Tratamiento y Reutilización de Aguas Residuales

Última modificación: 01-07-2016
320072 - TRAR - Tratamiento y Reutilización de Aguas Residuales
Unidad responsable:
205 - ESEIAAT - Escuela Superior de Ingenierías Industriales, Aeroespacial y Audiovisual de
Terrassa
Unidad que imparte:
714 - ETP - Departamento de Ingeniería Textil y Papelera
713 - EQ - Departamento de Ingeniería Química
Curso:
2016
Titulación:
GRADO EN INGENIERÍA DE TECNOLOGÍA Y DISEÑO TEXTIL (Plan 2009). (Unidad docente Optativa)
GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA (Plan 2009). (Unidad docente Optativa)
Créditos ECTS:
6
Idiomas docencia:
Catalán, Castellano
Profesorado
Responsable:
Martí Crespi Rosell
Otros:
Martí Crespi Rosell, Josep Garcia Raurich, Mercè Vilaseca Vallvé, Valentina Buscio Olivera.
Capacidades previas
Para poder alcanzar con éxito los objetivos de esta asignatura, es muy recomendable haber superado la asignatura de
Tecnologías medioambientales y sostenibilidad.
Metodologías docentes
Esta asignatura contribuye también a la competencia específica del grado en Ingeniería Química:
CE 23. Conocimientos y capacidades para profundizar en tecnologías específicas del ámbito.
Para que el estudiante alcance los objetivos y las competencias descritas anteriormente, la asignatura se estructura en los
siguientes tipos de sesiones:
- Sesiones presenciales de exposición y aplicación de contenidos.
- Sesiones presenciales de trabajo en grupo (laboratorio)
- Sesiones no presenciales de trabajo autónomo: estudio, realización de problemas, de trabajos entregables individuales,
informes
individuales de prácticas
- Sesiones no presenciales de trabajo en grupo: preparación de prácticas, trabajo sobre los resultados obtenidos en el
laboratorio.
La comunicación con los estudiantes para la difusión de información se realiza mediante el Campus Digital de la UPC
(Atenea) que actualmente está al servicio de profesores y estudiantes, y en algunos casos a través del servicio de
reprografía de la EET.
Objetivos de aprendizaje de la asignatura
Esta asignatura optativa se ofrece en los cuatrimestres impares a los grados en:
- Ingeniería química
- Tecnología y diseño textil
Los objetivos de la asignatura son capacitar al estudiante para:
- Evaluar la calidad de un agua residual en función de los parámetros de caracterización, y hacer el diseño conceptual del
proceso de tratamiento en función de la calidad del agua residual, de su destino (vertido, reciclaje, reutilización), de la
normativa y de otros condicionantes.
- Realizar el análisis de ingeniería y el diseño básico de los principales procesos individuales de tratamiento de las aguas
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residuales urbanas e industriales.
- Hacer el diseño básico de un sistema completo de una planta de tratamiento de aguas residuales.
- Experimentar con los principales mecanismos y procesos de depuración en el laboratorio
- Realizar los análisis básicos de aguas residuales en el laboratorio.
Horas totales de dedicación del estudiantado
Dedicación total: 150h
Horas grupo grande:
30h
20.00%
Horas grupo mediano:
15h
10.00%
Horas grupo pequeño:
15h
10.00%
Horas actividades dirigidas:
0h
0.00%
Horas aprendizaje autónomo:
90h
60.00%
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Contenidos
Tema 1. Introducción al tractamiento de aguas
residuales
Dedicación: 17h 30m
Grupo grande/Teoría: 5h
Grupo mediano/Prácticas: 2h
Aprendizaje autónomo: 10h 30m
Descripción:
- El tratamiento de aguas residuales en el ciclo del agua.
- Principales parámetros de caracterización.
- Procesos de depuración: objetivos y métodos
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Identificar e interpretar los principales parámetros de contaminación de las aguas residuales.
- Determinar los principales métodos de depuración y su papel en el tratamiento de las aguas residuales.
- Realizar los cálculos relacionados con la Declaración de uso y contaminación del agua (DUCA) existente en
Cataluña.
Tema 2. Pretratamientos y procesos primarios.
Dedicación: 15h
Grupo grande/Teoría: 3h
Grupo mediano/Prácticas: 1h
Grupo pequeño/Laboratorio: 2h
Aprendizaje autónomo: 9h
Descripción:
- Desbaste, desarenadores y desengrasantes, neutralización, tanques de laminación y homogeneización,
transferencia de oxígeno, sistemas de aireación.
