Presentación Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales
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REPÚBLICA DE NICARAGUA Ministerio de Fomento, Industria y Comercio Programa de Apoyo a la Mejora del Clima de Negocios e Inversiones en Nicaragua DCI‐ALA/2007/019‐011 UNIÓN EUROPEA TTaller ll d de C Capacitación ó Sistema de Aguas Residuales para el Sector Café Con el apoyo del Programa de Apoyo a la Mejora del Clima de Negocios e Inversiones en Nicaragua (PRAMECLIN) Taller de Capacitación Si t Sistema de d A Aguas Residuales R id l para ell Sector S t Café C fé Impartido por el Centro de Producción más Limpia de Nicaragua Con el apoyo del Programa de Apoyo a la Mejora del Clima de Negocios e Inversiones en Nicaragua (PRAMECLIN) La presente publicación ha sido elaborada con la asistencia de la Unión Europea. El contenido de la misma es responsabilidad exclusiva del Centro de Producción más Limpia de Nicaragua y en ningún caso debe considerarse que refleje los puntos de vista de la Unión Europea. CURSO-TALLER TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL Tema 1. Generación y características de Aguas Residuales • Introducción general sobre la problemática ambiental • Principales constituyentes de aguas residuales • C Características t í ti físico-químicas fí i í i y parámetros á t de d calidad. lid d Decreto D t 33-95. 33 95 • Medición del caudal Octubre, 2010 Ing. Larisa Korsak 3 PROBLEMAS AMBIENTALES EXISTENTES 1 Cambio 1. C bi Climático Cli áti Global Gl b l 2. Destrucción de la Capa de Ozono 3 Acidificación de la Biosfera 3. 4. Generación de Tóxicos y Desechos Peligrosos 5. Contaminación del suelo 6. Contaminación Atmosférica 7. Contaminación del Agua Ing. Larisa Korsak 4 COMPOSICION PORCENTUAL DEL AGUA EN LA TIERRA 2.24% 0 74% 0.74% 0.02% 97% Agua del mar Agua de los polos Agua de lagos y rios Agua subterranea Ing. Larisa Korsak 5 AGUA natural o de la red Ing. Larisa Korsak 6 AGUA contaminada (residual) AGUA RESIDUAL: Aquella que procede de haber utilizado un agua natural o de la red, en un uso determinado. Las A.R. cuando g se denominan VERTIDOS se desaguan Ing. Larisa Korsak 7 CONTAMINACIÓN DEL AGUA CONTAMINACION DEL AGUA DULCE Agua superficial ES CAUSADA POR LA DESCARGA EN RIOS, LAGOS ARROYOS Y LAGOS, EMBALSES DE DESECHOS LÍQUIDOS Y SÓLIDOS NO TRATADOS O TRATADOS INADECUADAMENTE Ing. Larisa Korsak Agua subterránea ES CAUSADA POR LOS VERTEDEROS TERRESTRES DE DESECHOS; USO DE GRANDES CANTIDADES DE AGROQUÍMICOS 8 CICLO DE AGUA-destino de los contaminantes Ing. Larisa Korsak 9 ¿COMO PROTEGER EL AMBIENTE? Tecnologías al final de tubo Plantas de tratamiento de agua residual id l Tecnologías preventivas Producción mas limpia Manejo adecuado de desechos sólidos (basura) Manejo de bio-sólidos (lodos) Ing. Larisa Korsak 10 ¿COMO PROTEGER EL AMBIENTE? Tecnologías al final del tubo Tecnologías preventivas Ing. Larisa Korsak 11 PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL AGUA Agua residual Agua Sólidos Orgánicos Inorgánicos C fé contiene Café i mas d de 1300 sustancias i diferentes: dif 4-5% de minerales Grasas aceites Proteínas Azucares Ing. Larisa Korsak 12 Caracterización de la materia orgánica en el agua residual PO3 C OH H NH2 C H C C C H CHONS C H OOH PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL AGUA RESIDUAL DE BENEFICIO HUMEDO Estructura del grano de café 1- Epicarpio o cáscara 2- Mesocarpio o mucílago 3- Endocarpio o pergamino 4 Espermodermo 4E d o película lí l plateada 5- Endospermo p og grano limpio p Ing. Larisa Korsak 14 PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL AGUA Distribución Porcentual de las Estructuras Principales p del Café en cereza (base ( seca)) Pulpa Cascarilla Mucílago Fruto de Café 26 28% 26-28% 10-12% 13-05% 51-55% Ing. Larisa Korsak 15 PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL AGUA CONTENIDO DE LA PULPA DE CAFÉ __________________________________________ Compuesto Base seca (%) __________________________________________ Taninos 1,80-8,56 Sustancias pécticas totales 6,5 Azúcares 14,4 Cafeína 1,3 Ácido clorogénico 2,6 Ácido cafeico total 1,6 Ing. Larisa Korsak 16 PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL AGUA COMPOSICIÓN QUÍMICA (%) DEL MUCÍLAGO DEL FRUTO DEL CAFÉ É Sustancias pécticas totales Azúcares totales medios Celulosa/cenisa 35,8 45 8 45,8 18,2 Los azucares son muy apetecidos por las bacterias acidas, coliformes, hongos y levadura Ing. Larisa Korsak 17 PRINCIPALES CONTAMINANTES EN EL AGUA Biodegradable Sustrato Sustancias orgánicas Microorganismos No biodegradable Tóxicas I Inertes t Ing. Larisa Korsak 18 Características de las aguas residuales CARACTERÍSTICAS DE AGUA RESIDUAL Físicas s cas Químicas Qu cas Biológicas g 19 Ing. Larisa Korsak Características de las aguas residuales Físicas 1. Contenido de sólidos 2. Olor 3. Color 4 Turbiedad 4. 5. Temperatura 20 Ing. Larisa Korsak CLASIFICACION DE CONTAMINANTES SÓLIDOS Sólidos Totales Disueltos Coloidales Suspendidos Totales Sedimentables Ing. Larisa Korsak NoSedimentables 21 Sólidos disueltos Solución incolora de azúcar Solución de color rojo de permanganato de potasio Proceso de disolución Ing. Larisa Korsak 22 Sólidos suspendidos p Se observa la turbiedad! Ing. Larisa Korsak 23 Características de las aguas residuales Físicas El olor puede ser definido como el conjunto de sensaciones percibidas por el olfato al captar ciertas sustancias volátiles. El procedimiento normalmente utilizado es el de ir diluyendo el agua e examinar hasta que no presente ningún olor perceptible. El resultado se da como un número que expresa el límite de percepción d l olor, del l y corresponde d a la l dilución dil ió que da d olor l perceptible. tibl Debido D bid all carácter subjetivo de la medida, es recomendable que la medida la realicen al menos dos personas distintas, comparando la percepción con la de un agua desodorizado. desodorizado Debe evitarse, evitarse como es lógico, lógico en todo lo posible, la presencia de otros olores en el ambiente. El de un agua residual fresca es en general inofensivo, pero una gran variedad de compuestos malolientes son liberados cuando se produce degradación biológica bajo condiciones anaerobias de las aguas residuales. 24 Ing. Larisa Korsak Características de las aguas residuales Físicas Color de un agua puede clasificarse en verdadera o real cuando se debe sólo a las sustancias que tiene en solución, y aparente cuando su color es debido a las sustancias que tiene en suspensión. suspensión Los colores real y aparente son casi idénticos en el agua clara y en aguas de escasa turbidez. La coloración de un agua se compara con la de soluciones de referencia de platino−cobalto en tubos colorimétricos, o bien con discos de vidrio coloreados calibrados según los patrones mencionados. CIEMA-UNI- U$4.00 25 Ing. Larisa Korsak Características de las aguas residuales Físicas Turbiedad: La turbidez de un agua se debe a la presencia de materias en suspensión. Finamente divididas, como arcillas, limos, partículas de sílice, materias inorgánicas... La determinación de la turbidez tienen un gran interés como parámetro de control en aguas contaminadas y residuales. id l S Se puede d evaluar l en ell campo o en ell llaboratorio. b t i La turbiedad es una medida de las propiedades de dispersión de la luz de las aguas; el material suspendido presente impide la transmisión de la luz, puesto que la absorbe o dispersa. CIEMA-UNI- U$2.00 26 Ing. Larisa Korsak Características de las aguas residuales Físicas Turbiedad: La turbidez de un agua se debe a la presencia de materias en suspensión. Finamente divididas, como arcillas, limos, partículas de sílice, materias inorgánicas... La turbidez se mide en Unidades Nefelométricas de turbidez, o Nefelometric Turbidity Unit (NTU). 27 Ing. Larisa Korsak Características de las aguas residuales Físicas Temperatura: Es un parámetro muy importante en la calidad del agua, ya que regula la velocidad los procesos de la degradación química y biológica también es responsable por la cantidad de gases biológica, presentes en el agua. Se mide con un termómetro. CIEMA-UNI- U$1.00 28 Ing. Larisa Korsak Características de las aguas residuales Químicas: Principalmente las determinan el contenido de materia orgánica e inorgánica y los gases presentes Materia inorgánica: DBO pH DQO COT Metales M t l disueltos di lt Azufre Aceites y grasas Nitrógeno SAAM Fósforo Gases: Compuestos tóxicos Nu utrientes Materia orgánica: O2, CO2, N2, CH4, H2S, NH3 29 Ing. Larisa Korsak Caracterización de la materia orgánica en el agua residual Químicas: DBO5: Demanda Biológica de Oxigeno La DBO es una medida del oxigeno que usan los microorganismos para descomponer el agua residual. Si hay una gran cantidad de d desechos h orgánicos á i en ell agua, ttambién bié h habrá b á muchas h b bacterias t i presentes trabajando para descomponer este desecho. En este caso la demanda de oxigeno será alta, así que el nivel de la DBO será alta. Conforme el desecho es consumido o dispersado en el agua agua, los niveles de la DBO empezarán a bajar. MO + O2 + microorganismos ⇒ CO2 + H2O CIEMA-UNI- U$15.00 Determinación de la DBO5 La medición de la DBO se basa en dos principios: 1) Determinar el oxigeno que ha sido consumido por los microorganismos en el agua ó 2) Determinar la depresión (disminución de la presión d l oxigeno del i en ell aire i que se encuentra t en ell recipiente por encima de la muestra de agua residual Determinación de la DBO5 1) Para determinar el oxigeno que ha sido consumido por los microorganismos en el agua (método de Winkler Incubadora DBO Determinación de la DBO5 2) Para determinar la depresión (disminución de la presión del oxigeno en el aire que se encuentra en el recipiente por encima de la muestra de agua residual se utiliza la botella respirométrica: Determinación de la DBO5 a) c) b) Diferentes diseños de las botellas de los respirómetros Determinación de la DBO5 Cambio de la DBO5 en ell tiempo: ti 1er día 150 mg/ l 2° día 220 mg/ l 3er día 240 mg/ l 4° día 4 250 mg/ l 5° día 260 mg/ l Determinación de la DBO5 Datos experimentales Determinación de la DBO5 El grado de variación aceptable en la medición de la DBO en publicaciones tan prestigiosas como “Estándar método de análisis de aguas y aguas residuales” llega hasta 25%. 