacia una estación central de recolección. La presión atmosférica de la línea que da servicio a cada vivienda se separa por medio de una válvula del vacío en las cañerías principales de recolección. En base al volumen almacenado, la válvula se abre periódicamente para permitir que las aguas residuales y el aire fluyan hacia el vacío de las tuberías centrales. Las aguas residuales se impulsan en la cañería principal de recolección debido a la diferencia en presión de un vacío al frente y la presión atmosférica atrás. Eventualmente, la presión de aire en la tubería central se homogeniza, y todo el flujo cesa hasta que se vuelve a abrir alguna válvula de una línea de servicio. Por medio de este proceso las aguas residuales se llevan a un tanque central de recolección. Desde ahí, puede mandarse por gravedad o por medio de una estación de bombeo a través de otras tuberías hasta su destino final. APLICACIONES Las alcantarillas de vacío, como las de presión, se utilizan por lo general en regiones con poca densidad de población donde las condiciones del terreno no permiten el flujo gravitacional hacia una instalación central o de tratamiento. Se puede hacer uso de ellas en terrenos moderadamente ondulados, pero su desempeño es mejor en terrenos planos porque los sistemas de vacío tienen una capacidad limitada para levantar. Pueden ser utilizados donde el suelo es rocoso e inestable, o donde el nivel de agua subterránea es alto. Los costos de producción son mucho menores para este sistema de alcantarillas de poco diámetro debido a que los materiales tienen menor precio, no es necesario que las excavaciones sean tan profundas (para evitar daños a la tubería), y la tubería de PVC es flexible, por lo que su instalación se facilita. CRITERIOS DE DISEÑO Se mantiene un vacío de 0.5 a 0.8 atmósferas en las tuberías centrales de recolección. La tubería lateral generalmente se fabrica de PVC de 80 mm de diámetro, mientras que las centrales a partir de 100 mm. RENDIMIENTO Por ser herméticas, las alcantarillas de vacío presentan niveles de influjo e infiltración menores que las alcantarillas convencionales. DESVENTAJAS Las bombas de vacío pueden generar como máximo un levantamiento de 10 metros de agua. Esto limita los tipos de terreno en los que puede funcionar. Además, la ventilación de los efluentes gaseosos puede originar un problema de olor. Se requiere un mínimo de setenta viviendas para utilizar este sistema eficazmente. RESIDUOS GENERADOS DATOS NO SUMINISTRADOS OPERACION Y MANTENIMIENTO Ficha técnica C3— ALCANTARILLAS DE VACIO página 1 de 2 Las estaciones de alcantarillado de vacío requieren mantenimiento diario y una inspección anual de las válvulas en todos los puntos de conexión. Las bombas de vacío y descarga generalmente requieren de una reparación importante o reemplazo cada diez años. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de instalaciones de este tipo en la RGC. REFERENCIAS Inter-American Development Bank 1992; U.S. Department of Commerce 1991; U.S. EPA October 1980; U.S. EPA October 1991; U.S. State Department 1994. Ficha técnica C3— ALCANTARILLAS DE VACIO página 2 de 2 ALCANTARILLAS DE GRAVEDAD DE DIAMETRO PEQUEÑO DESCRIPCION Las alcantarillas de gravedad de diámetro pequeño (AGDP) reúnen el efluente de las fosas sépticas por medio de la fuerza de gravedad hacia una instalación de tratamiento centralizada. Gracias a que las fosas sépticas eliminan casi todos los sólidos suspendidos en las aguas residuales, hay pocas obstrucciones y la tubería puede ser de un diámetro menor que el de las alcantarillas convencionales. Para las instalaciones de AGDP se utiliza generalmente tubería de PVC. APLICACIONES Las AGDP se utilizan típicamente en regiones con una densidad de población baja o mediana donde el terreno permita un flujo gravitacional hacia un sitio central o una instalación de tratamiento. Necesitan una inclinación menor que las alcantarillas de gravedad convencionales y se pueden utilizar en sitios donde sería difícil obtener la inclinación necesaria para las alcantarillas de gravedad convencionales. También se pueden utilizar en sitios donde el suelo es rocoso o inestable, o tiene un nivel alto de aguas subterráneas. Los costos de construcción son mucho menores que los de las alcantarillas convencionales porque el material es menos caro, las excavaciones no necesitan ser tan profundas (para evitar el daño a las tuberías) y las tuberías de PVC son flexibles, lo que facilita su instalación. CRITERIOS DE DISEÑO Los diámetros comunes para la tubería de las AGDP son de 80 mm o más. La pendiente de la tubería debe ser adecuada para transportar los flujos diarios de horas pico. Las AGDP no necesitan ser diseñadas para alcanzar una velocidad mínima. La profundidad de la tubería debe ser la mínima necesaria para prevenir daños de cargas anticipadas. Si no se esperan cargas pesadas, es común una profundidad de 600 a 750 mm. No es necesario colocar registros de limpieza a intervalos menores a los que indique la técnica de limpieza de alcantarilla que se emplee. El registro de limpieza es un tubo que forma una t con la tubería principal, facilitando el acceso a ésta. Se utilizan en lugar de las aberturas para trabajadores debido a que las AGDP no están diseñadas para transportar sólidos o partículas y las aberturas son una fuente de estos últimos para la tubería principal. Además, resulta más económico construir y dar mantenimiento a los registros de limpieza que a las entradas convencionales. RENDIMIENTO Las alcantarillas de gravedad de diámetro pequeño sufren mucho menos influjo e infiltración que las alcantarillas comunes. Ficha técnica C4— ALCANTARILLAS DE GRAVEDAD DE DIAMETRO PEQUEÑO página 1 de 2 DESVENTAJAS Las AGDP son una tecnología emergente. Algunas aplicaciones anteriores han tenido un desempeño inadeacuado debido a errores en el diseño y la construcción. RESIDUOS GENERADOS DATOS NO SUMINISTRADOS OPERACION Y MANTENIMIENTO Las necesidades principales de operación y mantenimiento de las AGDP es la eliminación de desechos sépticos de las fosas sépticas y la revisión ocasional de las conexiones de la tubería principal de recolección. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de instalaciones de este tipo en la RGC. REFERENCIAS Herbert, J.C. et al. 1992; Inter-American Development Bank 1992; U.S. Department of Commerce 1991; U.S. EPA 1980; U.S. EPA 1991. Ficha técnica C4— ALCANTARILLAS DE GRAVEDAD DE DIAMETRO PEQUEÑO página 2 de 2 SISTEMAS DE FOSAS SEPTICAS DESCRIPCION Un gran porcentaje de viviendas en la RGC eliminan sus aguas residuales por medio de sistemas in situ. Este tipo de sistema se define en este documento como el tratamiento y eliminación de aguas residuales ubicado junto a una casa o un complejo residencial. Son sistemas con agua corriente hacia las casas y tratamiento y eliminación in situ de toda la descarga de desechos proveniente de excusados, lavabos, tinas y regaderas. Otra ficha técnica se refiere a los sistemas de vivienda para casas sin agua corriente. El sistema más común de este tipo que se utiliza en la RGC es la fosa séptica seguida por un campo de drenaje o un pozo de absorción. En muchas regiones los sistemas de drenaje en el suelo son inapropiados para la eliminación de aguas residuales in situ debido a la poca permeabilidad del suelo o a los altos niveles de agua en el subsuelo. En estas circunstancias los sistemas alternativos de eliminación de aguas residuales comprenden sistemas de terraplenes y evapotranspiración. Existen otros sistemas más mecanizados para el tratamiento in situ de aguas residuales, como los contactores biológicos rotantes, filtros de grava recirculantes, filtros intermitentes y otros sistemas que buscan tratar el agua para descargarla en algún manto de agua. En la mayoría de los casos, estos sistemas son versiones in situ de tecnologías de tratamiento de aguas residuales que se analizan en otras fichas técnicas. En la presente ficha técnica se describen tres tipo de sistemas: Fosas sépticas con campos de drenaje Fosas sépticas con terraplenes Fosas sépticas con lechos de evapotranspiración Fosas sépticas con campos de drenaje. Una fosa séptica seguida por un campo de drenaje para la eliminación de los efluentes debe ser la primera opción de tratamiento en zonas con poca densidad de población y condiciones de suelo apropiadas. Las fosas sépticas se utilizan tanto en viviendas como en pequeños conjuntos habitacionales. Las aguas residuales de excusados, regaderas, lavabos y otras instalaciones de las casas fluyen por medio de una tubería hacia una fosa enterrada e impermeable. La fosa debe tener el tamaño necesario para mantener la velocidad de flujo baja y permitir así que los sólidos caigan al fondo. Estos forman una capa de fango con el paso del tiempo. Sin embargo, los micro-organismos anaeróbicos (bacterias que crecen en la ausencia de oxígeno) se alimentan del material orgánico de la capa de fango, retardando eficazmente su crecimiento. El efluente clarificado fluye fuera de la fosa hacia su tratamiento y eliminación final en un campo de drenaje, que puede ser un simple orificio lleno de grava. Otros campos de drenaje más elaborados son los sistemas entubados de distribución, que distribuyen la descarga sobre una mayor superficie. Las trincheras en los campos de desagüe tienen generalmente 300 a 1500 mm de profundidad y 300 a 900 mm de ancho. Las tuberías de distribución deben disponerse sobre por lo menos 150 mm de grava gruesa (20 60 mm). El área necesaria para la eliminación de los efluentes depende de las tasas de flujo y de la capacidad de filtración del suelo. De ser posible, los campos de drenaje se deben utilizar intermitentemente para permitir un tiempo de secado. El secado también se puede conseguir al alternar dos campos de dreneje, lo que mejorará significativamente el desempeño y aumentará su vida útil. Ficha técnica D1- SISTEMAS DE FOSAS SEPTICAS página 3 de 6 Fosas sépticas con terraplenes. Una fosa séptica que descarga su efluente a un sistema de terraplenes es una opción de tratamiento cuando las condiciones del subsuelo no son apropiadas para una fosa séptica con un campo de desagüe. El sistema está compuesto por una fosa séptica, una bomba pequeña o un sifón, una cámara de dosificación, tubería de distribución y un terraplén elevado. Las aguas residuales fluyen hacia la fosa séptica, donde los sólidos se concentran en el suelo de la fosa y el efluente clarificado se desborda por el lado opuesto hacia una cámara de dosificación. La digestión anaeróbica de sólidos orgánicos retarda el crecimiento del fango en la fosa. Cuando el nivel de fluido alcanza una altura específica en la cámara de dosificación, el efluente se bombea a un terraplén sobre el suelo. Este se forma con arena y un agregado grueso. Cuando el efluente se filtra a través del terraplén, se trata como en un campo de desagüe tradicional. Se puede colocar un geotextil alrededor de la tubería de distribución para permitir una distribución más pareja en la tierra. Fosas sépticas con lechos de evapotranspiración. Las fosas sépticas también se pueden combinar con lechos de evapotranspiración (ET). Este es un lecho de arena con una capa impermeable y tubería de distribución de aguas residuales. El agua residual llena los poros de la arena y sube hasta la porción superior del lecho por medio de presión hidráulica y acción capilar. En la porción superior el agua se evapora en el suelo a través de vaporización directa y por medio de las hojas de vegetales enraizados que crecen en la superficie del lecho. En los sistemas de evapotranspiración/absorción (ETA), se omite la capa y el agua también puede escapar al filtrarse en el subsuelo. Una modificación del sistema de evapotranspiración es el descargar solamente los desechos de los excusados en el lecho de ET y las descargas de lavabos y regaderas (“agua gris”) en pozos de absorción o en la superficie. Una limitación seria del sistema de evapotranspiración es que funcionan solamente si la evaporación excede la precipitación durante todos los meses del año. Ficha técnica D1- SISTEMAS DE FOSAS SEPTICAS página 4 de 6 APLICACIONES Las fosas sépticas con campos de drenaje se utilizan principalmente en zonas rurales o suburbanas para viviendas o pequeños conjuntos de casas. Las fosas sépticas con sistemas de terraplenes se aplican cuando las condiciones de suelo no son apropiadas para un campo de desagüe subterráneo, en zonas rurales o suburbanas para viviendas o pequeños conjuntos habitacionales. Los terraplenes son apropiados cuando la permeabilidad del suelo es menor a 25 mm/hora, el lecho de roca es poco profundo, o los cauces de agua subterráneos se encuentran cerca de la superficie. Los sistemas ET se pueden implementar sólo en climas donde la evaporación sea mayor a la precipitación durante todos los meses del año. CRITERIOS DE DISEÑO Para las fosas sépticas convencionales con campos de drenaje: Las fosas sépticas deben de tener un volumen de líquido suficiente para retener líquidos por 24 horas con una profundidad de fango máxima y acumulación de espuma. Para una vivienda, es adecuada una fosa con la capacidad de dos o tres veces el flujo diario. Las fosas con menor profundidad generalmente se desempeñan mejor que las profundas. Las fosas con varios compartimientos eliminan mejor la DBO y los sólidos suspendidos que las fosas de un solo compartimiento. Las fosas sépticas con campos de drenaje requieren una velocidad mínima de filtración del suelo de 24 mm/hora. El nivel de temporada de agua subterránea debe estar por lo menos 600 mm por debajo del fondo del campo de drenaje. Ficha técnica D1- SISTEMAS DE FOSAS SEPTICAS página 5 de 6 REQUERIMIENTOS DEL AREA DEL CAMPO DE ABSORCION Velocidad de filtración (mm/hora) Area requerida para la 2 3 velocidad del flujo (m /m /día) 1500 500 300 150 100 50 40 25 11.5 16.4 20.3 27.0 31.1 40.9 49.0 53.9 Para los sistemas de fosa séptica con terraplenes Los sistemas de terraplenes son eficaces en los sitios donde la permeabilidad del suelo es de entre 15 y 25 mm/hora. La altura del terraplén debe de ser de entre 900 y 1500 mm y la inclinación de las pendientes laterales no debe de ser mayor a 3:1 horizontal a vertical. La profundidad del relleno de arena para los sistemas de terraplenes es de 300 a 600 mm por debajo de la tubería de distribución, dependiendo del nivel del agua subterránea. Los efluentes se deben aplicar al terraplén en una tasa de 4 a 50 L/m2/día. La frecuencia de descarga del terraplén debe de ser de una vez cada 1 a 4 días. Para los sistemas ET: Para los sistemas que no descargan, la velocidad de carga hidráulica debe determinarse por medio de un análisis de la evaporación mensual neta (evaporación menos la precipitación) durante el mes más húmedo en un periodo de diez años. Bajo estas condiciones, se ha encontrado que las velocidades de carga de 1,2 a 3,3 L/m2/día son aceptables en regiones áridas. En regiones donde una descarga ocasional es aceptable, las velocidades de carga pueden ser menos restrictivas que para los sistemas que no descargan. Por ejemplo, sobre la base de ET neta mínima de un año normal. Los sistemas de tubería de distribución deben de construirse de plástico perforado de 100 mm de diámetro o de tubería de arcilla en rocas de desagüe y estar rodeados de material filtrante. El lecho de arena debe de ser de 600 a 900 mm y estar cubierto por 0 a 100 mm de suelo. Es preferible arena limpia y uniforme con un tamaño de D50 = 0,1 mm (un peso 50% menor o igual a 0,1 mm). Ficha técnica D1- SISTEMAS DE FOSAS SEPTICAS página 6 de 6 Los recubrimientos sintéticos deben tener un espesor de por lo menos 10 mil. Es preferible utilizar doble espesor para permitir el movimiento de las capas delgadas, si éstas son inevitables. Los recubrimientos sintéticos deben de acolchonarse por ambos lados con capas de arena de al menos 50 mm de espesor para prevenir que se perforen durante los trabajos de construcción. RENDIMIENTO El desempeño de una fosa séptica con un sistema de absorción está relacionado con su diseño, técnicas de construcción, tipo de suelo (su permeabilidad y composición) y su carga. En los sistemas que han sido diseñados adecuadamente, el suelo elimina la DBO, los sólidos suspendidos, bacterias, virus, fosfatos y metales pesados del efluente. Sin embargo, los nitratos y los cloros se permean fácilmente a través de suelos más gruesos. Una fosa séptica por sí sola eliminará del 30 al 50% de la DBO, 40 a 60% de los sólidos suspendidos, alrededor del 15% del fósforo y entre el 70 y el 80% de aceites y grasas. El rendimiento de un sistema de terraplén es similar al de una fosa séptica con un campo de desagüe. Los sistemas de ET no producen descargas. DESVENTAJAS La eficacia de tratamiento de los sistemas de absorción del suelo depende en gran medida de la permeabilidad del suelo y la profundidad del manto acuífero. Los suelos duros e impermeables producen campos de desagüe pobres. Las altas tasas de flujo de efluentes pueden saturar el suelo, originando que el efluente se estanque en la superficie. En suelos con buena aereación, se pueden incrementar las concentraciones de nitrato en las aguas subterráneas. En las ocasiones en que se sobrepasa la capacidad del suelo, el agua subterránea se contamina. El fango se puede utilizar como fertilizante si no se le ha añadido desechos frescos por lo menos durante una semana. Los sistemas de terraplenes son significativamente más caros que una fosa séptica con un campo de desagüe. Por lo general necesitan un área mayor que los campos de absorción subterráneos y no pueden funcionar adecuadamente cuando la permeabiliad del suelo es menor a 1,5 cm/hora. Se necesita un sifón o una bomba para elevar el efluente, lo que implica un costo adicional de operación y mantenimiento. Los sistemas de ET necesitan velocidades de carga mucho menores que los campos de drenaje o los terraplenes y se pueden aplicar únicamente en los climas áridos. RESIDUOS GENERADOS El residuo que se asocia con estos sistemas es una acumulación de fango en la fosa séptica de 0,04 m3 por persona por año. OPERACION Y MANTENIMIENTO Se debe eliminar el fango de la fosa séptica cada dos o tres años. Los sistemas de terraplenes presentan costos asociados con la energía de bombeo y su mantenimiento. INSTALACIONES EN LA RGC Las fosas sépticas con campos de desagüe se usan ampliamente en las islas del Caribe. KCM no tiene conocimiento específico del uso de sistemas de terraplenes en la región. Los sistemas de ET se han aplicado con éxito en Jamaica. Ficha técnica D1- SISTEMAS DE FOSAS SEPTICAS página 7 de 6 REFERENCIAS EPA, February 1980; EPA, October 1980; Kaltwasser, 1995; U.S. Department of Commerce, 1991. Ficha técnica D1- SISTEMAS DE FOSAS SEPTICAS página 8 de 6 TANQUE DE RETENCION DESCRIPCION El tanque de retención recibe y almacena las aguas residuales de viviendas o comercios hasta que se bombea y transporta a una planta de tratamiento. El tanque debe ser completamente hermético y contar con una alarma que indique si el contenido ha alcanzado un nivel alto. Su capacidad debe permitir por lo menos dos días más de uso después de que se activa la alarma. APLICACION Los tanques de retención se utilizan principalmente en las regiones donde no es posible instalar fosas sépticas con campos de desagüe o terraplenes. De igual manera, su uso también es aplicable en regiones ambientalmente sensibles, donde se debe evitar que los nutrientes entren en contacto con las aguas subterráneas. CRITERIOS DE DISEÑO El criterio de diseño más importante para un tanque de retención es que su capacidad no exceda la del camión de bombeo que le dará servicio. La alarma se debe activar cuando el tanque todavía tiene capacidad de almacenar el producto de alrededor