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Humedales artificiales
Quito, 1 de Noviembre de 2016
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL CARRERA DE INGENIERíA CIVIL
ASIGNATURA:
DEPURACIÓN (CIV753)
Profesor: Cristina Alejandra Villamar Ayala
CAPíTULO 2 2.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
MUNICIPALES
GENERACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
Vidal (2001)
MUNICIPALES Precipitaciones y lavado de calles
Infiltración aguas subterráneas
Desechos de los procesos productivos
Desechos humanos (fecal)
Desperdicios domésticos: lavado ropa, utensilios, alimentos.
DOMÉSTICAS
INDUSTRIALES
Diferenciar entre la carga contaminante: “Unidad de Población Equivalente o PE”
60 g DBO5/d Alemania
77 g DBO5/d USA
120 - 500 L/hab día Negras
Grises
Desechos vegetales y animales AGROPECUARIOS
1 - 120 L/animal día
2 - 2000 m3/unidad
GENERACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
Vidal (2001)
Industria Unidad de producción
Carga gDBO5/d/unidad)
PE
Frutas en conserva
1 ton 12000 - 30000 200 - 500
Cervecería 100 L 6000 - 21000 100 - 350
Mataderos Animal faenado
1200 - 12000 20 - 200
Curtiembre 1 ton 60000 - 84000 1000 - 1400
Papel 1 ton 12000 - 54000 200 - 900
Plásticos 1 ton 6000 - 54000 100 - 900
Siderúrgica 1 ton 450 7,5
Metcal & Eddy (2003), Oliveira et al. (2005), Ponds et al. (2004), Tandukar et al. (2007), Hernandez et al. (2000), Essbio (2008)
Parámetro RESIDUOS LIQUIDOS URBANOS (mg /L)
USA Brasil U.E. Japón España Ecuador
Sólidos en Suspensión (SST)
100-350 200-450 236-426 333 100-500 -
DBO5 110-400 200-500 155-285 290,8 100-300 58,8-468
DQO 250-1.000 400-800 455-634 599,6 160-800 125- 889
Nitrógeno Total 20-85 35-70 36-52 40,6 25-86 12,1-126
Fósforo Total 4-15 4 -15 5,5-9,3 - 2 - 17 1,4- 19,5
Coliformes Fecales
- 4,9x104 -5,5x109
- 3,9x104 - -
CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS MUNICIPALES
VARIACIONES ESPACIALES
Parámetro Unidad
RESIDUOS LIQUIDOS INDUSTRIALES
A B C D E
DBO mg/L 22.500 386 10.500 280 261-300
DQO mg/L 41.000 679 22.400 100-1.700 558-654
SST mg/L 2.500 567 650 - 4.720 – 4.760
NTK mg/L 2.300 - - - < 0.5
Fosfatos mg/L 10 21 - - 0,9 – 1,0 (*)
Xavier and Vidal (2003), Escamilla (2006)
(*) Indica Fósforo Total
CARACTEÍSTICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS INDUSTRIALES
A = Relleno sanitario B = Galvanoplastia C = Farmacéutica D = Celulosa E = Papelera (p)
VARIACIONES POR TIPO DE ACTIVIDAD PRODUCTIVA
[1] Moral et al. (2005), [2] Provolo et al. (2008), [3] Mosset et al. (2008)
Fase de crecimiento
Parámetro Unidad Mezclado Reproducción Destete Engorde
pH 7,441 – 7,552 7,77 1,3 6,881 – 7,283 7,541 - 7,412 - 7.573
CE mS/cm 17,91 – 14,62 15,61 – 17,63 14.21 – 15.53 25.21 – 15.32 – 25,73
Densidad g/mL 1,0061 1,0141 – 0,973 1,0131 – 1,013 1,0221 – 1,013
DBO5 g/L 14,21 11,71 – 9,13 251 – 16,63 21,61 – 26,33
NT g/L 2,61 – 1,92 2,41 – 2,73 2,31 – 3,63 3,41 – 2,82 – 6,03
NH4+ g/L 2,011 – 1,62 1,91 – 1,83 1,51 – 1,93 2,71 – 2,032 – 3,83
PT g/L 0,81 – 0,52 0,81 0,61 1,071 – 1,392
K g/L 2,261 – 1,582 1,71 1,751 3,461 – 2,292
Fase de crecimiento
CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS AGROPECUARIOS
VARIACIONES EN UNA MISMA ACTIVIDAD PRODUCTIVA
MUESTREO DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
NTE INEN 2169 (1998)
Variaciones en la descarga Composición
Cantidad
MUESTREO NTE INEN 2169:98
Compuesto 8 – 10 L muestra
Puntual 1 – 2 L muestra
•Se toman en periodos < 15 min •No variaciones Q •Características similares en el t. •Variaciones de un parámetro. •Parámetros que pueden medir así: pH, T, OD. •Diseño de planes de monitoreo de plantas de tratamiento.
