tema 4. aguas residuales

TEMA 4. AGUAS RESIDUALES
En general las aguas residuales se clasifican en domésticas e industriales. Los componentes
generales de las aguas residuales son: sólidos, microorganismos, compuestos orgánicos y
compuestos inorgánicos. Los compuestos inorgánicos pueden incluir cloruros, sulfatos nitrógeno,
fósforo, carbonatos, bicarbonatos y sustancias toxicas como arsénico, cianuro, metales pesados, que
generalmente se encuentran en las aguas residuales industriales.
CLASIFICACION DE LOS METODOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PROCESOS FISICOS: son métodos de tratamiento en los cuales predomina la aplicación de
fuerzas físicas, son conocidos como unidades de operación física. Estos métodos evolucionaron por
observaciones directas del hombre en la naturaleza, fueron los primeros en ser usados para el
tratamiento de aguas residuales. Estos métodos son típicamente tamizado, mezclado, floculación,
sedimentación, flotación, filtración y transferencia de gas.
PROCESOS QUIMICOS: son métodos de tratamiento en los cuales la remoción o conversión de
contaminantes se lleva a cabo mediante la adición de químicos o mediante otras operaciones
químicas, son conocidos como unidades de proceso químicos. Los ejemplos más comunes son
precipitación, absorción y desinfección.
PROCESOS BIOLOGICOS: son métodos de tratamiento en los cuales la remoción de
contaminantes se lleva a cabo mediante actividad biológica, son conocidos como unidades de
procesos biológicos. El tratamiento biológico se usa principalmente para remover las sustancias
orgánicas biodegradables (coloidales o disueltas) en el agua residual (básicamente las sustancias son
convertidas en gases que pueden escapar a la atmósfera y en tejido celular biológico que puede ser
removido mediante sedimentación).
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE LIQUIDOS RESIDUALES
1.
2.
3.
4.
Nivel de tratamiento Primario o Físico.
Nivel de tratamiento Secundario o Biológico.
Nivel de tratamiento Terciario, Químico o Avanzado.
Tratamiento Fisicoquímico: es un nivel intermedio.
No es obligatorio pasar por cada nivel de tratamiento, va a depender del uso y de lo que se quiera
eliminar.
1. Nivel de tratamiento Primario o Físico
Su propósito principal es remover del agua residual, aquellos contaminantes que flotarán o
sedimentarán. Este tratamiento removerá típicamente el 60% de los sólidos suspendidos, el 35% de
la DBO5, material inmiscible (aceite, espuma). Los contaminantes solubles no son removidos.
Influente
Tamiz
Desarenador
En el tamizado puede haber una trituración
En el sedimentador el flujo es lento y uniforme.
Sedimentador
Efluente
2. Nivel de tratamiento Secundario o Biológico
Su propósito es remover DBO5 soluble que escapa del proceso primario y provee una remoción
adicional de los sólidos suspendidos. Este tratamiento provee las mismas reacciones biológicas que
pudieran ocurrir en un cuerpo de agua receptor si éste tuviera una capacidad adecuada de asimilar el
agua residual. Este tratamiento está diseñado para acelerar estos procesos naturales de modo que la
descomposición de los contaminantes orgánicos degradables puede ser alcanzada en periodos cortos
de tiempo. Aunque el tratamiento secundario remueve el 85% de la DBO5 y sólidos suspendidos,
este tratamiento no remueve cantidades significantes de nitrógeno, fósforo o metales pesados y no
remueve completamente las bacterias patogénicas y los virus.
Condiciones mínimas para tener un eficiente tratamiento secundario
1. Abundante disponibilidad de organismos vivos.
2. Disponibilidad de abundante oxigeno.
3. Condiciones de pH y temperatura óptimas.
4. Una superficie o un espacio para el contacto entre los líquidos residuales y los
microorganismos.
Tipos de Tratamiento Secundario
1. De cultivo o película fija: la superficie de contacta es un sólido (espacio físico). Puede ser
cualquier tipo de solidó (plástico, madera piedra). Los cultivos fijos pueden ser:
- Filtros de percolado, filtros de goteo: es una de las técnicas más conocidas, no se puede
usar con grandes cantidades de líquido residual.
Consiste en una superficie redonda con una especie de brazos (que tienen la función de expandir
el líquido, de distribuirlo en la superficie). Es un proceso lento por goteo. Este es el tratamiento
más eficiente para eliminar DBO.
- Biodiscos: son discos biológicos rotatorios. Sirve para tratar mayor volumen de líquido
residual. Está basado en una serie de discos que están fijos o unidos a un eje central, y estos
pueden girar y están en una especie de tanque. Produce malos olores, por eso se hace en un
área o zona alejada.