25% El parámetro de la DBO por su laboriosidad, operatividad y naturaleza es el mas difícil de medir Caracterización de la materia orgánica en el agua residual Químicas: DQO: Demanda Química de Oxigeno La DQO es una estimación de las materias oxidables presentes en el agua, cualquiera que sea su origen, orgánico o mineral. COT: Carbono Orgánico Total Es otro método para medir la materia orgánica presente en el agua, es indicado para pequeñas concentraciones de esta. CIEMA-UNI- U$15.00 (DQO) DETERMINACIÓN DE LA DQO DE AGUA 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 + 3C -----> 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + 3CO2 Los químicos pueden adicionarse manualmente o por medio de viales comerciales. La digestión dura 2 horas. Bloque digestor Espectrofotómetro Caracterización de la materia orgánica en el agua residual Químicas: Aceites y grasas: crean muchos problemas en la técnica de depuración de aguas residuales, en las rejillas ej as causa causan obst obstrucción, ucc ó , e en los os deca decantadores tado es forman una capa superficial que dificulta la sedimentación al atraer hacia la superficie pequeñas partículas de materia orgánica; dificultan la aireación correcta en la depuración en los sistemas de lodos activados. CIEMA-UNI- U$15.00 Caracterización de la materia orgánica en el agua residual Químicas: pH: Es la concentración de ion hidrogeno, es un parámetro de calidad de gran importancia para el agua residual. El intervalo de concentraciones adecuado para desarrollo de la mayor parte de la vida biológica es bastante estrecho y critico, de 6.5-8. El agua residual con valores de pH fuera de este rango presentan dificultades de tratamiento con procesos biológicos, ya que se afecta la viabilidad de los microorganismos . CIEMA-UNI- U$2.00 Caracterización de la materia orgánica en el agua residual Químicas: Metales disueltos: pueden ser metales pesados u otros que su procedencia depende del tipo de la industria. Su presencia no es típica en las aguas de las lecheras. lecheras Caracterización de la materia orgánica en el agua residual Químicas: Nitrógeno y Fósforo: Tienen un papel fundamental en el deterioro de las masas acuáticas. Su presencia en las aguas residuales es debida a los detergentes y fertilizantes principalmente. fertilizantes, principalmente El nitrógeno orgánico también es aportado a las aguas residuales a través de las excretas humanas. humanas En aguas de lecheras el nitrógeno proviene de las proteínas. CIEMA-UNI- U$8.00 (Nitrógeno) U$9.00 (Fósforo) Características de las aguas residuales Biológicas: Se caracterizan por la presencia de microorganismos patógenos y organismos indicadores Organismo Descripción Bacterias Organismos procarióticos unicelulares. Aerobios y anaerobios. Hongos Organismos eucarióticos multicelulares, fotosintéticos y heterotróficos. Son estrictos aerobios. Protozoos Son móviles, de tamaño microscópico, generalmente unicelulares. Se alimentan de bacterias. Rotíferos Son animales aeróbicos. Su presencia en el efluente indica un proceso de purificación biológica aerobia muy eficiente. proceso de purificación biológica aerobia muy eficiente. Algas Eucarióticas, autotróficas y fotosintéticas. Son importantes en tratamientos biológicos por la producción de O2 Virus Son parásitos unicelulares. 44 CIEMA-UNI- U$30.00 Ing. Larisa Korsak Impactos que ocasionan los contaminantes del agua residual Contaminante Parámetro Sólidos suspendidos p Sólidos suspendidos p totales, SST Compuestos orgánicos biodegradables g DBO DQO Nitrógeno Fósforo Nutrientes Impacto que ocasiona Cuando los residuos no tratados son volcados en el ambiente acuático, esto conllevan al desarrollo de depósitos de barro (lodo) (lodo), lo que provoca condiciones anaerobias Compuesta principalmente de proteínas, carbohidratos y grasas, por lo general, se mide en términos de DBO y DQO. Al encontrarse t en ell ambiente bi t sin i tratarse t t previamente, i t su estabilización biológica puede llevar al consumo del Oxígeno natural y al desarrollo de condiciones sépticas. Nitrógeno y fósforo fósforo, junto con el carbono son nutrientes esenciales para la vida acuática. La presencia de estos provoca el desarrollo de una vida acuática no deseable (excesivo crecimiento de algas, lo que conlleva a reducción de la biodiversidad acuática debido a disminución de la concentración del oxigeno y problemas tóxicos). También pueden contaminarse las aguas subterraneas. 45 Ing. Larisa Korsak Impactos que ocasionan los contaminantes del agua residual Contaminante Compuestos orgánicos refractarios Parámetro Impacto que ocasiona Pesticidas Detergentes Ot Otros Estos compuestos orgánicos resisten al tratamiento convencional (detergentes, fenoles, pesticidas, preservantes, t d desinfectantes) i f t t ) Metales pesados Elementos específicos: Cr, Cu, Cd, Hg, Ni, Pb, etc. Los metales pesados normalmente provienen de las industrias y comercios. Su presencia tiene importancia mayor y cuando el agua g residual o lodos están en miras de re-uso Sólidos Inorgánicos disueltos Elementos específicos: Cloruro, Na, Al Los sólidos inorgánicos disueltos tienen relevante importancia cuando el agua residual es usada en la agricultura. La producción de granos, p g de proteína p en acuacultura (pescado, (p plantas acuáticas) puede reducirse Contaminantes importantes SHA (sustancia hormonales activas) Compuestos orgánicos e inorgánicos seleccionado en función de su conocimiento o sospecha de carcinogenicidad, mutanogenicidad o elevada toxicidad. Muchos de estos contaminantes se encuentran en agua residual Microorganismos g Patógenos Coliformes fecales Huevos de helminto Transmiten enfermedades infecciosas en el agua residual. Es especialmente importante cuanto el agua tratada se pretende usar en agricultura 46 Ing. Larisa Korsak CONCIENCIA PÚBLICA Y ACCIÓN En Nicaragua DECRETO No.33-95 DISPOSICIONES PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACION PROVENIENTES DE LAS DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS, INDUSTRIALES Y AGRPECUARIAS (14 de Junio del 1995) Establece las concentraciones permisibles de los contaminantes en el agua residual para descargarlas a las redes de alcantarillado sanitario y directamente a cuerpos p receptores. p Ing. Larisa Korsak 47 NORMAS DE CALIDAD DE AGUA RESIDUAL DEL BENEFICIO DE CAFE Art.38 Parámetros Rangos y limites máximos permisibles pH 6.5‐9 Sólidos sedimentables Totales mg/l Sólidos sedimentables Totales, mg/l 10 1.0 Sólidos suspendidos totales, mg/l 150 DBO mg/l DBO, mg/l 120 DQO, mg/l 200 Materia flotante mg/l Materia flotante, mg/l Ausente Grasas y aceites, mg/l 10 Ing. Larisa Korsak 48 Cálculo de las cargas de los contaminantes L = [concent.]∗ Qe Donde, L es la carga másica del contaminante en kg/día [ [concent.] t ] es la l concentración t ió d dell contaminante t i t en ell efluente fl t Qe es el caudal del efluente en m3/día Pl t de Planta d tratamiento t t i t Afluente Efluente Caracterización del agua residual de un Beneficio de café Rangos y Límites Máximos Permisibles Despulpado Lavado Agua del despulpado Salida del filt filtro hidrostático Afluente a la pila Efluente de la pila 6.5 – 9 5.32 5.25 4.30 3.98 DQO, mg/L 200 32096 36785 14305 11660 DBO5, mg/L 120 17500 24334 5973 4634 N- Kjeldahl, mg/L Ausente 360.3 435.4 245 232.4 Fosfatos mg/L /L Ausente 45.33 59.1 24.32 25.20 Parámetros pH totales, Sólidos Suspendidos, mg/L 150 2760 3923 5810 4042 Sólidos Sedimentables, mg/L 1 00 1.00 3 05 0.5 0 0 18 15 27.6 12.2 Grasas mg/L y Caudal, m3/d aceites, 10 Ausente 162.25 209.03 FUENTES DE AGUA RESIDUAL 1. AGUA RESIDUAL DOMESTICA: casas de habitación, del comercio, instituciones y edificios públicos. El agua residual se expresa en L/ cap. día y se asume como fracción de 70-80% del consumo especifico de agua El consumo especifico ifi ddell agua oscila il entre t 60 y 350 L/ L/cap.día dí 2 AGUA PLUVIAL: recolectada en canales y causes (abiertos y 2. cerrados) 3. AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL: generada como resultado de uso de agua en el proceso productivo. Muy especifica en su composición. Ing. Larisa Korsak 51 FLUCTUACIÓN DEL CAUDAL DE AGUA RESIDUAL 200 180 Ca audal, % del prom medio 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 0 5 10 15 20 25 Tiempo horas Tiempo, Area pequeña Area mediana Ing. Larisa Korsak Area grande 52 MEDICIÓN DE CAUDALES 1. Métodos volumétricos La forma más sencilla de calcular los caudales pequeños es la medición directa del tiempo que se tarda en llenar un recipiente q p de volumen conocido. La corriente se desvía hacia un canal o cañería que descarga en un recipiente adecuado y el tiempo que demora su llenado se mide por medio de un cronómetro. Para los caudales de más de 4 l/s, es adecuado un recipiente de 10 litros de capacidad que se llenará en 2½ segundos. Para caudales mayores, y , un recipiente p de 200 litros puede p servir para p corrientes de hasta 50 l/s. El tiempo que se tarda en llenarlo se medirá con precisión, especialmente cuando sea de sólo unos pocos segundos. La variación entre diversas mediciones efectuadas sucesivamente dará una indicación de la precisión de los resultados. MEDICIÓN DE CAUDALES 2 Mét 2. Método d superficie/velocidad fi i / l id d Este método depende de la medición de la velocidad media de la corriente y del área d la de l sección ió transversal t l del d l canal, l calculándose l lá d a partir ti de d la l fórmula: fó l Q=AxV Q es caudal, d l m³/s ³/ (m ( 3/h ó l/s, l/ cuando d la l corriente i t es menor)) A es área de la sección transversal, m2 V es velocidad media de la corriente, m/s Ej Ejemplo l ¿Como mediremos la velocidad? MEDICIÓN DE VELOCIDAD PARA CALCULAR LOS CAUDALES 1 Medir el tiempo que tarda un objeto flotante en 1. recorrer, corriente abajo, una distancia conocida. 2. Canal Parshall MEDICIÓN DE CAUDALES 2. Canal Parshall (estándar) Las estructuras de tipo canal se denominan aforadores Con un flujo libre el nivel del agua en la salida no es lo bastante elevado como para afectar el caudal a través de la garganta y, en consecuencia, el caudal es proporcional al nivel medido en el punto especificado en la sección de convergencia Se describe técnicamente como un canal Venturi o de onda estacionaria. El aforador está constituido por una sección de convergencia con un piso nivelado, una garganta con un piso i en pendiente di t hacia h i aguas abajo y una sección de divergencia con un piso en pendiente hacia aguas arriba. Gracias a ello el caudal avanza a una velocidad crítica a través de la garganta y con una onda estacionaria en la sección de divergencia. 