TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

CARACTERSTICAS QUMICASLas aguas servidas estn formadas por un 99% de agua y un 1% de slidos en suspensin y solucin. Estos slidos pueden clasificarse en orgnicos e inorgnicos.

SLIDOS Y FRACCIONES

El agua es el mejor solvente que se conoce. En ella se encuentra un gran nmero de substancias y elementos disueltos, en estado coloidal o en suspensin.

Los slidos inorgnicosformados principalmente pornitrgeno,fosforo,cloruros, sulfatos,carbonatos,bicarbonatosy algunas sustancias toxicascomoarsnico, cianuro,cadmio,cromo, cobre, mercurio,plomoyzinc.Los slidos orgnicos Se clasifican en nitrogenados y no nitrogenados. Los nitrogenados, sonprotenas,ureas, aminasyaminocidos. Los no nitrogenados son principalmentecelulosa, grasasyjabones.La concentracin de materiales orgnicos en el agua se determina a travs de la DBO5,(procedimiento experimental, mide el oxgeno requerido por los organismos en sus procesos metablicos al consumir la materia orgnica presente en las aguas residuales o naturales. Las condiciones estndar del ensayo incluyen incubacin en la oscuridad a 20C por un tiempo determinado, generalmente cinco das.

CARACTERSTICAS BACTERIOLGICASUna de las razones ms importantes para tratar las aguas residuales o servidas es la eliminacin de todos los agentes patgenos de origen humano presentes en las excretas con el propsito de evitar una contaminacin biolgica al cortar el ciclo epidemiolgico de transmisin. Estos son, entre otros:Coliformes totalesColiformes fecalesSalmonellasVirus

A.- DEMANDA BIOQUMICA DE OXIGENOEsencialmente, la DBO puede medirse colocando una muestra del agua a estudiar en un frasco, determinando la concentracin inicial de oxgeno disuelto y dejando el frasco por cierto n de das a una T dada. Transcurrido el tiempo convenido, se mide el oxgeno restante .

DBOt=n = (O2)n = O2, t=0 O2, t=n [ = ] mg/L

Temperatura 20C

Tiempo de incubacin ,5 das, de ah su nombre DBO5

b.- DQOMide la cantidad de O2 requerida para la oxidacin qumica de la materia orgnica en las aguas residuales.Se utiliza un oxidante qumico fuerte en una prueba de aprox. dos horas.Los resultados proveen un estimado indirecto de la concentracin de la materia orgnica biodegradable y la no-biodegradable.Ventajas:No hay que esperar 5 das para obtener resultados.Mide la concentracin de desperdicios orgnicos no biodegradables. Desventajas:No mide la biodegradabilidad de los contaminantes (la mayora de los contaminantes se tratan a travs de la biodegradacin/decomposicin microbiana de la materia orgnica).Se generan compuestos txicos durante el anlisis (Hg y Cr).

III.- CARACTERSTICAS BIOLGICAS

Organismos PatgenosLos principales agentes infecciosos que pueden estar presentes en el desage crudo pueden ser clasificados en tres grandes grupos: bacterias parsitos (protozoarios-Entamoeba histolytica, y helmintos- Ascaris lumbricoide) virus. Para las A.R., el grupo indicador ms usado es el de los coliformes fecales.

PLANTA DE TRATAMIENTOEl tratamiento de las aguas residuales tiene la funcin de eliminar toda contaminacin del agua, de manera que se pueda devolver el agua al medio ambiente en condiciones adecuadas.

PRE TRATAMIENTOOBJETIVOS:PROTEGER LOS EQUIPOS DE BOMBEORemocin de slidos mayores (rejas y rejillas)DesarenadoFACILITAR EL TRATAMIENTO (ELIMINAR INTERFERENTES)Remocin de grasa y aceitesPre aireacin

Rejas para slidos

DESARENADOElimina partculas ms pesadas que el agua, que no hayan quedado retenidas en el desbaste, y que tienen un tamao superior a 200 micras

Sobre todo arenas pero tambin otras sustancias como cscaras, semillas, etc. (99%)

Reducir velocidad a 30 cm/seg.

Se pueden tomar como base, la arena de densidad especfica 2,65, a T= 15,5C.

