tratamiento y reutilización de aguas residuales

TRATAMIENTO Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
PROFESOR
Nombre
Dr. Antoni Escalas Cañellas
DATOS DEL CURSO
Nivel: Semestre.
Duración: 64 horas, 16 semanas
Horario: Martes y jueves de 12 a 14 h.
OBJETIVO DEL CURSO
Al finalizar el curso el estudiante será capaz de:

En esta materia se presentan los fundamentos del tratamiento de aguas
residuales urbanas e industriales. Al final del curso, el estudiante debe conocer
los parámetros característicos de las aguas residuales y su relación con el medio
receptor y con los procesos de tratamiento.

Debe conocer los principales tipos de tratamiento (pretratamientos, tratamiento
primario, secundario y terciario), incluyendo los objetivos de cada tratamiento y
los cálculos básicos relacionados con su diseño.

Los estudiantes deben ser capaces de realizar un análisis básico de ingeniería de
las diferentes unidades de proceso.

Asimismo, se pondrá énfasis en la selección del tipo de tratamiento en función de
las características del agua residual cruda y del uso del agua residual tratada,
incluyendo el reúso.

Se pretende también que al final del curso los estudiantes tengan un
conocimiento adecuado de la terminología en lengua inglesa referente a las
aguas residuales.
1
TEMARIO Y PRINCIPALES ACTIVIDADES
INTRODUCCIÓN: EL TRATAMIENTO DE A.R. EN EL CICLO DEL AGUA
Se ubica el tratamiento de aguas residuales como una etapa en el
ciclo del agua para el consumo humano. Se resalta la importancia
del tratamiento, tanto para reducir la contaminación de los cuerpos
receptores como para preparar el agua para la reutilización y el
reciclaje
Subtemas
No hay subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
Escalas Cañellas, A. (2009). El tratamiento de aguas residuales en el ciclo del
agua.
NRC-AIC-ANI (1995). El suministro de agua de la ciudad de México [en línea].
National. Research Council, Academia de la Investigación Científica,
A.C, Academia Nacional de Ingeniería, A.C. Consulta el 02/02/2006.
URL: http://lanic.utexas.edu/la/Mexico/water/libro.html
Complementarias
Actividades
1.
1.1.
Discusión en clase sobre el papel de las tecnologías de control de la
contaminación del agua en la gestión integral de la misma.
UNIDAD 1 . AGUAS RESIDUALES Y PROCESOS DE TRATAMIENTO
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE LAS AGUAS RESIDUALES
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
Complementarias
Actividades
1.2.
1H
1H
7H
5H
1.1.1. Introducción: panorama de los parámetros de contaminación de las
aguas residuales
1.1.2. Parámetros más importantes: efectos en el medio y tratamiento en la
planta.
1.1.3. Parámetros de sólidos
1.1.4. Parámetros de materia orgánica
1.1.5. Parámetros de patógenos y parásitos intestinales
1.1.6. Otros parámetros
d) Parámetros y límites de descarga en las Normas Oficiales Mexicanas
Escalas Cañellas, A. (2009). Parámetros característicos de las aguas residuales.
Escalas Cañellas, A. (s/f). N y P en las aguas residuales.
NOM-001-SEMARNAT-1996, que establece los límites máximos permisibles de
contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y
bienes nacionales. http://www.sagarpa.gob.mx/Dgg/NOM/001ecol.pdf
. Pág. 5-7.
NORMA Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996, Que establece los límites
máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas
residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal. Pág. 35
NORMA Oficial Mexicana NOM-003-ECOL-1997, Que establece los límites
máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales
tratadas que se reusen en servicios al público. Pág. 3
“Demanda Bioquímica de Oxígeno”: Metcalf-Eddy (1996). Ingeniería de aguas
residuales. McGraw-Hill/Interamericana Editores, México D.F.. Pág. 89-93.
Ejercicios para estudio fuera de clase:
Ejercicio 2.1. SST y SSV
Ejercicio 2.2. DQO
Ejercicio 2.3. Cinética de la DBO5
