Curso Saneamiento AMH 2014 Sección 1

AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Curso

Procesos de Tratamiento de

Aguas Residuales

Septiembre 2014

M.C. Jos de Jess Rodrguez Padilla

[email protected]


Contenido1. Generalidades

2. Objetivos del tratamiento de aguas residuales

3. Tratamiento preliminar

4. Tratamiento primario

5. Tratamiento secundario

6. Tratamiento terciario

7. Desinfeccin

8. Tratamiento de lodos

8.1 Espesamiento

8.2 Estabilizacin

8.3 Desaguado


1. Generalidades


Antecedentes histricosAglomeracin de poblacin en grandes ciudades

(Londres, Chicago, Hamburgo).

Brotes de epidemias. Se reportan miles de personas

muertas por contaminacin de fuentes de agua. (

1900).

Muerte de peces en ros (Tmesis) y lagos (Grandes

Lagos).

Prdida de especies nativas y crecimiento malezas en

cuerpos de agua.

Inicio del tratamiento de aguas residuales en Europa y

Norteamrica ( 1900 1930).


Antecedentes histricosImportante incremento del tratamiento en EE.UU. (Clean

Water Act, 1972).

Ley de Aguas Nacionales (1992)

Normatividad vigente en Mxico sobre calidad de las

aguas residuales (1996 1998)

Normatividad vigente en Mxico sobre residuos (lodos)

de las plantas de tratamiento (2003).


2. Objetivos del tratamiento


Contaminantes Presentes en Aguas

Residuales Municipales


Contaminante Nombre del parmetro Efectos / Importancia Origen

Impiden los usos del cuerpo de aguaResiduos domsticos

Deficiencia en los sistemas de

recoleccin de basura

Arrastres pluviales

Producen azolves

Erosin de equipo mecnico

Impiden el paso de luz y oxgeno Residuos domsticos

Se adhieren a superficies de tanques

y equipos

Residuos de restaurantes,

mercados, industrias, etc.

Produccin de azolves Residuos domsticos (materia

fecal)

Se descomponen generando oloresResiduos de restaurantes,


Agotan el oxgeno disuelto,

impidiendo la vida acutica

Residuos domsticos (materia

fecal, comida)

En ausencia de oxgeno disuelto

generan olores (septicidad)

Residuos de restaurantes,


Microorganismos

patgenos

Coliformes fecales Transmiten enfermedades (clera,

hepatitis, diarrea, amibiasis, etc.)

Residuos fecales de humanos y

animales

Nitrgeno:

Orina, materia fecal, fertilizantes

Fsforo:

Detergentes, fertilizantes

Material

suspendido

Slidos suspendidos

totales (SST)

Materia orgnica

Nutrientes Nitrgeno (N) y Fsforo

(P)

Crecimiento de especies no deseadas

en cuerpos de agua (algas, lirio,

malezas) conocida como

eutroficacin

Demanda bioqumica

de oxgeno (DBO5) y

Basura Basura

Efectos estticos

Arenas Arrastres pluviales

Grasas y aceites Grasas y aceites

Arenas

Principales contaminantes presentes en aguas residuales municipales


Generacin de caudal y contaminantes en aguas residuales municipales

Fuente: - Comisin Nacional del Agua

- Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering

ND Informacin no disponible

Parmetro Unidades Generacin

Mxico

Generacin

EE.UU.

Notas

Caudal (l/hab.)/da 120 - 225 190 - 460

Basura ND ND Muy variable

Arenas ND ND Muy variable

Grasas y aceites (g/hab.)/da ND 31

SST (g/hab.)/da 52 95

DBO5 (g/hab.)/da 54 85

DQO (g/hab.)/da 110 198

Coliformes fecales ND ND

Nitrgeno (N) (g/hab.)/da 8 13.3

Fsforo (P) (g/hab.)/da 3.28 4.6


Concentracin de contaminantes en aguas residuales municipales crudas

Fuente: - Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering

Nota: En Mxico predominan las concentraciones entre Media y Alta

Baja Media Alta

Basura Muy variable

Arenas Muy variable

Grasas y aceites mg/l 50 90 100

SST mg/l 120 210 400

DBO5 mg/l 110 190 400

DQO mg/l 250 430 800

Coliformes fecales NMP/100 ml 103 - 105 104 - 106 105 - 108

Nitrgeno (N) mg/l 20 40 70

Fsforo (P) mg/l 4 7 15

Parmetro Unidades Concentracin Notas


Normatividad mexicana relativa a

Aguas Residuales Municipales


Norma mexicana de descarga a cuerpos receptores

NOM-001-SEMARNAT-1996

NI No se indica PM Promedio mensual PD Promedio diario

- La clasificacin de los cuerpos de agua aparece en la Ley Federal de Derechos

- En la NOM-001-SEMARNAT-1996 aparecen otros parmetros. No debe haber

problema para su cumplimiento en descargas municipales.