TIPOSA.- desarenadores de flujo horizontal (plantas pequeas) consisten en un ensanchamiento del canal de pretratamiento para reducir la velocidad de flujo y decantar las partculas. B.-desarenadores de flujo helicoidal. Tanques con una velocidad ascensional del agua tal que permite la decantacin de arenas pero no de partculas orgnicas.

C.- De flujo inducido.

Chilpina. 350 lps

SEPARACIN DE GRASASEl objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y materiales flotantes ms ligeros que el agua, que podran distorsionar los procesos de tratamiento posteriores.SISTEMAS:Para bajas concentraciones.Para altas concentraciones.

DESARENADO-DESENGRASADOSi se hacen desengrasado y desarenado juntos, es necesario crear una zona de tranquilizacin donde las grasas flotan y se acumulan en la superficie, evacundose por vertedero o por barrido superficial, y las arenas sedimentan en el fondo.Las dimensiones del desarenador son diferentes.

PARMETROS PRINCIPALES:

Carga Hidrulica menor o igual a 35 m3/m2/h a Q mx. Tiempo de Retencin 10-15 min a Q medio Caudal de aire introducido 0,5-2,0 m3/h/m3 de desengrasador

ALTOS CONTENIDOS DE GRASAPetroqumicas, pesqueras: producen gran cantidad de aceites, los mataderos producen gran cantidad de grasas, etc. Para este caso, el desgrasador se calcula para recibir una Carga Hidrulica menor o igual a 20 m3/m2/h.Flotacion por aire disuelto. DAF. La fase liquida se presuriza con suficiente aire para conseguir la saturacin del aire en agua.

TRATAMIENTO PRIMARIOOBJETIVORemover los slidos orgnicos e inorgnicos suspendidos, sedimentables

Reduce velocidad de flujo 1-2 cm/seg

EQUIPOS: Sedimentador primarioTanque sptico.Tanque Imhoff.Lagunas anaerobia

TANQUE IMHOFFPara comunidades hasta 5000 habitantes.Integran la sedimentacin del agua y la digestin de los lodos sedimentados en la misma unidad.(vs. Tanque sptico, lagunas)

Se divide en compartimentos:- Cmara de sedimentacin.- Cmara de digestin de lodos.- rea de ventilacin y acumulacin de natas.

FUNCIONAMIENTO Durante la operacin, las aguas residuales fluyen a travs de la cmara de sedimentacin, donde se remueven gran parte de los slidos sedimentables, estos resbalan por las paredes inclinadas del fondo de la tolva de sedimentacin pasando a la cmara de digestin a travs de la ranura con traslape existente en el fondo del sedimentador.El traslape tiene la funcin de impedir que los gases o partculas suspendidas de slidos, producto de la digestin, interfieran en el proceso de la sedimentacin. Los gases y partculas ascendentes, que inevitablemente se producen en el proceso de digestin, son desviados hacia la cmara de natas o rea de ventilacin.Los lodos acumulados en el digestor se extraen peridicamente y se conducen a lechos de secado.

DISTRIBUCION CAMARA DE NATAS (vista de planta)

ESPUMADERA VENTILA

Calidad del agua de salida

TRATAMIENTO SECUNDARIO BIOLOGICOEl tratamiento primario elimina el 40 a 60 % de la materia orgnica suspendida, y de 25-35% de la DBOEl tratamiento Secundario es un proceso biolgico donde los m. o. (especialmente bacterias y protozoos) transforman la materia orgnica soluble y coloidal en CO2, H2O y clulas (biomasa).

Los ms usuales son:AEROBIOS.Lodos activosLechos o filtros percoladores.Otros procesos : sistema de lagunaANAEROBIOS. UASB.Lagunas anaerobias

La digestin anaerobia Esquema bsicoMateria orgnicaMicroorganismos anaerbicos (bacteria)NH4 + PO4+3BiogsLa digestin anaerbicaCH4 + CO2 +SH2Digestin Anaerobia:Proceso en el cual bacterias anaerobias producen CH4 y CO2 desde un Material Orgnico ComplejoTambin se produce SH2: por Reduccion de sulfatos.TRATAMIENTO ANAEROBIO DE ARU