de dos días más de uso. Se deben utilizar instrumentos para la conservación de agua con el fin de reducir la frecuencia con la que sea necesario vaciar los tanques. Una familia de cuatro integrantes en los Estados Unidos con servicio de agua corriente necesitará un tanque de 4-m3 que se bombee aproximadamente una vez por semana. RENDIMIENTO Como en las fosas sépticas, en los tanques toma lugar cierta digestión anaeróbica. El sistema es muy confiable si se diseñó y construyó apropiadamente, así como si se mantienen técnicas de servicio apropiadas. DESVENTAJAS El bombeo puede ser costoso si el tanque de retención se encuentra alejado de la planta de tratamiento de agua. El servicio de bombeo debe ser confiable y también es necesaria una planta de tratamiento apropiada. RESIDUOS GENERADOS El único residuo que se relaciona con los tanques de retención lo forman las aguas residuales que se acarrean a una planta de tratamiento. OPERACION Y MANTENIMIENTO Se asocian con este sistema gastos frecuentes de bombeo y transporte, así como los costos de la descarga y el tratamiento. Ficha técnica D2- TANQUE DE RETENCION página 1 de 2 INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de este tipo de instalaciones en la RGC. REFERENCIAS EPA, September 1992; U.S. Department of Commerce, 1991. Ficha técnica D2- TANQUE DE RETENCION página 2 de 2 SISTEMAS DE VIVIENDAS DESCRIPCION Se conocen como sistemas de viviendas para la eliminación de aguas residuales a una variedad de excusados que no consumen agua. Los tipos principales son las letrinas de pozo, excusados incinerantes, excusados que elaboran compost y los que recirculan aceite. Estos sistemas se pueden utilizar en regiones donde no hay agua corriente ni sistemas de recolección del drenaje, o donde se prefiere separar las aguas negras (excrementos) de las aguas grises (otros desechos caseros). Las letrinas de pozo son hoyos en el suelo donde se almacenan pequeñas cantidades de excrementos y aguas residuales. Los líquidos se infiltran lentamente en el suelo. Los excusados incinerantes son unidades pequeñas que incineran los excrementos y otros desechos. El desecho se reúne en una cámara y se incinera periódicamente por medio de electricidad o combustible. Los excusados que elaboran compost fueron diseñados para convertir aeróbicamente la materia orgánica de los desechos en un humus seguro que se pueda aplicar a los suelos. El desecho se mezcla y calienta para evaporar el exceso de líquidos y para estimular la actividad biológica que se necesita para elaborar el compost. Este proceso puede tener lugar en una cámara integrada al escusado o en una unidad separada de mayor tamaño y por lo general necesita energía externa para mezclarse y aerearse. Los excusados con recirculación de aceite utilizan un fluido de petróleo para arrastrar a los desechos a una cámara de recolección. Los sólidos se separan del fluido de petróleo y se almacenan para su eliminación posterior. APLICACION Los sistemas caseros son adecuados en las regiones donde el abastecimiento de agua corriente es limitado o inexistente y donde no existen sistemas de recolección de desechos. CRITERIOS DE DISEÑO Letrina de pozo El volumen de la letrina de pozo debe ser suficiente para almacenar una acumulación de sólidos de 0,05 a 0,06 m3 por persona al año. Los pozos comunes tienen un área de 0,3 a 1,1 m2 y de 2.400 a 3.000 mm de profundidad. Generalmente es más económico construir dos letrinas pequeñas que una grande. Esta opción minimiza la necesidad de sostener los muros y maximiza la distancia con el agua del subsuelo. Se deben incluir orificios adecuados para la ventilación de los olores y para el calentamiento solar. Fichas técnicas D3 - SISTEMAS DE VIVIENDAS página 1 de 3 Escusado incinerante Los criterios y requerimientos de combustible varían con cada productor. Escusado que elabora compost Los criterios para el tamaño de la cámara de elaboración de compost, aereación, mezcla y la adición del agente abultante varían con cada productor. Recirculación de aceite Los criterios varían con cada productor, el volumen requerido para el tanque puede ser de hasta 1,4 m3. RENDIMIENTO Las letrinas de pozo ofrecen un tratamiento excelente si se diseñan y cargan apropiadamente. El grado en el que se trata el efluente antes de que llegue al agua subterránea depende de las características del suelo, por ejemplo, de la profundidad del agua del subsuelo, permeabilidad y composición del suelo. El beneficio de los excusados incinerantes, de los que elaboran compost y los de recirculación de aceite radica en que su carga contaminante se elimina de las aguas grises, haciendo su tratamiento más sencillo y económico. DESVENTAJAS Las letrinas de pozo únicamente pueden manejar flujos pequeños de desechos. No son apropiadas para regiones ambientalmente sensibles. Necesitan ser diseñadas para un tratamiento adecuado. Se pueden desarrollar problemas de olor, pestilencia o de portación de virus. Los excusados incinerantes tienen una capacidad de alrededor de tres usos por hora. Requieren mantenimiento frecuente tanto para los diseños activados con energía eléctrica como para los de combustible. Los que utilizan electricidad tienen costos altos de energía. Los excusados que elaboran compost con una cámara separada pueden atender viviendas de hasta cinco habitantes. Las unidades más pequeñas con cámara incluida sólo son útiles para dos usuarios. Para el uso apropiado de estos excusados se necesita conocimiento y cuidado. Los excusados de recirculación de aceite requieren sistemas de filtración para separar los sólidos del fluido de arrastre de aceite. La eliminación de los sólidos es difícil porque éstos resultan muy aceitosos y no se les conocen aplicaciones domésticas exitosas. Todos estos sistemas pueden ser poco estéticos. RESIDUOS GENERADOS Las letrinas de pozo generan alrededor de 0,05 a 0,06 m3 de fango por persona al año. Los excusados incinerantes producen una ceniza inocua que debe ser eliminada. Los excusados que elaboran compost pueden producir abono si el fango se estabiliza de manera apropiada. Los excusados de recirculación de aceite producen un residuo de sólidos aceitoso que es difícil de eliminar adecuadamente. Fichas técnicas D3 - SISTEMAS DE VIVIENDAS página 2 de 3 OPERACION Y MANTENIMIENTO Es necesario retirar o bombear el fango de las letrinas de pozo a intervalos de unos cuantos años. Los excusados incinerantes necesitan un alto nivel de limpieza y mantenimiento y su costo de energía es elevado. A los excusados que elaboran compost es necesario agregarles pasto, paja o cualquier otro vegetal como agente abultante. Hace falta mezclar para obtener condiciones aeróbicas. Es necesario limpiar o reemplazar los medios de filtración saturados, desinfectar y sustituir el aceite perdido de los excusados de recirculación de aceite. INSTALACIONES EN LA RGC Las letrinas de pozo se utilizan ampliamente en las zonas rurales de la RGC. Los otros medios de tratamiento no han sido aceptados en la región. REFERENCIAS EPA, October 1980; U.S. Department of Commerce, 1991; World Bank, 1982. Fichas técnicas D3 - SISTEMAS DE VIVIENDAS página 3 de 3 LAGUNAS (ESTANQUES DE ESTABILIZACION) DESCRIPCION Se deben considerar a las lagunas o estanques de estabilización como opciones en las regiones templadas donde existen sistemas de alcantarillado, los costos de la tierra son bajos y no se encuentre mucha mano de obra calificada. Estas lagunas son generalmente la forma más eficiente y costeable para tratar flujos de alcantarillado domésticos donde la tierra no es exorbitantemente cara y las limitaciones de calidad de las aguas del efluente no son severas. Las aguas residuales fluyen a una laguna donde las bacterias transforman y eliminan contaminantes como la DBO, nutrientes, sólidos suspendidos y patógenos. Existen muchos tipos de lagunas. Las aereadas mantienen las condiciones aeróbicas por medio de equipos mecánicos. La materia orgánica se degrada por medio de organismos que utilizan oxígeno. Las lagunas facultativas por lo general tienen periodos de retención mayores que las aereadas, pues no utilizan sistemas mecánicos para la aereación. El oxígeno lo proporciona el crecimiento fotosintético de algas en los niveles superficiales de la laguna. Su diseño permite que la superficie de la laguna sea aeróbica, mientras que los niveles inferiores no lo son. Las lagunas anaeróbicas no tienen oxígeno en toda su profundidad. Son las más profundas y más cargadas en términos de contaminantes. Los estanques con alto contenido de algas (EACA) son estanques poco profundos que se utilizan como parte de un sistema de estanques integrado que puede incluir mezcladores de bombeo de flujo axial para propiciar el crecimiento de las algas. Los estanques de maduración están diseñados para la eliminación de patógenos y su eficacia es mayor dentro de una serie de estanques sucesivos. El sistema de estanques integrados avanzado (SEIA) aplica una combinación de estanques anaeróbicos, facultativos, de alto contenido de algas, de asentamiento y de maduración con recirculación del efluente hacia las celdas anaeróbicas. Después del tratamiento, el efluente se puede eliminar en una de tres formas. El método más común y sencillo es la descarga continua. Se aplica la descarga controlada del efluente cuando la calidad del agua de recibo es buena o sus niveles aumentan, en el caso de corrientes o ríos. La tercera opción consiste en la eliminación del efluente por medio de la evaporación y filtración en el suelo en lugar de su descarga en aguas receptoras. Esto se puede realizar únicamente cuando la tasa combinada de evaporación y filtración iguala o supera el flujo afluente de aguas residuales. APLICACIONES Las lagunas son un proceso versátil de tratamiento de aguas residuales. Se pueden utilizar para aguas de alcantarillado domésticas e industriales. Los estanques aeróbicos, facultativos y anaeróbicos pueden constituir el Fichas técnicas D4 – LAGUNAS (ESTANQUES DE ESTABILIZACION) página 1 de 3 primer paso de un proceso de tratamiento de aguas residuales sin tratar, pero el afluente debe ser filtrado para eliminar materiales flotantes. Los estanques facultativos o aeróbicos también pueden ser el último paso para refinar el efluente antes de la descarga final. Los estanques de maduración por lo general son diseñados para permitir un tiempo de detención suficiente y contacto con la luz solar para la eliminación o muerte de los patógenos. Las lagunas anaeróbicas son especialmente útiles en el tratamiento de aguas residuales industriales que tienen una DBO alta. Las lagunas anaeróbicas por lo general deben ser seguidas por una laguna aeróbica o facultativa pues sus efluentes necesitarán tratamiento posterior. CRITERIOS DE DISEÑO Los criterios de diseño para las lagunas en climas templados (mayor a 15 grados C en el mes invernal más frío) se resumen en el cuadro siguiente: Tipo Aereada Facultativa Alto contenido de algas Anaeróbica Maduración Tiempo (días) de retención Carga kg/d/ha de DBO Profundidad Metros 5-15 5-30 1-3 5-20 No se aplica 40-250 100-800 500-1500 2-4 2-3 1-2 3-5 Menos que 5 No se aplica 1-2 RENDIMIENTO Las lagunas anaeróbicas eliminan alrededor del 40 al 60% de la DBO afluente. Los otros tipos de lagunas pueden lograr confiablemente una concentración de DBO de 30 mg/L o mejor si son bien diseñadas. Las concentraciones de sólidos suspendidos normalmente son mayores a 30 mg/L. Algunas pueden alcanzar concentraciones finales de SS de 20 a 30 mg/L, sin embargo, la mayoría únicamente consigue concentraciones de SS en el efluente de 30 a 90 mg/L. La concentración de coliforme fecal en el efluente varía considerablemente, pues el tiempo de detención, la exposición solar, el pH y la geometría del estanque afectan la eliminación del coliforme. Cuando se utiliza un estanque de maduración como el paso de refinamiento final de un proceso, se pueden conseguir recuentos de coliforme fecal tan bajos como 200 a 400/mL sin cloración. Se alcanza un cierto grado de eliminación de nitrógeno por la elevación de las algas, por medio de la nitrificación (amoníaco que se convierte en nitratos) y desnitrificacación (absorción de nitrato en la eliminación de la DBO carbónica) Fichas técnicas D4 – LAGUNAS (ESTANQUES DE ESTABILIZACION) página 2 de 3 DESVENTAJAS La principal desventaja de los sistemas de laguna es la necesidad de grandes extensiones de terreno. Otro inconveniente lo constituyen los niveles relativamente altos de sólidos suspendidos en el efluente en comparación con plantas de tratamientos mecánicos convencionales bien operadas. Si hay abundancia de terreno y las aguas receptoras no son sensibles a las descargas de niveles moderados de sólidos suspendidos, las lagunas o estanques son opciones de tratamiento apropiadas para la mayoría de las comunidades. Si se necesita un alto nivel de eliminación, se requerirá de procesos de refinamiento. Las algas conforman la mayoría de los sólidos suspendidos en el efluente, por lo que si se necesitan niveles bajos de sólidos suspendidos, se pueden filtrar o eliminar las algas por medio de procesos como la flotación por medio de aire disuelto. Una solución potencial al problema del exceso de algas en las lagunas es el uso de varias lagunas de maduración en serie, cada una con un tiempo de retención corto que no permita el crecimiento de algas. Otra opción es la descarga en sistemas pantanosos para su refinamiento. En los sistemas de estanques donde el control de las algas es un problema, el efluente se debe recoger muy por debajo de la superficie, pues la mayoría de las algas flotan. Las moscas pueden ser un problema en algunos climas tropicales. La especie de Talapia, un pez resistente, puede ser útil para controlar este problema, así como la ubicación estratégica de las lagunas en regiones abiertas con brisa, o el control de la vegetación para eliminar los hábitats de los insectos. RESIDUOS GENERADOS Se ha informado que en las lagunas aeróbicas o facultativas el fango se genera a una tasa de cerca de 0.04 metros cúbicos por persona por año. Sin embargo, aún después de décadas de carga, muchas lagunas no experimentan un crecimiento significativo de fango. Otras, como las lagunas Beetham en Puerto España, Trinidad, se llenan rápidamente. Los diseños deben considerar las necesidades de eliminación de fango en base a cálculos racionales de acumulación de fango bajo las condiciones de carga diseñadas. Si la acumulación de fango es moderada, se pueden utilizar para eliminar el fango eficazmente pequeñas bombas de draga montadas en barcazas. OPERACION Y MANTENIMIENTO Las lagunas pueden llegar a necesitar eliminación del fango cada determinado número de años, así como mantenimiento regular de la vegetación. Para algunos diseños de lagunas, también es necesario el mantenimiento del equipo mecánico, como las bombas de recirculación, mezcladoras o equipo de aereación. INSTALACIONES EN LA RGC Las lagunas se utilizan con frecuencia en la RGC en donde existe disponibilidad de terreno. La planta de Los Guayos en Valencia, Venezuela, que se diseñó para atender una población final de 1.5 millones de personas, es un sistema de lagunas con celdas anaeróbicas primarias, celdas facultativas y recirculación del efluente. La planta de tratamiento de aguas residuales de Rodney Bay en Santa Lucía es un SEIA que ha tenido un desempeño eficaz. Las lagunas Beetham en Puerto España, Trinidad, se diseñaron a finales de los 50 como lagunas anaeróbicas y facultativAs para atender a 150,000 personas. REFERENCIAS Archer, A.B., 1990; Archer, J.P., 1983; Curtis, T.P., 1992; Ellis, K.V., 1991; Evans, B., 1993; Ghrabi, A., 1993; Kruzic, A., 1994; Lansdell, M., 1996; Lansdell, M., 1987; Lansdell, M., 1991; Mayo, A.W., 1996; Mendes, B.S., 1995; Millette, W.M., 1992; Mills, S.W., 1992; Oragui, J.H., 1995; Phelps, H.O., 1973; Picot, B., 1992; Rich, L.G., 1996; Sweeney, V., 1996; U.S. EPA, 1983; U.S. EPA, 1992. Fichas técnicas D4 – LAGUNAS (ESTANQUES DE ESTABILIZACION) página 3 de 3 PANTANOS ARTIFICIALES DESCRIPCION Los pantanos artificiales son un proceso de tratamiento excelente para eliminar la DBO y los sólidos suspendidos, así como otras partículas de aguas residuales domésticas e industriales. Por lo común se utilizan dos tipos de pantanos en el tratamiento de aguas residuales: superficie de agua libre y flujo bajo la superficie. En un pantano con superficie de agua libre (SAL), las aguas residuales fluyen a través de un lecho poco profundo o un canal y se encuentran en contacto con la vegetación emergente y la atmósfera. La comunidad de microbios anaeróbicos relacionada con los tallos y las raíces de las plantas tratan las aguas residuales, como lo hacen comunidades aeróbicas en las zonas de agua abierta. En los pantanos de flujo bajo la superficie (FBS), se utiliza un pie o más de grava o arena gruesa para apoyar la zona de raíces de la vegetación emergente. Las aguas residuales se tratan primariamente por la comunidad de microbios ubicada en la zona de raíces y las rocas inferiores. Los pantanos de flujo por debajo de la superficie por lo general cuentan con una barrera de arcilla o un recubrimiento membranoso entre el flujo en tratamiento y el agua subterránea para prevenir la contaminación. El efluente se puede recolectar o, más comúnmente, descargar a un río o el mar. Los pantanos necesitan grandes extensiones de terreno, pero se pueden manejar y operar fácilmente por mano de obra no calificada. Los sistemas de SAL son más apropiados luego de las lagunas, mientras que los de FBS siguen a fosas sépticas y otros sistemas de tratamiento. APLICACIONES Los pantanos son capaces de tratar desde efluentes de fosa séptica hasta efluentes de tratamientos secundarios. Pueden constituir zonas de amortiguamiento para tratar el exceso urbano de agua de Fichas técnicas D5– PANTANOS ARTIFICIALES página 1 de 4 tormentas y, debido a que son un excelente sistema de eliminación de sólidos, son capaces de eliminar metales de la corriente de desechos. Los pantanos ofrecen una eliminación excelente de la DBO y de sólidos suspendidos mientras que no se sobrecarguen (hidráulicamente o en carga de contaminantes). Los dos tipos de pantanos artificiales también eliminan al coliforme fecal y otros patógenos. Son muy apropiados para comunidades con una densidad de población baja o mediana donde se recolecta el agua de alcantarillado y donde hay disponibilidad de tierra adecuada para su construcción. Esta se facilita en terreno plano, pero también se pueden construir exitosamente en forma de hileras sobre colinas. Los dos sistemas son desnitrificadores excelentes y son capaces de proporcionar una buena eliminación de nitrógeno cuando siguen a sistemas de nitrificación. CRITERIOS DE DISEÑO No existe un consenso en los Estados Unidos sobre los criterios de diseño para los pantanos artificiales. Los criterios de diseño que se ofrecen a continuación fueron desarrollados en Europa, donde los pantanos artificiales se han utilizado con más amplitud. Las pruebas recientes de pantanos artificiales en climas tropicales han resultado en una buena eliminación con cargas orgánicas dos o tres veces mayores que las cargas europeas aceptadas. Los pantanos deben de calcularse con un área de 5 a 10 m2 por persona servida, asumiendo que cada individuo genera 100 a 200 L diarios de aguas residuales. Los requerimientos pueden ser menores si el pantano es el paso terciario o de refinamiento en el proceso de tratamiento. Pantano con superficie de agua libre Se debe calcular el tamaño de los pantanos con superficie de agua libre para una carga hidráulica de 8 a 40 L/ m2/día. El pantano debe de tener un tamaño adecuado para una carga de 1 a 20 kilogramos por hectárea por día de DBO, o alrededor de 10 metros