3. Vertedero de aforo La relación del nivel del agua aguas abajo (Hb) con el nivel aguas arriba (Ha) se conoce como el grado de sumersión; una ventaja del canal de aforo Parshall es que no requiere corrección alguna hasta un 70% de sumersión. Dimensión A = 2/3 (W/2 + 4) Para estos límites de ancho de garganta las dimensiones siguientes son constantes: E = 3-0, F = 2-0, g = 3-0, K = 3 pulgadas, N = 9 pulgadas, X = 2 pulgadas, Y = 3 pulgadas Existen manuales con dimensiones determinadas para construir los Parshall. Para fabricar los canales de aforo Parshall se han utilizado muy diversos materiales. Se pueden prefabricar a partir de láminas de metal o madera o se pueden construir sobre el terreno con ladrillo y argamasa utilizando un armazón de metal prefabricado para garantizar mediciones exactas exactas. 3. Parshall Canaletas Parshall 3. Vertedero de aforo Parshall Tabla de aforo para el Parshall de ancho de garganta de 12’’ Ha, mm Caudal, l/s 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 3.3 5.2 7.3 9.6 12.1 14.9 17 8 17.8 20.9 24.1 27.5 31.3 34.8 38.6 42.6 46.7 51.0 55 4 55.4 CURSO-TALLER TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL Tema 2. Procesos utilizados en el tratamiento de agua residual id l Sub-temas: 1. Procesos y operaciones unitarias físicas 2. Procesos químicos de tratamiento 3. Procesos bioquímicos utilizados en el tratamiento de agua residual. Requerimientos bioquímicos para un proceso eficiente eficiente. 4. Clasificación de tratamiento en tipos. Ing. Larisa Korsak 61 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS Los procesos utilizados en el tratamiento de agua residual se puede clasificar en 3 grandes grupos: 1. Operaciones unitarias físicas 2 Procesos unitarios químicos 2. 3. Procesos bioquímicas OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Estos eran los primeros procesos utilizados en el tratamiento de aguas residuales, residuales utilizan las leyes de la física como principio de operación. Hoy en día se presentan en casi todas los sistemas de tratamiento de agua residual. Los principales procesos de esta clase son: • Tamizado • Aireación • Mezcla y floculación • Filtración • Sedimentación • Flotación • Homogenización OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Tamizado Los os e elementos e e tos sepa separadores ado es puede pueden esta estar co constituidos st tu dos po por ba barras, as, a alambres a b es o varillas paralelas, rejillas, telas metálicas o placas perforadas, y las aberturas pueden ser de cualquier forma, aunque normalmente suelen ser ranuras rectangulares u orificios circulares. Los elementos formados por varillas o barras paralelas reciben el nombre de rejas de barrotes. El término tamiz se circunscribe al uso de placas perforadas y mallas metálicas de sección cuneiforme. La función que desempeñan las rejas y tamices se conoce con el nombre de desbaste, y el material separado en esta operación recibe el nombre de basuras o residuos de desbaste. Según el método de limpieza que se emplee, los tamices y rejas j p pueden ser de limpieza p manual o automática. Generalmente,, las rejas j tienen aberturas (separación entre las barras) superiores a 15 mm, mientras que los tamices tienen orificios de tamaño inferior a este valor. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Tamizado (continuación) Rejas. En los procesos de tratamiento del agua residual, las rejas se utilizan para proteger bombas, válvulas, conducciones y otros elementos contra los posibles daños y obturaciones provocados por la presencia de trapos y de objetos de gran tamaño. Las plantas de tratamiento de aguas industriales pueden no precisar la instalación de rejas, dependiendo de las características de los residuos. Los tamices se utilizan para remover el material suspendido mas fino. Perfil de rejillas de barras a) manual y b) mecánica OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Tamizado ( (continuación) i ió ) Rejilla de barras mediana de limpieza manual OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Tamizado (continuación) Rejilla j de barras pequeña p q de limpieza p manual OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Tamizado (continuación) Tamiz (criba) de tambor OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Tamizado (continuación) Criba de tambor para la remoción de sólidos flotantes en la cervecería Nacional de Nicaragua OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Mezcla El mezclado es una operación unitaria de gran importancia en muchas fases del tratamiento de aguas residuales, entre las que podemos citar: • Mezcla completa de una sustancia con otra (adición de cal) • Mezcla de suspensiones líquidas y líquidos miscibles • Floculación • Transferencia de calor OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Mezcla (continuación) El mezclado se consigue como consecuencia de las turbulencias que se crean en el régimen de flujo. En los mezcladores estáticos, las turbulencias se producen de la disipación de energía mientras que en los mezcladores mecánicos las energía, turbulencias se consiguen aportando la energía con impulsores giratorios como las paletas, hélices y turbinas. El mezclado neumático comprende la inyección de gases, que constituye un factor importante en el diseño de los canales de aireación del tratamiento biológico del agua residual. Un canal con pantallas deflectoras es un tipo de mezclador estático que se emplea en el proceso de floculación. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Mezcla y floculación (continuación) Los agitadores L i d d paletas de l se emplean como elementos de floculación cuando deben añadirse al agua residual, residual o a los fangos, coagulantes como el sulfato férrico o de aluminio o adyuvantes a la aluminio, coagulación como los polielectrolitos y la cal. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Sedimentación La sedimentación consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas, cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de l las aguas residuales. id l L Los té i términos sedimentación di t ió y decantación se utilizan indistintamente. p se emplea p para la eliminación de arenas,, p Esta operación de la materia en suspensión en flóculos biológicos en los decantadores secundarios, en los procesos de fango activado, tanques de decantación primaria, de los flóculos químicos cuando se emplea la coagulación química, y para la concentración de sólidos en los espesadores de fango. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Sedimentación Cono IImhoff C h ff – medición di ió de d Sólidos Sólid Sedimentables (SSed.) OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Sedimentación (continuación) Un Clarificador gravitacional, es el método más económico para remover sólidos de los líquidos, debido a que la gravedad es una fuente de energía g g natural y es g gratis. Un clarificador simple provee una zona no turbulenta, donde a los sólidos suspendidos en el líquido se les da el tiempo suficiente para que precipiten al fondo. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Sedimentación (continuación) Clarificador convencional circular OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Sedimentación mejorada Los Clarificadores de Placas Inclinadas de ACS, son unidades compactas con una área de sedimentación de menos del 25% del espacio requerido por clarificadores convencionales, en ellos se permite a los sólidos que reposen en las placas y se resbalen al fondo. Clarificador tipo Lamella OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Sedimentación mejorada (continuación) Afluente Eflue ente Clarificador tipo Lamella Platos de sedimentación inclinados Deposito de lodo Salida de lodo OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Aireación Aireación es la transferencia de gases, fenómeno mediante el cual el gas de una fase pasa a la otra, normalmente de la fase gaseosa a la líquida. Es un componente esencial de gran número de los procesos de tratamiento del agua residual. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Aireación En el campo del tratamiento del agua residual, la aplicación más común ú es la l transferencia t f i de d oxígeno í en ell tratamiento t t i t biológico bi ló i d l del agua residual. Este proceso es necesario dada la reducida solubilidad del oxígeno, por lo que la cantidad de oxígeno que penetra en el agua p del líquido q no de manera natural a través de la interfase aire-superficie es suficiente para satisfacer la demanda de oxígeno del tratamiento aerobio. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Aireación Para alcanzar los objetivos de desinfección se transfiere cloro en forma gaseosa a una disolución en agua. Es frecuente añadir oxígeno al efluente tratado después de la cloración (post-aireación). Uno de los procesos de eliminación de los compuestos del nitrógeno consiste en la conversión del nitrógeno en amoníaco y la posterior transferencia del amoníaco en forma gaseosa del agua al aire. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Filtración Filtración es un proceso donde el flujo de liquido se hace pasar por un medio poroso que permitirá que el liquido atraviese di h dicho material, t i l mientras i t l las partículas tí l mas grandes d se acumularan en la entrada OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Filtración Filtro para agua clara Filtro biológico de agua residual OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Flotación La flotación es una operación unitaria que se emplea para la separación de partículas sólidas de una fase líquida o líquidos de diferente densidad. El aceite siendo un liquido mas denso que el agua flota en la superficie del agua Aceite Agua OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Flotación La separación de sólidos finos se consigue introduciendo finas burbujas de gas, normalmente aire, en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las p partículas, y la fuerza ascensional q que experimenta el conjunto partícula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del líquido. De esta forma, es posible hacer ascender a la superficie partículas cuya densidad es mayor que la del líquido, además de favorecer la ascensión de las partículas cuya densidad es inferior, como el caso del aceite en el agua. OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Flotación (continuación) En el tratamiento de aguas residuales, la flotación se emplea para la eliminación de la materia suspendida y para la concentración de los fangos biológicos. La principal ventaja del proceso de flotación frente al de sedimentación consiste en que permite eliminar mejor y en menos tiempo ti l las partículas tí l pequeñas ñ o ligeras, li cuya deposición es lenta. Una vez las partículas se hallan en superficie, pueden recogerse mediante un rascado superficial. Esquema de Flotación por Aire Disuelto DAF OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS Homogenización de caudales La homogenización consiste simplemente en amortiguar las variaciones del caudal, con el objeto de conseguir un caudal constante o casi constante. Esta técnica puede aplicarse en situaciones diversas, dependiendo de las características de la empresa de producción. Las principales aplicaciones están concebidas para la homogenización de: • Caudal muy fluctuante durante al jornada laboral • Caudales combinados residuales sanitarias con aguas pluviales y aguas PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Procesos químicos unitarios son los procesos empleados en el tratamiento de las aguas residuales en los que se producen las transformaciones mediante reacciones químicas. Con el fin de alcanzar los objetivos de tratamiento del agua residual, los procesos químicos unitarios se llevan a cabo en combinación bi ió con las l operaciones i fí i físicas unitarias it i . PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Procesos químicos unitarios mas comúnmente sados son usados son: Oxidación Neutralización Neutralización Precipitación química Desinfección Coagulación Intercambio iónico PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Oxidación La reacción de oxidación consiste en destruir la materia orgánica compleja en mas sencilla, por adicionamiento de agentes oxidantes como oxigeno, ozono, permanganato de potasio PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Agentes oxidantes: Oxidación Oxigeno, Ozono, otros Compuesto orgánico complejo, contaminante H 2O CO2 Compuesto orgánico sencillo, no peligroso PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Precipitación química La precipitación química en el tratamiento de las aguas residuales lleva consigo la adición de productos químicos con la finalidad de alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en suspensión, y facilitar su eliminación por sedimentación. Precipitado Solución PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Precipitación química En algunos E l casos, la l alteración lt ió es pequeña, ñ y la l eliminación li i ió se logra al quedar atrapados dentro de un precipitado voluminoso constituido, principalmente, por el propio coagulante. La consecuencia de la adición de productos químicos es el incremento neto en los constituyentes disueltos del agua residual. PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Precipitación química Los procesos químicos, junto con algunas de las operaciones físicas unitarias, se han desarrollado para proporcionar: 1) Un tratamiento primario de las aguas residuales no tratadas eliminando sólidos suspendidos 2) La eliminación del fósforo por precipitación química 3) Eliminación de metales pesados 4) Espesamiento de lodos PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Precipitación química El grado de purificación resultante depende tanto de la cantidad id d de d productos d químicos í i que se añade ñ d como del d l nivel i l de control de los procesos. Mediante precipitación química, química es posible conseguir efluentes clarificados básicamente libres de materia en suspensión o en estado coloidal. PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Precipitación química permite: Parámetro Remoción % SST 70 - 90 DBO5 50 - 65 DQO 55 - 75 Nitrógeno Fósforo Coliformes fecales Huevos de helmintos 50 50 - 85 99.9 casi completa PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Precipitación química: Coagulación / floculación Las partículas L tí l en ell agua cruda d suelen l tener t l misma la i carga eléctrica lé t i y esto limita la formación de partículas grandes con buenas cualidades de sedimentación. La coagulación consiste, básicamente, en la neutralización de las cargas eléctricas de las partículas, permitiendo la formación de partículas mayores (flóculos) en un proceso de floculación, mejorando así su sedimentación. A parte de los coagulantes se utilizan los mejoradores de floculación, son poli electrólitos de cadena larga que son capaces de "capturar" partículas pequeñas formando partículas mayores. PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Precipitación química Los químicos mas usados en el tratamiento de agua residual son: •Cal •Sulfato ferroso •Sulfato férrico •Cloruro Cl fé i férrico •Sulfato de aluminio (alúmina) PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Precipitación química: C Coagulación l ió / floculación fl l ió En la mayor parte de los casos, l las cargas eléctricas de las partículas en las aguas g residuales comunes (municipales) son negativas. negativas PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Neutralización: Consiste en controlar el pH p adicionando el acido o la base según la necesidad del pH final. El acido y la base se neutralizan! PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Desinfección: La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan enfermedades. No todos los organismos se destruyen durante el proceso, proceso punto en el que radica la principal diferencia entre la desinfección y la esterilización, proceso que conduce a la destrucción de la totalidad de los organismos. En el campo de las aguas residuales, las tres categorías de organismos entéricos de origen humano de mayores consecuencias en la p producción de enfermedades son las bacterias, los virus y los quistes amibianos. PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Desinfección: Desinfección Las enfermedades bacterianas tí i típicas t transmitidas itid por ell agua son: el tifus, el cólera, el paratifus y la disentería bacilar, mientras que las enfermedades causadas por los virus incluyen, la poliomielitis y la hepatitis infecciosa. infecciosa PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Desinfección: Los desinfectantes L d i f t t más á corrientes i t son los l productos d t químicos í i oxidantes, de los cuales el cloro es el más universalmente empleado, aunque también se ha utilizado, para la desinfección del agua residual, residual el bromo y el yodo. yodo El ozono es un desinfectante muy eficaz cuyo uso va en aumento, a pesar de que no deja una concentración residual que permita valorar su presencia después del tratamiento. El agua muy ácida o muy alcalina también se ha empleado para la destrucción de bacterias patógenas, ya que el agua con pH inferior a 3 o superior a 11 es relativamente tóxica para la mayoría de las bacterias. PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Desinfección: CON RAYOS ULTRA VIOLETAS La desinfección de aguas de abastecimiento basada en la radiación emitida por fuentes de rayos ultravioletas (UV) se ha empleado en contadas ocasiones desde principios de siglo. Aunque su primer uso se centraba en la desinfección de aguas de su suministro s o de a alta a ca calidad, dad, recientemente ec e e e e se ha a experimentado un renovado interés en la aplicación de esta técnica de cara a la desinfección de aguas residuales y lodos deshidratados. Se ha podido comprobar que una correcta dosificación de rayos ultravioletas es un eficaz bactericida y virucida, además de no contribuir t ib i a la l formación f ió de d compuestos t tóxicos. tó i PROCESOS QUÍMICOS UNITARIOS Desinfección con rayos ultra violetas : Naves de secado solar del lodo municipal, Managua PROCESOS BIOLÓGICOS PROCESOS BIOLÓGICOS UNITARIOS Son los S l métodos ét d d tratamiento de t t i t en los l que la l remoción ió de d los l contaminantes se lleva a cabo por la actividad biológica de los microorganismos. La remoción de la materia orgánica biodegradable tanto coloidal como disuelta por acción biológica, constituye la principal aplicación de este tipo de procesos. PROCESOS BIOLÓGICOS PROCESOS BIOLÓGICOS UNITARIOS Los procesos biológicos en el agua residual, gracias a la acción de una variedad de los microorganismos, son: • La eliminación del material orgánico carbonoso disuelto. • La eliminación de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. • La coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables. • La estabilización de la materia orgánica. PROCESOS BIOLÓGICOS PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS Los microorganismos se utilizan para convertir la materia orgánica carbonosa coloidal y disuelta en diferentes gases y tejido celular. Dado que el tejido celular tiene un peso específico ligeramente superior al del agua, se puede eliminar por decantación. PROCESOS BIOLÓGICOS PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS Los microorganismos pueden requerir el oxigeno para su metabolismo y en este caso el proceso biológico será aerobio; Sin embargo, para otros microorganismos el oxigeno es tóxico y ellos necesitan un ambiente anaerobio. Para su metabolismo P t b li l los microorganismos i i necesitarán it á alimento li t (sustrato) básico (carbónico) y nutrientes (Fósforo y Nitrógeno) PROCESO BIOLÓGICO aerobio Material orgánico complejo (agua cruda) + O2 Oxigeno (sustrato) DBO ó Microorganis DQO mos + aerobios Mater. Orgánico sencillo Energía + + Nuevos microorganismos + Gas G CO2 A Agua PROCESO BIOLÓGICO anaerobio Material orgánico (sustrato) DBO ó DQO + + O2 Oxigeno Microorganis g mos anaerobios Mater. Orgánico sencillo Energía + + Nuevos microorganismos + Gas G CO2 Gas G Metano PROCESOS BIOLÓGICOS CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS Curva de crecimiento microbiano PROCESOS BIOLÓGICOS CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS Puede desarrollarse en el cultivo suspendido, donde estos “flotan” en un estado libre ó En el crecimiento adherido, donde los microorganismos forman una especie de bio-película bio película que se adjunta a un material de relleno PROCESOS BIOLÓGICOS Entrada de afluente .. . . . . Cultivo suspendido PROCESOS BIOLÓGICOS Cultivo adherido PROCESOS BIOLÓGICOS CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS Las bio bio-películas películas se definen como comunidades de microorganismos que crecen embebidos en una matriz de exopolisacáridos y adheridos a una superficie inerte o a un tejido vivo. Representan la forma más habitual d crecimiento de i i d las de l bacterias b i en la l naturaleza. Bajo condiciones ambientales adecuadas todos los microorganismos son capaces de formar biopelículas. PROCESOS BIOLÓGICOS CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS Moho sobre la piedra PROCESOS BIOLÓGICOS CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS Bio-películas vistas en microscopio i i electrónico l tó i PROCESOS BIOLÓGICOS Reactor de crecimiento bacteriano continuo Reactor de crecimiento bacteriano discontinuo ( (mezcla l completa) l t ) Clasificación de Tipos y Niveles de Tratamiento El objetivo de los diferentes tipos y niveles de tratamiento en general es, reducir la carga de contaminantes del vertido (o agua residual) y convertirlo en inocuo para el medio ambiente y la salud humana. Ti Tipos de d tratamiento: t t i t Se pueden clasificar en físicos, físicos químicos y biológicos Ing. Larisa Korsak 121 CLASIFICACIOIN DE TIPOS DE TRATAMIENTO FÍSICOS: Operación Aplicación Equipo Tamizado grueso Remover sólidos gruesos, trapos y otros desechos Rejillas Tamizado fino Tami ado fino Remover partículas pequeñas Remover partículas pequeñas Mallas, Cribas Mallas, Cribas Homogenización (estabilización de flujo) Almacenar el efluente temporalmente p Tanque de estabilización Mezclado Mezclado de químicos con las aguas residuales Mezclador Floculación Floculación Adición de floculantes para Adición de floculantes para remover sólidos suspendidos Floculador Sedimentación Remover sólidos sedimentables Clarificadores S di Sedimentadores t d CLASIFICACIOIN DE TIPOS DE TRATAMIENTO FÍSICOS (continuación): Operación Aplicación Equipo Flotación Remover sólidos suspendidos no sedimentables y Grasas no sedimentables y Grasas DAF D Desengrasadores d Filtración Remover sólidos suspendidos, coloides y hasta microorganismos Filtros Sistemas de membranas Absorción/Adsorción Remover gases disueltos, amoniaco Torres empacadas Operación CLASIFICACIOIN DE TIPOS DE TRATAMIENTO QUÍMICOS: Aplicación Oxidación Remoción de componentes orgánicos corrientes Remover sustancias orgánicas refractarias Remoción de grasa y otros. Remoción de amonio Coagulación Desestabilización de partículas para formar agregados de mayor peso por floculación Desinfección Adición de cloro, compuestos de cloro, bromo y ozono para eliminar p y p microorganismos. Control de olores Neutralización Control de pH Precipitación Remover fósforo. Remoción de metales pesados p Intercambio Remoción selectita de compuestos iónico Tipos y Niveles de Tratamiento BIOLOGICOS BIOLOGICOS: Tipo p Nombre común Procesos aerobios Uso Cultivo suspendido Lodos activados Digestores aerobios Remoción de DBO, nitrificación Estabilización, remoción DBO Crecimiento adherido Filtros de goteo Contactores biológicos (d (discos rotatorios) ) Remoción de DBO, nitrificación Procesos anaerobios/anóxicos Cultivo suspendido Cultivo suspendido Sistemas de desnitrificación Desnitrificación Digestores anaerobios Estabilización Crecimiento adherido dh id Manto de lodo Reactor anaerobio de flujo ascendiente (RAFA) ( ) Remoción de DBO, estabilización , desnitrificación , Reactor anaerobio de flujo Ing. Larisa Korsak ascendente UASB Remoción de DBO 125 Tipos y Niveles de Tratamiento BIOLOGICOS (continuación): Tipo Aerobias Nombre común Lagunas Laguna aerobia Uso Remoción de DBO De maduración Laguna de maduración Remoción de DBO, nitrificación Facultativas Laguna facultativas Laguna facultativas Remoción de DBO Remoción de DBO Anaerobias Laguna anaerobias Remoción de DBO, estabilización Ing. Larisa Korsak 126 Tipos y Niveles de Tratamiento Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales. Estos niveles se conocen usualmente como: •Pretratamiento •Tratamiento Primario •Tratamiento Secundario •Tratamientos Terciarios avanzados Ing. Larisa Korsak 127 CURSO TALLER CURSO-TALLER TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL Tema 3. Tecnologías desarrolladas para el tratamiento d Aguas de A R id l Residuales Sub-temas: 1. Clasificación de niveles de tratamientos 2 Tratamiento preliminar y primario 2.Tratamiento Ing. Larisa Korsak 128 LOS PRINCIPALES OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL SON: Protección del Recurso Acuático de 1. Alto contenido de Sólidos Suspendidos 2. Alta carga de Materia Orgánica y consecuentemente bajo nivel de Oxígeno 3. Alto contenido de nutrientes (como N y P) que provocan eutroficación 4. Carga de las sustancias peligrosas no-biodegradables 5. Contaminación de (micro)-organismos patógenos Ing. Larisa Korsak 129 CON EL FIN DE: Establecer y mantener saludable el Medio acuático para la flora y fauna Garantizar a la humanidad el uso de recurso acuático para diferentes propósitos (abastecimiento de agua, recreación, ió pesca, navegación, ió irrigación) i i ió ) Prevenir las enfermedades que se transmiten por agua Ing. Larisa Korsak 130 Niveles de Tratamiento Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales. Estos niveles se conocen usualmente como: •Pretratamiento •Tratamiento Primario •Tratamiento Secundario •Tratamientos Terciarios avanzados Ing. Larisa Korsak 131 Niveles de Tratamiento Pretratamiento Se trata de un tratamiento previo, diseñado para remover partículas grandes, tales como plásticos, pelos, papeles, etc., ya sea que floten a se sedimenten, antes de que lleguen a las unidades de tratamiento posteriores. Aquí se emplean p mayoritariamente y rejillas j o tamices. Ing. Larisa Korsak 132 Niveles de Tratamiento Tratamiento Primario Se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión, sobrenadante y materia inorgánica. En este nivel se hace sedimentar los materiales suspendidos, usando tratamientos físicos o fisicoquímicos. También se utiliza la flotación. En algunos casos el tratamiento se hace, dejando simplemente, las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo al agua contenida en estos grandes tanques, sustancias i químicas í i quelantes l que hacen h más á rápida á id y eficaz fi l sedimentación. la di ió También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH y la eliminación de contaminantes volátiles como el amoníaco (desorción). Las operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración, neutralización y la desorción. Ing. Larisa Korsak 133 Niveles de Tratamiento T t i t Secundario Tratamiento S d i Se trata de reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. En esta fase del tratamiento se eliminan las partículas coloidales y similares. similares Puede incluir procesos biológicos y químicos. químicos El tipo de tratamiento más empleado es el biológico, en el que se facilita que bacterias digieran la materia orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de microorganismos. En el caso de los procesos aeróbicos, estos tanques tienen sistemas de burbujeo o agitación que garantizan condiciones aerobias para el crecimiento de los microorganismos. En el caso de procesos anaerobios, la agitación y un posible calentamiento es requiero, sin acceso de oxigeno. Posteriormente se conduce este líquido a tanques cilíndricos, con sección en forma de tronco de cono, en los que se realiza la decantación de los lodos. Separados los lodos, el agua que sale contiene muchas menos impurezas. Ing. Larisa Korsak 134 Niveles de Tratamiento Tratamientos Avanzados o Terciarios La etapa terciaria es necesaria cuando el agua va a ser reutilizada; elimina un 99% de los sólidos y además se emplean varios procesos químicos para garantizar que el agua esté tan libre de impurezas como sea posible. Se emplean tipos de tratamiento físicos y químicos con los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo, nitrógeno, minerales metales pesados, minerales, pesados virus, virus compuestos orgánicos, orgánicos etc. etc Estos tratamientos son más costosos que los anteriores y se usa para purificar desechos de algunas industrias, o en las zonas con escasez de agua que necesitan p purificarla p para volverla a usar como p potable,, o en zonas declaradas sensibles (con peligro de eutrofización) en las que los vertidos deben ser bajos en nitrógeno y fósforo, etc. Ing. Larisa Korsak 135 Resumen de niveles de tratamiento: primario, i i secundario d i y terciario t i i Tratamiento preliminar/primario Tratamiento secundario Tratamiento terciario Calidad mínima Calidad Media Calidad alta • Cribado • Sedimentación (remoción de arenillas, remoción de material suspendido) suspendido) • Flotación (separación del aceite, remoción de material suspendido ate a suspe d do fino) • Remoción biológica de materia orgánica carbonácea: ‐en presencia de oxígeno ‐en ausencia de oxígeno d í • Precipitación química • Oxidación • Coagulación • Remoción biológica de nutrientes • Filtración fina • Precipitación química selectiva l • Adsorción • Intercambio iónico • Electrodiálisis • Desinfección Ing. Larisa Korsak 136 Costo relativo del tratamiento de agua residual versus el grado de remoción de contaminantes Costos regionales, g U$/m3 Terciario Mí i Mínimo 0 16 0.16 Máximo 1.15 Intermedio 0 71 0.71 Secundario Primario Preliminar Remoción, % DBO 30 50 -70 90-95 >95 SST 60 80-90 90-95 >95 N total 15 25 40 >80 F total 15 75 90 >90 Ing. Larisa Korsak 137 ESQUEMA DEL PROCESO DE TRATAMIENTO DE AGUA GU RESIDUAL S U Afluente Cribado Desarenado Basura Efluente tratado Arenisca Tratamie nto terciario Lodo d terciario i i Separación de grasas Grasas Sedimentación