Capítulo 3 criterios de selección para el tratamiento de las aguas residuales

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente -Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas Comunidades. Autor: Ing. Claudia Patricia Gómez Rendón - 2012 C C A A P P Í Í T T U U L L O O 3 3 . . C C r r i i t t e e r r i i o o s s d de e s s e e l l e e c c c c i i ó ón n p p a a r r a a e e l l t t r r a a t t a a m mi i e e n n t t o o d de e l l a a s s a a g g u u a a s s r r e e s s i i d du u a a l l e e s s A partir del conocimiento de la calidad del agua residual, variablidad de la descarga y la calidad del efluente requerido es decir a la luz de la norma de vertimiento impuesta, se puede construir la base conceptual de la tecnología a implementar. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que siempre existe un límite inferior por debajo del cual es difícil mantener la actividad biológica y uno superior, por encima del cual el tratamiento biológico no está en posibilidad de metabolizar las sustancias resistentes a la actividad biológica. Lección 11. Carga contaminante y población equivalente Diferentes son las concentraciones que se encuentran dentro de un agua residual. No solo dependen de su tipo sino también de la propia actividad. Enuncia la carga contaminante la cantidad de contaminación que se produce, genera o contiene un volumen da agua residual en un día. El producto de la concentración por el caudal, en un sitio específico, se denomina carga y generalmente se expresa en kg/d, es decir que usualmente se encuentra en unidades de peso/tiempo. Toda fuente receptora, o sistema de tratamiento, tiene una capacidad específica de asimilación de un contaminante. En el caso de un río, si se excede la capacidad de asimilación, el río pierde las condiciones exigidas para su mejor uso y se convierte en un río contaminado. En el caso de un sistema de tratamiento,

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A partir del conocimiento de la calidad del agua residual, variablidad de la

descarga y la calidad del efluente requerido es decir a la luz de la norma de

vertimiento impuesta, se puede construir la base conceptual de la tecnología a

implementar. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que siempre existe un límite

inferior por debajo del cual es difícil mantener la actividad biológica y uno

superior, por encima del cual el tratamiento biológico no está en posibilidad de

metabolizar las sustancias resistentes a la actividad biológica.

Lección 11. Carga contaminante y

población equivalente

Diferentes son las concentraciones que se encuentran dentro de un agua residual.

No solo dependen de su tipo sino también de la propia actividad. Enuncia la

carga contaminante la cantidad de contaminación que se produce, genera o

contiene un volumen da agua residual en un día.

El producto de la concentración por el caudal, en un sitio específico, se

denomina carga y generalmente se expresa en kg/d, es decir que usualmente se

encuentra en unidades de peso/tiempo.

Toda fuente receptora, o sistema de tratamiento, tiene una capacidad específica

de asimilación de un contaminante. En el caso de un río, si se excede la

capacidad de asimilación, el río pierde las condiciones exigidas para su mejor uso

y se convierte en un río contaminado. En el caso de un sistema de tratamiento,

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si se excede su capacidad de tratamiento, por carga o por concentración, el

sistema entra en dificultades operacionales, probablemente pierde su capacidad

de remoción, y producirá un efluente inferior en calidad al requerido.

11.1 Carga contaminante

La variabilidad del caudal y de la concentración, así como la existencia de

aportes puntuales y no puntuales, complica la evaluación sobre una fuente

receptora específica. El porcentaje de remoción necesario depende, principalmente,

de la norma para el mejor uso de la fuente receptora. Por lo cual, en la fase de

planeación de un sistema de tratamiento para satisfacer una norma o estándar

de calidad, es de gran importancia calcular la carga máxima permisible que

puede disponerse si se quiere aprovechar la capacidad de autopurificación de la

fuente receptora y el beneficio económico consecuente.

Para flujos continuos, la carga másica se calcula mediante la ecuación 11.1:

FCCQW **

11.1

Donde:

W = Carga másica - kg/d

Q = Caudal - m3/d

C = Concentración - mg/L o g/m3

FC = Factor de conversión

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11.2 Población equivalente.

Es definida como “la relación [que existe entre la cantidad de contaminación,

usualmente expresados en DBO y SST] originada por una industria determinada y

las cantidades percápita que se encuentran normalmente en las aguas residuales

domésticas” (Orozco Op. cit., pág: 78).