cuadrados por persona. El tiempo de retención adecuado varía de 7 a 40 días. Cuando se necesita un efluente de mayor fuerza o calidad, es mejor utilizar una serie de pantanos, cada uno con un tiempo de retención de 20 días. Pantanos de flujo bajo la superficie El tamaño de los pantanos de flujo bajo la superficie para aguas residuales domésticas debe calcularse para una carga hidráulica de 20 a 400 L/m2/día, o alrededor de 5 metros cuadrados/ persona. Fichas técnicas D5– PANTANOS ARTIFICIALES página 2 de 4 RENDIMIENTO Los pantanos pueden conseguir una alta DBO si la DBO afluente se encuentra particulada o en estados coloidales grandes, pero una eliminación de 80 a 90% de DBO y sólidos suspendidos es más común. La eliminación del nitrógeno depende de la forma y el tiempo de retención del nitrógeno afluente; algunos sistemas de flujo bajo la superficie han alcanzado una eliminación superior al 90%, pero los sistemas más comunes alcanzan una eliminación de cerca del 30%. Se han observado eliminaciones de uno o dos registros de coliformes fecales, pero la eliminación de coliforme fecal no es tan confiable en los pantanos como lo es en los estanques de estabilización. No se espera eliminación de fósforo después del arranque a menos que se coseche la vegetación (entonces se obtiene una eliminación de hasta 15%). DESVENTAJAS Los pantanos de SAL necesitan mucho terreno para funcionar adecuadamente. Son confiables y seguros si las cargas orgánicas e hidráulicas no son grandes. Cuando la velocidad de carga orgánica soluble aumenta, la confianza en la eliminación de DBO y sólidos suspendidos disminuye. La eliminación de coliformes fecales tampoco es confiable, en parte debido al uso de animales y aves de los pantanos artificiales; el reuso directo sin desinfección o filtración es arriesgado. Debido a que su proceso es inherentemente anaeróbico, los efluentes de pantanos requieren desinfección y reaereación antes de descargarse en muchas aguas receptoras. Las moscas y los mosquitos pueden ser un problema en zonas de pantanos de SAL. Esto se puede controlar parcialmente al introducir talapia, una especie de pez resistente, en las zonas abiertas del pantano. RESIDUOS GENERADOS Los nutrientes y la DBO que se eliminan de la corriente de desechos alimentan el crecimiento de la vegetación emergente y la biomasa adherida a las raíces y a los medios de filtración (cuando se utiliza un sistema de flujo bajo la superficie). El crecimiento típico de la vegetación es de 56 a 80 kg/hectárea/día. Por lo general no se cosecha la vegetación de los sistemas de flujo bajo la superficie. Los sistemas de SAL que tienen un mantenimiento y un diseño adecuado necesitan una cosecha regular. OPERACION Y MANTENIMIENTO La principal actividad de mantenimiento es la cosecha del exceso de vegetación en los sistemas SAL. Si se encuentran metales tóxicos en las corrientes de desecho, las raíces y las hojas de las plantas se deben eliminar adecuadamente y no deben ser ingeridos por humanos ni animales. Se necesitará dar mantenimiento a las entradas, las salidas y los sistemas de bombeo, así como de otros sistemas mecánicos. En general, los requerimientos de mantenimiento y operación son bajos en los sistemas de pantanos. INSTALACIONES EN LA RGC En el Caribe se utiliza a los pantanos por lo general como procesos terciarios o de refinamiento en la cadena de tratamiento. De esta forma se optimiza su efectividad. Por lo común se pasan por alto como un proceso secundario debido a las necesidades de tierra. El tratamiento por pantanos no se utiliza extensivamente en el Caribe, pero es una tecnología prometedora debido al clima cálido y húmedo de la región. Fichas técnicas D5– PANTANOS ARTIFICIALES página 3 de 4 REFERENCIAS Boutin, C., 1993; Choate, K.D., 1990; Green, M.B., 1995; Kreissl, J.F.; Kruzic, A., 1994; Mitchell, D.S., 1995; Netter, R., 1993; Perfler, R., 1993; Polprasert, C., 1996; Sweeney, V., 1996; U.S. EPA, 1980; U.S. EPA, 1980; U.S. EPA 1988; U.S. EPA 1992; Urbanc-Bercic. Fichas técnicas D5– PANTANOS ARTIFICIALES página 4 de 4 TRATAMIENTO DEL SUELO DESCRIPCION El tratamiento del suelo se refiere a la aplicación controlada de aguas residuales a la superficie del suelo para su tratamiento a través de medios físicos, químicos y biológicos. Los tres tipos básicos son aplicación lenta o irrigación, infiltración rápida y flujo terrestre. En el proceso de aplicación lenta, el efluente primario o secundario se aplica a una superficie vegetal y se trata mientras fluye a través de las raíces hacia el suelo. Se pueden proporcionar drenajes enterrados si se desea reutilizar o desechar en otro lado el efluente. En la infiltración rápida, se aplican los efluentes primarios o secundarios en suelos moderadamente o muy permeables. El tratamiento se logra cuando las aguas residuales se filtran a través del suelo. Por lo general no se utilizan drenajes enterrados, pues las aguas residuales tratadas pueden servir para recargar las aguas subterráneas. El flujo terrestre es la aplicación uniforme de efluentes primarios o secundarios en la cima de pendientes cubiertas de pasto. Las aguas residuales fluyen pendiente abajo. Este proceso es muy apropiado en suelos impermeables pero puede funcionar en suelos con una permeabilidad baja o mediana. APLICACIONES Los procesos de tratamiento del suelo pueden utilizar aguas residuales que han recibido tratamientos primarios o secundarios. A mayor nivel de pre tratamiento, se necesita una menor extensión de tierra. El proceso de irrigación es el más adecuado para suelos con una permeabilidad baja o mediana. Es una buena opción para reciclar agua y nutrientes y producir cosechas útiles. La infiltración rápida es adecuada para suelos con una permeabilidad alta y niveles profundos de aguas subterráneas. El flujo terrestre es apropiado para suelos impermeables en terreno que tiene una pendiente constante y uniforme, resulta muy caro si se tiene que excavar o construir la pendiente adecuada. CRITERIOS DE DISEÑO El cuadro siguiente resume los criterios de diseño para los tres procesos de tratamiento de suelo. CRITERIOS DE DISEÑO PARA PROCESOS DE TRATAMIENTO DE SUELO Características Irrigación Infiltración rápida Unidad de carga hidráulica (m3/día/hectárea) Pre tratamiento mínimo Grado de superficie (%) Profundidad subterránea (m) del Permeabilidad del suelo agua Flujo terrestre 165 a 400 90 a 580 Primario <4 0.6-1 Primario <4 1-3 Trituración 2-8 No es crítica Baja a media Rápida (arenas) Lenta (arcillas) 14 a 40 RENDIMIENTO En el cuadro siguiente se resumen los valores promedio totales y máximos de concentraciones de contaminantes en efluentes de tratamientos del suelo. Fichas técnicas D6 – TRATAMIENTO DEL SUELO página 1 de 3 CONCENTRACION DE CONTAMINANTES TÍPICA EN EL EFLUENTE PARA PROCESOS DE TRATAMIENTO DEL SUELO Irrigacióna Promedio Máximo Infiltración rápidab Promedio Máximo Flujo terrestre Promedio Máximo DBO 2 5 5 10 10 15 Sólidos suspendidos (mg/L) 1 5 2 5 10 20 Nitrógeno amoniacal (mg/L) 0.5 2 0.5 2 4 8 Nitrógeno total como N (mg/L) 3 8 10-20 20 15-25 10 Fósforo total como P (mg/L) 0.1 0.3 <1-3 5 4 6 Coliformes fecales (#/100 mL) <2 10 10 200 200 2,000 a. Las concentraciones de efluentes para el proceso de irrigación se basan en la carga de nitrógeno antes de los niveles de toma de la cosecha y de filtración a través de 1.5 m de suelo sin saturar. b. Las concentraciones de efluentes para la infiltración rápida se basan en la filtración a través de 4.5 m de suelo sin saturar. DESVENTAJAS Los procesos de tratamiento de suelo tienen limitantes en el clima, la pendiente del terreno y las condiciones del suelo. La aplicación de aguas residuales se puede reducir o detener durante la época de lluvias. Esto haría necesario contar con sistemas de almacenamiento de aguas residuales en estos periodos. Otra desventaja consiste en el hecho de que los requerimientos de terreno son muy altos y pueden ocurrir problemas de olor o de vectores si no se utiliza un pre tratamiento adecuado. RESIDUOS GENERADOS Los residuos que se asocian con los tratamientos de suelo son el crecimiento de la vegetación y los sólidos que se generan en los procesos de pre tratamiento. OPERACION Y MANTENIMIENTO El crecimiento de la vegetación ocasionado por el flujo terrestre y la irrigación debe de cosecharse con regularidad, mientras que el creado por la infiltración rápida se puede cortar periódicamente. La tasa de crecimiento depende del tipo de vegetación y del volumen y fuerza de las aguas residuales. Si no se encuentran metales y otros tóxicos en las aguas residuales, las plantas cosechadas se pueden utilizar como alimento de animales de granja y ganado. Es necesario limpiar y dar mantenimiento regular a las bombas y tuberías de distribución. Fichas técnicas D6 – TRATAMIENTO DEL SUELO página 2 de 3 INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de este tipo de instalaciones en la RGC. REFERENCIAS Braungart, M., 1997; Kruzic, A., 1994; Goldstein, N. 1981; U.S. E.P.A., 1980; U.S. E.P.A. 1992; U.S. E.P.A. 1984. Fichas técnicas D6 – TRATAMIENTO DEL SUELO página 3 de 3 FILTRACION DESCRIPCION Los filtros consisten en dos o más lechos de material granuloso con una profundidad de 600 a 900 mm. Se aplican a los lechos aguas residuales pre tratadas que reciben tratamiento al pasar a través del lecho. El efluente se recolecta por medio de un drenaje subterráneo y se descarga en aguas subterráneas o de superficie. La mayor parte del tratamiento tiene lugar por medio de actividad biológica aeróbica en la estructura porosa del medio filtrante y a través de procesos de eliminación físicos y químicos. El proceso de tratamiento es muy estable y confiable, capaz de producir un efluente de alta calidad que tiene una DBO baja, pocos sólidos suspendidos y patógenos. Existen principalmente dos tipos de filtros. Uno de ellos incluye filtros de lavado por corrientes de agua limpia. Cuando los espacios porosos de estos filtros se saturan, el filtro puede empujar agua limpia, por lo general hacia arriba, a través de los medios para limpiarla. Los filtros de lavado por corrientes de agua limpia pueden funcionar continuamente, automáticamente o intermitentemente. Se utilizan con mayor frecuencia en el paso pos-secundario o de refinamiento en plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales y mecanizadas. Los filtros de lavado por corrientes de agua limpia producen efluentes de excelente calidad y no necesitan grandes extensiones de terreno. Sin embargo, son de alta tecnología y caros, por lo que no se tratará de ellos en el resto de esta ficha técnica. La segunda clase de filtros consiste en aquéllos que no cuentan con un mecanismo de lavado y que se cargan con velocidades mucho menores que las de los filtros de remolino. Cuando la capa superior de estos filtros de arena lentamente se empieza a saturar, simplemente se raspa y se reemplaza. Los filtros de arena enterrados se construyen bajo nivel. La terminación corriente arriba de los drenajes inferiores se extienden sobre nivel para facilitar la ventilación o aereación de las aguas residuales. Los filtros de arena abiertos (o intermitentes) se construyen a nivel, con una superficie expuesta que permite el fácil acceso para su inspección y limpieza. Los filtros de arena recirculantes son filtros abiertos que reciclan 300 a 500% del flujo afluente. Todos estos filtros nitrifican bien (convierten amoníaco en nitratos). Solamente los filtros recirculantes pueden desnitrificar (convertir los nitratos en gas nitrógeno). La nitrificación aumenta el nivel de nitrato en el efluente, lo que puede ser un problema si éste se va a descargar cerca de alguna fuente de agua potable. El resto de esta ficha técnica solamente describe a los filtros de arena recirculantes, abiertos y enterrados. APLICACIONES Los filtros de arena son un método confiable y comprobado para convertir las aguas residuales de efluentes de fosas sépticas en efluentes de tratamiento secundario. Son muy adecuados para comunidades rurales, pequeños conjuntos habitacionales, viviendas individuales y negocios, donde haya disponibilidad de terreno. Son fáciles de operar y mantener por empleados locales, por lo que son adecuados para las regiones rurales donde no habría mano de obra calificada. CRITERIOS DE DISEÑO Las aguas residuales requieren un mínimo de tratamiento primario (por ejemplo, sedimentación o una fosa séptica) antes de aplicarse a los filtros de arena. El medio filtrante se saturaría con rapidez si las aguas residuales no recibieran un pre tratamiento adecuado. El medio de filtración debe tener una profundidad de 600 a 900 mm. Los medios de filtración más pequeños ofrecen una eliminación de contaminantes mejor pero necesitan limpiezas más frecuentes. Fichas técnicas D7 – FILTRACION DE ARENA página 1 de 3 La carga hidráulica y el tamaño del medio deben seguir los criterios establecidos en el cuadro siguiente: CARGA HIDRAULICA Y TAMAÑO DEL MEDIO EN LOS TRATAMIENTOS POR FILTRACION Enterrado Carga hidráulica por área de filtro (L/m2/día) <40 1.0-1.5 Diámetro del medio (mm) Abierto (Intermitente) 80 a 160 0.75-1.25 Recirculante 120 a200 (flujo hacia delante) 1.5-3.0 RENDIMIENTO Los valores típicos de concentraciones de contaminantes por efluente de un filtro de arena se resumen el cuadro a continuación. Se asume que las aguas residuales han pasado por el pre tratamiento de por lo menos una fosa séptica. CONCENTRACION TÍPICA DE CONTAMINANTES EN EL EFLUENTE DE UN FILTRO (en mg/L) DBO Sólidos suspendidos Nitrógeno amoniacal Nitrato nitrógeno Enterrado 2-10 2-10 <10 25-35 Abierto (Intermitente) 2-10 2-10 <5 25-35 Recirculante 2-10 2-10 <5 <15 DESVENTAJAS Para pasar las aguas residuales a través de un filtro se necesita alrededor de un metro de carga hidráulica. Si la topografía o el suelo no es adecuado, se puede requerir bombeo para la eliminación del efluente. Bajo cualquier circunstancia, los filtros de recirculación necesitan bombas para su funcionamiento. Otras limitaciones son que los filtros abiertos pueden producir olores indeseables y que los medios de filtración ideales pueden no estar disponibles en la localidad. Si este fuera el caso, se pueden utilizar otros materiales granulares como los derivados de turba. RESIDUOS GENERADOS Se produce una pequeña cantidad de materia biológica en la región superior del medio de filtración que es necesario raspar y eliminar. OPERACION Y MANTENIMIENTO Las necesidades de operación y mantenimiento son bajas para los sistemas de filtración de lavado de arena. Para prevenir la saturación, es importante realizar una limpieza periódica (cada 6 a 12 meses) de la capa superior del medio de filtración. También hay que llevar a cabo mantenimiento regular de las bombas y del equipo de distribución de las aguas residuales. Fichas técnicas D7 – FILTRACION DE ARENA página 2 de 3 INSTALACIONES EN LA RGC Estos sistemas se estudian y aplican en partes de Florida, E.U.A. REFERENCIAS Bennani, A.C., 1996; Boutin, C., 1993; Check, G.G., 1994; Evans, B., 1993; Rich, L.G., 1996; U.S. EPA, 1980; U.S. EPA, 1984; U.S. EPA, 1980; U.S. EPA, 1992; Yang, P.Y., 1994. Fichas técnicas D7 – FILTRACION DE ARENA página 3 de 3 TRATAMIENTO PRELIMINAR DESCRIPCION El tratamiento preliminar comprende los primeros procesos unitarios que se incluyen en la mayoría de las instalaciones mecanizadas de tratamiento y en algunas no mecanizadas. El tratamiento preliminar más utilizado es el cribado y la eliminación de arenilla. Las aguas residuales afluentes por lo general fluyen a través de cortinas que eliminan los materiales flotantes y los trapos. La separación entre las barras puede variar entre 5 y 50 mm. Cuando hay que evitar problemas de tratamiento corriente abajo, las barras no deben tener una separación mayor que 12 mm. En el caso de la eliminación de arenilla, se eliminan los sólidos inertes y las arenas que dañarían las bombas y otros equipos mecánicos en los procesos corriente abajo. Hay muchos tipos de procesos de eliminación de arenilla, pero la mayoría incluyen una pequeña cámara a través de la que fluyen las aguas residuales, con el tamaño suficiente para detener el flujo de manera que los sólidos inertes y pesados se asienten en el fondo. APLICACIONES Con la excepción de las fosas sépticas y los sistemas de viviendas, todos los procesos de tratamiento necesitan de algún tipo de proceso preliminar o de cribado para eliminar los objetos grandes y flotantes. Para los sistemas mecánicos intensivos de tratamiento de aguas residuales, se recomiendan ampliamente el cribado y la eliminación de arenilla. La eliminación de arenilla no es necesaria en la mayoría de los sistemas naturales, pero se debe considerar en los sistemas de tratamiento de aguas residuales altamente mecanizados para alargar la vida del equipo. La presencia de una cantidad importante de arenilla en las aguas residuales desgasta rápidamente a las bombas y a otros equipos mecánicos. Fichas técnicas D8 – TRATAMIENTO PRELIMINAR página 1 de 3 CRITERIOS DE DISEÑO Cribado El espaciamiento de las barras de las cortinas puede variar entre 5 mm y 50 mm, dependiendo del tipo de proceso de tratamiento corriente abajo. Mientras más ancho sea el espacio, menos material se detendrá. Los volúmenes de cribado comunes son 0,037 a 0,22 m3 por 1,000 m3 de flujo. El canal de acercamiento a la cortina debe de medirse de forma que la velocidad de acercamiento sea de por lo menos 30 a 60 cm por segundo en las condiciones normales de flujo. Tanque desarenador Un tanque desarenador convencional aereado debe medirse para facilitar 2 a 5 minutos de retención de las aguas residuales. Otros tipos de tanques de eliminación de arenilla siguen criterios diferentes. El diseño de los tanques desarenadores de torbellino permite que reciban velocidades de sobreflujo de aproximadamente 66 m/hora en el flujo diario máximo. El volumen de arenilla que se genera varía con el tipo de sistema de recolección de aguas de alcantarillado y su grado de influjo. Los tanques desarenadores generan normalmente de 0,0024 a 0,18 m3 por 1.000 m3 de flujo. Los diseños circulares se utilizan para unidades de torbellino, la cámara de arenilla aereados son rectangulares. Las pérdidas de carga a través de las unidades varía de casi nada a 0,6 m. RENDIMIENTO Los sistemas de cribado eliminan con eficacia todos los objetos mayores al tamaño de las barras. La mayoría de los diseños de tanques desarenadores eliminan alrededor del 95% de las partículas inertes mayores a 0,21 mm. Algunos diseños modernos pueden eliminar partículas inertes menores a 0,21 mm. DESVENTAJAS El cribado y la eliminación de arenilla aumentan los costos de capital, operación y mantenimiento. En la mayoría de los casos, la eliminación de arenilla es menos cara que el costo de mantenimiento adicional para los sistemas corriente abajo en que se incurriría si no se ofreciera este tratamiento preliminar. RESIDUOS GENERADOS En estos procesos se recolectan arenillas y desechos del cribado, que después se eliminan en un relleno sanitario una vez que han sido lavados, colados y compactados. Los volúmenes típicos de residuos se describen en la sección de criterios del diseño. OPERACION Y MANTENIMIENTO Los requerimientos operacionales básicos para el tratamiento preliminar son la eliminación de residuos, lavado y deshidratado. Las cortinas y la arenilla se pueden recoger mecánicamente o manualmente. La Fichas técnicas D8 – TRATAMIENTO PRELIMINAR página 2 de 3 arenilla se puede quitar manualmente por medio de palas, pero este procedimiento requiere de tanques desarenadores redundantes de manera que cada uno se pueda aislar y vaciar por medio del uso de palas. Por lo general, la arenilla se elimina del fondo del tanque con cubetas mecánicas, transportadores inclinados de