secundaria Sedimentación primaria Lodo primario Tratamiento secundario biológico Lodo secundario Ing. Larisa Korsak 138 TRATAMIENTO PRELIMINAR 1. CRIBADO/TAMIZADO 2. DESARENADO 3. TRAMPAS DE GRASAS Rejillas Remoción de grasa g Desarenador Ing. Larisa Korsak 139 TRATAMIENTO PRELIMINAR 1.Cribado/Tamiz 1 Cribado/Tamiz ado Rejilla de barras en la planta de tratamiento Ing. Larisa Korsak 140 TRATAMIENTO PRELIMINAR Cribas Sirven para eliminar partículas contaminantes suspendidas gruesas (papeles, bolsas plásticas, todo tipo d b de basura fl flotante) t t ) El rol del cribado es proteger equipos de daños físicos, aumentar la eficiencia de remoción de los contaminantes y evitar el atascamiento de los equipos posteriores Ing. Larisa Korsak 141 TRATAMIENTO PRELIMINAR 2. Desarenado Se aplica para eliminar partículas contaminantes de naturaleza inorgánica: arenas, areniscas, grava todo tipo de escoria que esta mas pesada grava, que material orgánico y por lo tanto precipita con mayor rapidez El papel del desarenado es proteger equipos de daños físicos abrasivos evitar la deposición de materiales pesados en la abrasivos, tubería, canales y conductos, reducir la frecuencia de limpieza de los equipos de tratamiento secundario por acumulación de material inerte. inerte Ing. Larisa Korsak 142 TRATAMIENTO PRELIMINAR Para lograr la precipitación de las partículas mas pesadas se debe garantizar: 1. Velocidad horizontal del flujo j de agua, g vh, a 0.3 m/s 2. Crear las condiciones de turbulencia (hidráulicamente, mecánicamente o por aireación para prevenir la sedimentación de las partículas orgánicas) 3 Proporcionar suficiente tiempo para que las 3. partículas de arenisca se sedimentan con una velocidad de precipitación, vs Ing. Larisa Korsak 143 TRATAMIENTO PRIMARIO SEDIMENTACION (Desarenador y Tanque de sedimentación primaria (clarificador)) Zona de entrada Vh Vh Vs Vs Zona de lodo D Zona de e salida Zona de sedimentación Esquema de sedimentación de partículas discretas en un tanque ideal TRATAMIENTO PRELIMINAR La velocidad de sedimentación, vs es igual a Q/A, o sea que la profundidad del desarenador no afecta la eficiencia de la remoción de arenisca sino el AREA del sistema vs es llamada “CARGA CARGA SUPERFICIAL” SUPERFICIAL 2 h, esto Si vs es igual i l a 30-40 30 40 m3/m / 2. t asegura que todas t d llas partículas tí l de d arenisca del Ø>0.2 mm precipite según la ley de Newton Ing. Larisa Korsak 145 TRATAMIENTO PRELIMINAR Para llevar a cabo el proceso de desarenación se utilizan diferentes estructuras y mecanismos: • flujo horizontal (canales abiertos) • flujo helicoidal (desarenadores de aire) Ing. Larisa Korsak 146 TRATAMIENTO PRELIMINAR vh = Q/WD <0.30m/s vs = <40 m/h (0.011m/s) Entonces, L = (vh / vs).D = 0.30/0.011D = 27.3D Desarenador tipo “Canal abierto” El principal problema de los desarenadores es la fluctuación del caudal, ya que esta afecta directamente vh y vs Ing. Larisa Korsak 147 TRATAMIENTO PRELIMINAR Si t Sistema multicanal lti l Arena Perfil del desarenador rectangular de doble canal by-pass drenaje Perfil de un desarenador con by-pass yp Ing. Larisa Korsak 148 TRATAMIENTO PRELIMINAR Sistema multicanal (continuación) Plano del desarenador rectangular de dos canales Q2 Q1 Desarendor de forma parabólica Ing. Larisa Korsak 149 TRATAMIENTO PRELIMINAR 3.Trampas de Grasas y Aceites Se aplica para retener las grasas flotación, y los aceites por flotación. por enfriamiento y El problema de remoción de aceites y grasas se agrava recientemente debido al (1) aumento en el numero de productos de cocina que contienen grasas y aceites y (2) a la existencia de aceites solubles a temperaturas relativamente bajas, lo cual dificulta su remoción. Para conseguir que la flotación sea efectiva es necesario que el tanque separador retenga el agua a tratar por un periodo de tiempo adecuado (mínimo 30 min) Ing. Larisa Korsak 150 TRATAMIENTO PRELIMINAR Perfil de la Unidad de Remoción de Grasas y Aceites disponibles en el mercado Ing. Larisa Korsak 151 TRATAMIENTO PRIMARIO Agua después del tratamiento preliminar Sedimentación primaria Agua pretratada continua al tratamiento secundario •Basura flotante •Arenas A •Aceite y grasas Lodo primario (básicamente sedimentos orgánicos) Ing. Larisa Korsak 152 TRATAMIENTO PRIMARIO SEDIMENTACION PRIMARIA El proceso de d sedimentación di t ió primaria i i tiene ti por objetivo bj ti remover la l materia orgánica suspendida de las aguas residuales a tratar y de esta manera reducir la carga contaminante para la siguiente etapa: tratamiento biológico. Sedimentador primario “casero” Ing. Larisa Korsak 153 TRATAMIENTO PRIMARIO FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE LA REMOCION DE LOS SÓLIDOS: 1. Velocidad de la sedimentación (la carga superficial), vs 2. Tiempo p de retención hidráulica,, t 3. Concertación de los TSS en el caudal Normalmente para el agua residual domestica la vs debe ser en el rango de 1 –2.5 m/h, mientras que el tiempo de retención puede oscilar entre 1-2 horas. Ing. Larisa Korsak 154 TRATAMIENTO PRIMARIO TIPOS DE TANQUES PARA SEDIMENTACION PRIMARIA 1.Según la forma: rectangulares y circulares 2 Según la dirección de flujo de agua: 2.Según verticales y horizontales 3.Tanques tipo Imhoff La mayoría de los tanques tienen el fondo plano y utilizan el flujo horizontal de agua residual, son muy confiables en operación y proporcionan alta remoción d TSS. de TSS Todos T d necesitan it ell mecanismo i para recolectar l t y evacuar ell lodo l d que se forma en el fondo. Ing. Larisa Korsak 155 TRATAMIENTO PRIMARIO Tanque de sedimentación primaria rectangular pequeño Ing. Larisa Korsak 156 TRATAMIENTO PRIMARIO Tanque de sedimentación primaria rectangular Ing. Larisa Korsak 157 TRATAMIENTO PRIMARIO TANQUES DE SEDIMENTACION PRIMARIA (TSP) CIRCULARES El alto de la pared: 2-3 m La pendiente del fondo del tanque: 8-10% La pendiente en la parte de deposición de lodo: 60° El diámetro: hasta 20 m Ing. Larisa Korsak 158 TRATAMIENTO PRIMARIO Perfil de un tanque de sedimentación primaria circular Detalle de la entrada de agua Ing. Larisa Korsak 159 TRATAMIENTO PRIMARIO Tanque de sedimentación con el detalle de g reboso de agua Ing. Larisa Korsak 160 TRATAMIENTO PRIMARIO Tanque Circular de Sedimentación Primaria Ing. Larisa Korsak 161 TRATAMIENTO PRIMARIO TANQUES DE SEDIMENTACION PRIMARIA (TSP) IMHOFF Tienen doble función: sedimentación del material suspendido y di tió de digestión d las l partículas tí l sedimentadas. di t d Fueron desarrollados en Alemania con el objetivo de simplificar el diseño de una planta de tratamiento (en un equipo se dan las dos operaciones) Ing. Larisa Korsak 162 TRATAMIENTO PRIMARIO Tanque Imhoff posee dos compartimientos: superior para realizar la sedimentación y la acumulación de los lodos, lodos mientras en el inferior se da digestión y almacenamiento de lodo. La altura de tanque: hasta 10 m La pendiente del compartimiento superior: 60° No se construyen en las áreas donde es suelo no es suficientemente estable o el nivel freático alto. Ing. Larisa Korsak 163 TRATAMIENTO PRIMARIO Tanque Imhoff Ing. Larisa Korsak 164 TRATAMIENTO PRIMARIO Perfil Tanque Imhoff Ing. Larisa Korsak 165 TRATAMIENTO PRIMARIO Plano del tanque Imhoff Ing. Larisa Korsak 166 TRATAMIENTO PRIMARIO Tanque Imhoff de la planta de tratamiento El Viejo, Nicaragua Ing. Larisa Korsak 167 TRATAMIENTO PRIMARIO Tanque Imhoff de la PTAR del hospital de Estelí Ing. Larisa Korsak 168 TRATAMIENTO PRIMARIO La remoción de BOD y TSS en por ciento como función del tiempo de retención Ti Tiempo de d retención, ió horas h Ing. Larisa Korsak 169 CURSO-TALLER TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL Tema 3. Tecnologías desarrolladas para el tratamiento de Aguas Residuales Subtema: Tratamiento biológico secundario Ing. Larisa Korsak 170 TRATAMIENTO SECUNDARIO EL OBJETIVO DE ESTABILIZAR LA MATERIA ORGANICA DISUELTA Y COLOIDAL PUEDE SER ALCANZADO POR MEDIO DE: TRATAMIENTO BIOLÓGICO Ó Y TRATAMIENTO QUĺMICO Ing. Larisa Korsak 171 TRATAMIENTO SECUNDARIO Tratamiento SECUNDARIO es el nivel mas fundamental en el tratamiento biológico y comprende: 1.La conversión de la materia orgánica carbónica disuelta y en estado coloidal en diferentes gases y tejidos celulares 2. La formación de copos biológicos compuestos de materia celular y de los coloides orgánicos presentes en el agua residual 3. La subsiguiente remoción de dichos copos por medio de sedimentación por gravedad Si el tejido celular producido no se retira por precipitación, este ejercerá una DBO en las aguas residuales y el tratamiento será incompleto. Ing. Larisa Korsak 172 TRATAMIENTO SECUNDARIO Tipo aerobio ó Anaeróbico Clarificador secundario Ing. Larisa Korsak Biomasa/lodo 173 TRATAMIENTO SECUNDARIO SE PUEDE DISTINGUIR DOS TIPOS DE TRATAMIENTO AERÓBIO ANAERÓBIO • Filtros p percoladores • Filtros anaerobios • Lodos activados •Laguna anaerobia • Lagunas aerobias •Digestores g anaeróbicos • Sistemas biológicos de contacto rotatorio • Humedales artificiales Ing. Larisa Korsak 174 CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES % Re moción = Concentracióninicial − Concentración final C Concentrac t ión ió inicial X 100 %Remoción de DBO = 100 x (Conc. inicial-Conc. final)/(Conc. inicial) Ing. Larisa Korsak 175 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO AEROBIO Esquema q del tratamiento en el Filtro Percolador Ing. Larisa Korsak 176 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO AEROBIO Filtro percolador (bio torre ó lecho bacteriano) (bio-torre Fueron desarrollados en Inglaterra a finales del siglo 19. Usualmente son de forma circular y consisten en un lecho del medio altamente permeable rodeado por una pared. El agua residual pre-sedimentada se vierte uniformemente sobre el lecho del filtro con la ayuda de los distribuidores rotativos. El agua atraviesa toda la altura del material permeable hasta llegar al fondo perforado donde es recolectada. l d El material i l de d relleno ll puede d ser roca quebrada, piedras volcánicas e incluso material plástico. Ing. Larisa Korsak 177 TRATAMIENTO SECUNDARIO Esquema del Filtro percolador Ing. Larisa Korsak 178 TRATAMIENTO SECUNDARIO Filtro percolador de Managua Ing. Larisa Korsak 179 TRATAMIENTO SECUNDARIO La parte superior del filtro