•Se toman periodo > 15 min •Variaciones Q y características •Conjunto muestras puntuales •Determinar concentraciones promedio de un contaminante •Diseño de plantas de tratamiento.
En el tiempo
V cte y t cte
En el espacio
t cte y V a Qi V cte y t 1/a Qi
MUESTREO DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
NTE INEN 2169 (1998)
t = cte y V a Qi
t1 t2 t3 = =
V = cte y t a 1/TQi
t3 t1 t2 ≠ ≠
Cada 2 h por 24 h
Vmuestra = aV1 + bV2 + ….. Vi a Qi
1 L a 1h……….1L a 2h
Vmuestra = aV1 + bV2 + ….. ti a 1/TQi
MUESTRAS COMPUESTAS 8 a 10 L
CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÍMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
CARACTERIZACION DE LOS RESIDUOS LIQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÍMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
Zaror (2006)
TIEMPO (hrs)
FL
UJ
O
0 6 12 18 24 30
PATRON
CÍCLICO
FL
UJO
TIEMPO (hrs) 0 6 12 18 24 30
PATRON
ALEATORIO
FL
UJO
TIEMPO (MES) 0 6 12 18
PATRON
ESTACIONAL
¿OTRO FLUJO CONVENIENTE?
¿EL FLUJO PROMEDIO?
¿EL FLUJO MÁXIMO?
CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
Zaror (2006)
TIEMPO (h)
FLU
JO
(m
3/h
)
FLUJO PROMEDIO
FLUJO DE SALIDA CONSTANTE = VALOR PROMEDIO
CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
Zaror (2006)
TIEMPO FLUJO F- FMEDIO Dif. Acumul.