tornillo o bombas de arenilla. Estas deben ser muy durables, ya que la arenilla es un material muy abrasivo. Para los tanques desarenadores aereados, la operación del escape y su mantenimiento aumentan los costos. INSTALACIONES EN LA RGC El cribado se utiliza en todos los tipos de plantas de tratamiento en la RGC. Los tanques desarenadores se utilizan en algunas instalaciones grandes y convencionales. Las plantas de tratamiento de San Fernando en Trinidad y de Dos Cerritos y Mariposa en Venezuela cuentan con tanque desarenador. REFERENCIAS Millette, E.M. 1992; Sweeney, V. 1996; U.S. EPA 1992; Water Environment Federation & American Society of Civil Engineers 1992. Fichas técnicas D8 – TRATAMIENTO PRELIMINAR página 3 de 3 TRATAMIENTO PRIMARIO DESCRIPCION Los tanques primarios de sedimentación son la forma más común de tratamiento primario. Se colocan después de un proceso de cribado o de eliminación de arenilla. Los tanques primarios de sedimentación asientan los sólidos suspendidos en el flujo de aguas residuales. En la medida en que el agua residual fluye al tanque de sedimentación, el líquido se mueve muy lentamente, y los sólidos orgánicos inertes se asientan en el fondo. La teoría del proceso es la misma de un tanque desarenador, con la excepción de que la velocidad de sobreflujo es menor, lo que permite asentarse a algunos de los sólidos orgánicos, que tienen una densidad menor que la arenilla. Los sólidos que se asientan se raspan hacia un punto central y después son drenados con una bomba de fango. La espuma de las aguas residuales, que se forma básicamente de aceite y grasa, es menos densa que las aguas residuales y flota en la superficie. Como el fango, la espuma se recolecta con un brazo mecánico y se elimina regularmente. Flotación de aire disuelto (FAD) es otro tipo de proceso de tratamiento primario que se usa con frecuencia para aguas residuales industriales. Un proceso de FAD elimina el aceite y las grasas en menos espacio que la sedimentación primaria. Se presurizan las aguas residuales y el aire entre 3 y 5 atmósferas y se liberan en un tanque abierto a la atmósfera. Esto libera burbujas pequeñas de la solución, que flotan a la superficie. Las burbujas se enredan con los sólidos ligeros y los aceites y los llevan a la superficie. Un colador recolecta entonces los sólidos en la superficie del agua y el líquido clarificado continúa corriente abajo a otros procesos. Otros tipos de procesos de separación de agua y aceite también se usan ampliamente en la industria petrolera. APLICACIONES Los procesos de tratamiento primario por lo general anteceden a procesos de tratamiento secundario o biológico en las instalaciones convencionales de tratamiento de aguas residuales. El principal propósito del tratamiento primario es reducir la carga de DBO y de sólidos suspendidos en los procesos corriente abajo. Al reducir esta carga se disminuyen los costos de aereación para las plantas de fango activado y el volumen de desechos de fango activado que se genera en el tratamiento secundario. Algunas plantas de tratamiento funcionan sin tanques de sedimentación primaria. En éstas, los sólidos se eliminan en los procesos corriente abajo. Los tanques de sedimentación se utilizan como un proceso de tratamiento primario en la mayoría de las instalaciones grandes y convencionales de tratamiento de aguas residuales domésticas y en algunas aplicaciones industriales. FAD se aplica en la mayoría de los casos para aguas de alcantarillado Fichas técnicas D9 – TRATAMIENTO PREMARIO página 1 de 3 industriales que contengan aceite, grasa y otros sólidos que floten con facilidad. Las refinerías de petróleo, fábricas empacadoras de carne y plantas procesadoras de lácteos generalmente utilizan FAD para su tratamiento primario. CRITERIOS DE DISEÑO Tanque de sedimentación En los Estados Unidos se acepta como valor para el flujo diseñado promedio una velocidad de sobreflujo en la superficie (flujo/superficie del tanque) de 0,8 a 1,5 m/hr Los tanques de sedimentación deben tener de 2 a 5 m de profundidad. Se usan con frecuencia tanto los tanques rectangulares como los circulares. Flotación de aire disuelto El tiempo de retención adecuado para la separación de los sólidos es de 20 a 30 minutos. Otros criterios de diseño importantes son la presión, la proporción de reciclaje, y la concentración y características de los sólidos influentes. RENDIMIENTO Un tanque de sedimentación convencional elimina del 25 al 40% de la DBO influente, 40 a 70% de los sólidos suspendidos totales y alrededor del 50% de la carga de bacterias. Los aparatos de FAD pueden producir un efluente con muy poco aceite: hasta 1 a 20 mg/L. DESVENTAJAS Los procesos de tratamiento FAD presentan una operación más compleja y mayores necesidades de energía que los tanques de sedimentación simples. Generalmente se eligen los FAD cuando los tanques de sedimentación no ofrecen una eliminación adecuada de los sólidos ligeros y de los aceites. Para los tanques de sedimentación primarios el fango (que tiene un alto contenido orgánico) debe ser retirado rápìdamente antes de que los procesos de desnitrificación generen nitrógeno gaseoso que puede resuspender algunos de los sólidos. RESIDUOS GENERADOS Los principales residuos que se recolectan en el tratamiento primario son sólidos, espuma y aceites. El volumen generado depende del volumen del flujo de aguas residuales, su composición y la eficacia del Fichas técnicas D9 – TRATAMIENTO PREMARIO página 2 de 3 tratamiento. Para aguas residuales de mediana fuerza la cantidad de fango que se genera en un tanque de sedimentación primario es de alrededor de 0,10 a 0,17 kg/m3 de aguas residuales. OPERACION Y MANTENIMIENTO A pesar de que los procesos mecánicos de tratamiento primario son relativamente sencillos, necesitan mantenimiento de rutina. La mayor parte del mantenimiento indicado para los tanques de sedimentación convencionales es el cuidado de las bombas, de los rascadores de fango, recolectores de espuma y motores. Los procesos FAD requieren un plan de mantenimiento más intensivo para las bombas a presión, las válvulas de liberación de presión y los sistemas de recolección. INSTALACIONES EN LA RGC Los tanques de sedimentación se utilizan en la mayoría de las instalaciones de tratamiento convencionales y mecanizadas. Los sistemas FAD se aplican principalmente en refinerías de petróleo y plantas de desechos petroquímicos. REFERENCIAS Bryant, J.S. 1991; Eckenfelder, W.W. 1989; Engelder, C.L. 1993; Millette, E.M. 1992; Rhee, C.H. 1988; Sweeney, V. 1996; Water and Environment Federation & American Society of Civil Engineers 1992. Fichas técnicas D9 – TRATAMIENTO PREMARIO página 3 de 3 TRATAMIENTO SECUNDARIO DESCRIPCION En los procesos de tratamiento secundarios bacterias aeróbicas, anaeróbicas y anóxicas se alimentan del material orgánico en las aguas residuales, transformando la DBO del alcantarillado en masa bacterial. Las bacterias aeróbicas, el tipo que se utiliza con más frecuencia para el tratamiento secundario, consumen material orgánico solamente en presencia de oxígeno. Las bacterias anóxicas y anaeróbicas no requieren oxígeno, pero los procesos aeróbicos producen un efluente de mejor calidad. Por esta razón, y debido a que el tratamiento anaeróbico y anóxico puede producir olores desagradables, los procesos aeróbicos son sin ninguna duda el tratamiento secundario más común en las instalaciones de tratamiento de gran tamaño y por lo tanto son el único proceso que se describe en esta ficha técnica. Todos los procesos secundarios aeróbicos tienen los siguientes puntos en común: En el primer paso las bacterias tratantes se ponen en contacto con el material soluble y orgánico de las aguas residuales. Esto se logra al dirigir las aguas residuales a un tanque de mezcla donde se encuentran los organismos de tratamiento (un sistema de “crecimiento suspendido”), o al pasarlo sobre una superficie fija en la que crece la bacteria (un sistema de “película fija”). En los sistemas de crecimiento suspendido la bacteria aeróbica necesita oxígeno suficiente para metabolizar el material orgánico en las aguas residuales. Esto se obtiene por medio de un aereador mecánico, un difusor o cualquier proceso similar. Los aereadores introducen aire u oxígeno a las aguas residuales. La bacteria que metaboliza el material orgánico en las aguas residuales debe ser separada subsecuentemente del flujo de agua residual. Con la excepción de los reactores batch secuenciales (RBS), todos los procesos secundarios que se plantean en esta ficha cuentan con un tanque de sedimentación separado en el que se asienta esta masa de células floculentadas de la misma manera en la que los tanques de sedimentación primaria asientan el material orgánico suspendido. El efluente continúa a su descarga o a procesos corriente abajo. En los sistemas de crecimiento suspendido de fango activado, el fango se regresa del tanque de sedimentación al tanque de aereación, donde se mantiene una concentración viable de bacteria para metabolizar el material orgánico entrante. Este proceso se conoce como regreso de fango activado (RLA). El proceso en el que el fango se elimina y no se regresa se conoce como proceso de desechos de fango activado (DLA). No es necesario regresar el fango para implementar los procesos de película fija o de RBS. Las lagunas son sistemas naturales que ofrecen tratamiento secundario. Como se han preparado fichas técnicas específicas para ellas, en la presente ficha no se habla de las lagunas. Los procesos de tratamiento secundario que se incluyen en este documento son los procesos convencionales de alta velocidad que necesitan menos terreno que las lagunas y los pantanos. Los siguientes son los procesos de tratamiento secundario de alta velocidad más comunes: Fango activado Zanja de oxidación Filtro de goteo Reactor batch secuencial (RBS) Fichas técnicas D10 – TRATAMIENTO SECUNDARIO página 1 de 5 Dentro del proceso de fango activado, el efluente primario o agua de alcantarillado sin tratar se conduce a una cuenca de aereación, donde el aire se impulsa en burbujas en la mezcla de aguas residuales (líquido mezclado) y las bacterias aeróbicas metabolizan el material orgánico disuelto y suspendido. El efluente fluye de la cuenca de aereación hacia un tanque de sedimentación secundario donde la biomasa se asienta. Una parte de la biomasa se pierde y otra se regresa a la cuenca de aereación para mantener una concentración de biomasa viable. El reactor batch secuencial modificado (RBSM) es una variación desarrollada localmente del proceso de fango activado que utiliza una cuenca de tierra única para la aereación del fango activado y su sedimentación. No requiere de tanques de sedimentación separados ni del regreso por bombeo del fango activado. El proceso de zanja de oxidación es un proceso de fango activado en el que las aguas residuales fluyen a un canal en forma de anillo en lugar de a una cuenca de aereación rectangular. El oxígeno no se mezcla tan homogéneamente en la zanja de oxidación como lo hace en un proceso de fango activado convencional. Esta diferencia facilita regiones de reacción variada, lo que permite un control más operacional del proceso. La biomasa se asienta en un tanque de sedimentación secundario y se recicla de regreso a la zanja de oxidación. Fichas técnicas D10 – TRATAMIENTO SECUNDARIO página 2 de 5 En los procesos de filtros de goteo el efluente primario se distribuye de forma pareja sobre un lecho circular de piedras del tamaño de un puño con una profundidad de 900 a 1.800 mm. En la superficie rocosa crecen bacterias, hongos y algas. Cuando las aguas residuales fluyen entre las piedras, las bacterias aeróbicas metabolizan el material orgánico. Una vez que crece la biomasa, el afluente de aguas residuales retira los excesos, que se asientan en un tanque de sedimentación secundario. No se recicla el fango por medio de un filtro de goteo, pero por lo general se encuentra una proporción de reciclamiento del efluente alto – de 300 a 500 % del flujo afluente se recicla desde el filtro o del tanque de sedimentación de regreso hacia el filtro. En el proceso de RBS, todos los pasos del proceso de tratamiento tienen lugar en un tanque de mezclado completo, al que se dirige el afluente intermitentemente. El proceso de tratamiento consiste de procesos programados y discretos: llenado, mezclado y aereación, asentamiento, retirado del efluente, retirado del fango. Algunos fabricantes de RBS combinaron estos procesos y desarrollaron ciclos de cronometraje originales, pero todos los RBS utilizan una combinación de los cinco procesos mencionados. Los RBS funcionaban tradicionalmente en instalaciones pequeñas, pero en años recientes ha resurgido el interés por el proceso de RBS pues elimina por completo la necesidad de sedimentación secundaria y de bombas para regresar el fango activado. APLICACIONES Por lo general este tipo de procesos de tratamiento secundario es muy adecuado para comunidades grandes con una alta densidad de población debido a su costo elevado y al alto nivel de habilidad que se necesita para su operación y mantenimiento. A pesar de que cuando se operan y mantienen adecuadamente estos procesos producen efluentes de buena calidad para flujos grandes, si su operación y mantenimiento son deficientes, producen efluentes de mala calidad. El proceso que presenta mayor demanda de terreno de los que se presentan en esta ficha técnica es el de zanjas de oxidación, mientras que los RBS presentan la menor. Ambos son adecuados para comunidades medianas debido a su alta confiabilidad. Los filtros de goteo presentan un alto costo de capital, pero su costo de operación es bajo en comparación con una planta de fango activado pues no necesita aereación. CRITERIOS DE DISEÑO Fango activado La concentración de licor mezclado y sólidos suspendidos (LMSS) varía de 1.500 a 3.000 mg/L. Fichas técnicas D10 – TRATAMIENTO SECUNDARIO página 3 de 5 El tiempo de retención hidráulica va de 6 a 24 horas. El tiempo de residencia de los sólidos es de 3 a 20 días. Zanja de oxidación El tiempo de retención hidráulica es de 24 horas o más. El tiempo de residencia de los sólidos varía de 10 a 30 días. Los canales de flujo tienen una profundidad de 2 a 4 metros. La velocidad en los canales debe de ser de 24 a 36 cm/segundo. Filtros de goteo La velocidad de carga hidráulica presenta gran variación. Los filtros de goteo más utilizados tienen una velocidad de carga hidráulica por superficie del filtro de 1 a 9,2 m/día. La velocidad de carga orgánica es de 175 a 1.000 kg DBO/día/1.000 m3. A menos que el medio filtrante que se utilice sea plástico ligero, la profundidad del filtro es de 1 a 3 m. Para medios plásticos, la profundidad puede ser de hasta 12 metros. Reactor batch secuencial Para la mayoría de las aplicaciones, el tiempo de retención hidráulica varía de 24 a 40 horas. El tiempo de retención de sólidos varía de 5 a 40 días. RENDIMIENTO Los valores típicos de concentración de contaminantes en efluentes de tratamientos secundarios se resumen en el cuadro siguiente: CONCENTRACIONES TIPICAS DE EFLUENTES DE TRATAMIENTO SECUNDARIO (mg/L) DBO Fango activado Zanja de oxidación Filtro de goteo RBS Sólidos suspendidos 4-40 3-30 9-58 5-30 5-50 4-32 9-100 6-25 Nitrógeno amoniacal 5-15 1-5 5-15 1-10 DESVENTAJAS Los procesos secundarios por lo general necesitan para su operación y mantenimiento de operadores con un alto grado de preparación. Son mecánicamente intensivos y producen efluentes de mala calidad si el equipo clave no está funcionando adecuadamente. Estos procesos generan también un volumen mayor de fango que los procesos naturales que se utilizan para el tratamiento de aguas residuales. El tratamiento del fango y su eliminación añaden un costo significativo a los procesos de tratamiento secundarios. Con los Fichas técnicas D10 – TRATAMIENTO SECUNDARIO página 4 de 5 filtros de goteo se puede tener un serio problema de moscas, pues éstas viven y se reproducen en el medio de filtración. RESIDUOS GENERADOS El tratamiento secundario puede generar de 0,10 a 0,15 kg de fango por día por metro cúbico de agua residual. Los filtros de goteo producen una cantidad similar de fango. El fango que se genera tiene un alto contenido de sólidos volátiles y puede convertirse en séptico con rapidez, produciendo olores desagradables si no se trata o elimina inmediatamente. OPERACION Y MANTENIMIENTO Las necesidades de operación y mantenimiento para los procesos secundarios son muy altas. Con la excepción de los procesos de RBS, todos necesitan reciclar su flujo y su fango. Mientras que el costo capital o de energía puede no ser excesivo, el mantenimiento de las bombas es elemental para una operación adecuada. Con la excepción del filtro de goteo, todos los procesos requieren de aereación, que por lo común se obtiene por medio de un soplador. La energía necesaria para hacer funcionar a un soplador o un aereador lo hacen el elemento más caro operacionalmente de todo el proceso de tratamiento de aguas residuales. Debe existir un generador alternativo de energía para la operación de las bombas y del soplador en caso de que falle el suministro de electricidad. Si los apagones duran más de unas cuantas horas, se necesitará energía alternativa para el equipo de aereación. Otra consideración operacional consiste en la cantidad de fango que se generará. Cuando aumenta el volumen de fango, es más costeable tratar el fango antes de su eliminación final. Esto implica más equipo y mayores costos de operación y mantenimiento. INSTALACIONES EN LA RGC La planta de Dos Cerritos en Venezuela utiliza la aereación extendida y el fango activado. El reactor batch secuencial modificado se utiliza en Juangriego, Venezuela. Los filtros de goteo están en uso en Arrima y San Fernando, Trinidad. A lo largo de la RGC se utilizan plantas pequeñas de fango activado. REFERENCIAS Millette, E.M. 1992; Sweeney, V. 1996; U.S. Department of Commerce, 1991; U.S. EPA 1980; Water Environment Federation & American Society of civil Engineer 1992. Fichas técnicas D10 – TRATAMIENTO SECUNDARIO página 5 de 5 ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES DESCRIPCION Los procesos de tratamiento secundarios eliminan la DBO y otros sólidos suspendidos en la corriente de aguas residuales. La eliminación parcial de fósforo y nitrógeno ocurre durante el tratamiento secundario mediante su incorporación al fango residual. Para la eliminación de cantidades elevadas de nitrógeno y fósforo, se requiere de procesos especializados. Los procesos físicos utilizados para la eliminación de nitrógeno incluyen cloración hasta el punto de aumento rápido del cloro residencial y desmineralización mediante osmosis inversa u otros medios. La eliminación química del fósforo se obtiene por lo general mediante la precipitación con sales de metal. Para la eliminación de nitrógeno y fósforo se puede utilizar una amplia gama de procesos biológicos empleando zonas anóxicas y anaeróbicas. En este documento se discuten tres procesos típicos de eliminación de nutrientes: El proceso A2/O para la eliminación biológica de fósforo y nitrógeno. El proceso MLE para la eliminación biológica de nitrógeno. Precipitación química para la eliminación de fósforo. Proceso A2/O. Muchos sistemas de tratamiento eliminan la DBO, sólidos suspendidos y nutrientes por medio de la actividad microbiana. Un proceso típico de eliminación biológica de nutrientes (EBN) es el proceso A2/O (anaeróbico, anóxico y óxico). Una zona óxica o aereada tiene "oxígeno libre" (O2) disponible para la respiración microbiana; una zona anóxica contiene nitrato; y una zona anaeróbica no tiene ninguno de los dos. En un proceso A2/O generalmente se usa el mismo equipo mecánico que usa el proceso de fango