Percápita indica cantidad de residuos que produce una persona durante un día.

Para ello se toma como referencia, algunas producciones percápita y, para ello

se relacionan en la tabla 5.

Tabla 5. Producción percápita

Nota: Datos tomados de (Romero R., J., 2005, pág 20)

Luego, para calcular la población equivalente, se utiliza la ecuación 11.2

eW

WP

11.2

Parámetro Magnitud (gr/hb-d)

DBO 61

Sólidos totales 129

Sólidos totales volátiles 89

Sólidos suspendidos 51

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Donde:

P = Carga equivalente en personas - hab

W = Carga másica - kg/d

We = Carga equivalente, - gr/hab - d

En los casos donde la contaminación es de origen industrial y se requiera

conocer la cantidad de contaminación con relación a la que aporta la orgánica,

es decir en función de la población, es preciso conocer la población equivalente.

Tabla 6. Población equivalente para diferentes industrias

Tipo de actividad Unidades DBO5 Pe/U

Sustancias

sedimentables

kg/u

Viviendas Personas 60 gr/hb -d 1 40

Hoteles, hospitales Ocupantes 1,5

Oficinas

Con cafetería

Sin cafetería

Empleados

0,4

0,2

Panadería, tostado de

café

Empleados 1,5

Producción de almidón

De papa

De cereales

1 ton papa

1 ton cereal

3-6 gr/L

6-10gr/L

500

350 - 1000

1,5 – 3

Fábrica de malta 1 ton cereal

1 L agua residual

1,6 - 2 10 - 100

Mermelada, cacao, Empleados 3

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Nota: Datos tomados de (GTZ, Cooperación Técnica República Federal Alemana, 1991)

Lección 12. Objetivos del tratamiento

El tratamiento y la disposición de aguas residuales adecuada busca la prevención

de la contaminación del agua y del suelo. Si se arrojan aguas residuales crudas

(excrementos humanos y orina) a un río o cuerpo de agua en exceso de la

capacidad de asimilación de contaminantes del agua receptora, este se verá

disminuido en su calidad y aptitud para usos benéficos por parte del hombre.

Afirma Romero R., con base en estudios e investigaciones

la [producción percápita] de excrementos humanos húmedos es aproximadamente de 80 a 270 gr/hab-d,

la orina es de 1 a 1.3 kg/hb-d, (el) 20% de la materia fecal y (el) 2.5% de la orina son material

putrescible. Por lo tanto la materia orgánica es putrescible, olorosa, ofensiva y [potencia un] riesgo para

la salud. 2005, pág 129.

El objetivo básico del tratamiento de agua es proteger la salud [y promover el

bienestar de las poblaciones] (Ibid, pág 129). En busca de cumplir este objetivo,

las cargas o concentración de contaminantes y nutrientes, constituyen el objeto

chocolate 1 ton de

producto

60

Fábricas de aceite,

producción de

margarina

1 ton de

producto

500

Producción de queso 1 tonelada de

queso

1000 L de

leche

200

45 - 230

Solo procesamiento de

leche

1000 L de

leche

25 – 70 0,4 – 0,75

Tostado de maní 1 ton de maní 0,7

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de la regulación por parte de leyes, decretos y normas, para establecer la

calidad apropiada del agua, de acuerdo con los diferentes usos aplicables a ella.

El destino final de un volumen de aguas residuales puede ser la infiltración o la

descarga sobre un cuerpo hídrico superficial. De ser la primera opción es

necesario:

Tiene como objetivo principal el tratamiento de las aguas residuales obtener efluentes

líquidos de óptima calidad, es decir cumpliendo con los requisitos establecidos en las

normas, leyes y reglamentos. Para ello, puede optarse por un tratamiento sencillo,

práctica y en muchas ocasiones de bajo costo; en casos especiales puede aprovecharse

el caudal residual tratado para riego o usos industriales (torres de enfriamiento, p.e.).

La protección de los medios naturales para [el sano esparcimiento], la conservación de los recursos

naturales, la prevención contra la polución de las corrientes, la conservación y restauración de las

condiciones naturales constituyen razones tangibles e intangibles para el tratamiento de las aguas

[servidas] (Baez N., J., 1995, pág 26).