PM PD PM PD PM PD

Basura NI NI NI NI NI NI

Arenas NI NI NI NI NI NI

Grasas y aceites mg/l 15 25 15 25 15 25

SST mg/l 150 200 75 125 40 60

DBO5 mg/l 150 200 75 150 30 60

DQO mg/l NI NI NI NI NI NI

Coliformes fecales NMP/100 ml 1,000 2,000 1,000 2,000 1,000 2,000

Nitrgeno (N) mg/l 40 60 40 60 15 25

Fsforo (P) mg/l 20 30 20 30 5 10

Cuerpo tipo CParmetro Unidades Cuerpo tipo A Cuerpo tipo B


Ejemplo de remocin requerida en una planta municipal

Cuerpo

tipo C

PM

Basura NI

Arenas NI

Grasas y aceites mg/l 100 15 85.0%

SST mg/l 350 40 88.6%

DBO5 mg/l 350 30 91.4%

DQO mg/l 700 NI

Coliformes fecales NMP/100 ml 1 x 108 1,000 99.9990%

Nitrgeno (N) mg/l 60 15 75.0%

Fsforo (P) mg/l 13 5 61.5%

Remocin

requerida

Parmetro Unidades Concentracin

agua cruda

NI No se indica PM Promedio mensual


Norma mexicana para reso de agua residual tratada

NOM-003-SEMARNAT-1997

NI No se indica PM Promedio mensual

- En la NOM-003-SEMARNAT-1997 aparecen otros parmetros. No debe haber

problema para su cumplimiento en descargas municipales.

Contacto

indirecto

Contacto

directo

PM PM

Basura NI NI

Arenas NI NI

Grasas y aceites mg/l 15 15

SST mg/l 20 30

DBO5 mg/l 20 30

DQO mg/l NI NI

Coliformes fecales NMP/100 ml 240 1,000

Nitrgeno (N) mg/l NI NI

Fsforo (P) mg/l NI NI

Parmetro Unidades


Otros contaminantes

Hay otros contaminantes que son propios de descargas

industriales. Entre otros:

pH extremos

Metales pesados, cianuros

Sustancias txicas (plaguicidas, compuestos clorados)

Etc.

Las aguas residuales municipales no deben presentar

valores importantes de estos contaminantes.

Se deben monitorear peridicamente para verificar que

no estn presentes.

En caso de presencia se debe identificar el origen y

hacer un control en la fuente que los genere.


Elementos de una planta de tratamiento

de aguas residuales municipales


En base al alcance, las etapas de tratamiento se clasifican en:

Clasificacin de las etapas de un sistema de

tratamiento

Etapa Objetivos de tratamiento

Remocin de basura

Remocin de arenas

Regulacin de caudal

Tratamiento primario Remocin de material suspendido

Tratamiento secundario Remocin de materia orgnica biodegradable

Mejorar el efluente de un tratamiento secundario:

- Remocin de material suspendido

- Remocin de nutrientes (N y/o P)

- Remocin de otros contaminantes

Desinfeccin Eliminacin de microorganismos patgenos

Producir lodo apto para su disposicin final:

- Remocin de contenido de agua

- Produccin de lodo que no se descomponga

(lodo estabilizado)

Tratamiento preliminar

(pretratamiento)

Tratamiento terciario

Tratamiento de lodos


Esquema de un tren de tratamiento

InfluenteTratamiento

preliminar

Tratamiento

primario

Tratamiento

secundario

Tratamiento

terciario (avanzado)Desinfeccin

Tratamiento

de lodos

Efluente

tratado

Lodos

estabilizados

Basura y arenas

Lodos

no estabilizados


Ejemplo Tratamiento secundario


Ejemplo tratamiento terciario


Tratamiento de lodos


3. Tratamiento preliminar

(Pretratamiento)


Tratamiento preliminarSu objetivo es la proteccin del resto de las etapas de tratamiento

Principales etapas del tratamiento preliminar:

Cribado (eliminacin de basura)

eliminacin de arena

reduccin de tamao

homogeneizacin del flujo y ajuste de pH

El efluente de estos sistemas tiene aproximadamente los mismos contaminantes que el influente.