activado convencional, pero en lugar de tener una sola zona de reacción antes del segundo tanque de sedimentación, tiene tres. Estas zonas se encuentran separadas mediante tanques o áreas separadas dentro de un mismo tanque. Las aguas residuales crudas o el flujo de efluentes procedentes de tratamientos primarios fluye primero a la zona anaeróbica, luego a la zona anóxica y finalmente a la zona óxica antes de ser descargada al segundo tanque de sedimentación, donde las células se estabilizan. El tiempo de residencia de los sólidos en la zona óxica debe ser lo suficientemente largo para que se lleve a cabo la nitrificación, que es la conversión biológica de amoníaco en nitratos. La corriente proveniente de la zona óxica se recicla a la zona anóxica, donde las bacterias facultativas desnitrifican la corriente reciclada (convierten los nitratos a gas nitrógeno, el cual se difunde a la atmósfera de manera inofensiva). El fango resultante del segundo tanque de sedimentación se recicla a la zona anaeróbica. Esta estimula a los microorganismos, ocasionando lo que se llama una elevación superflua de fósforo cuando las células llegan a la zona óxica. Si la eliminación de fósforo no es necesaria, no hace falta contar con una zona anaeróbica; la eliminación de nitrógeno puede llevarse a cabo mediante dos reactores utilizando el proceso Modificado de Ludzak Ettinger (MLE). Fichas técnicas D11 – ELIMINACION DE NUTRIENTES página 1 de 4 Proceso Modificado de Ludzak Ettinger Anóxico Aeróbica Aeróbica Aeróbica El proceso Modificado de Ludzak Ettinger (MLE) es un proceso de dos etapas para la eliminación biológica de nitrógeno. En el proceso MLE se hace recircular un líquido mixto nitrificado al tanque anóxico donde las aguas residuales o la corriente proveniente del tratamiento primario se mezclan con el fango retornante y el licor mixto de recirculación interna. Este sistema es la forma más sencilla de eliminar nitrógeno biológicamente. Los porcentajes de recirculación se encuentran típicamente en un rango de 200-400% del efluente clarificado. Precipitación Química. Las sales de los metales son utilizadas frecuentemente para precipitar el fósforo de aguas residuales. Se puede utilizar sulfato de aluminio, cloruro férrico y cal para causar la precipitación de fósforo soluble como fosfatos metálicos e hidróxidos. Estos químicos pueden ser adicionados a la corriente primaria, al licor mixto de aguas residuales activadas, o a la corriente secundaria para poder eliminar el fósforo soluble. La mayoría de los demás procesos biológicos para la eliminación de nutrientes son variaciones de estos procedimientos. Otros procesos biológicos que pueden eliminar nitrógeno incluyen filtros granulares de corriente ascendente y algunos filtros de arena. Muchos de los procesos biológicos de eliminación de nutrientes se encuentran patentados, lo que eleva el costo de construcción. Una parte de la eliminación de nutrientes se lleva a cabo en pantanos y estanques de oxidación. Para las discusiones sobre los detalles de estos procesos de baja tecnología ver las referencias citadas en las fichas técnicas de éstos. APLICACIONES La mayoría de las normas de aguas receptoras en la RGC no especifican las concentraciones permitidas de nitrógeno y fósforo. Por lo tanto, la eliminación de nutrientes se practica poco en la región. Sin embargo, la mayoría de las aguas de la zona costera en la RGC son pobres en nutrientes. Esto quiere decir que la cantidad de nutrientes que son descargados en cuerpos cercados de agua como los estuarios o bahías pueden causar problemas de eutrofización. Muchos de los procesos de eliminación de nutrientes son de costo elevado y complejos, solamente adecuados para centros con alta densidad de población. Sin embargo, deben tenerse en cuenta siempre que una corriente de aguas residuales se descargue en aguas receptoras, con excepción del mar abierto. Las concentraciones elevadas de nitrógeno amoniacal son Fichas técnicas D11 – ELIMINACION DE NUTRIENTES página 2 de 4 tóxicas para peces y animales, así como las concentraciones elevadas de nitratos en agua potable son tóxicas para los seres humanos y pueden ser rápidamente mortales para los niños. CRITERIOS DE DISEÑO Los criterios de diseño claves para los procesos de MLE y A2/O se resumen en el cuadro siguiente. Los criterios adicionales de diseño incluyen factores como concentración de oxígeno disuelto y temperatura. Las dosis de precipitación teóricas para la eliminación de fósforo se indican en el cuadro siguiente. En la práctica, las dosis requeridas para la eliminación completa del fósforo soluble son de 50-100% mayores que el requerimiento teórico. CRITERIOS DE DISEÑO PARA LOS PROCESOS BIOLOGICOS DE ELIMINACION DE NUTRIENTES Proceso MLE 6 a 10 Tiempo de retención de las células (días) Retención hidráulica (horas): anaeróbica anóxica óxica Fangos residuales activados (% de afluente) --3a5 3a8 20 a 100 200 a 400 Reciclaje Interno (% de afluente) REQUERIMIENTO FÓSFORO Precipitante Proceso A2/O 4 a 27 QUIMICO TEORICO PARA LA 0,5 a 1,5 0,5 a 1,0 3,5 a 6,0 20 a 50 100 a 300 PRECIPITACIÓN DE Proporción de precipitante a P Aluminio Cloruro Férrico Oxido de Calcio 9,6 : 1 5,2 : 1 2,71 : 1 RENDIMIENTO Las concentraciones típicas de la corriente del proceso A2/O varían de 0,2 a 5 mg/L para el fósforo total y de 5 a 10 mg/L para el nitrógeno total. Las concentraciones promedio son de cerca de 1 mg/L para el fósforo total y 8 mg/L para el nitrógeno total. Las variaciones en el proceso pueden lograr una mayor eliminación. Mediante el proceso MLE se pueden lograr concentraciones de nitrógeno comparables en el efluente. Los filtros de corriente ascendente y lecho fluidizado (también conocidos como filtros de desnitrificación) pueden eliminar de un 80-95% de los nutrientes afluentes. Los filtros de arena de recirculación pueden eliminar de un 40-75% del nitrógeno afluente. Los procesos convencionales de tratamiento de las aguas residuales activadas producen una corriente con 10-15 mg/L de nitrógeno total y 2-6 mg/L de fósforo total dependiendo de las concentraciones del afluente. La precipitación química puede eliminar fósforo soluble llevándolo a concentraciones bajas (menos de 0,1 mg/L). Para la Fichas técnicas D11 – ELIMINACION DE NUTRIENTES página 3 de 4 eliminación completa del fósforo, se debe de eliminar el fósforo inorgánico incluido en los sólidos suspendidos de la corriente, lo que se realiza comunmente a través de la filtración. DESVENTAJAS Los procesos de eliminación de nutrientes son más complejos y tienen un costo más elevado que el tratamiento secundario. Las líneas de reciclaje y los tanques adicionales añaden un costo elevado y aumentan el gasto operacional y de mantenimiento. También es indispensable que los sólidos producidos en el proceso sean tratados o desechados adecuadamente. A través de la solubilización, los procesos de digestión de sólidos aeróbicos y anaeróbicos pueden producir corrientes líquidas con concentraciones muy elevadas de nitrógeno y fósforo. Si estas corrientes regresan a la corriente principal de la planta, la calidad de la corriente tratada se verá disminuida. Otra desventaja es la variabilidad que tienen los sistemas biológicos de eliminación de fósforo. La eliminación química de fósforo requiere un costo continuo debido al precipitante químico y costos adicionales para la eliminaicónd del fango resultante. RESIDUOS GENERADOS El volumen de fango generado durante los procesos de eliminación biológica de nitrógeno y fósforo es el mismo o menor que el que generan plantas convencionales de fango activado. La precipitación química puede incrementar substancialmente la carga de fango. OPERACION Y MANTENIMIENTO Los costos de operación y mantenimiento aumentan cuando se incluye la eliminación de nutrientes en el tratamiento. Los costos incluyen la construcción de tanques adicionales, tuberías y bombas de recirculación. Los costos fijos incluyen el mantenimiento de los sistemas de aereación, tuberías y bombas. Los procesos son complejos y se necesita de mano de obra experimentada para lograr una operación eficiente. Los costos químicos para la precipitación química del fósforo pueden aumentar considerablemente los gastos de operación de la planta. INSTALACIONES EN LA RGC La planta de tratamiento Mariposa en Venezuela se diseñó parcialmente para lograr una eliminación biológica de nitrógeno. REFERENCIAS Boutin, C. et al 1993; Check, G.G. et al 1994; Rich, L.G. 1996; U.S. EPA February 1980; U.S. EPA October 1980; Water Environment Federation & American Society of Civil Engineers 1992. Fichas técnicas D11 – ELIMINACION DE NUTRIENTES página 4 de 4 DESINFECCIÓN DESCRIPCION La desinfección elimina organismos patógenos de la corriente de aguas residuales tratadas. Los organismos patógenos son bacterias y virus dañinos a la salud humana e inclusive mortales para muchos individuos cuando se encuentran presentes en aguas potables. Los procesos comunes de desinfección incluyen cloración, radiación ultravioleta, ozonización y desinfección de estanques. El cloro y el ozono son agentes de oxidación muy potentes. Oxidan materia orgánica e inorgánica y destruyen rápidamente a cualquier patógeno presente. El cloro se puede añadir a las aguas residuales en forma de gas, líquido o tableta. El ozono se añade solamente en forma de gas. Fichas técnicas D12 – DESINFECCION página 1 de 5 La radiación ultravioleta esteriliza los patógenos reestructurando su DNA o sus genes para prevenir su reproducción. La radiación UV se aplica en aguas residuales a través de lámparas de mercurio de baja presión que emiten un 85% de su energía en la longitud de onda más dañina a los patógenos. Por lo general, las aguas residuales fluyen a través de canales o tuberías que contienen lamparas UV sumergidas. Fichas técnicas D12 – DESINFECCION página 2 de 5 La desinfección de estanques es un proceso natural de eliminación de patógenos en estanques de estabilización sucesiva. Los mecanismos utilizados para la eliminación de patógenos en estanques son la luz visible y ultravioleta emitida por el sol, la sedimentación y la mortandad natural. APLICACIONES Las corrientes de aguas residuales descargadas subterráneamente por lo común experimentan una adecuada eliminación de patógenos y bacterias mientras viajan por la tierra. Las aguas residuales descargadas en aguas superficiales no son desinfectadas naturalmente tan rápido. Se debe considerar un sistema de desinfección para todas las descargas en aguas superficiales debido a que el contacto humano con aguas de alta concentración de patógenos aumenta el riesgo de infección. La cloración es apropiada para la mayoría de las aguas residuales y es el proceso de desinfección más popular en el mundo. La radiación ultravioleta tiene un buen desempeño, pero éste se ve disminuido cuando se trata de corrientes muy turbias o con sólidos suspendidos. Es común utilizar filtros de arena antes de aplicar radiación UV. La ozonización es un sistema de desinfección más poderoso que el cloro que no genera productos accesorios perjudiciales. Se utiliza generalmente para desinfectar corrientes secundarias altamente tratadas o filtradas. El ozono debe ser generado in situ, lo que puede ser muy costoso y requiere de una fuente de energía confiable. La desinfección de estanques se considera de tecnología simple, libre de mantenimiento y requiere de una extensa área de tierra. CRITERIOS DE DISEÑO La cloración, radiación UV y la ozonización requieren de un tiempo de contacto específico entre las aguas residuales y el desinfectante. Para asegurar un tiempo de contacto adecuado, las cámaras de desinfección deben ser diseñadas para minimizar cortos circuitos hidráulicos (una corriente rápida y directa entre las tomas de carga y descarga de la cámara). Cloración Para un tiempo de contacto de 1 hora, la dosis típica de cloro es de 10 a 25 mg/L para la corriente de una fosa séptica, de 2 a 5 mg/L para una corriente de tratamiento secundario y de 2 a 10 mg/L para una corriente de filtro de arena. La guía alternativa de dosis tiene el fin de producir un residuo de cloro de 0,5 mg/L en aguas residuales después de un tiempo de contacto de 15 minutos. Se debe de proveer un mezclado inicial violento. Radiación Ultravioleta La radiación UV genera una gran cantidad de energía, por lo que los tiempos de contacto son muy cortos. Es normal un tiempo de contacto de 1 minuto o menos. Este proceso de desinfección se prefiere al de cloración u ozonización cuando se requiere de una eliminación de cloro antes de la descarga. Ozonización Fichas técnicas D12 – DESINFECCION página 3 de 5 Los tiempos de retención hidráulicos en una cámara contactora de ozono van de 30 segundos a 15 minutos dependiendo del tipo de contactor utilizado. La EPA recomienda una dosis de ozono de 5 a 15 mg/L para la desinfección de una corriente de aguas residuales. Esta es la opción de desinfección más costosa. Desinfección de estanques La desinfección de estanques debe ser utilizada como un proceso de refinamiento, después de que la mayor parte de DBO ha sido eliminada. Los estanques de desinfección deben ser poco profundos ya que se requiere mantener condiciones aeróbicas. La mayoría de los estanques de desinfección tienen una profundidad de 300 a 1000 mm. Se logra una mayor eliminación de coliformes y patógenos en varios estanques pequeños en serie que en un estanque grande con la misma área total. Se puede observar desarrollo de algas cuando los tiempos de detención exceden los 3 días. La eficacia de este proceso depende en gran medida de la presencia de condiciones soleadas. RENDIMIENTO. El tiempo de contacto y las dosis recomendadas expuestas producen un efluente final con un máximo de 200 coliformes fecales/100 mL. DESVENTAJAS La cloración genera muchos compuestos orgánicos que son tóxicos para los humanos y la vida acuática. Hay veces en que se requiere de una eliminación de cloro para disminuir la concentración de cloro en la corriente. El cloro en gas es un elemento peligroso y se pueden emplear dispositivos de seguridad en el lugar donde será almacenado. La ozonización es un proceso muy costoso que no es muy utilizado actualmente para la desinfección de aguas residuales, por lo que la información existente acerca del diseño y la experiencia disponibles de este proceso son muy limitadas. La ozonización y en menor grado, la radiación UV, deben de utilizarse solamente para corrientes de alta calidad, de otra manera, se puede acumular fango e incrustaciones en las lámparas, disminuyendo mucho la transmisión de radiación y por consiguiente el poder de desinfección, o resultando en demandas excesivas de ozono. La acumulación de fango y las incrustaciones de minerales ocasionan que las lámparas UV requieran una limpieza frecuente. La desinfección de estanques necesita de una gran cantidad de espacio. RESIDUOS GENERADOS Fichas técnicas D12 – DESINFECCION página 4 de 5 La cloración es el único proceso de desinfección discutido en este documento que genera subproductos orgánicos peligrosos. Por esta razón, es deseable eliminar la mayor cantidad de material orgánico durante los tratamientos previos antes de añadir el cloro. OPERACION Y MANTENIMIENTO Los procesos de desinfección requieren un monitoreo del efluente para verificar la eliminación de patógenos. Los procesos de cloración requieren un mecanismo de alimentación para la introducción de cloro en forma líquida, gas o tabletas. El mantenimiento típico incluye el reemplazo de químicos, ajustes de las velocidades de alimentación y mantenimiento de los componentes mecánicos. La mayoría de los sistemas de cloración fue diseñada para requerir un mínimo de mantenimiento. La radiación UV requiere de poco mantenimiento además de la limpieza regular y reemplazo de las lámparas. Los equipos generadores y alimentadores de ozono utilizan una gran cantidad de electricidad y son complicados. La EPA estima que para cada libra de ozono que se genera se utilizan de 8 a 10 kW-horas. INSTALACIONES EN LA RGC La mayoría de las grandes instalaciones de tratamiento y algunas de las plantas más pequeñas de aereación en la RGC utilizan cloro para desinfectar la corriente. La radiación UV ha encontrado algunos usos, pero no se practica ampliamente. La desinfección de estanques ha sido utilizada exitosamente en Venezuela. REFERENCIAS Andrews, R.N. et al. 1993; Arthur, J.P. 1983; Curtis, T.P. et al. 1992; Ghrabi, A. et al. 1993; Giroult, E. 1995; Kalbermatten, J.M. 1982; Millette, E.M. 1992; Mills, S.W. et al. 1992; Oragui, J. et al. 1995; Ruiz, C.S. et al. 1995; Sweeney, V. 1996; U.S. EPA February 1980; U.S. EPA October 1980; U.S. EPA 1992; Water Environment Federation & American Society of Civil Engineers 1992. Fichas técnicas D12 – DESINFECCION página 5 de 5 ELIMINACION DE LOS EFLUENTES DESCRIPCION El efluente de aguas residuales puede ser evacuado en la superficie de la tierra, subterráneamente o dentro de las aguas superficiales, incluyendo agua dulce o marina. Existe una cierta superposición entre lo que se considera la evacuación en superficie de la tierra y la evacuación subterránea; en esta ficha la evacuación en la superficie de la tierra se refiere a un estanque de evaporación. El efluente fluye al estanque y la mayor parte de él se evapora. La evacuación subterránea se refiere a la aplicación de la corriente a la superficie de la tierra, a un lecho de absorción subterránea u otro mecanismo que eventualmente lleve a la corriente a las aguas subterráneas. La mayoría de los sistemas subterráneos son sistemas de absorción en tierra. La evacuación en aguas superficiales en la RGC generalmente se refiere a evacuaciones de corrientes en estuarios, bahías y en mar abierto a través de una tubería simple de descarga. Las tuberías de descarga pueden ser cortas (de varios metros) o largas (hasta varios kilómetros). APLICACIONES La evacuación en la superficie de la tierra es más apropiada en climas secos o áridos. Un estanque de evaporación puede funcionar en la mayoría de las partes secas de la RGC, pero la mayoría de las zonas de la región reciben demasiada lluvia como para que los estanques de evaporación sean eficaces. Los sistemas de evacuación subterránea son utilizados comúnmente en sistemas de tratamiento in situ, especialmente en fosas sépticas. También pueden ser utilizados con sistemas de tratamiento de alta densidad, si la tierra es lo suficientemente permeable y no existe un riesgo considerable de contaminación de aguas subterráneas. Como los sistemas de tratamiento de tierras son muy eficaces para eliminar la DBO, sólidos suspendidos y patógenos, el tratamiento primario es el único necesario antes de la evacuación subterránea. Una función secundaria de la evacuación subterránea (previendo que haya una distancia adecuada entre el punto de descarga y la capa freática) puede ser como recargador de agua subterránea. La evacuación de agua superficial es el método más común de evacuación de aguas residuales en zonas urbanas y con una alta densidad de población. Lo que es particularmente cierto para la mayor parte de los centros urbanos de la costa de la RGC. CRITERIOS DE DISEÑO Estanques de evaporación La evaporación más la infiltración debe ser mayor o igual al flujo afluente de aguas residuales más la precipitación. Evacuación Subterránea El volumen de la corriente de aguas residuales que puede ser descargada dentro de un área subterránea depende de la permeabilidad de la tierra y la profundidad de la capa freática. Algunos criterios de diseño se exponen en la ficha técnica #1. Evacuación Superficial (Descarga) Fichas técnicas D13- ELIMINACION DE LOS EFLUENTES página 1 de 3 Las descargas en agua marina favorecen la dilución de aguas residuales con aguas saladas a medida que salen de