De acuerdo con los objetivos que se establecen para el tratamiento de aguas

residuales, se realiza el diseño de las unidades que conforman el sistema. Se

pueden describir de acuerdo a su aplicación como pretratamiento, tratamiento

primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario como se indica en la

tabla 7

El diseño de una planta de tratamiento de aguas

residuales debe partir del conocimiento de:

Cantidad de agua residual

Recolección de agua residual

Procesos de tratamiento que intervienen en el sistema de tratamiento

Vertimiento tratado

Recuerda:

Eficiencia = (Afluente-Efluente)* 100

Afluente

Vertimiento por infiltración - Requisitos

Descargar las aguas residuales sobre la superficie del suelo

Distribuir los caudales residuales bajo la superficie mediante drenes

Distribuir los caudales residuales bajo la superficie en zanjas o pozos de absorción

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Tabla 7. Objetivos de tratamiento

Pretratamiento

Destinados a preparar las aguas residuales para que

puedan recibir un tratamiento subsiguiente sin

perjudicar a los equipos mecánicos y sin obstruir

tuberías y causar depósitos permanentes en tanques.

Rendimientos: SS: 5 – 15%, DBO5: 5- 10%, E. Coli: 10 –

25%

Tratamiento primario

Las operaciones físicas o tratamiento primario se

emplean para la separación de sólidos de gran tamaño,

sólidos suspendidos y flotantes, grasas y compuestos

orgánicos.

Rendimientos: SS: 40 – 70%, DBO5: 25- 40%, E. Coli: 25

– 70%

Tratamiento secundario

Se usa principalmente para remoción de DBO soluble y

sólidos suspendidos e incluye, por ello, los procesos

biológicos de lodos activados, filtros percoladores,

sistemas de lagunas y sedimentación.

Rendimientos: SS: 80 – 90%, DBO5: 80- 95%, E. Coli: 90

– 95%

Tratamiento terciario

Remoción de nutrientes para prevenir la eutrofización

de las fuentes receptoras. Mejora de calidad de un

efluente secundario con el fin de adecuar el agua para su

reuso.

Rendimientos: SS: 90 – 95%, DBO5: 80- 95%, E. Coli: 90

– 95%

Fuente: Adaptado por la Autora

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Lección 13. Biología de las aguas residuales

Los microorganismos presentes en el agua, representan varios niveles de

importancia de acuerdo con su patogenicidad, su uso como indicadores de

contaminación y su función como ejecutores del tratamiento biológico. A

continuación, en la tabla 8 se presentan los organismos indicadores de la

contaminación.

Tabla 8. Organismos indicadores de contaminación

Organismo indicador Características

Coliformes Bacterias bacilares gram negativas que fermentan la lactosa con

producción de gas en 48 h a 35 ± 0,5°C. Existen cepas que no

conforman con la definición. Incluyen cuatro géneros: Escherichia,

Klebsiella, Citrobacter y Enterobacter.

El género Escherechia es el más representativo de contaminación fecal.

Coliformes fecales Bacterias coliformes que producen gas a 44,5°C en 24 ± 2 h.

Kiebsiella Bacteria coliforme termotolerante que se cultiva a 35 ± 0,5°C durante

24 ± 2 h.

Escherichia coli Bacteria coliforme representativa de origen fecal. Constituye los

coliformes fecales. Es el indicador fecal por excelencia.

Estreptococos fecales Grupo indicador de contaminación fecal. Su número puede, en

ocasiones, ser mayor que el de los coliformes. Por lo general son

menos abundantes porque mueren rápidamente fuera del huésped. Su

presencia en el agua es indicadora de contaminación reciente. Los

enterococos S. faecalis y S. faecium son miembros específicamente de

origen humano, del grupo de los estreptococos fecales. Se encuentran

en menor número que otros organismos indicadores, pero exhiben su

supervivencia mejor en aguas de mar.

Clostridium perfringens Bacteria anaerobia esporulatoria, lo cual le permite existir

indefinidamente en el agua. Indicador deseable en aguas

desinfectadas, en aguas de contaminación añeja o cuando no se

analiza la muestra con prontitud.