Tratamiento preliminar. CribadoObjetivo: Separacin de material suspendido de gran

tamao (basura)

El tamao del material separado puede ser muy variable

(desde troncos, botellas, trapos, etc. hasta semillas,

colillas de cigarro, hojas de rbol, etc.)

La separacin del material se realiza al hacer pasar la

corriente de agua a travs de una estructura tipo coladera

(criba).

El tamao de los huecos (claro libre) determina el material

que es retenido.

Si el material es de dimensin mayor al claro libre queda

atrapado, separndose de la corriente principal. Debe ser

retirado peridicamente.


Tratamiento preliminar. CribadoLas cribas se clasifican dependiendo de:

El claro libre (cribas gruesas, finas, microcribas)

La forma de limpieza (manual / mecnica)

Clasificacin Claro libre

(mm)

Notas

Gruesas 6 - 150 Puede haber varias etapas en

serie

Finas 0.5 - 6 Generalmente van precedidas

de cribas gruesas

Microcribas < 0.5 Muy poco usadas en

tratamiento preliminar


Cribas gruesas con limpieza automtica


Cribas gruesas con limpieza manual


Criba fina con limpieza mecnicaCribas finas con limpieza manual


Tratamiento preliminar. CribadoEl cribado es una operacin indispensable en una planta

de tratamiento municipal.

Como mnimo debe haber un cribado grueso de 20-25 mm

de claro libre para proteccin de equipo de bombeo.

Es deseable que se incluya un cribado de 6 mm de claro

libre o menor.

Se recomienda que se prevea sacar de operacin una

criba sin interrumpir la operacin de la planta de

tratamiento.

En cribas con limpieza mecnica se incluyen equipos para

compactacin y lavado para disminuir la generacin de

olores en su manejo.


Tratamiento preliminar. Desarenacin

Objetivo: Eliminacin de arenas

La arena es un material de muy alta densidad (2,600

kg/m3 vs 1,000 kg/m3 del agua) y dimetro < 1 mm.

Proviene de material que ingresa por arrastres al

sistema de alcantarillado, principalmente en poca

pluvial.

Sedimenta con mucha facilidad, produciendo

azolvamiento.

Es muy abrasiva, produciendo desgaste de partes

metlicas en movimiento (bombas, mezcladores, etc.).


Tratamiento preliminar. Desarenacin

Todos los mtodos de eliminacin de arena aprovechan

que la arena sedimenta mucho ms rpido que el resto

del material suspendido.

Los principales sistemas de desarenacin son:

Canales paralelos (ms frecuente en plantas pequeas)

Desarenadores tipo vrtice

Desarenadores aerados


Desarenadores tipo canal

Se busca en el diseo que:

V = Q/A 0.2 0.4 m/s

Tr = V/Q 45 90 s


Desarenador tipo vrtice


Desarenador aerado


Tratamiento preliminar. DesarenacinLa desarenacin es una operacin indispensable en una

planta de tratamiento municipal.

Se recomienda que se prevea sacar de operacin un

desarenador sin interrumpir la operacin de la planta de

tratamiento.

En desarenadores de gran caudal se incluyen equipos

para lavado de arena para disminuir la generacin de

olores en su manejo.

Por problemas en la desarenacin, muchas plantas en

Mxico exhiben problemas de azolve en unidades

subsecuentes de proceso.


Tratamiento preliminar. Regulacin

Objetivo: Disminuir las variaciones de caudal

El caudal que ingresa a una planta de tratamiento

presenta amplias variaciones.

En plantas pequeas, el caudal mximo (Qmax) puede

ser cuatro veces o ms el caudal medio (Qmed) y el

caudal mnimo (Qmin) puede ser cercano a cero.

Esto complica tanto la construccin (tuberas, equipos

de medicin, tanques, etc.) como la operacin

(dosificacin, suministro de aire, etc.).


Tanque regulador

Caudalvariable

Caudalconstante

Usualmente se requiere un tiempo de retencin (tr = V/Qmed) entre

4 y 8 horas.

Se debe incluir aeracin y mezclado para evitar sedimentacin y

generacin de olores.

Se recomienda incluir regulacin de caudal en plantas pequeas

(Qmed < 10 20 l/s).

En plantas muy grandes (Qmed > 500 l/s) puede ser difcil su

inclusin por los costos en obra civil y equipamiento.