FASES DE LA DIGESTION ANAEROBIAHIDROLISIS.ACIDOGENESISACETOGENESISMETANOGENESIS

HIDRLISISLIPIDOSACIDOSGRASOSLARGOSAZUCARESSIMPLES+

ACIDOGENESIS.1AMINOACIDOSAGHAc++H2AZUCARES SIMPLESAGHAc+ACIDOS GRASOS LARGOSHAc+H2+H2Se suceden dos pasos: fermentacin, y acetogenesisLas molculas orgnicas pequeas y los cidos grasos voltiles se convierten en acido actico e hidrogeno.Microorganismos: Syntrophomonas, Syntrophobacter

ACIDOGENESIS.2 ACETOGENESISLas molculas orgnicas pequeas (monmeros) y cidos grasos voltiles (AGV) se convierten en acido actico + H2

CH3-CH2-CH2-COOH +H2O --- CH3COOH + 2H2

Acido butrico + agua --- ac. Actico + H2

FASE METANOGENICACatabolismo del acido actico e hidrogeno para dar productos gaseosos.Requieren pH de 6.6-7.6Son anaerobias obligadas. Slo algunas conservan su viabilidad despus de ser expuestas al oxgeno.

METANOGENESISLas bacterias metanognicas abundan en ambientes donde limitan aceptadores de electrones tales como O2, NO3-, Fe3+, y SO42-.

Digestores anaerobios, sedimentos anxicos, suelos de humedales y tractos gastrointestinales son hbitats tpicos para encontrar estos microorganismos.

SULFATO REDUCCIN

La sulfato reduccin es el proceso durante el cual el sulfato se reduce a sulfuro de hidrgeno, mediante la participacin de las bacterias sulfato reductoras (BSR)

Microorganismos: Desulfovibrio, DesulfobacterREACCIONES COLATERALES

VENTAJAS DE UN PROCESO ANAERBICO:Los reactores del tipo UASB presentan una serie de ventajas sobre los sistemas aerobios convencionales: la inversin principalmente es menor (costos de implantacin y manutencin)produccin pequea de lodos excedentesconsumo pequeo de energa elctrica simplicidad del funcionamientoPresenta una baja produccin de lodos (estabilizados)Constituyen una fuente de energa alternativa (CH4)

Desventajas de un proceso anaerbicoEmisin de olores desagradables (H2S)Sensibilidad a bajas temperaturas, al cambio brusco de pH y a la presencia de oxgeno disuelto.

REACTOR UASB: PROCESO DE GRANULACINEl fango granular constituye el corazn de la tecnologa UASB. Un fango granular es un agregado demicroorganismosformados durante el tratamiento de agua residual en un medio en el que exista un rgimen hidrulico constante de flujo ascendente.La configuracin de los agregados dentro de labiopelculadensa y compacta es a lo que se denomina grnulo. Debido a su gran tamao de partcula (generalmente en el rango de 0.5 a 2 mm de dimetro), los grnulos resisten el lavado del sistema de reaccin, permitiendo cargas hidrulicas elevadas.

Debido a su gran tamao de partcula (generalmente en el rango de 0.5 a 2 mm de dimetro), los grnulos resisten el lavado del sistema de reaccin, permitiendo cargas hidrulicas elevadas. La composicin del grnulo est estratificada. En el centro se localizan los agregados deMethanosaeta (principalmente), y otros organismos metangenos, comoMethanothrixyMethanosarcina. En la siguiente capa estn localizados organismos productores y consumidores de hidrgeno, en una asociacin simbitica. En la capa superficial se localizan los organismos que realizan las primeras etapas de degradacin anaerobia, como los acidgenos y otros organismos consumidores de hidrgeno. Se cree que los agregados deMethanosarcinafacilitan la formacin de los grnulos. Existe un gran consenso en que la etapa inicial de la granulacin es la adhesin bacteriana (un proceso fsico-qumico), paralela a etapas tempranas de formacin de biopelculas, aunque tratar la adhesin bacteriana slo como un proceso fsico-qumico limita sus complejos aspectos biolgicos.