Ing. Larisa Korsak 180 TRATAMIENTO SECUNDARIO b) Material natural, roca quebrada Tipos de medio de relleno en un Filtro Percolador a) Material plástico Ing. Larisa Korsak 181 TRATAMIENTO SECUNDARIO Ti Tipos de d medio di de d relleno ll en un Filtro Filt Percolador a) Material plástico Ing. Larisa Korsak 182 TRATAMIENTO SECUNDARIO Filtro percolador en la planta de tratamiento de hospital de Estelí Ing. Larisa Korsak 183 TRATAMIENTO SECUNDARIO Filtro percolador circular de la planta de tratamiento de aguas residuales municipales en San Salvador Ing. Larisa Korsak 184 TRATAMIENTO SECUNDARIO Filtro percolador circular pequeño Ing. Larisa Korsak 185 TRATAMIENTO SECUNDARIO Filtro percolador rectangular Ing. Larisa Korsak 186 TRATAMIENTO SECUNDARIO Detalle del canal de distribución del afluente en el filtro percolador rectangular Ing. Larisa Korsak 187 TRATAMIENTO SECUNDARIO Ventajas y desventajas de filtros percoladores Ventajas Desventajas Baja demanda de energía eléctrica No garantiza 100% de remoción en el efluente (BOD<10) Baja la producción de los lodos Baja remoción de N y P (no cumple con las normas europeas) Simple en operación El proceso poco flexible, difícil de controlar Bajo costo de inversión Su funcionamiento es seriamente afectado por la temperatura Bajos costos de mantenimiento Existe un potencial riesgo de creación de fuente p para mosquitos, q , malos olores,, atascamiento Lodos son fácilmente deshidratados Ing. Larisa Korsak 188 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Cerca del los 1880 en Inglaterra fue observado que la aireación artificial de agua domestica reducía considerablemente los malos olores, además se producía una cantidad adicional de los sólidos suspendidos que parecía que participaban en el proceso de biodegradación. Este fenómeno llevo al desarrollo de los mas usados hoy en día sistemas de tratamiento de aguas residuales: Sistemas de Lodos Activados en los cuales el agua residual es intensivamente mezclada con el oxigeno y microorganismos con el objetivo de acelerar el proceso natural de biodegradación de materia orgánica con el propósito de purificar el agua usada antes de verterla en un receptor de agua natural. natural Ing. Larisa Korsak 189 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS AGUA A TRATAR TANQUE DE AIREACION AGUA TRATADA HOMOGENIZACIÓN Sistema de lodos activados Ing. Larisa Korsak 190 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Esquema de sistema de lodos activados (fangos activados) Ing. Larisa Korsak 191 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS El principal elemento del sistema de lodos activados es el TANQUE DE AIREACION Ing. Larisa Korsak 192 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Procesos que se desarrollan en un TANQUE DE AIRECION Lodo acttivado recirculaado Agua residual Crecimiento de lodo activado Contaminantes orgánicos Lodo + Formación de CO2, H2O, NO3-, SO4-2, PO4-3 Activado +O2 TSS Agua tratada Exceso de lodo TSS – Tanque de sedimentación secundaria Ing. Larisa Korsak 193 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Los sistemas de aireación Los sistemas de aireación que se emplean en las plantas de tratamiento de lodos activados básicamente se pueden dividir en 3 grupos: 1. Aireación por difusión 2. Aireación mecánica o superficial 3. Aireación por inyección Ing. Larisa Korsak 194 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Los sistemas de aireación La selección del sistema de aireación depende de muchos factores: q de aireación 1. Profundidad del tanque 2. Necesidad de un diseño de planta compacta 3. Capacidad de la planta de tratamiento. En general, los sistemas mecánicos y de inyección se recomiendan para las plantas de pequeña capacidad, mientras que la aireación con difusores es aplicada en las plantas de mayor capacidad. Ing. Larisa Korsak 195 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Los sistemas de aireación •En En la aireación por difusión: dif sión: El aire (oxígeno) se pone en contacto con el agua por medio de las bombas de ppresión. El aire se libera en el seno del liquido q en forma de burbujas de diferente tamaño. La eficiencia de la transferencia del oxigeno esta determinada por el tamaño de las burbujas, la cantidad del aire introducido y la profundidad a la que esta sumergido el difusor en el reactor. Los difusores tienen forma de platos, discos o tubos y se hacen de materiales muy porosos como cerámica especial, plástico flexible, membranas de resinas. La transferencia del oxigeno oscila entre 1015 g O2/m3. Ing. Larisa Korsak 196 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Los sistemas de aireación Ai Aireación ió por difusión dif ió Ing. Larisa Korsak 197 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Ai Aireación ió por difusión dif ió Aireación por difusión Ing. Larisa Korsak 198 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Los sistemas de aireación •En la aireación mecánica o superficial: El aire (oxigeno) se mezcla con el agua por medio de platos l rotatorios i que están á ligeramente li sumergidos id all agua. Existen dos tipos de aireadores mecánicos, mecánicos con el cono rotatorio vertical y horizontal. Los mas comunes son de los conos verticales. El diámetro de cono llega hasta 4 m. La eficiencia de la oxigenación en los tanques de diámetro mayor de 5 m llega a 1.5 – 3 kg O2/kWh. Ing. Larisa Korsak 199 TRATAMIENTO SECUNDARIO LODOS ACTIVADOS Los sistemas de aireación Aireado mecánico Ing. Larisa Korsak 200 TRATAMIENTO SECUNDARIO Los sistemas de aireación Aireador sencillo superficial Ing. Larisa Korsak 201 TRATAMIENTO SECUNDARIO Ventajas y desventajas de lodos activados Ventajas Desventajas 1. Tecnología compacta 1. Lodo formado no es granular, sino disperso 2 Tiene gran flexibilidad 2. operacional 2.Alto 2 Alto consumo energético 3.Alto rendimiento de remoción de los contaminantes Ing. Larisa Korsak 202 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO BIOLÓGICO ANAEROBIO Ing. Larisa Korsak 203 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Ventajas Desventajas 1.Bajo consumo energético 2.Poca producción de lodo (6-8 veces menos)) 3.Baja demanda de nutrientes 4. Producción de metano, una potencial fuente energética 5. Rápido re-establecimiento de biomasa después de periodos sin alimentación 6. Reducidos volúmenes de reactores 1.El tiempo de arranque es más prolongado 2.Puede requerir de adición de alcalinidad 3.Mas difícil alcanzar los requerimientos de calidad de agua tratada 4. Imposible la remoción de nitrógeno y fósforo 5.Muy sensibles a las condiciones adversas (temperatura, pH, algunas sustancias) 6. La producción de malos olores es posible Ing. Larisa Korsak 204 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Existe amplia variedad de digestores anaerobios: •Reactores Batch (MEZCLA COMPLETA,crecimiento suspendido) • Reactores de lecho bacteriano suspendido continuo: (UASB-Up-flow Anaerobic Sludge Blanket) •Reactores de crecimiento adherido (con material de relleno) (RAFA- Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente) • Discos Di rotatorios t t i Ing. Larisa Korsak 205 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Digestor anaerobio Ing. Larisa Korsak 206 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO El principio de funcionami ento t del d l reactor UASB Ing. Larisa Korsak 207 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Reactor UASB Ing. Larisa Korsak 208 TRATAMIENTO SECUNDARIO U reactor Un t anaeróbico óbi de d tasa t alta lt del d l tipo ti UASB Ing. Larisa Korsak 209 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Esquema del Filtro de Flujo Ascendente, FAFA Ing. Larisa Korsak 210 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Un RAFA abierto. El Viejo Ing. Larisa Korsak 211 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Ing. Larisa Korsak 212 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Sistema combinado Fosa séptica + FAFA Ing. Larisa Korsak 213 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Fosa séptica seguida por un FAFA. La Paz Centro. Ing. Larisa Korsak 214 TRATAMIENTO SECUNDARIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Filtro Imhoff Filt I h ff seguido de Fosa Séptica. Sistema de tratamiento de Camoapa. Ing. Larisa Korsak 215 TRATAMIENTO SECUNDARIO Discos biológicos rotatorios Ing. Larisa Korsak 216 TRATAMIENTO SECUNDARIO SISTEMA DE LAGUNAJE Ing. Larisa Korsak 217 TRATAMIENTO SECUNDARIO SISTEMA DE LAGUNAJE Las lagunas no son mas que excavaciones realizadas en un terreno para el tratamiento de aguas residuales. Los trabajos de investigación sobre lagunas en la década de 1940 p permitieron el desarrollo de estos sistemas como una alternativa de bajo costo para el tratamiento de aguas residuales. Las lagunas poseen una profundidad variable, pueden ser poco profundas o bastante hondas. Las lagunas se clasifican teniendo en cuenta la concentración de oxigeno g disuelto ( (nivel de aerobicidad), ), y la fuente q que suministra el oxigeno necesario para la asimilación bacterial de compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales. Ing. Larisa Korsak 218 TRATAMIENTO SECUNDARIO CLASIFICACION DE LAS LAGUNAS Clase de laguna Presencia de oxigeno Aerobia/de Aerobia /de maduración (0.3 maduración (0.3‐‐0.6 m) La fotosíntesis suministra el oxigeno necesario para mantener condiciones aerobias en toda para mantener condiciones aerobias en toda la columna de agua Facultativa (1.5‐‐2.5 m) Facultativa (1.5 La zona superficial es aerobia, la zona sub La zona superficial es aerobia, la zona sub‐‐ superficial suele ser anóxica o anaerobia superficial suele ser anóxica o anaerobia Aireada con mezcla parcial (2‐ Aireada con mezcla parcial (2‐6 m) La aireación superficial produce una zona aerobia que puede alcanzar la totalidad de la profundidad de la laguna f did d d l l Anaerobia (5‐‐10 m) Anaerobia (5 La totalidad de su profundidad es anaerobia Ing. Larisa Korsak 219 TRATAMIENTO SECUNDARIO CLASIFICACION DE LAS LAGUNAS Ing. Larisa Korsak 220 TRATAMIENTO SECUNDARIO VENTAJAS Y DESVENTJAS DE LAS LAGUNAS Ventajas Desventajas Los bajos costos Requiere grandes extensiones del terreno Requieren q mínima capacitación p del personal encargado de su operación El efluente p posee una g