Los microorganismos están adheridos al disco (más o menos la mitad) y giran con el objeto de
que cuando los microorganismos no están en contacto con el liquido, suben para poder tener
oxigeno para respirar.
2. De cultivos suspendidos: la superficie de contacto es un medio líquido (en una solución se
dejan caer los microorganismos). Los cultivos suspendidos pueden ser:
- Lodos o fangos activados: están compuestos por organismos vivos, es una mezcla de
microorganismos con líquidos residuales.
Este proceso deriva su nombre de la masa biológica que se forma cuando el aire es continuamente
inyectado en el agua residual.
En este proceso, los microorganismos son mezclados completamente con la materia orgánica
bajo condiciones que simulan su crecimiento cuando ellos usan la materia orgánica como alimento.
A medida que los microorganismos crecen, estos se mezclan por la agitación del aire, los
organismos individuales se aglomeran (floculan) hasta formar una masa activa de microbios
(floculo biológico) llamado lodo activado.
En la práctica, las aguas residuales fluyen continuamente a un tanque de aireación donde el aire es
inyectado a la mezcla de lodo activado con el agua residual para suministrar el oxigeno que
necesitan los microorganismos para descomponer la materia orgánica. La mezcla de lodo activado y
agua residual en el tanque de aireación se llama licor mezclado. El licor mezclado fluye del tanque
de aireación al clarificador secundario donde el lodo activado se sedimenta. La mayor parte del lodo
sedimentado es retornado al tanque de aireación (es llamado lodo retornado o recirculado) para
mantener una población de microorganismos alta que permita la descomposición rápida de la
materia orgánica. Debido a que en el proceso se produce más lodo activado que el deseado, una
parte del lodo retornado es dividido o desechado al sistema de manejo de lodos para su tratamiento
y disposición. En sistemas convencionales de lodos activados, el agua residual es típicamente
aireada por un periodo de seis a ocho horas en tanques de aireación rectangular largo. Se provee
suficiente aire para mantener el sólido en suspensión.
El proceso de lodos activados es controlado desechando una porción de microorganismos cada día
con el propósito de mantener la cantidad apropiada de microorganismos que eficientemente
degraden la DBO. Los microorganismos descartados son llamados lodos activados desechados. De
esta manera se logra un balance entre el crecimiento de nuevos microorganismos y su remoción por
desecho.
-
Estanques o lagunas de oxidación, estabilización o desecho: los estanques son someros
(poca profundidad: de 2 a 4 pies) y tienen oxigenación natural. Las lagunas pueden ser mas
profundas (dependiendo de sin son aeróbicas o anaeróbicas).
Es una excavación amplia de terreno con impermeabilización en el fondo (parar impedir que se
infiltren los lixiviados), donde se depositan los líquidos residuales y se les permite cumplir el
proceso de biodegradación natural o autopurificación.
Estas lagunas deben estar alejadas porque producen malos olores ya que son aguas negras.
Se elimina metano, carbono.
Tienen que tener un sistema de recolección y un sedimentador secundario.
Al final, el líquido pasa a una laguna pulidora.
Las lagunas o estanques pueden ser:
 Aeróbicas: la biodegradación se hace con abundante oxigeno. Son poco profundas,
menos de 1 metro de profundidad. El oxigeno disuelto se mantiene a través de toda la
profundidad principalmente por acción de la fotosíntesis.
 Anaeróbicas: la biodegradación se hace con poco oxigeno. Son profundas.
 Facultativas: la biodegradación tiene una parte aeróbica y una anaeróbica. Tiene entre 1
y 2.5 metros d profundidad.
Las facultativas son las más usadas, y se hacen mas profundas para que se puedan hacer los dos
tipos de respiración.
Factores que interviene en un proceso de oxidación: luz, vientos, gases atmosféricos, algas,
bacterias aeróbicas y bacterias anaeróbicas.
3. Nivel de tratamiento Terciario (Avanzado o Quimico)
Tiene como objetivo eliminar nutrientes (fósforo y nitrógeno), metales pesados, orgánicos
recalcitrantes (organoclorados, hidrocarburos bencénicos, fenilicos, DDT, dioxinas), sólidos
disueltos.
Está basado en procesos unitarios (coagulación, precipitación, sedimentaron, filtración, absorción,
desinfección).
- Remoción o eliminación de fósforo: se usa la cal que es una base elevadora del pH para
precipitar. Elimina de un 90 a un 95%. Si se usa alumina activada la reducción puede ser del
99.9%.