Fuente: Adaptado por la Autora

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13.1 Microorganismos presentes en el agua residual

13.1.1 Bacterias. Constituyen el grupo más importante en el tratamiento de aguas

residuales. Utilizan sustrato en solución, son heterótrofas o autótrofas, aerobias,

anaerobias o facultativas. Un centímetro cúbico de agua residual puede contener

miles de millones de bacterias. Conteos típicos de bacterias en aguas son los

siguientes:

- Agua potable < 1 célula/L

- Agua manantial 100 células/mL

- Agua limpia de río 103 células/mL

- Agua contaminada de río 104 células/mL

- Aguas residuales > 106 células/mL

13.1.2 Coliformes. Los géneros Escherichia y Aerobacter son bacterias

representativas de las coliformes. Por constituir un grupo muy numeroso, 2 x 1011

organismos por persona - día, en los excrementos humanos, se usan como

indicadores de contaminación por organismos patógenos en el agua. Con base en

BIOLOGÍA DE LAS AGUAS RESIDUALES

Revisa este video

http://www.youtube.com/watch?v=CexITI7JCPw

(recuperado el 21/11/2013)

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el ensayo de coliformes, un agua puede clasificarse de diferentes formas como lo

indica la tabla 9.

Tabla 9. Clasificación de las aguas en función del número de coliformes

Clase NMP / 100 mL

1 Agua apta para purificación con sólo desinfección < 50

2 Agua apta para purificación con tratamiento convencional 50 - 5000

3 Agua contaminada que requiere tratamiento especial 5000 – 50000

4 Agua contaminada que requiere tratamiento muy especial > 50000

Fuente: Datos tomados de (Romero R., J., 2005, pág 193)

13.1.3 Hongos. Junto con las bacterias son los responsables principales de la

descomposición de la materia orgánica y, a diferencia de las bacterias pueden

tolerar ambientes de humedad baja y pH ácido. Requiere aproximadamente la

mitad del nitrógeno exigido por las bacterias y son importantes en el tratamiento

de residuos ácidos y de concentración de nitrógeno baja.

13.1.4 Algas. En aguas para abastecimiento pueden producir olores y sabores, en

aguas para recreación son indeseables y, algunas especies, son nocivas en aguas

para piscicultura. En lagunas de estabilización son importantísimas por su

actividad simbiótica con las bacterias y por la generación consecuente de oxígeno

para la estabilización de la materia orgánica.

13.1.5 Protozoos. Los protozoos se alimentan de bacterias y de otros

microorganismos, así como de materia orgánica particulada. Son esenciales en la

operación de plantas biológicas de tratamiento y en los ríos, pues mantienen un

balance entre los diferentes grupos de microorganismos.

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13.1.6 Rotíferos. Se encuentran en efluentes aerobios de plantas de tratamiento

de aguas residuales. Su presencia en un efluente indica un proceso de

tratamiento biológico aerobio eficiente.

13.1.7 Crustáceos. Son importantes como predadores de plancton, en especial

Daphnia y Moina.

13.1.8 Virus. Cuando una célula infectada muere se emite una gran cantidad de

virus que infectarán otras células; los virus requieren un huésped, y para

sobrevivir cuando se dispersan en el ambiente son metabólicamente inertes.

Poseen una gran resistencia a la inactivación por agentes ambientales adversos, a

la desinfección con cloro u ozono y son inmunes a los antibióticos.

13.1.9 Plancton. Conjunto de organismos animales y vegetales, generalmente muy

diminutos que flotan y son desplazados pasivamente en el agua. El plancton es

un indicador común de calidad del agua; existe tanto en aguas contaminadas

como en aguas limpias.

13.1.10 Perifitón. Son indicadores muy útiles de contaminación porque responden

rápidamente a los efectos poluidores en la fuente de la contaminación.

13.1.11 Macrofitón. El macrofitón incluye plantas acuáticas, musgos acuáticos,

helechos y macroalgas. También son indicadores de contaminación.

13.1.12 Macroinvertebrados Benticos. Son útiles para determinar efectos de

polución debido a cargas orgánicas, alteración de sustratos y sutancias tóxicas.