4. Tratamiento primario


Tratamiento primarioObjetivo: Eliminacin de slidos suspendidos

Una parte importante de los slidos suspendidos tiene

densidad ligeramente mayor a la del agua (1,050 kg/m3

vs 1,000 kg/m3).

Esto permite su separacin de la corriente principal

mediante sedimentacin (decantacin) simple.

La separacin puede mejorarse aadiendo sustancias

que aglomeren los slidos suspendidos (coagulantes o

floculantes).

Otra opcin es adicionar aire que reduzca la densidad del

material suspendido y separarlo por flotacin.


Tratamiento primarioSedimentacin simple Sedimentacin con

sustancias qumicas

Flotacin con aire disuelto

(DAF)

Sustancias aadidas Ninguna Coagulantes y floculantes

- sulfato de aluminio

- cloruro frrico

- polmeros catinicos

Aire a alta presin

Coagulantes y floculantes

Remocin de contaminantes

- Slidos suspendidos 40 - 60% 70 - 90% 70 - 90%

- Grasas y aceites 60 - 80% > 90% > 90%

- Materia orgnica (DBO5) 20 - 40% 50 - 60% 50 - 60%

- Fsforo Despreciable > 90% No hay datos

Costos

- Costos de inversin Medios Medios Altos

- Costos de operacin Bajos Altos Altos

Requerimiento de superficie Altos Altos Bajos

Tiempo de retencin (V/Qmed) 2 - 3 h 2 - 3 h < 30 min

Usos principales Plantas medias y grandes Plantas que no incluyen

tratamiento secundario

- Plantas con limitacin de

espacio

- Presencia de material

flotante

Tipo de tratamientoConcepto


Tratamiento primarioEl tratamiento primario no es obligatorio en una planta

municipal.

El tratamiento primario ms utilizado en efluentes

municipales es la sedimentacin simple.

El tratamiento primario reduce el esfuerzo de tratamiento

en los procesos posteriores (tratamiento secundario).

Los residuos producidos (lodos primarios) no se

encuentran estabilizados, producen olores

desagradables y atraen moscas y otros vectores de

enfermedades.

Necesitan procesarse antes de su disposicin final.


Sedimentadores primarios de geometra circular


Detalles de Sedimentadores primarios de geometra circular


Sedimentadores primarios de geometra rectangular


5. Tratamiento secundario

(Tratamientos biolgicos)


Tratamiento secundarioObjetivo: Eliminacin de la materia orgnica disuelta.

Los tratamientos previos (preliminar, primario) slo

eliminan contaminantes que se encuentren suspendidos.

No tienen capacidad de eliminar ningn contaminante

que est disuelto en agua.

Entre los contaminantes disueltos se incluyen (por lo

menos en parte):

Materia orgnica

Nutrientes (nitrgeno y fsforo)

Los tratamientos que usan microorganismos

(tratamientos biolgicos) son los ms utilizados para

eliminar estos contaminantes.


Qu son los tratamientos biolgicos?

Tratamientos que utilizan microorganismos para laeliminacin de contaminantes o su conversin encompuestos inocuos.

La gran mayora de los tratamientos son adaptacionesen condiciones controladas de fenmenos que ocurrenen la naturaleza:

Aeracin y depuracin de una corriente

Crecimiento de pelculas en rocas

Conversin de materia orgnica en embalses

Transformacin de nitrgeno y fsforo en lagos y pantanos.


HistoriaLos tratamientos biolgicos son muy antiguos comoprocesos formales de tratamiento.

Ao Proceso Ubicacin

1901 Filtro percoldor EE.UU.

1907 Tanque Imhoff Alemania

1913 Lodos activados Inglaterra

1920's Lagunas facultativas EE.UU.

1930's Digestin anaerobiaAlemania,

Francia

1960's Biodiscos Alemania

Pantanos artificiales EE.UU.

Remocin biolgica de nitrgeno EE.UU.

1970's Remocin biolgica de fsforo EE.UU.


Microorganismos involucrados

El principal grupo de microorganismos aprovechadoen el tratamiento es el de las bacterias.

Algunos tratamientos utilizan bacterias y algas(lagunas facultativas y maduracin)


Tratamientos biolgicos

Materia

orgnicaReactor

biolgicoSeparacin

O2 (2)

CO2

Residuos

(lodos)

Efluente

tratado

Nutrientes

(N, P)

Metano (1)

(1) Slo en tratamientos anaerobios

(2) Slo en tratamientos aerobios


Aspectos generalesPara el desarrollo adecuado de las bacterias (y con ello

un buen tratamiento del agua residual) se requiere:

Fuente de materia orgnica biodegradable.