Actividades vinculadas:
Práctica 4. Velocidad de transferencia de oxígeno de un difusor de aire
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Especificar y relacionar los contaminantes y los tratamientos asociados a cada pretratamiento.
- Realizar los cálculos básicos de análisis y diseño de los pretratamientos y procesos primarios.
- Determinar la capacidad de transferencia de oxígeno de un difusor (laboratorio)
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Tema 3. Tratamiento fisicoquímico
Dedicación: 16h
Grupo grande/Teoría: 2h
Grupo mediano/Prácticas: 2h
Grupo pequeño/Laboratorio: 3h
Aprendizaje autónomo: 9h
Descripción:
- Distribución de tamaño de los contaminantes, elección del método fisicoquímico de depuración.
- Coagulación y floculación, separación sólido-líquido.
- Ensayos de laboratorio (Jar Test)
- Diseño de plantas fisicoquímicas de depuración: esquema general de la EDAR, importancia de
la homogeneización, coaguladores y floculadores, decantadores, cálculos. Flotación: DAF y electroflotación.
Actividades vinculadas:
Práctica 1. Coagulación y floculación de aguas residuales
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Aplicar los mecanismos fisicoquímicos a la comprensión y definición de los procesos.
- Identificar y seleccionar los diferentes agentes coagulantes y floculantes
- Diseñar y evaluar ensayos de Jar Test (teoría y laboratorio)
- Hacer el diseño funcional y los cálculos de los procesos fisicoquímicos de depuración incluidos en este tema
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Tema 4. Fundamentos de los procesos biológicos Dedicación: 17h 30m
de depuración
Grupo grande/Teoría: 2h
Grupo mediano/Prácticas: 3h
Grupo pequeño/Laboratorio: 2h
Aprendizaje autónomo: 10h 30m
Descripción:
- Procesos biológicos: mecanismos básicos .
- Microorganismos que intervienen en los procesos biológicos.
- Tipos de metabolismo. Condiciones ambientales.
- Cinética del crecimiento bacteriano . Utilización del sustrato . Tasa de crecimiento de la biomasa . coeficientes
cinéticos: k , Ks , Y, kd. -Tasa de consumo de oxígeno. -Efecto de la
temperatura.
- Tasa de muerte.
- Producción de biomasa.
- Determinación de los coeficientes cinéticos.
- Tipos de procesos biológicos de depuración.
- Estudios en planta piloto.
Actividades vinculadas:
Práctica 3. Tratamiento biológico mediante el proceso de fangos activados (II): respirometría de los fangos y
observación microscópica
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Especificar los diferentes tipos de microorganismos que intervienen en la depuración biológica y su papel en el
proceso.
- Enumerar y definir los diferentes procesos y parámetros cinéticos y estequiométricos de los procesos de
depuración.
- Formular las ecuaciones cinéticas de los procesos de depuración y aplicarlas a casos concretos.
- Enumerar y clasificar los diferentes procesos biológicos de depuración.
- Definir básicamente un estudio en planta piloto.
- Hacer la determinación respirométrica de un fango biológico ( laboratorio).
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Tema 5. Diseño y modelización de procesos de
biomasa en suspensión
Dedicación: 27h 30m
Grupo grande/Teoría: 3h
Grupo mediano/Prácticas: 2h
Grupo pequeño/Laboratorio: 6h
Aprendizaje autónomo: 16h 30m
Descripción:
- El proceso de lodos activados.
- Biorreactores de membrana.
- Parámetros fundamentales del proceso de lodos activados. Influencia del tiempo de aireación. Influencia de la
carga volumétrica y carga másica. Edad del lodo. Recirculación del lodo. Lodos en exceso. - Balances de sustrato
y de biomasa. Concentración de sólidos y producción de sólidos. Producción observada de sólidos.
- Necesidades de oxígeno.
- Cálculo de una EDAR de lodos activados mediante las constantes
cinéticas.
- Cálculo mediante los datos obtenidos en planta piloto.