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13.1.13 Nemátodos. Incluyen animales acuáticos que se encuentran, algunas

veces, en filtros de arena y en plantas aerobias de tratamiento de aguas

residuales.

13.1.14 Platelmintos. Gusanos parásitos en su mayoría, casi todos hermafroditas,

de cuerpo aplanado , sin aparato circulatorio ni respiratorio.

13.1.15 Peces. Son un constituyente importante del sistema acuático porque sirven

como indicador de calidad ambiental; son fácilmente afectados por cambios en la

salinidad, pH, temperatura y oxígeno disuelto.

13.2 Requerimientos nutricionales de los microrganismos

Son diversas las fuentes nutricionales de los microorganismos siendo la materia

orgánica y el dióxido de carbono más comunes de carbono celular. Cuando

utilizan para su metabolismo carbono orgánico se denominan organismos

heterótrofos y si lo hacen utilizando dióxido de carbono reciben el nombre de

autotrofos.

13.3 Crecimiento bacterial

Bacterias, algas unicelulares, protozoos y algunos hongos crecen mediante fisión

binaria (división de una célula en dos descendientes), tomando tiempos de

crecimiento “entre 10 y 120 minutos” (Romero R., J., 2005, pág 199).

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El tiempo de generación o periodo de fisión binaria se calcula mediante la

utilización de la ecuación 13.1

g

t

oNN 2

13.1

Donde:

N = Número de microorganismos para el tiempo t

No = Número inicial de microorganismos para el tiempo t = 0

t = Tiempo de crecimiento – d

g = Tiempo de generación (periodo requerido para duplicar una población) –

d

Luego la población bacteriana se obtiene a partir de la ecuación 13.2

t

oeNN

13.2

Donde:

µ = Tasa específica de crecimiento – d-1

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Lección 14. Principios para la selección del

tratamiento

Inicialmente la selección del tratamiento depende de variables como, tipo de

afluentes, requisitos de efluentes y métodos de disposición.

El tratamiento de aguas residuales incluye tratamiento de aguas de una sola

residencia, de aguas residuales de condominios y urbanizaciones, de aguas

residuales de alcantarillados municipales combinados, así como de aguas grises,

negras e industriales.

El determinante más importante en la selección del sistema de tratamiento lo

constituyen la naturaleza del agua residual cruda y los requerimientos de uso o

disposición del efluente.

14.1 Factores de influencia en la selección de procesos de tratamiento

Confiabilidad y costos son factores que tienen especial connotación sobre la

decisión a tomar en cuanto al tratamiento a utilizar ya que la primera se

relaciona directamente con la bondad de la tecnología y la segunda la

disponibilidad de área requerida por la misma. El detalle de las argumentaciones,

se exponen en la tabla 10.

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Tabla 10. Factores para la selección de procesos de tratamiento

Factor Ponderación

CONFIABILIDAD

Resistencia a cargas choque de materiales orgánicos y tóxicos

- Lagunas de estabilización facultativas

- Lagunas aireadas

- Filtros percoladores

- Lodos activados

Sensibilidad de operación intermitente

- Lagunas de estabilización facultativas

- Lagunas aireadas

- Filtros percoladores

- Lodos activados

Destreza operativa del personal

- Lagunas de estabilización facultativas

- Lagunas aireadas

- Filtros percoladores

- Lodos activados

Máxima

Buena

Moderada

Mínima

Mínima

Mínima

Moderada

Máxima

Mínima

Baja

Moderada

Máxima

COSTOS

Requerimientos de terreno

- Lagunas de estabilización facultativas

- Lagunas aireadas

- Filtros percoladores

- Lodos activados

Costo de capital

- Lagunas de estabilización facultativas

- Lagunas aireadas

- Filtros percoladores

- Lodos activados

Costos de operación y mantenimiento

- Lagunas de estabilización facultativas

- Lagunas aireadas

- Filtros percoladores

- Lodos activados

Máximo

Máximo

Moderado

Moderado

Mínimo

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Moderado

Moderado

Máximo

Mínimo

Moderado

Moderado

Máximo

Fuente: Adaptado por la Autora

14.2 Factores de importancia en la selección de tratamientos

Factibilidad: Proceso compatible con las condiciones existentes de dinero

disponible, terreno existente y aceptabilidad del cliente o la comunidad.