gran cantidad de algas La evacuación y disposición de lodos se realiza solo en el intervalo de 10 a 20 anos Las lagunas sin aireación a menudo no cumplen las normas existentes de calidad del efluente Las lagunas pueden causar daño a las aguas subterráneas si no están bien i impermeabilizadas bili d Una incorrecta operación puede causar malos olores Ing. Larisa Korsak 221 TRATAMIENTO SECUNDARIO Desarrollo de los procesos en las lagunas de estabilización En las lagunas de estabilización residen varias especies de bacterias, hay aerobias, facultativas y anaerobias. Las bacterias descomponen la materia orgánica a elementos mas sencillos, que serán asimilados por las algas. EL PROCESO DE TRATAMIENTO DEPENDE DE LA EFICACIA CON QUE SE ESTABLEZCA LA SIMBIOSIS ALGAS-BACTERIAS ALGAS BACTERIAS Ing. Larisa Korsak 222 TRATAMIENTO SECUNDARIO Desarrollo de los procesos en las lagunas de estabilización Las algas son organismos uni o multicelulares del reino protista, que poseen mecanismos fotosintéticos. La radiación solar es la fuente de energía que utilizan en la síntesis de nuevas células; en el proceso de fotosíntesis las algas convierten compuestos minerales y orgánicos en materia orgánica y oxigeno. Ing. Larisa Korsak 223 TRATAMIENTO SECUNDARIO Río no contaminado t i d Río eutroficado Ing. Larisa Korsak 224 TRATAMIENTO SECUNDARIO Desarrollo de los procesos en las lagunas de estabilización aerobias Materia orgánica Luz Solar OXIGENO Bacterias aerobias Algas CO2 Amoniaco Ing. Larisa Korsak 225 TRATAMIENTO SECUNDARIO Desarrollo de los procesos en las lagunas de estabilización facultativas Materia Luz Solar orgánica OXIGENO Bacterias aerobias CH4,N2, H2 Algas CO2 CO2 Bacterias facultativas Amoniaco CO2 Sedimento Bacterias B t i anaerobias bi y facultativas Bacterias anaerobias del METANO Ácidos Á id orgánicos Amoniaco Ing. Larisa Korsak 226 LAGUNAS Y LAS MACROFITAS En el agua, además de las algas, organismos unicelulares que se perciben cuando le dan color verde al agua, g , suelen establecerse las macrófitas. Las macrófitas son muy variadas que van desde las lentejas de agua hasta el mangle o el ciprés de los pantanos. Ingresando a una laguna tipo, encontramos primero las plantas macrófitas emergentes firmemente enraizadas y con su base bajo el agua en el período húmedo, como el junco y la espadaña. Luego siguen las macrófitos de hojas flotantes, este es el espacio típico para nenúfares y los lirios en un estanque. El tercer grupo es el de las macrófitas totalmente sumergidas. sumergidas El fitoplancton también ocupa un lugar importante en el hábitat de una laguna, es consumido por el zooplancton y éste por los peces, el equivalente terrestre del fitoplancton es el pasto. Ing. Larisa Korsak 227 LAGUNAS Y LAS MACROFITAS Ing. Larisa Korsak 228 LAGUNAS Y LAS MACROFITAS Plantas macrófitas pueden jugar un papel positivo o negativo en el ambiente acuático Laguna Alalay, Bolivia Contaminado de repollos de agua, macrófitas que invadieron el lago de Alalay Ing. Larisa Korsak 229 MACROFITAS COMO TRATAMIENTO Las lagunas de macrófitos son lagunas de estabilización de aguas residuales modificadas, con una cobertura de plantas fluctuantes en la superficie del agua. Las plantas pueden ser jacinto acuático (Eichornia crassipes), Pistia (Lemnaceae). La f nción de las plantas es retirar nutrientes función n trientes de los efluentes efl entes líquidos y proporcionar un ambiente de calma en que la acción del viento no cause movimiento en el agua, haciendo que la sedimentación sea ideal. ideal El sistema radicular extenso del jacinto también sirve como superficie para que se fijen las bacterias, aumentando la remoción de carbono orgánico disuelto y del nitrógeno (nitrificación). Ing. Larisa Korsak 230 MACROFITAS COMO TRATAMIENTO La acuicultura de peces con base en efluentes líquidos: transforma los nutrientes allí presentes en proteína. Las algas y macrófitos consumen nutrientes para la producción de materia orgánica vegetal. Los peces se alimentan de algas o macrófitos para reproducirse d i ( sea se transforman (o t f en proteína). t í ) Pueden identificarse dos tipos de sistemas. 1: los peces crecen directamente en lagunas de efluentes líquidos; 2: los nutrientes de los efluentes son convertidos primeramente en biomasa de macrófitos o de algas, que son cosechadas y llevadas para los viveros de los peces. El segundo sistema tiene la ventaja de poseer menor riesgo de infectar los peces con organismos patógenos. Viveros de peces mejoran la calidad del agua por el mismo proceso de las lagunas de estabilización. Ing. Larisa Korsak 231 MACROFITAS COMO TRATAMIENTO Laguna con Pistia en para tratamiento de efluentes e ue tes líquidos qu dos domésticos y acuicultura de peces; los peces son alimentados con la biomasa producida a partir de los efluentes líquidos. Ing. Larisa Korsak 232 HUMEDALES Humedales son áreas de tierra en que el nivel del agua está a nivel de la superficie del terreno (o arriba de él), por un período del año suficiente para mantener el suelo en condiciones de saturación y crecimiento de la vegetación local. Humedal natural de jacinto acuático Ing. Larisa Korsak 233 HUMEDALES Humedal natural Ing. Larisa Korsak 234 HUMEDALES Los humedales construidos son p porciones de terreno específicamente p proyectados para actuar en la purificación de efluentes líquidos. Hay dos tipos de humedales construidos: los de flujo superficial de agua (FWS - Free Water Surface) y aquellos con flujo sub-superficial (SFSub-Surface Flow). El nivel de agua, en el primer caso, está en la superficie del suelo y, en el segundo esta en el sub-suelo, invisible para un observador. Humedal construido Ing. Larisa Korsak 235 HUMEDALES Flujo subterráneo del agua Flujo superficial de agua Humedal construido Ing. Larisa Korsak 236 HUMEDALES Filtro de macrófitos Ing. Larisa Korsak 237 ESQUEMA DE UN HUMEDAL CONSTRUIDO Ing. Larisa Korsak 238 CURSO-TALLER TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL PARTE PRACTICA. SISTEMAS DE TRATAMIENTO EXISTENTES UTILIZADOS PARA EL AGUA DE LAS CAFETELARAS Ing. Larisa Korsak 239 Carga orgánica de del agua de beneficios De acuerdos a estudios realizados por ANACAFE en Guatemala 2001, la pulpa, el mucílago y las aguas mieles del café originan una carga orgánica de 16.82 kg g de DQO/qq Q qq de café oro procesado. p Antes de pensar en un sistema de tratamiento es necesario tomar todas la medidas posibles para reducir la carga orgánica en el proceso. q q q q 1. Reducción del uso del agua 1.1. Recirculación de aguas. 1.2. Uso de tamices finos. 2. Recibo de fruta sin agua. 3. Despulpado en seco El despulpado en seco y transporte sin agua de la pulpa previene 50% de contaminantes en las aguas. q 4. Transporte de la pulpa sin agua. q 5. Separación y disposición final de la pulpa. q 6. Instalación de plantas de tratamiento de aguas. Los beneficios ecológicos por pequeños y grandes que sean tienen que diseñarse considerando un bajo consumo de agua, reduciendo de 1,500 o 2,000 2 000 litros de agua por qq pergamino seco bajo sistema tradicional tradicional, a 120 -150 litros por qq pergamino. Para la funcionalidad y manejo de aguas miles se deben considerar las siguientes estructuras civiles: 1.Lagunas de oxidación y/o infiltración. Estas dependerán de las condiciones de suelo, textura y clima de la zona donde se vayan a realizar, estas podrán ser más eficientes en los lugares de alta temperatura baja humedad relativa durante la cosecha y una buena y temperatura, adecuada infiltración del suelo, partiendo al inicio con una alta infiltración pero luego disminuirá por su estado de saturación del suelo con la ventaja j de q que el agua g se evaporara. p Ejemplo, j p una laguna de 10x10x2 es suficiente para una producción de 1000 qq pergamino seco por temporada, o hacer dos o tres disminuyendo las medidas. 2. Eliminación de sólidos. Este es un sistema de tratamiento químico, que trata de disminuir o eliminar los sólidos suspendidos did y malos l olores l d las de l aguas residuales, id l por medio de agregados de cal y sales de hierro (cloruros o sulfatos), la cal favorece aumentando el pH formando sales càlicas con los compuestos orgánicos. orgánicos Este tratamiento químico tiene que seguir a través de pilas de sedimentación, sedimentación separando la materia orgánica en forma de lodos y el agua clarificada, según el monitoreo de su carga orgánica puede pasar a otro proceso de purificación ((lagunajes, g j , humedales o agua g p para riego g de p pasto). ) 3. Sistemas de plantas de tratamientos de aguas residuales (SPTAR). Este sistema podría incorporarse a los beneficios de 500 y 1000 qq de café por temporada, con un costo mayor que los anteriores pero debido a su alto volumen se requiere de un manejo mas seguro. Este sistema contempla la recirculación de agua y se compone por: 1) Un tanque decantador, decantador canales tamizado para eliminar físicamente partículas gruesas como trazas de pulpa, hilachas y restos de hojas y palos finos. El Tratamiento primario (tamiz y sedimentador) reduce DQO en 30%. 2) Reductor de acidez con hidróxido de calcio al 2´%, pilas de floculación y sedimentación 3) Filtros de arena, cajas desarenadores 4) Drenajes con golpeo para provocar aireación, y por ultimo 5) Lagunas de oxidación con incorporación de plantas verdes con alta evapotranspiración, como las iridáceas (lirio amarillo, la espadaña fina, lechuguilla) ó 6) Humedales. H d l Reducción gradual de la contaminación en Costa Rica Rica. La meta es reducción de 80% PARÁMETRO VALOR LÍMITE q DBO 1000 mg/l q DQO 1500 mg/l q PH 5a9 q SÓLIDOS SEDIMENTABLES 1 ml/l l/l q MATERIA FLOTANTE Ausente q TEMPERATURA 15°C T 40°C 15°C<T<40°C SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE UN BENEFICIO HUMEDO EN COLOMBIA Sistema modular de tratamiento biológico anaerobio Recomendado para los beneficios con 5L agua/kg cps. Proporciona mas de 80% de remoción de la DBO, pero se necesita tratamiento terciario para remover nitrógeno. Ing. Larisa Korsak 245 SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIDUAL DE UN BENEFICIO HUMEDO EN COLOMBIA Neutralización con cal Pila hidrolíticaacidogénica Digestor de lona Pila metanogénicas Unidad hibrida UASB + FAFA Lagunas con marcrófitas o humedales Ing. Larisa Korsak 246