Actividades vinculadas:
Práctica 2. Tratamiento biológico por el proceso de lodos activados (I): caracterización de afluente y efluente
Práctica 3. Tratamiento biológico mediante el proceso de fangos activados (II): respirometría de los fangos y
observación microscópica
Práctica 4. Visita a una estación depuradora de aguas residuales
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Definir y explicar el diagrama del proceso de lodos activados y de un proceso con biorreactores de membrana.
- Especificar correctamente la nomenclatura y simbología utilizada en el estudio de estos procesos.
- Plantear conceptualmente y formular matemáticamente los balances de materia en los procesos de lodos
activados
y las relaciones adicionales utilizadas en el diseño.
- Resolver las ecuaciones mencionadas para definir el diseño básico del proceso.
- Hacer un cálculo básico del proceso basándose en datos de una planta piloto.
- Identificar y definir correctamente la influencia de los parámetros del proceso en el funcionamiento del mismo.
- Operar y caracterizar un proceso de fangos activados con eliminación de carbono , a escala de laboratorio.
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Tema 6. Sistemas de biomasa fija
Dedicación: 5h
Grupo grande/Teoría: 1h
Grupo mediano/Prácticas: 1h
Aprendizaje autónomo: 3h
Descripción:
- Eliminación de sustrato en un sistema de lecho fijo
- Filtros percoladores
- Diseño de una planta biológica para filtro percolador
- Biocilindros y biodiscos
- Sistemas de lecho sumergido
- Ventajas e inconvenientes de los sistemas de lecho fijo
- Diseño de un sistema biológico-físico-químico: diferentes posibilidades.
- Sistemas de lecho móvil
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Enumerar, clasificar y definir los diferentes procesos de biomasa fija.
- Diseñar una planta biológica basada en un filtro percolador.
- Diseñar conceptualmente un sistema combinado biológic/físico/químico en función de los condicionantes
Tema 7. Fundamentos de la eliminación de
nutrientes
Dedicación: 13h
Grupo grande/Teoría: 3h
Grupo pequeño/Laboratorio: 2h
Aprendizaje autónomo: 8h
Descripción:
- Concentración de nutrientes en los efluentes urbanos e industriales
- Procesos fisicoquímicos de eliminación de nitrógeno
- Eliminación biológica de nitrógeno: nitrificación, desnitrificación
- Procesos biológicos de eliminación de nitrógeno
- Eliminación química del fósforo
- Fundamentos de la eliminación biológica del fósforo
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Indicar concentraciones típicas de las diferentes especies de N y P en las aguas residuales.
- Explicar los fundamentos de los métodos de eliminación fisicoquímica de nitrógeno
- Explicar los mecanismos y condiciones de la nitrificación y nitrificación biológicas
- Diagrama y explicación de los principales procesos biológicos de eliminación de N y P, haciendo cálculos básicos
de ratios sustrato / nutriente y similares.
- Cálculo básico de la precipitación química del P inorgánico.
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Tema 8. Gestión de los lodos
Dedicación: 10h
Grupo grande/Teoría: 3h
Grupo mediano/Prácticas: 1h
Aprendizaje autónomo: 6h
Descripción:
- Objetivos de la gestión de los lodos
- Características y puntos de producción de lodos
- Procesos para el tratamiento del lodo
- Espesamiento: gravedad, flotación
- Estabilización
- Digestión anaeróbica y aeróbica de lodos
- Sistemas de deshidratación
- Eras de secado
- Filtros banda, filtros prensa, centrífugas
- Secado térmico
- Compostaje
- Incineración de lodos
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Explicar los fundamentos y las principales aplicaciones de los diferentes procesos de gestión de lodos.
- Plantear y resolver cálculos de balances de materia de los procesos de tratamiento de lodos.
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Tema 9. Sistemas de control de plantas
depuradoras
Dedicación: 7h 30m
Grupo grande/Teoría: 2h
Grupo mediano/Prácticas: 1h
Aprendizaje autónomo: 4h 30m
Descripción:
- Control de una EDAR fisicoquímica
- Métodos de control de una EDAR de lodos activados
- Determinación de carga másica, IVF , OUR y RR
- Cálculo de la tasa de recirculación y la purga de fangos
- Métodos de control por observación microscópica
- Problemas más comunes en un proceso de fangos activados
- Tipo de microorganismos filamentosos
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de :
- Explicar los métodos de control de una EDAR fisicoquímica o biológica
- Determinar los parámetros de control a partir de datos experimentales de la depuradora
- Identificar los problemas más comunes y proponer la solución.