Tarea de evaluación 1. Cinética de la DBO
OPERACIONES Y PROCESOS DE
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
TRATAMIENTO
2H
1.2.1. Terminología: operaciones y procesos unitarios, procesos,
pretratamientos, tratamiento primario, etc...
1.2.2. Pretratamiento, tratamientos primario, secundario y terciario
1.2.3. Procesos de tratamientos según límites de descarga y condicionantes
económicas.
1.2.4. Tecnologías de tratamiento en México
Escalas Cañellas, Antoni (2009). Panorama de los tratamientos de las aguas
residuales. Páginas 1-11.
2
Lecturas
Complementarias
Actividades
2.
2.1.
UNIDAD 2
Escalas Cañellas, Antoni (2006). Tecnologías y usos de las aguas residuales en
México. En el curso: Tecnologías sostenibles para el tratamiento de
aguas y su impacto en los sistemas acuáticos. Universidad de
Concepción, Concepción, Chile, 5 de julio de 2006.
Discusión en clase sobre los costos delas tecnologías mñas empleadas en
México
PRETRATAMIENTOS Y TRATAMIENTO PRIMARIO
PRETRATAMIENTOS: DESBASTE, DESARENADO Y DESENGRASADO
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
Complementarias
22 H
4H
2.1.1. Desbaste: rejillas y tamices
2.1.2. Desarenado
2.1.3. Desengrasado
No hay lecturas obligatorias
“9.1. Rejas de barras y tamices”: Metcalf-Eddy (1996). Ingeniería de aguas
residuales. McGraw-Hill/Interamericana Editores, México D.F.. Pág. 507-517.
“9.3. Eliminación de arenas”: Metcalf-Eddy (1996). Ingeniería de aguas
residuales. McGraw-Hill/Interamericana Editores, México D.F.. Pág. 520-533.
Actividades
2.2.
Tarea evaluable no. 2: Cálculo básico de un desarenador aireado
HOMOGENEIZACIÓN DE CAUDALES Y CONCENTRACIONES
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
5H
2.2.1. Objetivos y beneficios de la homogeneización
2.2.2. Homogeneización de caudales
2.2.3. Homogeneización de concentraciones
2.2.4. Aproximación estadística a la homogeneización de concentraciones
No hay lecturas obligatorias
No hay lecturas complementarias
Complementarias
Actividades
2.3.
Ejercicios resueltos en clase
Dimensionar un tanque para homogenización de caudales
Tarea de evaluación 3. Equalization tank (resolver un problema de un tanque de
regulación de caudal)
SEDIMENTACIÓN Y DECANTADORES
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
Complementarias
Actividades
5H
2.3.1. La sedimentación. Tipos de sedimentación
2.3.2. Decantadores primarios y secundarios
2.3.3. Parámetros de los decantadores primarios
2.3.4. Parámetros de los decantadores secundarios
2.3..5 Aspectos constructivos de los decantadores
2.3.6. Balances de masa en un decantador primario
No hay lecturas obligatorias
“9.6. Tanques de decantación primaria”: Metcalf-Eddy (1996). Ingeniería de
aguas residuales. McGraw-Hill/Interamericana Editores, México D.F.. Pág. 538553.
Ejercicios resueltos en clase:
Dimensionado básico de sedimentadores circulares
Rectangular settling tank
Balances de masa en un sedimentador primario
Ejercicios para estudio fuera de clase:
- Cálculo de sedimentadores
Tarea de evaluación 3. Cálculo básico de decantadores primarios.
3
2.4.
COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
Complementarias
Actividades
4H
2.4.1. Suspensiones coloidales: características, doble capa eléctrica
2.4.2. Coagulación: definición y mecanismos, agentes coagulantes
2.4.3. Floculación: definición y características, agentes floculantes
2.4.4. Aplicaciones de la coagulación y floculación de aguas residuales
2.4.5. Dimensionado elemental de un tanque de coagulación
2.4.6. Dimensionado elemental de unidades de floculación
2.4.7. Balances de materia en procesos de coagulación y floculación. Cálculos
de dosificación.
Zeta Meter Inc (1993). Everything you want to know about Coagulation &
Flocculation.....Staunton, VA (EU), Zeta-Meter Inc. Pág. 9-12.
http://www.mtec.or.th/th/labs/powder/book/coagulation.pdf
Zeta Meter Inc (1993). Everything you want to know about Coagulation &