los difusores. El grado de dilución depende de varios factores como la velocidad de la corriente de aguas receptoras, la velocidad y el volumen de la descarga, la profundidad de las aguas receptoras, así como la diferencia en densidades entre la corriente y el agua receptora. La EPA de E.U. desarrolló un programa de computadora para calcular dicha dilución que se encuentra a disposición del público. El nivel de tratamiento necesario antes de llevar a cabo la evacuación superficial depende de los requerimientos de las aguas receptoras: En situaciones de mar abierto con una descarga diseñada adecuadamente, las aguas residuales pueden ser evacuadas sólo con tratamientos preliminares o primarios debido a que la dilución disminuirá la concentración de patógenos por debajo de las normas de la Organización Mundial de la Salud (OMS). En áreas sensibles como los estuarios o los arrecifes de coral, la capacidad de dilución del océano debe disminuir lo suficiente las concentraciones de contaminantes para prevenir cualquier tipo de peligro al área sensible; esto requiere algún tratamiento avanzado o eliminación de nutrientes. La descarga debe ser muy larga (1 a 5 km) y preferentemente en aguas profundas para que las corrientes fuertes diluyan y trasladen a los desechos lejos de la costa. Las corrientes marinas deben de ser analizadas con mucho detalle para asegurar que los desechos no sean arrastrados de nuevo a tierra o a otras áreas sensibles. Si se utiliza una descarga corta, es adecuado emplear un tratamiento de desinfección antes de la evacuación para mantener las concentraciones de patógenos debajo de las normas de la OMS. RENDIMIENTO DATOS NO SUMINISTRADOS DESVENTAJAS DATOS NO SUMINISTRADOS RESIDUOS GENERADOS DATOS NO SUMINISTRADOS OPERACION Y MANTENIMIENTO Los requisitos de operación y mantenimiento para los sistemas de evacuación de corrientes dependen de la calidad de la corriente y el tipo de descarga. El único mantenimiento requerido para todos los sistemas de evacuación de corrientes es asegurar que el orificio de descarga no se encuentre tapado con escombros y llevar a cabo el mantenimiento mecánico de las bombas. Mientras mejor sea la calidad de la corriente, será menor el número de problemas que se presentarán en cuanto a la obstrucción del sistema de distribución. Si la descarga se puede obtener a través de un flujo gravitacional, se requiere de muy poca operación y mantenimiento. Fichas técnicas D13- ELIMINACION DE LOS EFLUENTES página 2 de 3 INSTALACIONES EN LA RGC En el Caribe, la mayoría de las corrientes de aguas residuales se evacuan a través de ríos o por descargas al océano. Desafotunadamente, en la mayoría de los casos no existe un tratamiento previo a la evacuación. La evacuación subterránea se practica en toda la RGC donde quiera que se utilicen fosas sépticas. En Barbados, las corrientes provenientes de fosas sépticas se descargan en pozos de 6 metros de profundidad excavados dentro de formaciones gruesas de piedra caliza que se encuentran revistiendo los mantos acuíferos subterráneos. La capa de piedra caliza de coral tiene un grosor que varia de 200-300 pies y actúa como un filtro natural para la purificación de corrientes. Esto no es permitido en las áreas de la zona (l) de protección de agua, cuando se extrae agua potable del manto acuífero. Las áreas de la zona (l) se miden para permitir un tiempo promedio de traslado de 300 días a través de la roca hacia la fuente acuífera. Jamaica también practica la evacuación subterránea. En Venezuela, la mayoría de las corrientes de aguas residuales son desechadas en ríos que están a corta distancia del mar Caribe. REFERENCIAS Archer, A.B. 1990; Bartone, C.R. et al. 1984; Compton, A.W. 1973; Faruqui, N. 1993; Ruiz, C.S. et al. 1995; UNEP 1994; U.S. EPA February 1980; U.S. EPA October 1980; U.S. EPA 1992. Fichas técnicas D13- ELIMINACION DE LOS EFLUENTES página 3 de 3 SEPARACIÓN DE ACEITE-AGUA DESCRIPCION Los procesos de separación aceite-agua son procesos físicos que remueven aceites que flotan en las superficies, algunos aceites emulsificados y aceites adheridos a sólidos suspendidos. Los procesos de separación aceite-agua son generalmente el tratamiento inicial que se realizan sólo en aguas residuales aceitosas ya que el aceite puede inhibir la actividad biológica necesaria para el tratamiento secundario y puede cubrir filtros, tamices y bombas. Los dos procesos principales de separación aceite-agua son por flotación de aire disuelto (FAD) y mediante la separación gravitacional del aceite en agua. Este documento habla sobre la separación gravitacional del aceite y agua; la FAD se describe en la ficha técnica #10 - Tratamiento Primario. El proceso de separación gravitacional del aceite en agua hace uso de un tanque de separación que utiliza la gravedad, en este tanque el aceite flota a la superficie, debido a que es menos denso que las aguas residuales, siempre y cuando no interfieran otros objetos. En un proceso típico de separación, las aguas residuales aceitosas fluyen a un depósito y los aceites que se acumulan en la superficie del agua son separados mediante un mecanismo tipo cinturón o un tubo de succión. Algunas veces, el producto de la separación se coloca dentro de un receptáculo secundario, donde ocurre una separación posterior, pasando el aceite sobre un vertedero y el agua desespumada se recolecta por debajo del vertedero. Esto permite una separación casi completa. APLICACIONES Los separadores por gravedad con separadores de aceite y agua ofrecen una manera de separar estos elementos efectiva y de bajo costo para cualquier tipo de aguas residuales aceitosas, por ejemplo, las aguas residuales generadas por refinerías, plantas petroquímicas, plantas procesadoras de alimentos, mataderos y muchas otras industrias. CRITERIOS DE DISEÑO El tanque debe proveer suficiente tiempo de retención para permitir la separación aceite-agua. Se debe de mantener al mínimo la turbulencia ya que esta favorece que el aceite se emulsione (su ruptura en pequeñas gotas), lo que disminuye el efecto de la desespumación. RENDIMIENTO El parámetro clave en el diseño de separadores por gravedad es el tiempo de retención hidráulico, el cual se calcula dividiendo el volumen del tanque entre el flujo a través de él. El tiempo de retención apropiado para un rendimiento óptimo depende de la densidad del aceite en el flujo del proceso. En general, mientras mayor sea el tiempo de retención, mayor será el porcentaje de eliminación, como se muestra en el cuadro siguiente. Sin embargo, se debe evitar un tiempo de retención excesivo dentro de un separador aceite-agua, ya que puede ocasionar que algunas pequeñas gotas de aceite se hidraten o emulsionen, lo que hace que su eliminación sea muy difícil. Fichas técnicas I1- SEPARACION DE ACEITE Y AGUA página 1 de 2 EFECTOS DEL TIEMPO DE RETENCION EN LA ELIMINACIÓN DE ACEITE MEDIANTE SEPARACIÓN POR GRAVEDAD CON DESESPUMADO Tiempo de retención Eliminación de aceite (%) 10 20 40 80 160 30 50 65 70 75 DESVENTAJAS Las concentraciones muy bajas de aceite son difíciles de lograr si se utiliza solamente un separador por gravedad con desespumador. Se requiere de otros procesos tales como filtros de arena y membranas de osmosis inversa para lograr una elevada eliminación de aceite. Generalmente, un separador por gravedad con desespumador no producirá una corriente lo suficientemente limpia para poder ser reciclada como agua de enfriamiento. Sin embargo, en la mayoría de los casos, sí logrará concentraciones de aceite lo suficientemente bajas para poder descargar la corriente en el drenaje público. RESIDUOS GENERADOS El volumen de aceite recolectado dependerá del flujo del proceso y del porcentaje de aceite eliminado. Generalmente el aceite se puede reciclar. OPERACION Y MANTENIMIENTO No hay requerimientos de mantenimiento además de una lubricación regular y limpieza de los componentes mecánicos. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de instalaciones en la RGC. REFERENCIAS Benedek, A. 1992; Beychok, M.R. 1967; Borup, M.B. et al. 1987; Bryant, J.S. et al. 1991; Chigusa, K. et al. 1996; Copeland, E.C. et al. 1991; Engelder, C.L. et al. 1993; Galil, N. 1990; Hobson, T. 1996; Jones, H.R. 1973; Mitchell, D.B. et al. 1994; Park, T.J. et al. 1996; Rhee, C.H. 1988; Viraraghavan, T. et al. 1994; Wong, J.M. 1995. Fichas técnicas I1- SEPARACION DE ACEITE Y AGUA página 2 de 2 COAGULACION/PRECIPITACION DESCRIPCION La coagulación es un proceso físico/químico que elimina coloides (partículas con diámetros de 0.1 a 1.0 nanómetros) y otras materias suspendidas que no se sedimentan mediante un proceso físico convencional. Se añaden unos compuestos llamados coagulantes a las aguas residuales y se aplican fuerzas eléctricas que favorecen la floculación de los coagulantes y los coloides, lo que significa que se unen para formar un tipo de materia suspendida más grande y pesada. Las partículas floculadas se sedimentan o precipitan con rapidez, para ser eliminadas de las aguas residuales posteriormente. La precipitación consiste en agregar cal o cal cáustica a un arroyo de desecho para favorecer la eliminación de metales. La idea es añadir suficiente cal o cal cáustica para que el pH de la solución de aguas residuales se encuentre al mínimo de solubilidad de los metales, favoreciendo así que el metal se precipite como un hidróxido u otro compuesto. A medida que se precipitan, los metales son eliminados mediante sedimentación o filtración. APLICACIONES La coagulación tiene muchas aplicaciones en el tratamiento de aguas residuales, particularmente para aguas residuales industriales. La coagulación elimina a la materia suspendida muy fina, incluyendo coloides, iones metálicos, hierro, fosfatos, material orgánico suspendido y pequeñas gotas de aceite. También se utiliza como regulador del pH. Las industrias de cartón, refinerías e industrias de textiles, pintura y caucho, así como algunas plantas procesadoras de alimentos emplean la coagulación como un proceso de tratamiento de aguas residuales. La precipitación se utiliza para eliminar metales de corrientes de desecho. CRITERIOS DE DISEÑO Los criterios de diseño apropiados para un proceso de coagulación/precipitación se determinan dependiendo de qué es lo que se quiere eliminar. Se necesitan distintos tipos de coagulantes para distintos contaminantes. El siguiente cuadro provee las dosis típicas para coagulantes comunes. DOSIS DE COAGULANTES PARA CONTAMINANTES ESPECIFICOS Coagulante Dosis (mg/L) Contaminante eliminado Cal 150 a 500 Aluminio 75 a 250 Coloides, metales pesados y fósforo Coloides, fósforo y aceites emulsificados (con una mezcla de coagulantes) Sulfato ferroso Polímeros catiónicos 70 a 200 2a5 Metales, fósforo Mejora el desempeño de los coagulantes anteriores. Los siguientes procesos de precipitación son los más adecuados para eliminar metales asociados: Precipitación por sulfuro para eliminar arsénico Precipitación por sulfato para eliminar bario Precipitación por aluminio para eliminar mercurio. Fichas técnicas I2- COAGULACION/PRECIPITACION página 1 de 3 RENDIMIENTO El cuadro siguiente resume el rendimiento de coagulantes comunes y las fuentes de aguas residuales. RENDIMIENTO DEL COAGULANTE Fuente de agua residual Planta de hule sintético Planta procesadora de vegetales Lavandería Planta desengrasadora de lana Dosis y coagulante Sulfato de aluminio - 100 mg/L Rendimiento de eliminación 80% DQO; 80% DBO Cal—0,5 kg/kg DBO Fe2(SO4)2—0,25 kg/m3 CaCl2—1 a 3 kg/kg DBO 35% a 70% DBO 90% DBO 75% a 80% El cuadro siguiente resume la eficacia en el desempeño para algunos contaminantes metálicos: EFICACIA EN EL DESEMPEÑO DE PRECIPITACIÓN Metal Arsénico Bario Mercurio Plomo Cobre Zinc Concentración soluble esperada en el efluente después de la precipitación 0,005 a 0,05 mg/L 0,5 mg/L 0,0005 a 0,02 mg/L 0,05 a 0,10 mg/L 0,05 a 0,10 mg/L 0,05 a 1,0 mg/L DESVENTAJAS A pesar de que la mayoría de los coagulantes son baratos, el costo para mantener un abastecimiento continuo puede ser alto, en particular en ciertas regiones de la RGC. Otra desventaja es el volumen de fango que se genera, lo que incluye a sólidos eliminados de la corriente residual así como los coagulantes que se añaden. Si se coagulan o precipitan metales tóxicos, el fango se debe eliminar con cuidado y no se puede reutilizar. RESIDUOS GENERADOS Se genera un alto volumen de fango. La cantidad depende de la cuantía de coagulantes que se agregaron, la cantidad de precipitado que se formó y la proporción de sólidos eliminados. Fichas técnicas I2- COAGULACION/PRECIPITACION página 2 de 3 OPERACION Y MANTENIMIENTO Las necesidades de operación y mantenimiento de los procesos de coagulación y precipitación son mayores que las de los tanques de sedimentación, además del costo añadido de los aditivos. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de este tipo de instalaciones en la RGC. REFERENCIAS Eckenfelder, W.W. 1989; Water Environment Federation & American Society of Civil Engineers 1992. Fichas técnicas I2- COAGULACION/PRECIPITACION página 3 de 3 REMOCION POR AIRE DESCRIPCION Los procesos de remoción por aire eliminan las materias orgánicas y químicas volátiles. Los elementos volátiles entran en contacto con aire que se sopla a través del flujo de las aguas residuales. Después se esparcen en un estado gaseoso y se eliminan de las aguas residuales cuando salen las burbujas de aire. Esto sucede de forma natural en los procesos biológicos aereados y se diseña para que ocurra con mayor velocidad en las torres empaquetadoras de remoción por aire. Cuando la concentración de elementos es demasiado alta para permitir su descarga directa en la atmósfera, el aire que ha pasado a través del flujo en proceso (o aire de escape) se pasa a través de un depurador de gas. De otra manera, se ventila en la atmósfera. APLICACIONES El uso primario de la remoción por aire es la eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COV) tales como los que se generan en las industrias petroquímicas. También se puede utilizar para suprimir el amoníaco. CRITERIOS DE DISEÑO Se pueden encontrar criterios de diseño detallados en libros de texto acerca del tratamiento de aguas residuales petroquímicas. Los siguientes son criterios de diseño generales que mejoran la eliminación de COV por medio de la remoción por aire: La velocidad de eliminación aumenta cuando aumenta el flujo de aire. La velocidad de eliminación aumenta cuando sube la temperatura del agua y del aire. La velocidad de eliminación aumenta cuando crece la zona de interfase entre el agua y el aire. Los compuestos con una “constante de Henry” mayor (una constante que describe la solubilidad de un gas en el agua) se eliminan con mayor velocidad que los que tienen una constante de Henry baja. RENDIMIENTO La eficacia del rendimiento depende de lo soluble que sean los elementos, las dimensiones de la torre empaquetadora y la temperatura. DESVENTAJAS Si se encuentran concentraciones altas de elementos en el gas de escape, o si es oloroso o peligroso, debe enviarse a un depurador de gas. Esto aumenta considerablemente el costo de la operación. Otra desventaja consiste en la posible necesidad de bombas adicionales o sopladores para operar un removedor por aire. RESIDUOS GENERADOS La remoción por aire genera un gas que contiene COV. El volumen del gas de escape es el mismo del gas que viaja por las columnas empaquetadoras. La concentración dependerá de las condiciones de operación. Fichas técnicas I3- REMOCION POR AIRE página 1 de 2 OPERACION Y MANTENIMIENTO Los requerimientos de operación y mantenimiento para los procesos de remoción por aire son el mantenimiento estándar de las bombas que impulsan el agua y el aire a través de las columnas empaquetadoras, así como cualquier mantenimiento adicional relacionado con el depurador de gas, en el caso de que éste se utilice . En cuanto a la columna, sólo necesita la limpieza ocasional del medio filtrante como mantenimiento. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de este tipo de instalaciones en la RGC. REFERENCIAS Eckenfelder, W.W. 1989; U.S. EPA 1980; Water Environment Federation & American Society of Civil Engineers 1992. Fichas técnicas I3- REMOCION POR AIRE página 2 de 2 TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE LOS DESECHOS INDUSTRIALES DESCRIPCION Los procesos de tratamiento biológico utilizan microorganismos para eliminar la DBO y DQO (Demanda química de oxígeno) solubles y suspendidas de las aguas residuales. Algunos de los microorganismos funcionan en condiciones aeróbicas (donde se encuentra presente oxígeno libre) y otras en condiciones anaeróbicas (donde no se encuentra presente oxígeno libre). Los procesos de tratamiento aeróbicos se describieron en la Ficha Técnica #5: Lagunas y estanques de estabilización y en la Ficha Técnica #11, Tratamientos secundarios. Las lagunas, el fango activado, los contactores biológicos rodantes y los filtros de goteo son procesos capaces de tratar aguas residuales industriales de forma aeróbica. Esta ficha técnica hace referencia a cierta información contenida en las fichas número 5 y 11. Los siguientes procesos de tratamiento anaeróbicos se utilizan ampliamente para tratar aguas residuales: El filtro anaeróbico puede funcionar con flujo ascendente o descendente, donde el flujo ascendente o descendente describe la dirección que toma el proceso a través del filtro. Los organismos aneróbicos crecen en el medio de filtración y degradan a las materias orgánicas en las aguas residuales cuando ésta fluye. La filtración física ayuda a minimizar o eliminar la necesidad de eliminar sólidos corriente abajo. El reactor de lecho fluidisado es un filtro que funciona en modalidad corriente arriba. El medio filtrante es arena y la velocidad del flujo en el filtro debe ser lo suficientemente alta para aumentar el espacio entre las partículas de arena y llenar todo el reactor. Los reactores de capa de fango anaeróbico de flujo ascendente (CLAFA) alcanzaron cierta popularidad durante la década pasada, en especial en América Latina. Las aguas residuales fluyen hacia el fondo del reactor y luego hacia arriba a través de una capa de gránulos formados biológicamente que proporcionan el tratamiento mientras el agua pasa a través de ellos. El proceso de CLAFA necesita un tiempo de retención hidráulico relativamente pequeño en comparación con los procesos anaeróbicos. APLICACIONES Los procesos de tratamiento aeróbicos se utilizan como tratamiento secundario de aguas residuales domésticas. También se aplican para la eliminación de la DBO y DQO de las aguas residuales industriales. Sin embargo, en las aplicaciones industriales, los procesos aeróbicos pueden seguir a los procesos anaeróbicos y ser útiles como procesos de refinamiento, debido a que las aguas residuales industriales pueden tener concentraciones muy elevadas de DBO, lo que sería muy oneroso tratar aeróbicamente. Los procesos de tratamiento anaeróbicos son muy adecuados para el tratamiento de aguas residuales industriales con cargas altas de DQO y DBO. Por lo general, los procesos anaeróbicos necesitan mayores tiempos de retención, pero tienen muchas ventajas sobre las aplicaciones industriales de procesos de tratamiento aeróbicos: Las aguas residuales industriales pueden tener valores de DQO de hasta 100.000 mg/L. Los procesos de tratamiento aeróbicos necesitarían una capacidad de aereación muy grande para tratar este nivel. (Los procesos anaeróbicos no se aerean) Los procesos anaeróbicos generan de una cuarta a una tercera parte del fango que producen los procesos aeróbicos. Fichas técnicas I4- TRATAMIENTO BIOLOGICO página 1 de 3 Los procesos anaeróbicos producen una cantidad significativa de gas metano. En reactores medianos o grandes, es económicamente factible capturar y reutilizar el metano para generar energía. CRITERIOS DE DISEÑO Procesos aeróbicos Los criterios de diseño para los procesos aeróbicos se pueden encontrar en las fichas técnicas #5, Lagunas y estanques de estabilización y #11 Tratamiento secundario. Procesos anaeróbicos Los criterios de diseño para los procesos anaeróbicos se resumen en el siguiente cuadro. CRITERIOS DE DISEÑO PARA LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO BIOLOGICOS ANAEROBICOS Filtro anaeróbico Reactor fluidisado CLAFA Carga (kg/m3/día) 0,5-3,5 3-5 10-90 Tiempo de retención hidráulica (días) 1-2 0,2-1 RENDIMIENTO Se puede encontrar la eficacia del rendimiento de los procesos aeróbicos en las fichas técnicas # 5, Lagunas y estanques de estabilización y #11, Tratamiento secundario. La eficacia de los procesos anaeróbicos varía de 40 a 90%. Las eficacias típicas están varían de 60 a 80%. DESVENTAJAS Se pueden encontrar las desventajas de los procesos aeróbicos en las fichas técnicas #5, Lagunas y estanques de estabilización y #11, Tratamiento secundario. Los procesos anaeróbicos no alcanzan una alta calidad de efluentes a menos que les siga un proceso aeróbico como paso de refinamiento. Los sistemas anaeróbicos necesitan también de grandes extensiones de tierra y tienen tiempos de arranque largos; un proceso anaeróbico necesita de dos a tres meses para Fichas técnicas I4- TRATAMIENTO BIOLOGICO página 2 de 3 funcionar eficazmente. Esto es un problema para las industrias de temporada como algunas plantas procesadoras de alimentos y granjas de lácteos. RESIDUOS GENERADOS Tanto los sistemas anaeróbicos como los aeróbicos producen fango. El volumen generado depende de la composición del agua residual y del grado de tratamiento. Una buena guía para calcular la producción de fango es que los procesos aeróbicos producen alrededor de 0.6 a 1.2 kg de fango por kg de DBO eliminada; los procesos anaeróbicos producen de una cuarta a una tercera parte de esta cantidad. Los procesos anaeróbicos también generan cerca de 5.6 metros cúbicos de metano por libra de DQO eliminada. OPERACION Y MANTENIMIENTO Las necesidades de operación y mantenimiento para los procesos anaeróbicos son muy similares a las de los procesos de tratamiento secundarios. Se necesita el mantenimiento rutinario de las tuberías y las bombas. Una diferencia clave consiste en que los procesos anaeróbicos no son aereados, lo que constituye el gasto primario para los procesos de tratamiento aereados. Aunque el nivel de preparación para operar la mayoría de los procesos anaeróbicos no es tan elevado como lo es el de una planta típica de fango activado, se considera aún un puesto para personal capacitado. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de este tipo de instalaciones en la RGC. REFERENCIAS Alaerts, S. et al. 1993; Boopathy, R. et al. 1991; Borzacconi, L. et al. 1995; Capobianco, D.J. et al. 1990; Carter, J.L. et al. 1992; Chigusa, K. et al. 1996; Copeland, E.C. et al. 1991; Eckenfelder, W.W. 1989; Filho, B.C. et al. 1996; Galil, N. et al. 1990; Gavala, H.N. et al. 1996; Martinez, J. et al. 1995; Park, T.J. et al. 1996; Polprasert, C. et al. 1996; Sendic, M. 1995; Tyagi, R.D. et al. 1993; Viraraghavan, T. et al. 1994; Yue-Gen Y. et al. 1996; Zhang, R. et al. 1996. Fichas técnicas I4- DE DESECHOS INDUSTRIALES página 3 de 3 ELIMINACION DE SOLIDOS SUSPENDIDOS DESCRIPCION Los procesos primarios de eliminación de sólidos suspendidos son la coagulación y el filtrado físico. Estos procesos se pueden emplear para la eliminación de sólidos suspendidos en cualquier tipo de agua residual. La información acerca de los procesos de eliminación de sólidos suspendidos se encuentra en las fichas técnicas # 8 Filtración por arena, #10, Tratamiento primario y #20, Coagulación/Precipitación. Fichas técnicas I5- ELIMINACION DE SOLIDOS SUSPENDIDOS página 1 de 1 ADSORCION POR CARBONO ACTIVADO DESCRIPCION La adsorción es un proceso químico y físico en el que moléculas disueltas (las moléculas o los compuestos presentes en una solución) se recogen en una superficie sólida, que también se conoce como el adsorbente. El precipitado que se forma a partir de ciertos coagulantes, como el hidróxido de aluminio y el hidróxido férrico adsorbe algunas moléculas que causan color y a los precursores del trialometano. Sin embargo, el adsorbente más común es el carbono activado. Los carbonos activados se elaboran a partir de una combinación de madera, carbón, lignina, lignia y residuos de petróleo. El carbono activado se utiliza de dos formas. La primera consiste en pasar el vapor residual a través de una columna llena con un medio de carbono activado conocido como carbono activado granulado (CAG). Cuando el vapor residual pasa a través de la columna, los contaminantes se adsorben en la superficie de carbono. Cuando el carbono activado satura su capacidad de adsorción no aparece un cambio neto en la concentración de contaminantes de las aguas residuales mientras fluyen por el medio de carbono activado. Esto se conoce como infiltración. El otro método consiste en añadir carbono activado en polvo (CAP) a un proceso de tratamiento por fango activado. El CAP adsorbe los contaminantes para luego asentarse y separarse del flujo en un calificador secundario. APLICACIONES Los procesos de carbono activado son un método excelente para eliminar materiales orgánicos no degradables, color, sabor, olor y material orgánico refractario de las corrientes de aguas residuales. Los procesos de carbono activado se utilizan esporádicamente en el tratamiento de aguas residuales domésticas ya que se aplican generalmente para el tratamiento de aguas procedentes de industrias procesadoras de alimentos, fábricas textiles, industrias petroquímicas, refinerías de petróleo e industrias de procesamiento de metales o de plateado. Para los procesos de CAG, debe de haberse eliminado previamente la mayor parte de los sólidos suspendidos y material orgánico biodegradable para que la capacidad de adsorción del carbono no se desperdicie en elementos que se pueden eliminar por medio de otros procesos. CRITERIOS DE DISEÑO Existen dos factores que dificultan la aportación de criterios de diseño para los procesos de carbono activado: La calidad de carbono activado varía mucho. Cada tipo de carbono activado tiene una capacidad de adsorción diferente. Cada uno de los químicos que se van a adsorber, o el adsorbante, tiene afinidades diferentes para el carbono activado. Esto se necesita determinar por medio de pruebas piloto. La dosis de CAP que se necesita para alcanzar una eliminación de carbono orgánico total (COT) de 90% en los tanques de fango activado varía de 20 a 1.000 mg/L. El cuadro siguiente resume los criterios de diseño típicos para los sistemas de adsorción de columna de CAG. CRITERIOS DE DISEÑO TIPICOS PARA LOS SISTEMAS DE ADSORCION DE CAG Medial Fichas técnicas I6 – ADSORCION POR CARBODO ACTIVADO Variación página 1 de 3 Tiempo de contacto con el lecho vacío (minutos)a Profundidad del filtro (metros) Carga hidráulica (metros/hora) a. 10 1,0 6 3 a 34 0,2 a 8 1,9 a 20 El tiempo de contacto con el lecho vacío es el tiempo de retención hidráulico en el filtro vacío. RENDIMIENTO Los procesos de adsorción por carbono pueden lograr eliminaciones de hasta 99%. Los rendimientos típicos de eliminación son de 90 al 95%. DESVENTAJAS Cuando el carbono activado satura su capacidad de adsorción, debe regenerarse o reemplazarse. Este es el aspecto más caro de los procesos de adsorción por carbono activado. Las columnas de CAG son económicas si se utilizan continuamente. Sin embargo, si sólo se usan durante unos meses cada año, es más lógico aplicar los procesos de CAP pues cuando ya existe un proceso de fango activado, no se requiere de otra inversión para instalar el proceso CAP. Debido a la generación de fango excedente, este tipo de procesos no son baratos si no se utilizan continuamente. De igual manera, debido a que el carbono utilizado se mezcla con el fango, la regeneración del carbono es más difícil. RESIDUOS GENERADOS Las columnas de CAG generan carbono activado con una capacidad de adsorción agotada. Los procesos CAP también generan carbono agotado, pero en estos procesos el carbono agotado se mezcla con los sólidos biológicos del proceso de fango activado. OPERACION Y MANTENIMIENTO Además del mantenimiento mecánico de rutina de las tuberías, bombas y procesos de fango activado, (para los CAP), los sistemas de adsorción necesitan con regularidad carbono fresco. Cuando se agota poco carbono, puede ser más barato reemplazarlo con carbono fresco; si se agotó una cantidad considerable, es más económico regenerarlo in situ. La regeneración de carbono activado agotado de las columnas por lo general se acompaña de hornos a temperaturas de 650 a 1.000ºC. Para regenerar carbono agotado de procesos CAP se requiere de un proceso con mayor involucramiento que se conoce como oxidación de aire húmedo. Necesita de una temperatura de 450ºC y una presión de 40 atmósferas. Fichas técnicas I6 – ADSORCION POR CARBODO ACTIVADO página 2 de 3 INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de este tipo de instalaciones en la RGC. REFERENCIAS American Water Works Association 1990; Eckenfelder, W.W. 1989; Weber, W.J. Jr., 1972. Fichas técnicas I6 – ADSORCION POR CARBODO ACTIVADO página 3 de 3 DESMINERALIZACION DESCRIPCION Los procesos de desmineralización eliminan elementos disueltos o iónicos de las corrientes residuales. Dos procesos de desmineralización importantes son el intercambio de iones y la separación de membranas. Los procesos de intercambio de ionrd eliminan los iones de las corrientes residuales cuando pasan a través de una resina sintética porosa. Una resina catiónica intercambia un ion positivo como un ion de sodio o de hidrógeno por un ion positivo en la corriente residual. Las resinas aniónicas intercambian iones negativos en la corriente residual con iones de hidróxido. La corriente residual se pasa a través de resina hasta que se agotan todos los sitios de intercambio disponibles (un punto conocido como infiltración). Cuando las resinas se agotan, las catiónicas se regeneran al sumergirlas en una solución ácida, y las aniónicas al sumergirlas en una solución cáustica. Después de su regeneración, la resina se enjuaga con agua y está lista para utilizarse. Los procesos de separación de membranas funcionan como filtros. Las membranas semi permeables permiten el paso del agua o solventes, mientras que impiden el paso corriente arriba de los iones, metales y otras moléculas de mayor tamaño a través de los poros más pequeños de la membrana. Se genera una diferencia de presión entre los extremos corriente arriba y abajo de la membrana, lo que obliga a la corriente de desechos a pasar a través de la misma. La solución concentrada que se recolecta en el lado corriente arriba de la membrana se elimina y puede ser de hasta 100.000 mg/L. El material de membrana más común es acetato de celulosa. Un proceso de membrana popular se conoce como osmosis inversa (OI). APLICACIONES Los procesos de intercambio de iones pueden utilizarse para eliminar cualquier elemento irónico de las corrientes de desecho. Su aplicación más común en el tratamiento de aguas residuales es para el tratamiento de aguas residuales de las industrias procesadoras de metal y plateado. En la industria del plateado, una ventaja del proceso de intercambio de iones es la recuperación del cromo de la corriente de desecho. Los procesos de separación de membranas se pueden utilizar como un paso final en el tratamiento de corrientes residuales con iones indeseables, coloides y emulsiones aceitosas. Para minimizar la saturación de la membrana, o ensuciamiento, los procesos de pre tratamiento deben eliminar las materias suspendidas, bacterias y cualquier ion precipitable. Esto también alargará la vida de la membrana. CRITERIOS DE DISEÑO Intercambio de iones La profundidad mínima del lecho debe de ser de 600 a 750 mm. La velocidad de flujo de tratamiento puede ser de 16 a 40 m3/hora por metro cúbico de resina. La velocidad de flujo regenerante es típicamente de 8 a 16 m3/ hora por metro cúbico de resina. Los volúmenes de agua de enjuague son de 4 a 14 m3 por metro cúbico de resina. Separación de membranas Los criterios de diseño típicos para la separación de membranas se resumen en el cuadro siguiente. Fichas técnicas I7 – DESMINERALIZACION página 1 de 3 CRITERIOS DE DISEÑO TIPICOS PARA LOS PROCESOS DE SEPARACIÓN DE MEMBRANAS Rango Presión en la llave de nivel en la punta corriente arriba (atmósferas) Densidad de empaque (metro cuadrado de membrana por metro cúbico) Flujo (m3/m2/día) Velocidad de alimentación de agua (cm/segundo) Típico 20 a 70 40 150 a 1.500 0,4 a 3.2 1,2 a 75 0,5 a 1.4 RENDIMIENTO La eficacia de eliminación del intercambio de ion varía de 85 a 99.99%. Los rendimientos de eliminación típicos van de 95 a 99,99%. La eficacia de desempeño típica para la separación de membrana se resume en el cuadro siguiente: EFICACIAS DE DESEMPEÑO TIPICAS PARA LOS PROCESOS DE SEPARACIÓN DE MEMBRANA Rango Típico Recuperación del flujo de alimentación (%) 75-95 80 Rechazo de soluto (%) 85-99.5 95 Vida de la membrana (años) 2 DESVENTAJAS Se debe eliminar con seguridad al regenerante gastado de los procesos de intercambio de ion. Esto puede ser un gasto grande si se trata de un flujo de gran tamaño. Otra desventaja consiste en que la calidad del efluente varía mucho, este proceso no es factible para el tratamiento de aguas residuales con una concentración alta de sólidos disueltos, cuando la resina se agota la infiltración ocurre con rapidez. Los procesos de separación de membranas ofrecen una eliminación buena, pero los costos de operación son altos. Las diferencias de presión a lo largo de la membrana son de cerca de 40 atmósferas. Asimismo, las membranas tienen antecedentes de problemas por ensuciamiento, por lo que sólo se deben utilizar para corrientes residuales que ya tengan una alta calidad. Fichas técnicas I7 – DESMINERALIZACION página 2 de 3 RESIDUOS GENERADOS Los procesos de intercambio de iones producen soluciones regenerativas agotadas, que contienen los iones que se eliminaron de la corriente de desecho. Los procesos de separación de membrana generan corrientes de salmuera muy concentradas, con concentraciones de sólidos disueltos de hasta 100.000 mg/l. OPERACION Y MANTENIMIENTO Es necesario que los operadores de los procesos de intercambio de iones comprendan bien el proceso. Los procesos de separación de membrana necesitan limpiezas frecuentes, así como del lavado por corriente de agua limpia. Los costos de operación de los procesos de membrana son muy altos, pues resulta caro mantener una diferencia de presión a lo largo de la membrana de 40 atmósferas. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de instalaciones específicas en la RGC. REFERENCIAS American Water Works Association 1990; Eckenfelder, W.W. 1989; Weber, W.J. Jr., 1972. Fichas técnicas I7 – DESMINERALIZACION página 3 de 3 OXIDACION QUIMICA DESCRIPCION La oxidación química es un proceso que transforma a los contaminantes orgánicos e inorgánicos reducidos que son resistentes a un tratamiento biológico convencional en sustancias no dañinas o menos tóxicas que son más estables, menos móviles o inertes. La oxidación química puede convertir a los compuestos inorgánicos en un estado de oxidación estable que permite la precipitación o descarga a un sistema de alcantarillas municipal o a aguas receptoras con un impacto considerablemente menor. La oxidación química de compuestos orgánicos convierte a éstos en dióxido de carbono, agua y óxidos de nitrógeno, o en productos orgánicos más simples que se pueden tratar con procesos biológicos convencionales. APLICACIONES La oxidación química se ha utilizado para oxidizar elementos orgánicos incluyendo: volátiles halogenados (TCE, DCE, PCE, TCA, MeCL), semi volátiles halogenados, volátiles no halogenados (alcoholes, acetonas, aldehídos, acetatos, hidracina, esteres nitrados), semi volátiles no halogenados (fenol, aminas cuaternarias), PCBs, pesticidas, dioxinas/furano y cianuros orgánicos. La oxidación química también es eficaz para inorgánicos (metales volátiles, metales no volátiles, cianuros inorgánicos y sulfuros). Se ha utilizado la oxidación química para destruir complejos de metal y permitir la precipitación química de metales tóxicos. Con frecuencia, la tecnología más adecuada para la destrucción del cianuro es la clorinación alcalina. La tecnología de oxidación química se ha utilizado para tratar aguas residuales industriales generadas por la industria petroquímica, elaboradores químicos, industrias de elaboración de pintura y tinta, de teñido y acabados textiles, plateado y acabado de metales, así como la industria de químicos agriculturales. CRITERIOS DEL DISEÑO Los agentes oxidantes que se usan con más frecuencia para la oxidación química son: peróxido de hidrógeno, hipoclorito de sodio, cloro y dióxido de cloro. La luz ultravioleta (UV) y los sulfatos ferrosos y férricos se han utilizado como catalizadores para mejorar la tasa y eficacia de los procesos de oxidación química. Las reacciones de oxidación catalizada por lo general son de 10 a 1.000 veces más rápidas y más eficaces. La elección del oxidante, su dosis y pH, así como la necesidad de un catalizador de reacción y el tiempo de reacción dependen de la matriz, la concentración, el contaminante específico y la concentración y tipo de contaminantes que interfieren. Los criterios de diseño específicos se desarrollan por lo general a partir de pruebas piloto y de banco. Las tasas de dosificación del oxidante por lo general están en el rango de 1 a 3 veces los requerimientos de estequiometría. Los tiempos de reacción comúnmente se encuentran en el rango de 30 a 120 minutos. La vida media del ozono es de 20-30 minutos a 20ºC, por lo que debe ser producido in situ. RENDIMIENTO El desempeño y la eficacia dependen del contaminante involucrado, el sistema de oxidación específico que se utilice y la presencia de substancias que interfieran o compitan. DESVENTAJAS La principal desventaja de esta tecnología es el costo de los químicos oxidantes. La formación de compuestos intermedios tóxicos o potencialmente dañinos debida a la oxidación incompleta también es una consideración ocasional (por ejemplo, trihalometanos, epóxidos y nitrosoaminas). La formación de productos accesorios tóxicos o dañinos con frecuencia se relaciona con oxidantes basados en halógeno. El proceso de oxidación es relativamente no selectivo; en consecuencia todas las substancias orgánicas e inorgánicas reducidas en el agua pueden interferir con la oxidación del (los) contaminante(s) elegidos. Esta interferencia se puede superar normalmente al aumentar la dosis de químicos oxidantes, lo que incrementa los costos de operación. Fichas técnicas I8 – OXIDACION QUIMICA página 1 de 2 La vida media del ozono es de 20 a 30 minutos a 20ºC, por lo que debe ser producido in situ. A pesar de que esto elimina los problemas de almacenamiento y manejo relacionados con otros oxidantes, los sistemas basados en ozono por lo general tienen un costo capital mayor en comparación con los que usan peróxido o cloro, debido al costo del generador de ozono y del sistema de recuperación y tratamiento de gases (desgasado). Los procesos de oxidación catalizada de Fenton (ozono o peróxido de hidrógeno catalizado por un ion ferroso o férrico) producen fango de óxido férrico que por lo general debe eliminarse de las aguas residuales después de la reacción de oxidación. Los sistemas de oxidación que utilizan luz UV para catalizar la reacción de oxidación tienen altos costos eléctricos y las lámparas UV se pueden desescamar o revestir, lo que