- Llevar el control de plantas depuradoras de laboratorio.
Nota: dos prácticas de laboratorio contribuyen a este objetivo, aunque se han asignado formalmente a otras
temas.
Actividades vinculadas:
Laboratorio:
Práctica 3. Depuración biológica de aguas residuales
Práctica 5. Observación microscópica de microorganismos de los lodos activados
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Tema 10. Procesos avanzados de depuración
Dedicación: 7h 30m
Grupo grande/Teoría: 2h
Grupo mediano/Prácticas: 1h
Aprendizaje autónomo: 4h 30m
Descripción:
- Necesidad de los sistemas avanzados de depuración
- Tecnologías utilizadas
- Filtración en lechos granulares
- Procesos de membrana
- Adsorción, desorción
- Intercambio iónico
- Sistemas de oxidación avanzada
- Destilación
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Explicar las características básicas de cada tipo de tratamiento.
- Determinar básicamente el tratamiento adecuado para el efluente del secundario, en función de los
contaminantes, la normativa y la calidad deseada.
- Cálculos básicos de los procesos de membranas
Tema 11. Desinfección
Dedicación: 7h 30m
Grupo grande/Teoría: 2h
Grupo mediano/Prácticas: 1h
Aprendizaje autónomo: 4h 30m
Descripción:
- Teoría de la desinfección
- Desinfección con cloro
- Descloración
- Desinfección con ozono. Otros desinfectantes químicos
- Desinfección con radiación UV
- Comparación de tecnologías.
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Explicar los fundamentos de las diferentes tecnologías de cloración.
- Determinar las tecnologías aplicables en función de consideraciones técnicas y socioeconómicas.
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Tema 12. Reutilización y reciclaje de aguas
residuales
Dedicación: 5h
Grupo grande/Teoría: 2h
Aprendizaje autónomo: 3h
Descripción:
- Reutilización y reciclaje de aguas residuales
- Aspectos relacionados con la salud. Normativa.
- Tecnologías utilizadas en la recuperación de agua
- Depósito del agua recuperada
- Aplicaciones: agricultura, industria, recarga de acuíferos.
Objetivos específicos:
Al finalizar el tema el estudiante debe ser capaz de:
- Distinguir entre reutilización y reciclaje.
- Exponer los condicionantes sanitarios y legales básicos
- Describir correctamente los tipos y combinaciones de tecnologías utilizadas en la recuperación de agua en
función
los condicionantes
- Realizar cálculos básicos relacionados con la calidad del agua y con su reciclaje o reutilización.
Sistema de calificación
Pruebas orales y escritas:
- 1er examen, peso: 35%
- 2º examen, peso: 35%
- Laboratorio 20%
- Otras entregas (ejercicios entregados): 10%
Las prácticas de laboratorio se evaluarán en función de la preparación, realización y reporte de la práctica. Los trabajos
presentados consistirán en ejercicios obligatorios realizados, presencial o no presencial, y entregados en un plazo
establecido.
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Bibliografía
Básica:
Metcalf & Eddy. Wastewater engineering: treatment and reuse. Boston: McGraw-Hill, 2003. ISBN 0070418780.
Vesilind, P. Aarne. Wastewater treatment plant design. Water Environment Federation, 2003. ISBN 9781572782525.
Hernández Muñoz, A. Depuración y desinfección de aguas residuales. 5ª ed. Madrid: Colegio de Ingenieros de Caminos,
Canales y Puertos, 2001. ISBN 8438001904.
Complementaria:
Henze, Mogens [et al.]. Biological wastewater treatment: principles, modelling and design. London: IWA, 2008.
AWWA. Tratamiento del agua por procesos de membrana: principios, procesos y aplicaciones. Madrid: McGraw-Hill, 1998.
ISBN 8448112067.
Cabeza i Díaz, R. L'aigua, un recurs universal i escàs: iniciació al tractament i utilització racional de l'aigua. Barcelona: Beta,
1997. ISBN 8470913638.
Manahan, Stanley E. Environmental science and technology: a sustainable approach to green science and technology. 2nd ed.
Boca Raton: CRC/Taylor & Francis, 2007. ISBN 9780849395123.
Sawyer, Clair N.; McCarty, Perry L. Chemistry for environmental engineering. 3rd ed. New York: McGraw-Hill, 1978. ISBN
0070549710.
Otros recursos:
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