Flocculation.....Staunton, VA (EU), Zeta-Meter Inc. Pág. 1-8 y 9-36
http://www.mtec.or.th/th/labs/powder/book/coagulation.pdf
Ejercicios resueltos en clase:
Dimensionado elemental de un tanque de coagulación
Dimensionado elemental de una unidad de floculación
Balances de materia en procesos de coagulación y floculación: dosificación
de reactivos y flujos de sólidos
Tarea de evaluación no. 4. Problema de coagulación y floculación
2.5.
TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE LODOS
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
Complementarias
4H
2.5.1. Clasificación y características de los lodos obtenidos en las plantas de
tratamiento
2.5.2. Objetivos del tratamiento y disposición de lodos
2.5.3. Requerimientos de la NOM-004-SEMARNAT-2002
2.5.4. Panorama del tratamiento y disposición de lodos
2.5.5. Espesado de lodos
2.5.6. Estabilización química y térmica de lodos
2.5.7. Estabilización biológica de lodos
2.5.8. Compostaje y aplicación agrícola de biosólidos
Escalas Cañellas, A. (2004). Tratamiento y disposición de lodos. En curso:
Curso de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales, Instituto Mexicano del
Agua Potable A.C. SanLuis Potosí, S.L.P., 18-19 de junio de 2004.
“9.12. Espesado (concentración)”: Metcalf-Eddy (1996). Ingeniería de aguas
residuales. McGraw-Hill/Interamericana Editores, México D.F.. Pág. 905-916.
“9.13. Estabiización”: Metcalf-Eddy (1996). Ingeniería de aguas residuales.
McGraw-Hill/Interamericana Editores, México D.F.. Pág. 916-920.
“9.14. Digestión anaerobia del fango”: Metcalf-Eddy (1996). Ingeniería de
aguas residuales. McGraw-Hill/Interamericana Editores, México D.F.. Pág. 920916.
Actividades
4
3.
3.1.
UNIDAD 3
TRATAMIENTO SECUNDARIO
PRINCIPIOS DEL TRATAMIENTO BIOLÓGICO
Subtemas
3.1.1.
3.1.2.
3.1.3.
3.1.4.
3.1.5.
3.1.6.
3.1.7.
3.1.8.
3.1.9.
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
Complementarias
Actividades
3.2.
Elementos de un proceso biológico de tratamiento: sustrato y biomasa
Composición del sustrato
Composición de la biomasa: principales microorganismos y sus
características
Panorama de los modelos matemáticos de los procesos de tratamiento
Procesos cinéticos en un modelo basado en DBO 5 y SSV: de sustrato,
crecimiento de la biomasa y respiración endógena. Consumo de
oxígeno en la respiración.
Notación matricial de los procesos cinéticos: matriz de Petersen
Modelos más complejos: ASM1, ASM2d, ASM3 y otros
Aireación de reactores biológicos: principios y dispositivos para la
aireación
Capacidad de transferencia: ecuaciones y determinación de
parámetros
Barajas López, M.G. (s/f). Introducción a la microbiología de los lodos
activados.
Escalas Cañellas, A. (2007). Componentes y procesos cinéticos en un modelo
simple de reactor biológico para tratamiento de aguas residuales.
Escalas Cañellas. A. (s/f). Modelo ASCE para la transferencia de oxígeno en
difusores y turbinas de aireación.
Gujer, W., Henze, M., Mino, T. Y van Loosdrecht, M. (1999). Activated Sludge
Model No.3. Wat. Sci. Technol., 39, 1, pág. 183-193.
Ejercicios de comprensión de procesos cinéticos en tratamientos biológicos
Tarea de evaluación No. 5. Determinación de K La, SOTR y SOTE
LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Y LAGUNAS AIREADAS
Subtemas
3.2.1.
3.2.2.
Lecturas
Obligatorias
Escalas Cañellas, A., Barajas López, M.G. (2009). Sistemas lagunares no
aireados.
Escalas Cañellas, A. (2005). Cálculo básico de lagunas aireadas y lodos
activados.
Bernier, B. (2001). Lagunage [en línea]. En Guide pour l'étude des
technologies conventionnelles du traitement des eaux usées d'origine
domestique. Ministère du Développement durable, Environnement et Parcs
(Gouvernement du Québec). Consulta el 23/08/2005. URL:
http://www.mddep.gouv.qc.ca/eau/eaux-usees/domestique/Chap6.pdf
Lecturas
Complementarias
Actividades
3.3.
29 H
4H
6H
