Mejoramiento y remediación del agua

UTE
Ingeniería Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales
Control y tratamiento de Aguas Servidas
e Industriales
Ing. Víctor Hugo Arias
Control y tratamiento de ARS&I
• Introducción
•
A partir de la década de los 60 los términos como CONTAMINACIÓN del agua ,
del aire , ecología, protección del medio ambiente, etc. Pasaron ha ser de
términos de uso común. Antes de estas fechas esos términos pasaban
desapercibidos por la comunidad.
•
El instinto de conservación de las especies es una motivación básica para la
humanidad, y el hombre esta equipado para corregir el daño que puede
causarse al medio ambiente.
•
El conocimiento técnico básico necesario para resolver problemas de
contaminación esta ya ha disposición del hombre y, en medida que se quiera
pagar un precio (razonable), la idea de la destrucción por la contaminación no
se hará realidad.
Control y tratamiento de ARS&I
• La función Técnica de reducción de la contaminación (aguas)
necesita el aporte de varios profesionales en diferentes disciplinas
relacionadas con las ciencias básicas como:
• Ciencias biológicas: microbiología, bacteriología, química, etc.
• Ciencias aplicadas: como la ingeniería química, mecánica, eléctrica
• Ciencias de la tierra como son la geología, hidrología, oceanografía.
• Ciencias sociales y económicas: sociología, derecho, administración
relaciones públicas, economía.
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
• Definición de aguas residuales
•
Se denomina aguas residuales a la mezcla de residuos líquidos y sólidos
originados en:
• Los hogares
• Centros comerciales
• Instituciones pública
• Instalaciones industriales
• Compuestos inorgánicos
•
•
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
Industriales
Comerciales
Usos
agrícolas
Tratamiento de
las aguas
residuales
Domésticos
Receptor de aguas
superficiales
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
• Clasificación de contaminantes
•
Los contaminantes presentes en las aguas residuales pueden clasificarse por su
naturaleza:
•
Compuestos orgánicos
•
Compuestos inorgánicos
•
Otra clasificación común es:
•
Contaminantes físicos
•
Contaminantes químicos
•
Contaminantes biológicos.
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
• Caracterización de aguas residuales
• Sólidos en suspensión
Clasificación de las partículas
Tamaño de partíula, mm
Disuelta
Menor que 10 -6
Coloidal
Entre 10-6 y 10 -13
Suspendida
Mayor que el 10 -3
Sedimentable
Mayor que 10-2
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
• Caracterización de aguas residuales
• Materia orgánica biodegradable
Compuesto
Formula
Característica
Cualidad del olor
Aminas
CH3NH2
A pescado
Amoniaco
NH3
Amoniacal
Diaminas
NH2(CH2)NH2
A pescado podrido
Sulfuro de hidrógeno
H2S
A huevos podridos
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
• Caracterización de aguas residuales
• Patógenos
• Micro organismos capaces de causar enfermedad.
• Nutrientes
• Macro y micro elementos
• Compuestos orgánicos refractarias
• Metales pesados
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
• Clasificación de las aguas según su uso:
•
Aguas domesticas
•
Este tipo de aguas se caracterizan por:
•
Un alto contenido en de carga orgánica.
•
Aguas industriales
•
Estas aguas se caracterizan por:
•
Variación muy alta en contaminantes dependiendo el tipo de industria
• Aguas de actividades comerciales, etc
Componentes de un plan de vigilancia y control de efluentes
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
Consulta – presentación de grupos
• Revisión de la normativa nacional e internacional y su
incidencia sobre el tratamiento de aguas residuales.
• Grupo 1:
• Grupo 2:
• Grupo 3:
• Grupo 4:
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
Unidades - Dimensiones
Básicas en el tratamiento de aguas residuales
•
Una cantidad medida posee un valor numérico y una UNIDAD.