h m3/h m3 m3
1 180 25 25
2 165 10 35
3 170 15 50
4 122 -33 17
5 132 -23 -6
6 122 -33 -39
7 135 -20 -59
8 120 -35 -94
9 180 25 -69
10 190 35 -34
11 210 55 21
12 215 60 81
13 165 10 91
14 170 15 106
15 144 -11 95
16 123 -32 63
17 170 15 78
18 142 -13 65
19 117 -38 27
20 120 -35 -8
21 140 -15 -23
22 168 13 -10
23 180 25 15
24 140 -15 0
Promedio= 155
CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
Zaror (2006)
FLUJO DE SALIDA CTE
VALOR MEDIO = 155 m3/h
FLUJO DE ENTRADA VARIABLE
VOLUMEN DEL ESTANQUE = 155 + 106
= 260 m3
CAUDALES HORARIOS
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
TIEMPO (h)
FLUJ
O H
ORA
RIO
(m3/
h)
CARACTERIZACION DE LOS RESIDUOS LIQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÍMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
Evalúan cambios temporales
No miden cambios en el tiempo
CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÍMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)
Arcillas, limos, sólidos
específicos
EFECTOS PROCEDENCIA
Interferencia en paso de
luz
Aguas naturales
Aguas municipales e
industriales
SÓLIDOS
PARAMETROS FÍSICOS
Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)
PARÁMETROS FÍSICOS
Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)
Totales 100 %
Suspensión 29
Filtrable 71
Sedimentable 100 (2 hora)
No sedimentable 100
Orgánica 75
Mineral 25
Orgánica 75
Mineral 25
Coloidal 11
Disuelta 89
Orgánica 80
Mineral 20
Orgánica 36
Mineral 64
Cono Imhoff
Pasan Mem. Watman Mem. Watman 0,45
mm
0,001-1 mm
SÓLIDOS
105°C 545°C Totales Volátiles
Métodos gravimétricos (evaporación del agua) mg /L
PARÁMETROS FÍSICOS
Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)
SÓLIDOS
Aguas residuales domésticas
Mercalf & Eddy (2003)
TEMPERATURA
Métodos instrumental (uso de equipo) °C
Aguas calientes
EFECTOS PROCEDENCIA
Acelera las Rx
Reduce solubilidad gases
Olor y sabor
Aguas municipales e
industriales
PARÁMETROS FÍSICOS
COLOR
Compuestos orgánicos
EFECTOS PROCEDENCIA
Turbiedad Aguas municipales e
industriales, degradación de
materia orgánica
Métodos espectrofotométricos Abs
APARENTE VERDADERO
Métodos fotométricos UPCo
Verde = Algas Amarillo o pardo= Fe y Mn Parduzco= Aguas Servidas
PARÁMETROS FÍSICOS
Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)
Mercalf & Eddy (1995), Standard Methods (2005)
Sales inorgánicas (NaCl),
ácidos (HCl) y bases
(NaOH)
EFECTOS PROCEDENCIA
Salinidad Aguas municipales,
industriales y agrícolas
Electrolitos
CONDUCTIVIDAD
Métodos instrumental (electrodo Wheatstone) S/m o mS/cm
STD = Sólidos Totales Disueltos; r = Resistividad
+T hay +a
r
1
Agua pura: 5,5 x 10-6 S/m Agua potable: 0,005- 0,05 S/m Agua de mar: 5 S/m
STDK
PARÁMETROS FÍSICOS
CARACTERIZACIÍN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÍMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
ORGÁNICOS
Materia Orgánica Particulada Materia Orgánica Disuelta
Distribución de la composición de materia orgánica
Shon, 2006
PARÁMETROS QUÍMICOS
Poch, 1999; Trebbut, 2001; Mercalf & Eddy, 1998; Ramalho, 1996
D1 y D2 = Oxígeno de la antes y después; p = Fracción de la muestra; B1 y B2 = Oxígeno del blanco antes y después
DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno)
PDDDBO /)( 215
Sin inóculo
PBBDDDBO /)]()[( 21215
Con inóculo
Incubación 5 días a 20°C
Método químico
(titulación y precipitación)
mg O2/L
Método Analítico
Muestras ajustar pH 6.5 y 7.5
Sustrato Glucosa-ácido Glutamico
Además (Nutrientes)
Medida de Oxígeno (Inicial y Final)
Cálculo de Resultados
PARÁMETROS QUÍMICOS
ORGÁNICOS
5 20
días
DB
O5
(mg
/L)
Lo
DBO5 nitrogenada
99%
70% DBO5 carbonosa
Modelo Matemático
Mercalf & Eddy (2003)
DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno)
PARÁMETROS QUÍMICOS
ORGÁNICOS
Mercalf & Eddy (2003)
DQO (Demanda Química de Oxígeno)
660nm
150°C
Método químico y espectrofotométrico mg O2/L
OHCOCrOCrorgMat 22
3
72.