Presencia de nutrientes (nitrgeno y fsforo)

Temperatura adecuada (depende del tipo de

bacterias)

pH adecuado (cerca de la neutralidad)

Ausencia de sustancias txicas

Medio ambiente adecuado (Ausencia / presencia de

oxgeno disuelto)


Aspectos generales

Se aplican desde la descarga de una vivienda hasta

la de una gran ciudad.

Contaminantes eliminados:

Materia orgnica biodegradable (uso principal)

Slidos suspendidos (atrapados en flculos biolgicos)

Nitrgeno y fsforo (procesos terciarios)

Microorganismos patgenos (de forma indirecta)

Aplicaciones principales

Tratamiento de agua residual municipal

Tratamiento de agua residual industria de alimentos

Estabilizacin de lodos


Ubicacin de los tratamientos biolgicos

InfluenteTratamiento

preliminarTratamiento

primario

Tratamiento

secundario

Tratamiento

terciario (avanzado)Desinfeccin

Espesamiento

Efluente

tratado

Lodos

estabilizadosEstabilizacinDesaguado

Tratamientos biolgicos


Tratamiento secundario

Los sistemas biolgicos usualmente son los procesos utilizados con este fin.

Adems, los sistemas biolgicos tienen la ventaja adicional de remover slidos suspendidos remanentes (principalmente el proceso de lodos activados).

En la actualidad casi nicamente se utilizan procesos biolgicos en el tratamiento secundario de aguas residuales municipales.


Aspectos generales

Las bacterias no tienen boca!

El material disuelto pasa a travs de su membrana celular.

No pueden procesar directamente material suspendido.

No hay canibalismo.

Todos los tratamientos biolgicos generan residuos.


ClasificacinExisten mltiples formas de clasificar a los tratamientos

biolgicos:

Por el tipo de bacterias involucradas:

Aerobios (Presencia de oxgeno disuelto)

Anaerobios (Ausencia de oxgeno disuelto y nitratos)

Anxicos (Ausencia de oxgeno / presencia de nitratos)

Por la forma como se mantienen a las bacterias en el

reactor:

Medio fijo (estn adheridas a superficies)

Medio suspendido (mediante agitacin se evita que

sedimenten).


Clasificacin

Por el grado de mecanizacin

Naturales (bajo consumo energa / alta superficie)

Mecanizados (alto consumo energa /baja superficie)

Por la forma de aeracin (sistemas aerobios)

Mecnica superficial

Aeracin difusa

Por el tipo de patrn de flujo

Continuos

Por lote


Sistema de lodos activados

Influente

Tanque de

oxidacin biolgica Sedimentador

secundario

Oxgeno

Efluente

Exceso de lodos

(Purga)

Nutrientes

Recirculacin

de lodos


Sistema de lodos activados


Sistema de filtro percolador (biofiltro)

Influente

Biofiltro

Sedimentador

secundario

Efluente

Exceso de lodosNutrientes

Bombeo

Recirculacin


Sistema de filtro percolador


Sistema de discos biolgicos rotatorios

(biodiscos)

Influente

Sedimentador

secundario

Efluente

Exceso de lodos

Nutrientes

Biodiscos


Sistema de biodiscos


Sistema de lagunas de estabilizacin

Influente Efluente

Laguna

anaerobia

Laguna

facultativa

Laguna

de

maduracin

Laguna

de

maduracin


Lagunas de estabilizacin


Tendencias en el tratamiento biolgico

Los tratamientos biolgicos continan en evolucin.

Algunos de los avances ms recientes incluyen:

Sistemas por lotes SBR

Uso de membranas de ultrafiltracin, MBR

Uso combinado de medio fijo / medio suspendido


Reactor biolgico por lotes (SBR)

Llenado

Reaccin

Sedimentacin

Descarga

Purga de lodos

Aire

S/ No

S

No

No

No

20 min

120 min

20 min

15 min

5 min


Reactor por lotes (SBR)


Sistema biolgico de membranas

(MBR)

Influente

Tanque de

oxidacin biolgica

Membranas

ultra-filtracin (UF)

Oxgeno

Efluente

Exceso de lodos

Nutrientes

Recirculacin

de lodos


Sistema biolgico de membranas

(MBR)