•
Un sistema de unidades posee los siguientes componentes:
– Unidades básicas
– Unidades múltiplos
– Unidades derivadas
•
Sistema internacional de unidades de medida
•
Sistema ingles de medida
•
Conversión de unidades
Unidad 1: Introducción: conceptos generales
Variables y parámetros de proceso
Básicas en el tratamiento de aguas residuales
• Masa, volumen, flujo másico, flujo volumétrico (caudales), presión
• Densidad, viscosidad
• Composición química
• temperatura
• Aplicación y manejo de datos (estadísticos)
Ejercicios de aplicación de las variables y unidades
Diagrama de flujo de procesos
PERDIDA DE AGUA
[m3/h]
APORTE DE CARGA
CONTAMINANTE
[Kg/h]
F = [m3/h]
Contaminante = [Kg/m3]
Carga = [Kg/h]
PLANTA
EFLUENTE = [m3/h]
Contaminante = [Kg/h]
Carga Contaminante
separada = [Kg/h]
RECIRCULA =
[m3/h]
EFLUENTE = [m3/h]
Contaminante = [Kg/h]
Carga = [Kg/h]
TRATAMIENTO
REUTILIZACIÓN
Carga Contaminante
separada = [Kg/h]
TRATAMIENTO
PARA VERTIDO
AGUA VERTIDA
alcant / rio [m3/h]
Contaminante = [Kg/h]
Revisión bibliográfica
Trabajo de grupos (presentaciones)
•
•
•
•
•
Tratados internacionales
Rio de Janeiro
Rotherdam
Estocolmo
Ramsar
• Revisión del marco legal
• Tulas / Libro VI recurso agua
• Ordenanza Metropolitana de Quito 213
Datos básicos de parámetros / variables
Revisión de tablas del LIBRO: MANUAL DE REFERENCIA DE LA
INGENIERIA AMBIENTAL (Corbit)
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
Minimización de efluentes
• Antes de la aplicación de TAR en los puntos de descarga (al final del
tubo) ó modificaciones a las instalaciones existentes, se debe
considerar un programa de minimización de efluentes.
• Generalmente las técnicas de minimización de efluentes pueden ser
agrupados en cuatro grandes categorías:
–
–
–
–
Gestión de inventarios y mejora de las operaciones
Modificaciones de los equipos
Cambios en los procesos de producción
Reciclaje y re-uso
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
Gestión de inventarios y mejora de las operaciones
• Inventario y trazabilidad de todas las materias primas
• Utilizar productos con poca toxicidad o NO tóxicos
• Implementar entrenamiento del personal y retroalimentación
• Aplicación de mejores practicas de recepción, almacenamiento y uso de
materiales
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
Modificaciones de los equipos
• Seleccionar e instalar equipos que producen cantidades mínimas ó
NO producen efluentes
• Modificar equipos para recuperar o re-usar agua.
• Rediseñar equipos o líneas de producción para generar menos
efluentes
• Mejorar la eficiencia de operaciones de equipos
• Mantener un estricto programa de mantenimiento.
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
Cambios en los procesos de producción
• Sustituir materiales peligrosos por NO peligrosos
• Segregar efluentes por tipo para recuperar materiales
• Eliminar presencia de fugas o derrames
• Separar efluentes peligrosos de los NO peligrosos
• Optimizar reacciones y el uso de materiales
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
• Reciclaje y re-uso
• Instalar sistemas cerrados de limpieza con agua
• Reciclar en el sitio para re-usar en los procesos
• Reciclar fuera de la planta para re-usar en otras empresas
• Intercambio de desechos (efluentes)
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
• Gestión y control de recursos (agua)
• Fase I: Pre-evaluación
• Fase II: Balance de masa
• Fase III: Síntesis
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
Fase I: Pre-evaluación
• Auditar los puntos y preparaciones
• Identificar unidades de operación y procesos
• Preparar diagramas de flujo de procesos
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
Fase II: Balance de masa
•
Determinar los materiales que ingresan
•
Registros de uso de agua
•
Evaluar procedimientos y prácticas ambientales actuales
•
Cuantificar procesos de salida
•
Cuantificar emisiones, descargas liquidas y desechos
•
Integrar información de entrada y salida
•
Aplicar a un balance de masa preliminar
•
Evaluar y ajustar el balance de masa
CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento
Fase III: Síntesis
• Identificar opciones
• Evaluar las opciones encontradas
• Preparar un plan de acción
Procesos de tratamiento de AR
Pre- tratamiento y tratamiento primario
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Recolección y conducción
Cribado
Sedimentación
Flotación
Filtración
Homogenización
Neutralización
Pre- tratamiento y tratamiento primario
Recolección y conducción
• La procesos iniciales involucra la recolección de las diferentes puntos de
generación de aguas residuales.