- Remoción de nitrógeno:
1. Métodos fisicoquímicos. Remoción con aire (se sustituye un gas por otro). Intercambio
selectivo de iones. Punto de Quiebre con cloro residual (se agrega cloro suficiente para
oxidar y el resto es lo que reacciona con la materia orgánica)
2. Métodos biológicos. Nitrificación (aeróbico). Desnitrificación (anaeróbico). Biosíntesis
(utiliza el nitrógeno para formar mas tejido vivo).
- Remoción de Metales pesados: se pueden eliminar usando las siguientes técnicas
1. Precipitación con cal para elevar el pH a 11.
2. Resinas de intercambio catiónico.
3. Electrodisposición o electrodiálisis: Osmosis o Intercambio iónico.
4. Cementación: es hacer reaccionar un ión metálico con un metal fácilmente oxidable.
- Remoción de orgánicos recalcitrantes: se pueden eliminar usando las siguientes técnicas
1. Adsorción con carbón activado, es lo mejor.
2. Resinas organofílicas: son bien efectivas pero muy costosas.
3. Polímetros sintéticos o naturales.
4. Oxidación fuerte: con oxidante fuertes iónicos (cloro, ozono, peroxido de hidrogeno).
- Remoción de sólidos disueltos: se pueden eliminar usando las siguientes técnicas
1. Carbón activado.
2. Oxidación fuerte.
4. Nivel de tratamiento Fisicoquímico
Es una combinación del tratamiento primario y terciario. No incluye tratamiento biológico, por eso
es rápido porque en el biológico hay que esperar que los organismos reaccionen.
ETAPAS:
1. Tamizado y Desarenado.
2. Coagulación, precipitación y sedimentación.
3. Filtración.
4. Adsorción con carbón activado.
5. Desinfección.
TRATAMIENTO DE LODOS
Los lodos no se pueden eliminar como cualquier residuo, ya que tienen todos los
contaminantes que tienen el agua residual.
El lodo: es un líquido viscoso o emulsión que contiene los compuestos que le dan el carácter
ofensivo a las aguas y líquidos residuales. Tiene sólidos suspendidos, espumas, aceites, bacterias,
materia orgánica, contaminantes recalcitrantes, patógenos.
ETAPAS:
1.- Acondicionamiento: tiene como objetivo romper la emulsión, separar la parte liquida de la
sólida. Puede ser:
a) Químico.
b) Tratamiento con calor.
c) Elutriación (son lavados sucesivos).
2.- Separación definitiva de la parte liquida de la sólida.
a) Centrifugación: usando la fuerza centrifuga.
b) Sedimentación; usando la fuerza gravitatoria.
c) Flotación: usando aire.
3.- Estabilización: tiene como objetivo eliminar el carácter tóxico del lodo.
Técnicas:
a) Oxidación con cloro.
b) Precitación con cal.
c) Tratamiento con calor.
d) Digestión aeróbica.
e) Digestión anaeróbica.
f) Compostaje o composteo: para convertir el lodo en abono orgánico (fertilizante).
4.- Deshidratación: parar reducir el volumen.
a) Aplicación de calor.
b) Secado por rociado. Rociado por dispersión en un área determinada.
c) Filtración.
5.- Oxidación catalítica:
a) Por incineración.
b) Por pirolisis.
6.- Disposición final, último destino que se le da al lodo después de eliminar los contaminantes.
REUTILIZACION DEL AGUA RESIDUAL
El crecimiento continuo de la población, la contaminación del agua superficial y del agua
subterránea, la distribución desigual de los recursos del agua, y las sequías periódicas han obligado
a los organismos relacionados con el agua a buscar fuentes innovadoras de suministros de agua. El
uso del efluente del agua residual tratada de las plantas de tratamiento de aguas residuales, ahora
descargado al ambiente, está recibiendo mayor atención como una fuente de agua disponible. En
muchas partes del país (USA), la reutilización del agua residual es ahora un elemento importante en
la planificación de los recursos del agua. La reutilización del agua residual es una opción variable,
pero la conservación del agua, el uso eficiente de los sistemas de abastecimiento de agua existentes,
y el desarrollo de nuevos recursos del agua son otras alternativas que deben ser evaluadas. Hoy en
día, existen proyectos técnicamente probados para preparar agua casi de cualquier calidad deseada.
Sin embargo, la reutilización del agua residual juega un papel importante en la planificación óptima
para un uso eficiente de los recursos del agua. La reutilización del agua residual se puede aplicar en
riego agrícola, riego de áreas verdes y parques, reutilización y reciclaje industrial, recarga de aguas
subterráneas, usos recreacionales y ambientales, usos urbanos no potables, y usos urbanos potables.