Agente oxidante
Catalizador (AgSO4)
Objetivo: Oxidar M. O. mediante un oxidante
químico (Máximo 900 mg/L)
1. Agregar muestra+ solución digestora+ solución catalítica
2. Calentar por espacio de 2 horas
3. Medir Absorbancia y calcular con curva patrón
Método Analítico
ORGÁNICOS
PARÁMETROS QUÍMICOS
Mercalf & Eddy (2003), Zaror (2006)
ORGÁNICOS
PARÁMETROS QUÍMICOS
Mercalf & Eddy (2003)
Neutro
INORGANICOS pH (Potencial Hidrógeno)
Compuestos ácidos o básicos
EFECTOS PROCEDENCIA
La vida acuática pH de 6-8 Dificultad de tratamiento
Aguas municipales e industriales
]log[ HpH
Método instrumental (electrodo) - Método Colorimétrico (poco preciso)
Acido Básico
Acido Base
PARÁMETROS QUÍMICOS
Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)
Método químico (titulación) mg CaCO3/L
pH = 4,5 Alcalinidad total
pH = 8,3 Alcalinidad incompleta
3222 COHOHCO pKa = 4,5
OHHCOOHCOH 33232pKa1 = 8,3
OHCOOHHCO 3
2
323pKa2 = 12
CO2, HCO3-, CO3
2-
EFECTOS PROCEDENCIA
Agua con poca capacidad tampón ( < 75 mg CaCO3/L)
Presencia de AOV
Aguas municipales e industriales
Titulación sol. H2SO4 Propiedad Tampón
Alcalinidad INORGÁNICOS
PARÁMETROS QUÍMICOS
Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)
Nutrientes
NTOTAL
NORGANICO NINORGANICO NH4+
NO3- NO2
- NTOTAL Kjendhal
Espectrofotométrico
Instrumental (Ión selectivo)
Químico
42442 )( SONHSOHN
343333424 )()( NHBOBOHNHNaOHSONH
Nessler
20 mmg/L-5 mg/L
Titulométrico
> 5mg/L
425 nm
PARÁMETROS QUÍMICOS
ORGÁNICOS – INORGÁNICOS
NT, NO3-, NO2
-,
Norgánico, NH4+
EFECTOS PROCEDENCIA
Eutrificación Aguas municipales,
industriales,
agropecuarias
NO3-
N2 NO2-
N org
animal
Heces
Orina
NH4+
N org
vegetal
Poch, 1999; Trebbut, 2001; Mercalf & Eddy, 1995
INORGÁNICOS Metales
Cu, Zn, Fe, Pb, entre otros
EFECTOS PROCEDENCIA
En grandes
concentraciones tóxicos
(bioacumulables)
Aguas industriales y
agropecuarias
Método instrumental (absorción atómica) mg/L
Atomización del metal
Nebulizador
PARÁMETROS QUÍMICOS
CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÓMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÍMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
Standard Methods (2005)
PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS
Bacterias (E. coli)
Virus (Rotavirus)
Protozoa (Giardia)
Standard Methods (2005)
PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS
Coliformes totales: -Bacilos gram-negativos aerobios o facultativos. -Fermentan lactosa – gas en 48 h a 35°C.
Causan enfermedades
Enterobacter, Escherichia, Citrobacter y Klebsiella.
Coliformes fecales: -Bacilos gram-negativos. -Fermentan lactosa - gas a las 48 h a 44.5°C.