• La información básica para el diseño, instalación, operación,
mantenimiento y control de las instalaciones para la recolección y
traslado o conducción involucran:
• Caudales individuales y acumulados
• Caracterización de cada efluente
recolección y conducción
•
El caudal y la caracterización de efluentes nos permite definir los sistemas de
recolección conducción y las instalaciones parara los siguientes procesos.
Entre los principales sistemas y componentes tenemos:
•
Canales abiertos o cerrados / tuberías de diferentes materiales
•
(Parámetros: material, diámetro, espesores, etc.)
•
Bombas y estaciones de bombeo
•
(Parámetros: tipo, presión, caudal, potencia, etc.)
•
Válvulas y accesorios
•
(Parámetros: Tipo, diámetro, espesores, etc.)
•
Cisternas / tanques
•
(Parámetros: tipo, material, capacidad, etc.)
•
•
•
Consultar:
variables – parámetros - ecuaciones para
Circulación de fluidos por tuberías y otros conductos
Pre- tratamiento y tratamiento primario
CRIBADO
El CRIBADO También llamado desbrozo, se emplea para la reducción de sólidos en suspensión de tamaño
distinto, la distancia o las aberturas de las rejillas depende del objeto de la misma y la limpieza realiza de forma
manual o mecánica.
Los productos recogidos se destruyen por incineración, por procesos de digestión anaerobia o directamente al
vertedero.
Las materias recogidas se suelen clasificar entre finos y gruesos.
Las rejillas de finos tiene una abertura de 5 mm o menos,
Están fabricadas de malla metálica de acero o en base a placas o chapas perforadas, en otras ocasiones se
utilizan tamices de fibras.
Muchas veces reemplazan a tanques de sedimentación, sin embargo, aunque pueden llegar a eliminar entre el 5 y
el 25 % de sólidos en suspensión, de un 40 a 60 % se elimina por sedimentación.
Las rejillas o cribas de gruesos tiene aberturas que están entre 4, 8 0 9 cm en muchos casos se utilizan como un
medio de protección para evitar que sólidos gruesos dañen los sistemas de bombeo.
En ocasiones se utiliza trituradores en lugar de rejillas gruesas, estos sistemas rompen sólidos que luego se
eliminan por sedimentación.
Cribado
PRETRATAMIENTO – TRATAMIENTO PRIMARIO
EFLUENTE AR
•LIQUIDO %
•SOLIDOS %
CRIBADO
LIQUIDO
SOLIDOS
INCINERACIÓN
VERTEDRO
DIGESTION
ANAEROBIA
Cribado / tamizado
Pre- tratamiento y tratamiento primario
sedimentación
Se utiliza en los procesos de tratamientos de aguas residuales (AR), para la separación de sólidos en
suspensión. El principio para el proceso de sedimentación es la diferencia de peso especifico entre
las partículas sólidas y el líquido.
En algunos casos la sedimentación es el único proceso al que se somete las AR. La sedimentación
puede producirse en varias etapas.
TIPOS DE SEDIMIENTACIÓN:
1. Sedimentación Discreta. Las partículas no se someten a un proceso de coalescencia con otras
partículas, en este caso las propiedades físicas de la partícula durante el proceso no cambian Ej. La
sedimentación de arena en los desarenadores.
2.
Sedimentación con floculación. La aglomeración de partículas va Acompañado de cambios en la
densidad y velocidad de sedimentación o precipitación.
3.
Sedimentación por zonas. Se forma una especie de manta que sedimenta como una masa total.
Sedimentadores
Sedimentadores
Sedimentadores
Pre- tratamiento y tratamiento primario
Flotación
•
Es un proceso para separar sólidos de baja densidad o partículas liquidas de una fase
liquida. La separación se realiza introduciendo un gas en la fase liquida (presurización).
La presión puede oscilar entre 2 y 4 atm.
•
En el tratamiento de aguas residuales se utiliza aire como medio de flotación, y la
forma en la cual se suministra define el tipo de flotación. Los tres más empleados son:
•
1. Flotación por aire disuelto (DAF), el aire se inyecta presurizado, cuando se reduce la
presión en el tanque las burbujas se liberan.
•
2. Flotación por aire, generalmente se utilizan difusores , a presión atmosférica.
•
3. Flotación al vacio, el agua residual se satura con aire previamente a la aplicación de
un vacio.
Flotación…
• La relación importante para el proceso de flotación,
constituye la relación entre el aire utilizado y los sólidos.