Definición y características de los sistemas de lagunas
Principales sistemas de tratamiento: lagunas convencionales y lagunas
aireadas
3.2.3.
Sistemas de lagunas convencionales
3.2.4.
Cálculo básico de lagunas anaerobias
3.2.5.
Cálculo básico de lagunas facultativas
3.2.6.
Cálculo básico de lagunas de maduración
3.2.7.
Lagunas aireadas de mezcla completa
3.2.8.
Lagunas aireadas facultativas
3.2.9.
Sistemas y requerimientos de aireación
3.2.10. Manejo de biosólidos en los sistemas de lagunas
Tarea de evaluación No. 6. Cálculos básicos de lagunas
EL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
Subtemas
3.3.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
3.2.5.
3.2.6.
Lecturas
Obligatorias
Escalas Cañellas, A. (2005). Cálculo básico de lagunas aireadas y lodos
activados.
8H
Fundamentos, diagrama de flujo del proceso continuo
Parámetros característicos de proceso
Principales variantes del proceso
Balances de materia para el diseño de proceso
Cálculos de aireación
Proceso discontinuo de lodos activados: RBS
5
Lecturas
Complementarias
Actividades
3.4.
3.5.
EPA (1999) Wastewater Technology Fact Sheet Sequencing Batch Reactors.
Documento EPA 832-F-99-073. EPA Office of Water, Washington D.C.
Ejercicios en clase:
- Calculo de parámetros básicos del proceso
- Formulación y resolución de balances de materia para el diseño de proceso
Ejercicios para hacer fuera de clase (no evaluables):
- Cálculos de un proceso de lodos activados
Tarea de evaluación no. 7. Cálculos de un proceso de lodos activados.
PROCESOS AEROBIOS DE BIOMASA ADHERIDA
Subtemas
3.4.1.
3.4.2.
3.4.3.
3.4.4.
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
EPA (2000).Wastewater Technology Fact Sheet Trickling Filters.
2H
Generalidades
Filtros percoladores
Biodiscos
Filtros aerobios de biomasa sumergida
Complementarias
EPA(s/f). Onsite Wastewater Treatment Systems – Technology Fact Sheet 2
Fixed-Film Processes.
Actividades
Presentación del profesor y participación de los estudiantes
ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
4H
3.5.1. Antecedentes de la eliminación de nitrógeno y fósforo de las aguas
residuales.
3.5.2. Fundamentos de la eliminación biológica de nitrógeno.
3.5.3. Procesos biológica de eliminación de nitrógeno
3.5.4. Fundamentos de la eliminación biológica de fósforo
3.5.5. Procesos biológica de eliminación de fósforo
Escalas Cañellas, A. (2004). Fundamentos de la eliminación biológica de
nutrientes.
No hay lecturas complementarias
Complementarias
Actividades
3.6.
Presentación en clase por el profesor, con participación de los estudiantes
Ejercicio: Cálculo de la remoción de N y P en un proceso biologico convencional
TRATAMIENTOS ANAEROBIOS
Subtemas
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
3H
3.6.1. Fundamentos del tratamiento anaerobio
3.6.2. Procesos anaerobios simples
3.6.3. Reactores anaerobios de lecho de lodos
3.6.4. Tratamiento anaerobio de aguas residuales municipales en climas cálidos
3.6.5. Generación y aprovechamiento de biogás
TBW (2001). Anaerobic methods of municipal wastewater treatment. 9 pág.
Publicado por la Agencia de Cooperación Técnica Alemana (Deutsche
Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit). Eschborn, Alemania.
No hay lecturas coplementarias
Complementarias
Actividades
3.6.
Presentación en clase del profesor con participación de los estudiantes
Ejercicio de cálculo de generación de biogás
HUMEDALES CONSTRUIDOS
2H
Subtemas
3.6.1.
3.6.2.
3.6.3.
3.6.4.
Lecturas
Obligatorias
Arias, C.A., Brix, H. (2003). Humedales construidos para el tratamiento de
aguas residuales municipales. Ciencia e Ingeniería Neogranadina, 13, 17-24.
Lecturas
Gauss, M. (2008). Constructed Wetlands: A promising wastewater
treatment system for small localities – Experiences from Latin America. Banco
Mundial. En línea. 60 pp
Complementarias
Actividades
Generalidades
Tipos de humedales