TRATAMIENTOS AEROBIOSBiomasa suspendida Sistema de lodos activados Reactor batch secuenciado (SBR) Lagunas Biomasa adherida Filtros percoladores Contactores biolgicos rotatorios

Objetivos:Eliminacin de materia orgnica. DBO, DQOEliminacin de nitrgeno combinado: Amonio, Nitrito, NitratoEliminacin de fsforo combinado: fosfato, fsforo orgnicoEliminacin de azufre combinado: SO4, SH2

MICROBIOLOGIA DEL PROCESOBacteriasAlgasHongosprotozoariosLa mayor actividad es debida a las bacterias: Composicin materia orgnica:C5H7O2N = 113 g., 53 % C, 12% N.Una bacteria tpica esta compuesta de 50% C, 14% N, 3% F, 2% K, 1% S, 0.2% Fe, y 0.5 de Ca, Mg y Cl.

PROCESOS:Fermentacin.Respiracin.

Fermentacin

Erespiracion Bacterias aerobias hetertrofas

ZoogleaAlcaligenesBacillusPseudomonas

REACCION:BACTERIAS AEROBIAS MO: C10H19O3N

ASOCIACIONES MICROBIALESFlculos

Grnulos

Biopelculas

FILTROS BIOLOGICOSProcesos de pelcula: filtros biolgicos. BIOFILTRO: Es un sistema de lecho slido fijo y poroso impregnado con m.o. a travs del cual pasa el afluente.El lecho puede ser: De piedras, o de plstico: La pelcula adherida aumenta hasta un lmite al cual se desprende formando lodoAl pasar por el lecho la materia orgnica soluble y coloidal es adsorbida y degradada por la capa de lama (m.o) del lecho.

BIOFILTRO DE PIEDRAS

LODOS ACTIVOS. Sistemas aerobios de biomasa suspendidaEs el proceso biolgico de ms amplio uso para el tratamiento de aguas residuales en Europa.Principio bsico. Las aguas residuales se ponen en contacto con una poblacin microbiana mixta, en forma de una suspensin floculenta en un sistema aireado y agitado Sistemas aerobios de biomasa suspendida

FLOCULO DE LODOS ACTIVOS

Requerimientos ambientales de las bacterias aerobiasT > 35C se produce deterioro de los flculos

ParmetroValorpH6.5 8.5Temperatura (C)10 30 Valor Tpico: 20DBO5/N/P100/5/1Concentracin mn de O2 (mg/L)2

TRANSFERENCIA DE OXGENOLa transferencia de oxgeno es la clave para los procesos aerbicos Por la baja solubilidad del O2 en el agua (< 10 mg/L), la transferencia de ste desde la fase gaseosa hasta el m.o es dificultosa y requiere de un eficiente sistema de transferencia

SISTEMAS:Aireacin mecnicaAireacin difusa

AEREACIN MECANICA Hay tres sistemas aireadores superficiales, de chorros lquidos sistemas de agitacin y aspersin o sistemas combinados

AIREACIN DIFUSA difusores de burbujas finas difusores de burbuja media dispositivos de burbuja gruesa

PARMETROS DE OPERACIN EN SISTEMAS DE LODOS ACTIVADOS

Tipo de ProcesoRemocin de DBO(%) Concentracin de SSTA(Kg/m3)Carga de la masa(Kg DBO/Kg SSTA-dia)Tasa de recirculacin(%)Convencional85 - 901,5 3,00,20 0,4025 50Aereacin escalonada85 952,0 3,50,20 0,4025 75Alta carga75 904,0 100,4 1,5030 500Aeracin prolongada75 953,0 6,00,05 0,5075 300Mezcla completa85 953,0 6,00,20 0,6025 100Zanja de oxidacin75 953,0 6,00,05 0,1575 - 300

VENTAJAS DE LOS LODOS ACTIVOS

Alta remocin de carga orgnica. Efluentes de buenas caractersticas organolpticas. Procesos estables, cuando los lodos son manejados apropiadamente. Requieren poco espacio para su instalacin.

DESVENTAJAS

- Requiere equipo mecanizado. - Alto consumo de energa. - Requiere personal capacitado. - Requiere mayor mantenimiento y reposicin de equipos. - Produce gran cantidad de fango

TRATAMIENTO TERCIARIOObjetivo suprimir algunos contaminantes especficos presentes en el agua residual tales como losfosfatosque provienen del uso dedetergentesdomsticos e industriales y cuya descarga en cursos de agua favorece laeutrofizacin.Tambin se emplea esta etapa de tratamiento cuando la cantidad de contaminantes no ha disminuido a los niveles estimados.En esta etapa suelen considerarse tratamiento qumicos de mayor costo y complejidad.

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