Características de las partículas para facilitar el proceso de flotación
Flotación…
Flotación…
Pre- tratamiento y tratamiento primario
Neutralización / homogenización
• La neutralización se utiliza normalmente en los siguientes
casos:
• Antes de la descarga de aguas residuales a un medio receptor.
• Antes de la descarga al alcantarillado .
• Antes del tratamiento químico o biológico
Concentraciones de las soluciones
Composición porcentual (%)
• Este método se basa en el porcentaje en peso y expresa la
concentración en términos de números de gramos de soluto
por 100 g de solución.
• Ejemplo: una solución de cloruro de sodio al 5 % se hace
disolviendo 5 g de la sal en 95 g de agua.
Concentraciones de las soluciones
• Gravedad Especifica (densidad relativa)
• La densidad relativa es una comparación de la densidad de una
sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La
densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda
definida como el cociente de dos densidades.
• Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es
la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En
esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3
• Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la
presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.
Concentraciones de las soluciones
Relaciones volumétricas (V1:V2)
• Ocasionalmente la concentración de un acido mineral o de
hidróxido de amonio se da en función de la relación de
volumen del reactivo concentrado común y el agua.
Ejemplo:
• Así: HCl (1:3) significa una solución que se preparó mezclando
un volumen de acido clorhídrico y tres volúmenes de agua
Concentraciones de las soluciones
Soluciones molares (M)
• Es la que contiene un gramo mol de la sustancia en un litro de
solución. Puesto que una mol de HCl reacciona con una mol
de NaOH , cierto volumen de solución de NaOH será
neutralizado por un volumen igual de HCl.
Ejemplo:
• Que volumen de una solución de KOH 0,638 M neutralizará
430 ml de H2SO4 0,4 M
Concentraciones de las soluciones
Peso equivalente y soluciones normales (N)
• El peso equivalente gramo de un acido, de una base o de una sal que
interviene en una neutralización o precipitación , es el peso en gramos de
la sustancia igual en capacidad de neutralización o precipitación total que
un gramo de hidrogeno. También es equivalente a 17. 008 g de OH-.
• Una solución normal contiene 1 peso equivalente gramo de soluto en un
litro de solución, o 1 peso mili-equivalente gramo en 1 ml de solución.
Ejemplo :
Una solución contiene 3,30 g de Na2 CO3.10H2O en cada 15 ml. Cual es su
normalidad.
Con cuantos ml de acido acético HC2H3O2 3,1 N reaccionarán 25 ml del
carbonato.
• Confirmar la relación: V1C1 = V2C2
Métodos de control directo del pH
Neutralización de aguas residuales
• Los siguientes métodos de neutralización son usados
normalmente:
• Lechos de caliza / se utiliza en flujo ascendente o descendente
• Neutralización por cal / es la más común
• Neutralización con sosa caústica / es más caro que la cal / productos
finales solubles
• Neutralización por carbonato de sodio / no es tan reactivo y presenta
problemas por emisiones de CO2
• Neutralización por amoniaco / es contaminante
Métodos de control directo del pH
Neutralización de aguas residuales
• Los factores que guían la selección de un reactivo de
neutralización son:
•
•
•
•
Costos (compra)
Capacidad de neutralización
Velocidad de reacción
Almacenamiento y disposición final de los residuos de la
neutralización
AIREACIÓN EN TRATAMIENTO DE
AGUAS RESIDUALES
• Se considera básicamente la transferencia de oxigeno
atmosférico a las aguas residuales sometido a tratamiento
biológico. los aspectos a considerar incluyen:
• Teoría de película estática
• Procedimientos para determinar los
transferencia a partir de unidades piloto.
coeficientes
de
• Análisis de los equipos de aireación utilizados en el
tratamiento de aguas residuales.
• Procedimiento para especificar aireadores.
Aireación…
Si Cs es el valor de saturación de oxigeno para agua destilada y Csr es la concentración
de
oxigeno
disuelto
en
condiciones
de
saturación.
La relación puede determinarse
Rendimiento de la transferencia de oxigeno de
las unidades de aireación
Degradación de la materia
Aerobia y anaerobia
Análisis de la DBO
Proceso de lodos activos
• El proceso de lodos activos ha sido utilizado para el
tratamiento de aguas residuales domesticas e industriales
hace un siglo.
http://www.lodosactivados.com/
Proceso de lodos activos
Proceso de lodos activos