Echerichia coli
Standard Methods (2005)
PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS
Método: Número más probable (nmp)
-Fermentan lactosa - Mide gas a las 48 h a 35°C (totales) y a 45 °C (fecales)
TOTALES
FECALES
CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÍMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
USEPA (1993)
Peces
Microcrustáceos
TOXICIDAD
Macroinvertebrados CALIDAD
Plantas acuáticas CALIDAD/TOXICIDAD
Bacterias
Aguda LC50
Inmovilidad
Mortalidad
Crónica LOEC Efectos
fisiológicos NOEC
•Sean cosmopolitas •Ciclo de vida determinado y conocido •Conocimiento fisiológico del organismo •Alta sensibilidad a los contaminantes
Cómo un organismo es bioindicador
PARÁMETROS ECOTOXICOLÓGICOS
USEPA (1993)
PARÁMETROS ECOTOXICOLÓGICOS
AGUDA CRONICA
- Mortalidad - Movilidad - Germinación
- Crecimiento - Reproducción
LC50
Log dosis
% P
ob
laci
ón
50%
LOEC NOEC
DOSIS RESPUESTA +
-
-
+
ECOSISTEMA
POBLACIONAL
ORGANISMO
TEJIDO
CELULAR
MOLECULAR
RELEVANCIA ECOLOGICA
RELEVANCIA ECOLOGICA
RESPUESTA
RESPUESTA -
CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS
CAUDAL
COMPOSICIÓN
FÍSICO QUÍMICO OTROS
MICRO BIOLÓGICO
ECO TOXICOLÓGICO
OLFATO MÉTRICAS
ASTM E679 (2004 )
PARÁMETROS OLFATOMÉTRICOS
VULVO OLFATIVO
LÓBULO FRONTAL CEREBRO
EPITELIO OLFATIVO
RECEPTORES OLFATIVOS
RESPUESTA NERVIOSA
ODÓTOPOS
-Volatilidad ambiental -Hidrofobicidad -Peso molecular < 300 Da
DETECCIÓN 2 ug/L (1 D-T) IDENTIFICACIÓN 4 ug/L (3 D-T) MOLESTIA 100 ug/L (> 5 D-T) IRRITACIÓN 2000 ug/L
T
Dz
Umbral de olor (D-T)
Vol. Aire puro
Vol. Aire oloroso
Técnicas sensoriales OLFATOMETRÍA
CAMPO
LABORATORIO
Campo Laboratorio0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Um
bral
de
olor
(D
-T, U
O/m
3, O
I)
NH3 AGV Sulfuros Fenoles0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Um
bral
olo
r (m
g/L)
Com
pues
tos
olor
osos
(ug
/m3)
0
1
2
3
4
5
2500
5000
76 veces
ASTM E679 (2004 )
Usa registro de olores específicos
Compuestos orgánicos
en descomposición
EFECTOS PROCEDENCIA
Oposición al uso como
agua potable
Aguas en descomposición y
aguas industriales
Métodos analítico (diluciones) Aceptable o no
Métodos instrumental (narices electrónicas)
PARÁMETROS OLFATOMÉTRICOS
BIBLIOGRAFÍA REFERENCIAL
Metcalf and Eddy. (2003). Wastewater Engineering: Treatment, and Reuse. McGraw-Hill, New York, USA, 1820 pp.
Texto Unificado de Legislación Medio Ambiental. TULMAS (2007).Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes: Recurso agua.
Zaror, C. (2006). Introducción a la ingeniería ambiental para la industria de procesos. Editorial Universidad de Concepción, Concepción-Chile. 611 pp.
APHA (American Public Health Association), (AWWA) American Water Works Association, (WPCF) Pollution Control Federation (2005). Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 16th ed. Washington, DC: APHA, AWWA, WPCF.
United States Environmental Protection Association, USEPA. (1993).
Methods for measuring the acute toxicity of effluents and receiving waters to freshwater and marine organisms. EPA-600/4-90-027F. 4th Ed., Cincinnati-Ohio, USA.
American Society for Testing and Materials ASTM E679 (2004). Standard Practice for Determination of Odor and Taste Thresholds by a Forced-Choice Ascending Concentration Series Method of Limits. American Society for Testing and Material, Philadelphia- United States.
CONSULTAS
45
E-MAIL: cristina.villamar@epn.edu.ec OFICINA: 203, Ed. Hidráulica HORARIO: miércoles (13:00 a 16:00) y viernes (13:00
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GRACIAS