disminuye la eficacia del catalizador. Las reacciones catalizadas por UV no tienen un buen desempeño en aguas residuales turbias. Con frecuencia se necesitan sistemas de monitoreo en línea para monitorear el pH, la velocidad de flujo, temperatura, contaminante de interés y la concentración de oxidante residual. RESIDUOS GENERADOS Pueden formarse óxidos de metal como un producto accesorio de la reacción de oxidación. El agua puede necesitar sedimentación o filtración antes de reutilizarse o eliminarse. La oxidación química que utiliza catalizadores férricos o ferrosos puede generar cantidades importantes de fango dependiendo de la cantidad de catalizador que se utilizó. Otros residuos pueden ser productos parcialmente oxidados si la oxidación es incompleta, lo que puede requerir tratamiento suplementario (biológico, adsorción de carbono activado, etc). OPERACION Y MANTENIMIENTO La oxidación incompleta puede deberse a una cantidad insuficiente de químicos oxidantes, a la inhibición de la reacción de oxidación debida a un pH muy bajo o muy alto, a la fuerza de los químicos oxidantes, la presencia de compuestos que interfieran y que consuman químicos o a la mezcla inadecuada o al tiempo de contacto entre el oxidante y el contaminante meta. INSTALACIONES EN LA RGC KCM no tiene conocimiento de instalaciones específicas en la RGC. REFERENCIAS Patterson 1985; EPA 1991b. Fichas técnicas I8 – OXIDACION QUIMICA página 2 de 2 ESPESAMIENTO DE FANGO DESCRIPCION El espesamiento de fango incluye procesos para eliminar agua del fango que se produce en las plantas de tratamiento de aguas de alcantarillado con el fin de reducir los costos de los procesos de tratamiento subsecuentes o de eliminación del fango como un líquido concentrado. Los procesos típicos para espesar el fango son: Espesamiento por gravedad Espesamiento en laguna Espesamiento en un cinturón de gravedad Espesamiento por fuerza centrífuga. En el espesamiento por gravedad se alimenta el fango líquido a un tanque de concreto o de acero. Estos son por lo general de forma cilíndrica y se alimentan radialmente. El efluente del tanque se descarga sobre una esclusa fija que lo regresa al inicio del proceso de tratamiento del líquido. El fango espeso se bombea desde el fondo del tanque para transferirse a un proceso subsecuente como la digestión o a un vehículo para su desecho como fango líquido. El espesamiento por gravedad generalmente tiene mejores resultados en el fango de sedimentación primaria o fango combinado de sedimentación primaria y secundaria que con fango de sedimentación secundaria solo. El espesamiento en laguna es un espesamiento por gravedad en una cuenca de tierra. El fango se desecha de la corriente líquida y se bombea o cuela por gravedad hacia una cuenca de tierra. El agua que sobrenada (en la superficie) se retira por medio de esclusas o puertas y se regresa al proceso de líquido. El fango espeso se retira del fondo de las lagunas por medio de bombas de dragado o por gravedad. El espesamiento en un cinturón de gravedad (ECG) es una tecnología relativamente nueva que utiliza la zona de gravedad de un filtro de presión de cinturón para espesar el fango. Se pueden aplicar tasas altas de carga al proceso, con la adaptación de polímeros para acondicionar al fango. Las concentraciones de fango son por lo general mayores que las que se consiguen por medio del espesamiento por gravedad. Los ECG son máquinas cuyo consumo de energía es relativamente bajo. El espesamiento por medio de la fuerza centrífuga es el proceso de espesamiento de fango con la más alta capacidad de espesar en cualquier huella de proceso. En este, el fango se bombea a un tazón sólido rotando en forma centrífuga a 3.000 revoluciones por minuto para producir una aceleración de hasta 2.000 veces la aceleración gravitacional normal. El proceso de flotación de aire disuelto (FAD) se ha utilizado en el pasado para espesar el fango, pero actualmente se ha reemplazado casi en su totalidad por el ECG y el espesamiento por fuerza centrífuga en las aplicaciones donde se requiere de un proceso compacto de espesamiento. APLICACIONES El espesamiento en lagunas es adecuado para muchas aplicaciones en comunidades de baja y mediana densidad de población en la región del Caribe debido a su sencillez y economía. El espesamiento por gravedad necesita menos terreno que las lagunas, pero es necesaria una mayor atención del operador y mantenimiento del equipo. El ECG y el espesamiento por fuerza centrífuga son adecuados para comunidades con alta densidad de población y para uso industrial. CRITERIOS DE DISEÑO El cuadro siguiente resume los criterios de diseño típicos para el espesamiento de fango. CRITERIOS TIPICOS DE DISEÑO PARA PROCESOS DE ESPESAMIENTO DE FANGO Criterio de diseño Fichas técnicas S1– ESPESAMIENTO DE FANGO Valor típico para fango Valor típico para fango página 1 de 3 Espesamiento gravedad por Velocidad Espesamiento en lagunas ECG Espesamiento por fuerza centrífuga de carga, kg/m2/hr Tiempo de retención, días Velocidad de carga, kg/ m2/hr Tiempo de residencia, minutos primario secundario 4a6 0,5 a 1,5 2 a 10 500 a 1.000 2 a 10 300 a 600 Propietario Propietario RENDIMIENTO El siguiente cuadro resume rendimiento típico en los procesos de espesamiento de fango. RENDIMIENTO TÍPICO EN LOS PROCESOS DE ESPESAMIENTO DE FANGO Concentración típica de sólidos después del espesamiento de fango primario Espesamiento gravedad por 4 a 8% Espesamiento en lagunas ECG Espesamiento centrífugo 2 a 4% 6 a 8% 6 a 8% Concentración típica de sólidos después del espesamiento de fango secundario 1,5 a 3% 1,5 a 3% 4 a 6% 4 a 6% DESVENTAJAS El espesamiento en lagunas necesita una mayor extensión de terreno que el de gravedad o que los procesos mecánicos como el ECG o el centrífugo. El espesamiento por gravedad tiene requerimientos de operación y mantenimiento mayores que el que se realiza en lagunas. Para el ECG se necesita mayor atención del operador y un mantenimiento regular por técnicos calificados. El espesamiento por fuerza centrífuga tiene mayor necesidad de energía. El trabajo de mantenimiento para la restauración del recubrimiento o azulejos del tazón y del espiral puede necesitar de trabajadores de mantenimiento muy calificados y el envío de materiales de repuesto extranjeros, lo que es caro. RESIDUOS GENERADOS Todos los procesos de espesamiento producen flujos de efluente que deben regresarse a la planta o eliminarse de cualquier otra manera. Fichas técnicas S1– ESPESAMIENTO DE FANGO página 2 de 3 OPERACION Y MANTENIMIENTO La operación regular y el mantenimiento de espesadores de laguna incluye el manejo del bombeo de fango y el mantenimiento periódico de los diques. El espesamiento por gravedad, ECG, y la operación centrífuga necesitan una atención cercana del operador para el control de la velocidad de carga. Estos procesos de espesamiento que hacen uso intensivo del equipo requieren mantenimiento regular del equipo así como la importación periódica de refacciones de fuera de la región del Caribe. INSTALACIONES EN LA RGC Todas las instalaciones que visitó el equipo de KCM en el Caribe utilizaban espesamiento en lagunas o ningún proceso de este tipo. REFERENCIAS U.S. EPA, 1979. Fichas técnicas S1– ESPESAMIENTO DE FANGO página 3 de 3 ESTABILIZACION DE FANGO DESCRIPCION La estabilización de fango se lleva a cabo en desechos sólidos espesados procedentes de procesos biológicos. Su propósito es reducir el contenido de sólidos volátiles y de patógenos en el fango para que se pueda eliminar o aplicar a la tierra con seguridad. Estos procesos también reducen el volumen de sólidos. Los procesos típicos de estabilización de fango son: Digestión aeróbica Secado por aire Digestión anaeróbica Elaboración de compost Estabilización por cal La digestión aeróbica es la oxidación bioquímica de fango de aguas residuales en condiciones aeróbicas dentro de tanques abiertos o cerrados. Los digestores aeróbicos se operan a modo de cargas o de alimentación continua. En cualquiera de los dos casos, puede haber un paso de asentamiento de sólidos en el que se permite a los sólidos aereados asentarse en el fondo. El fango estabilizado se saca del fondo del tanque o del tanque mezclado. Los lechos de secado por aire son poco profundos y pavimentados, o cuencas terrenas donde se permite secarse naturalmente al fango residual espesado. La digestión anaeróbica es la oxidación bioquímica de fango de aguas residuales en ausencia o libre de oxígeno en tanques cerrados. Durante este proceso, se libera metano cuando se degrada el material orgánico. La elaboración de compost es un proceso donde los organismos aeróbicos degradan y desinfectan fango que ya se espesó. Para conseguir la porosidad necesaria para una aereación adecuada, el fango se mezcla con material engrosante como aserrín. Después, el fango se aplica sobre una red de tubería porosa y se aerea. El fango estabilizado así se puede utilizar como fertilizante. La estabilización por cal consiste en la adición de compuestos alcalinos para elevar el pH de la mezcla fangosa. El mantener al fango por un periodo prolongado con un pH alto elimina los patógenos. APLICACIONES En regiones con una alta densidad poblacional, la digestión y la estabilización por cal son adecuadas debido a su relativamente baja necesidad de terreno, comparada con los otros dos procesos. También requieren de operadores que presten mucha atención al proceso y al equipo. La elaboración de compost no es intensiva, pero se necesita conocer la tubería y el manejo de la compost. El proceso de estabilización más sencillo es el secado por aire. Solamente hace falta terreno y un clima soleado que no tenga periodos prolongados de lluvias, así como el equipo para aplicar y eliminar el fango de los lechos de secado. CRITERIOS DE DISEÑO Los criterios de diseño para estos procesos identifican la temperatura y el tiempo de residencia necesarios en cada uno para la disminución significativa de patógenos. CRITERIOS DE DISEÑO DE ESTABILIZACION DE FANGO Fichas técnicas S2– ESTABILIZACION DE FANGO página 1 de 3 Aeróbica Digestión Secado por aire Anaeróbica Digestión Elaboración de composta Temperatura mínima (ºC) Tiempo (días) 20 15 0 40 60 90 35-55 20 40 15 60 5 de residencia En el proceso de estabilización por cal es necesario que se agregue cal suficiente al fango para elevar el pH de la mezcla a 12 después de dos horas de contacto. RENDIMIENTO Los criterios de diseño anteriores son las normas para alcanzar los criterios de fango de alcantarillado en las regulaciones de la eliminación de fango de la EPA de los Estados Unidos. La meta de esta normatividad es conseguir una reducción mínima de 38% de sólidos volátiles. DESVENTAJAS Las desventajas de los procesos de digestión radican en que el costo del equipo, la operación y el mantenimiento puede ser muy alto. Asimismo, se necesitan operadores capacitados para su manejo adecuado. Los procesos de elaboración de composta y secado por aire pueden ser de baja tecnología pero necesitan de grandes extensiones de terreno y grandes cantidades de materiales orgánicos como aserrín o desechos de plantas como agente engrosador. El secado por aire es más fácil de operar, sin embargo, puede no ser adecuado para las regiones lluviosas en el Caribe. RESIDUOS GENERADOS Todos los procesos de estabilización producen un fango que se puede eliminar aplicándolo a la tierra. La digestión anaeróbica genera un producto accesorio útil, el gas metano, que se puede utilizar como fuente de energía. OPERACION Y MANTENIMIENTO La operación regular de los digestores incluye el manejo del bombeo de fango, mezclado y controles. Los procesos que hacen un uso intensivo del equipo necesitarán mantenimiento frecuente y la importación periódica de repuestos de afuera de la región del Caribe. Fichas técnicas S2– ESTABILIZACION DE FANGO página 2 de 3 INSTALACIONES EN LA RGC Las plantas Arima y San Fernando en Trinidad cuentan con digestores anaeróbicos. La pequeña planta unitaria de Charleyville en Trinidad tiene lechos de secado por aire. Todas las instalaciones en Venezuela que se visitaron para este estudio utilizan lagunas para la estabilización y el secado. REFERENCIAS U.S. EPA, 1979. Fichas técnicas S2– ESTABILIZACION DE FANGO página 3 de 3 DESHIDRATACION DEL FANGO DESCRIPCION Los procesos de deshidratación del fango incluyen la eliminación del agua de fango de plantas de tratamiento de alcantarillado para disminuir el costo de procesos de tratamiento posteriores o anteriores a la eliminación del fango como un líquido concentrado. Los procesos de deshidratación son similares a los de espesamiento, pero se consiguen mayores concentraciones de sólidos. Los procesos típicos de espesamiento de fango incluyen: Deshidratación por prensa de filtro de cinturón Deshidratación centrífuga Deshidratación por prensa de tornillo Deshidratación por placa y marco Las presas de filtro de cinturón deshidratan el fango por medio de uno o dos cinturones que aplican presión al fango y exprimen los líquidos. Las presas de filtro de cinturón pueden lograr concentraciones de sólidos muy altas con necesidades mínimas de energía. La deshidratación centrífuga es el proceso de deshidratación del fango con la más alta tasa de carga en términos de capacidad de deshidratación en una huella dada de proceso. En este proceso, el fango se bombea a un tazón sólido que rota hasta 3,000 revoluciones por minuto para producir una aceleración gravitacional equivalente hasta 2,000 veces lo normal. El proceso de deshidratación por prensas de tornillo es nuevo y puede producir concentraciones de fango muy altas. El fango se bombea dentro de un cilindro perforado que rodea a un tornillo girador. El tornillo empuja al fango hacia el final del contenedor y lo deshidrata progresivamente por medio de la presión del tornillo contra el fango. Las prensas de placa y marco son un proceso de deshidratación anticuado, costoso y de alto mantenimiento. Alcanzan concentraciones altas de sólidos en pasteles de fango a costa de elevados costos químicos y de energía. APLICACIONES La deshidratación de fango por prensa de filtro de cinturón, centrífuga y por bomba de tornillo es adecuada para comunidades con alta densidad de población e industrias. CRITERIOS DE DISEÑO El cuadro siguiente presenta los criterios de diseño típicos para los procesos de desagüe de fango. Fichas técnicas S3- DESHIDRATACION DEL FANGO página 1 de 3 CRITERIOS DE DISEÑO PARA LOS PROCESOS DE DESHIDRATACION Criterio de diseño Prensa de cinturón filtro de Velocidad Centrífugo Prensa de tornillo de Valor típico primario carga de fango Valor típico secundario 900 a 1.500 500 a 1.000 Propietario Propietario Propietario Propietario de fango kg/m/hr Tiempo de residencia Velocidad de carga RENDIMIENTO La eficacia en el desempeño típica de los procesos de desagüe de fango se presenta en cuadro siguiente: RENDIMIENTO PARA LOS PROCESOS DE DESHIDRATACION DE FANGO Prensa de filtro de cinturón Centrífugo Prensa de tornillo Valor típico para fango primario 25 a 35 % 25 a 30% 25 a 31% Valor típico para fango secundario 15 a 22% 12 a 15% 10 a 20% DESVENTAJAS Las prensas de filtro de cinturón son muy sensibles a las características de la alimentación entrante de fango. A la vez, necesitan de atención del operador y mantenimiento regular por técnicos calificados. La deshidratación centrífuga tiene altos requerimientos de energía. El trabajo de mantenimiento para restaurar los espirales y los azulejos o recubrimientos resistentes al desgaste del tazón puede requerir de trabajadores altamente calificados y/o del envío de repuestos extranjeros. Las prensas de tornillo son una tecnología nueva, por lo que los criterios de diseño todavía no están bien establecidos. RESIDUOS GENERADOS Todos los procesos de deshidratación generan flujos efluentes que deben regresarse a la planta o eliminarse de otra manera. OPERACION Y MANTENIMIENTO Las prensas de filtro de cinturón, centrífuga y bombas de tornillo requieren de mucha atención por parte del operador para controlar la velocidad de carga. El equipo para estos procesos intensivos de deshidratación requiere mantenimiento regular y puede necesitar la importación periódica de refacciones de afuera de la región del Caribe. INSTALACIONES EN LA RGC Ninguna de las plantas que visitó el equipo de KCM en la región del Caribe utilizan procesos de deshidratación de fango. Fichas técnicas S3- DESHIDRATACION DEL FANGO página 2 de 3 REFERENCIAS U.S. EPA, 1979. Fichas técnicas S3- DESHIDRATACION DEL FANGO página 3 de 3 LAGUNAS DE DIGESTION FRIA/ SECADO DESCRIPCION Las lagunas de digestión fría y secado (DFS) para el tratamiento de fango son una alternativa de baja tecnología para el manejo de sólidos que incorporan todas las funciones de espesamiento, estabilización, deshidratación y almacenamiento en una serie de cuencas terrestres. Estas lagunas reciben fango de desecho activado o una combinación de fango primario y secundario. El sobreflujo de las lagunas se origina en el extremo opuesto al punto de alimentación. El sobreflujo o supernadnte de agua superior se regresa a la entrada de la planta. La digestión y la estabilización tienen lugar en la laguna a temperatura ambiente. Se necesitan dos lagunas. Una se utiliza para llenado y otra para maduración. Al final del periodo de llenado de un año la laguna se aísla y se permite que se seque por un periodo de hasta un año. El relleno de fango se dirige a la cuenca alternativa. Plantas acuáticas enraizadas como el scirpus crecen durante el período de maduración y ayudan en el secado del fango por medio de la evapotranspiración. El fango se puede eliminar cuando estas plantas cambian de color de verde a café debido al secado. APLICACIONES Las lagunas de digestión fría y secado se pueden utilizar en climas tropicales cuando lo permiten las condiciones de lluvia y evaporación. Para obtener mejores resultados, la evaporación debe exceder a la caída de lluvia por lo menos en 500 mm. Para tratar el fango procedente de plantas de fango activado convencionales, las plantas de aereación extendidas pueden ser convenientes en las lagunas de DFS. Los fangos primarios no deben aplicarse donde los olores no sean tolerables. CRITERIOS DE DISEÑO Los criterios de diseño son los siguientes: La profundidad del fango y el agua no debe exceder 0.7 m Dependiendo de las condiciones de clima, la zona debe tener un metro cuadrado por cada 5 a 20 personas atendidas Se deben construir dos o más lagunas Las pendientes laterales se deben recubrir de concreto Fichas técnicas S4 – LAGUNAS DE DIGESTION FRIA/SECADO página 4 de 2 Se debe proporcionar una rampa de tierra hacia el interior de la laguna como acceso para el equipo de remoción de fango. RENDIMIENTO Las concentraciones de sólidos en el fango seco pueden ser de hasta 25- 35% para un pastel de 300 mm de profundidad. DESVENTAJAS Se necesita una extensión de terreno más grande que para la digestión, deshidratación o espesamiento mecánicos. Su uso se limita a una temporada seca prolongada. RESIDUOS GENERADOS El exceso de agua sobrenadante se debe bombear de regreso a la entrada de la planta. El fango seco debe eliminarse o aplicarse beneficiosamente. OPERACION Y MANTENIMIENTO Durante el llenado, las lagunas de DFS requieren poca operación o mantenimiento. El fango se levanta por medio de mini cargadores con ruedas o con tractores de agricultura con llantas grandes, dependiendo de las características del suelo de la laguna (por lo general, sin recubrimientos). INSTALACIONES EN LA RGC Las lagunas de DFS se han utilizado en las plantas de Juangriego, Dos Cerritos y Cruz del Postel en la Isla Margarita en Venezuela desde 1989. REFERENCIAS Lansdell, 1996. Fichas técnicas S4 – LAGUNAS DE DIGESTION FRIA/SECADO página 5 de 2