Principios de funcionamiento
Introducción al diseño de humedales
Presentación en clase del profesor con participación de los estudiantes
Ejercicio de estimación de área requerida
6
4.
4.1.
UNIDAD 4. TRATAMIENTO TERCIARIO Y REUTILIZACIÓN DEL AGUA
TRATAMIENTO TERCIARIO Y REUTILIZACION DE AGUA
Subtemas
4.1.1. Reutilización programada y no programada de aguas residuales
4.1.2. Calidad requerida al agua para reutilización
4.1.3. Procesos de tratamiento para reutilización
Lecturas
Obligatorias
Lecturas
No hay lecturas obligatorias.
Complementarias
Actividades
3H
3H
UNEP-GEC (2005). Water and Wastewater Reuse [en línea]. United Nations
Environental Programme – Global Environmental Centre Foundation.
URL:http://www.unep.or.jp/Ietc/Publications/Water_Sanitation/waste
water_reuse/index.asp
Presentación en clase del profesor con participación de los estudiantes
Ejercicio en clase, de comparación de la normativa mexicana y californiana
(EU) de reutilización de agua para riego agrícola.
ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE
Los temas se abordan mayormente como exposición del profesor en clase, con apoyo
de presentaciones por computadora, con participación de estudiantes en diálogo y
discusión con el profesor. Los alumnos disponen de notas de clase en formato PDF,
elaboradas por el profesor, que se pueden descargar del aula virtual de la asignatura.
También pueden descargarse del aula virtual otros documentos, como normas
oficiales mexicanas, documentos de agencias ambientales, enunciados de tareas, etc.
En clase se realizan por estudiantes y profesor ejercicios de aplicación, normalmente
numéricos, y se encargan también ejercicios no evaluables para realizar en casa. A lo
largo del curso se encargan también tareas evaluables que se entregan en fechas
indicadas.
Para facilitar el conocimiento de la terminología en inglés referente al área, parte de
la bibliografía, de los enunciados de tareas y de los exámenes están en inglés.
Asimismo, en clase se introduce normalmente la terminología inglesa conforme se
presentan los diferentes temas.
7
ACREDITACIÓN
Respecto a calificaciones y promedios rigen los lineamientos del Reglamento General
de Estudios de Posgrado de la UASLP, así como la normatividad propia del Posgrado
en Hidrosistemas. La materia se evalúa mediante dos exámenes parciales, que suman
66.67%, y mediante las tareas evaluables (33.33%). A continuación se detallan estos
aspectos.
Mecanismos y
procedimiento
s
de
evaluación
Exámenes
parciales
Examen ordinario
(cuando proceda)
Otros métodos y
procedimientos
Otras actividades
académicas
requeridas
1º
A medio semestre (33.33%)
2º
A final de semestre (33.33%)
Los estudiantes que reprueben el primer examen parcial podrán optar
entre presentarse al 2do parcial o presentarse al examen final ordinario
(de toda la materia). En el segundo caso, la calificación del examen
ordinario sustituye a las calificaciones parciales, y su ponderación es del
66.67%. El 2do examen parcial y el examen final ordinario se realizan al
mismo tiempo. No es posible presentar los dos exámenes.
Evaluación de ejercicios y tareas. A lo largo del curso a los estudiantes
se les encargará una serie de tareas/ejercicios por entregar que serán
calificados. La realización y entrega de estos ejercicios es requisito para
aprobar la asignatura. La calificación promedio de estos ejercicios
cuenta 33.33%.
Lectura de artículos, documentos web y textos preparados por el
profesor.
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

Ramalho, R.S. (1993). Tratamiento de aguas residuales. Ed. Reverté, Barcelona.

Metcalf-Eddy (1996). Ingeniería de aguas residuales Tratamiento, vertido y
reutilización. Madrid, McGraw-Hill.

Hernández Muñoz, A. (1994). Depuración de aguas residuales. Madrid, Colegio de
Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
Los documentos indicados en cada uno de los temas.
8