Aplicabilidad: Proceso capaz de proveer el rendimiento solicitado, produciendo

un efluente con la calidad requerida para el rango de caudales previsto.

Confiabilidad: Capacidad de soporte de cargas y caudales extremos y mínima

dependencia de tecnología u operación compleja.

Costos: La comunidad o el propietario debe estar en capacidad de costear

todos los compuestos del sistema de tratamiento, así como su operación y

mantenimiento.

Características del afluente: Éstas determinan la necesidad de pretratamientos,

tratamientos, tipo de tratamiento (físico, químico, biológico o combinado).

Procesamiento y producción de lodos: La cantidad y calidad del lodo

producido determina la complejidad del tratamiento requerido para su

disposición adecuada.

Requerimientos de personal: Procesos sencillos requieren menos personal,

menor adiestramiento profesional.

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14.3 Principios utilizables para la selección

Los desechos generados por una planta d tratamiento de aguas residuales y la

calidad del efluente tratado son consideraciones inherentes a la decisión respecto

a la tecnología a implementar.

Son diferentes las características limitantes para el tratamiento biológico entre

ellos la eficiencia del propio sistema, la norma a cumplir y la presencia de

metales pesados ya que pueden inhibir la actividad biológica, como se muestra

en la tabla 11.

Tabla 11. Relación constituyente – limitante - tratamiento

Constituyente Concentración Limitante

o Inhibidora

Pretratamiento

sugerido

Sólidos en suspensión < 124 mg/L Lagunas, sedimentación,

flotación

Aceites y grasas > 100 mg/L Flotación

Metales pesados 1 – 10 mg/L Precipitación o intercambio

iónico

Alcalinidad 0.5 Kg como CaCO3 Neutralización de la alcalinidad

Acidez Acidez mineral libre Neutralización

Sulfuros > 100 mg/L Precipitación o desgasificación

Cloruros 8000 – 25000 mg/L Dilución

Fenoles 70 – 160 mg/L Desgasificación - Mezcla

completa

Amoniaco >1600 mg/L Dilución, ajuste de pH y

desgasificación

Sales disueltas >16000 mg/L Dilución intercambio iónico

Fuente: Datos tomados de (Baez N., J., 1995, pág: 35)

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Lección 15. Reactores y sus modelos

Muchas son las interacciones que interfieren en la interpretación de los resultados

de las reacciones químiccas y biológicas que ocurren en el ambiente receptor y

en los sistemas de tratamiento. De ahí, que para entenderlos se han desarrollado

procesos modelos para los procesos de transformación y tratamiento de los

constituyentes de las aguas residuales.

Se entiende como reactor la unidad o tanque donde transcurren bajo condiciones

controladas las reacciones químicas y biológicas propias del tratamiento de las

aguas residuales. Los más comunmente utilizados son: Reactor de flujo

intermitente, (batch o cochada), flujo a pistón, mezcla completa, lecho

empacado, fluidizado y manto de lodos con flujo ascendente.

15.1 Características hidráulicas de los reactores

15.1.1 Mezcla completa. Se produce cuando las partículas que entran al tanque

se dispersan en forma inmediata. Las partículas que salen del tanque lo hacen en

proporción a su distribución estadística.

15.1.1.1 Balance general:

= -

Velocidad de

trazador dentro del

reactor

Flujo másico de

trazador que entra

al reactor

Flujo másico de

trazador que sale

del reactor

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15.1.1.2 Balance simplificado:

Acumulación = entrada – salida

15.1.1.3 Expresión matemática: A partir de la figura 12

)

)/(

(1o

CC

tot

e

)/(

oCC

tot

e

Figura 12. Concentración del trazador en el efluente del reactor de mezcla completa (Crites &

Tchobanoglous, 2000; pág 121)

QCQCVdt

dCo

15.1

Simplificando se tiene:

)( CCV

Q

dt

dCo

15.2

Integrando entre los límites C entre Co y C y t = entre 0 y t, resolviendo:

Concentración

del trazador a

la salida

Tiempo, t

Sujeta a concentración

constante de trazador en el

afluente

Tiempo, t

Concentración

del trazador a

la salida

Sujeta a adición de una

cantidad fija de trazador

to to

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)1()1()1( )()/( eCeCeCC O

tt

O

VQt

O

15.3

Donde:

to = Tiempo teórico de detención

V/Q y = Tiempo de retención

eCeCeCC O

tt

O

VQt

O

)()/(

15.4

Donde:

Co = Concentración inicial del trazador en el reactor

15.1.2 Flujo de pistón. Las partículas de flujo pasan a través del tanque y salen

en la misma secuencia en que entran. Las partículas mantienen su identidad y

permanecen en el interior del tanque en un tiempo igual al tiempo de retención

teórica. Ver figura 13.

Figura 13. Concentración del trazador en el efluente del reactor del flujo a pistón

(Crites & Tchobanoglous, 2000; pág 123)

Concentración

del trazador a

la salida

Co

Tiempo, t

Sujeta a concentración

constante de trazador en el

afluente

Área = 1

Ancho = 0

Curva de

respuesta

to

Concentración

del trazador a

la salida

Co

Tiempo, t

Sujeta a concentración

constante de trazador en el

afluente

Curva de

respuesta

to

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Comunidades. Autor: Ing. Claudia Patricia Gómez Rendón - 2012

El balance de masa, puede escribirse así:

xxx QCQCVt

C

15.5

Donde:

C = Concentración del constituyente – C g/m3

V = Elemento diferencial de volumen – m3

Q = Caudal - m3/s

rc = Velocidad de reacción del constituyente C – g/m3s

Si se reemplaza la expresión diferencial por el término xxQC de la ecuación 15.5

se tiene:

x

x

CCQQCV

t

C

15.6

Al reemplazar A x por v y se simplifica, se tiene la siguiente ecuación:

x

x

CQxA

t

C

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15.7

Dividiendo por A y x, se tiene la ecuación 15.8

x

x

CQxA

t

C

15.8

Y, en el límite cuando x tiende a cero, se obtiene la ecuación 15.9

x

Cv

x

C

A

Q

t

C

15.9

Donde:

v = Velocidad de flujo

15.1.3 Reactores de mezcla completa en serie. Se emplean para modelar el

régimen de flujo intermedio entre el de mezcla completa y flujo a pistón, como

se observa en la figura 14

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Figura 14. Balance de masas para un trazador conservativo

(Crites & Tchobanoglous, 2000; 124)

Supóngase que la cantidad fija de trazador se coloca en el primer reactor de

una serie de reactores con igual tamaño y que la concentración instantánea

resultante en ese primer reactor es Co, el volumen total de todos los reactores

es V y el volumen de cada reactor es V/n, donde n es el número de reactores

conectados en serie, se tiene entonces:

nttnVQn

o eCeCeCC ot 0

)/(

0

)/(

1

15.10

Si se hace balance de materia para el segundo reactor, se obtiene:

212 QCQC

dt

dC

n

V

15.11

V/n

Q1Co

V/n V/n

Q1C1 Q1C2 Q1Cn

1 2 n

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La concentración en el efluente para el n-ésimo reactor se expresa en la

ecuación 15.12

)(1)/(1

)!1(/

!1

nioVnQtioi en

i

CeVnQt

i

CC

15.12

Referencias Bibliográficas

Baez N., J. (1995). Tratamiento básico de aguas residuales. Barranquilla: Ediciones Uninorte.

Crites & Tchobanoglous. (2000). Sistemas de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados (Vol. I). McGraw-Hill Interamericana, S.A. Gómez R., C. (2012) Módulo Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas Comunidades. Bogotá – Colombia, Escuela de Ciencias Agrarias, Pecuarias y de Medio Ambiente, Ingeniería Ambiental, ECAPMA, UNAD. GTZ, Cooperación Técnica República Federal Alemana. (1991). Manual de disposición de aguas residuales. Lima: CEPIS. Ministerio de Desarrollo Económico. RAS 2000. (s.f.). Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable. Colombia.

Romero R., J. (2005). Tratamiento de aguas residuales (Primera reimpresión ed.). Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería.

Video biología de las aguas residuales, recuperado el 12/08/2012 de http://www.youtube.com/watch?v=CexITI7JCPw