Sistema de lodos activados con

medio fijo

Influente

Tanque de

oxidacin biolgica Sedimentador

secundario

Oxgeno

Efluente

Exceso de lodos

Nutrientes

Recirculacin

de lodos


Sistema de lodos activados con

medio fijo


Comparacin de sistemas

Proceso DBO5

mg/l

SST

mg/l

Ventajas Desventajas Aplicaciones tpicas

Agua municipal cruda 300 - 400 300 - 400

Lagunas de estabilizacin 60 - 100 60 - 100 - No requieren energa elctrica

- Bajos requerimientos de mano

de obra

Gran requerimiento de

superficie

Presencia de algas en el

efluente (color verdoso)

- Comunidades pequeas

'- NOM-001 Cuerpo tipo A

Filtros percoladores 45 - 60 45 - 60 - Consumo intermedio de

energa elctrica

- Proceso de operacin simple

- Generacin de olores,

moscas

- Turbiedad en el efluente

'- Presencia de olor en el

efluente

- NOM-001 Cuerpo tipo A y B

Biodiscos 30 - 40 30 - 40 - Consumo intermedio de

energa elctrica

- Proceso de operacin simple

- Turbiedad en el efluente

'- Presencia de olor en el

efluente

- NOM-001 Cuerpo tipo A y B

Lodos activados 20 - 30 20 - 30 - Buena calidad en el efluente

(color, olor, aspecto)

- Alto consumo de energa

elctrica

- Mayor complejidad de

operacin

- NOM-001 Cuerpo tipo A , B y C

- NOM-003 reuso contacto

indirecto

Sistema biolgico de

membrana (MBR)

< 5 < 5 - Excelente calidad del efluente

- Tecnologa de punta

- Alto costo de inversin

- Alto costo de operacin

- NOM-001 Cuerpo tipo A , B y C

- NOM-003 reuso contacto

directo


6. Tratamiento terciario


Tratamientos terciariosObjetivo: Mejorar la calidad del efluente de los

tratamientos secundarios.

Ejemplos:Eliminacin de nitrgeno (nitrificacin- desnitrificacin biolgica)

Eliminacin de fsforo (procesos biolgicos, precipitacin qumica)

Filtracin en medio granular

Procesos de membrana (microfiltracin, ultrafiltracin, smosis inversa)


Efluente

secundario

Efluente

terciario

20 - 30 2 - 5 Filtracin en medio granular

20 - 30 < 1 Microfiltracin (MF)

Nitrgeno 20 - 50 5 - 10 Proceso biolgico anxico - xico

5 - 15 < 1 Precipitacin qumica

5 - 15 1 - 5 Proceso biolgico anaerobio - xico

20 - 30 5 - 10 Filtracin en medio granular

20 - 30 2 - 10 Microfiltracin (MF)

20 - 30 < 5 Ultrafiltracin (UF)

Slidos disueltos

(sales)400 - 600 10 - 20 smosis inversa (OI)

Concentracin (mg/l)

Slidos

suspendidos

Fsforo

Materia orgnica

(DBO5)

Parmetro a

eliminar

Tipo de tratamiento

Tratamientos terciarios ms frecuentes


Tratamientos terciarios o avanzados

En Mxico la legislacin implica tratamientos terciarios

slo en los siguientes casos:

NOM-001 Cuerpo Tipo C (Nitrgeno y fsforo)

NOM-003 Contacto Directo (Slidos suspendidos)


Filtracin en medio granular

Se utiliza para eliminar slidos suspendidos

Frecuente su uso en riego de reas verdes

Mejora el aspecto visual del efluente (reduce turbiedad)

Puede requerir adicin de floculantes (polmeros)

El medio filtrante usualmente es arena o arena y

antracita.

En flujos pequeos se usan unidades a presin. En

flujos grandes se usa filtracin por gravedad.


InfluenteEfluente

filtradoFiltro

granular

Cisterna

Agua de

retrolavado

Agua de

Retrolavado sucia

ESQUEMA DE UN SISTEMA DE FILTRACIN EN MEDIO GRANULAR

Floculantes

(opcional)


Remocin de nitrgeno

Se utilizan tratamientos biolgicos que remueven el

nitrgeno en conjunto con la materia orgnica.

La remocin biolgica consta de dos pasos

1. Conversin del nitrgeno amoniacal a nitratos (nitrificacin)

2. Conversin de los nitratos a nitrgeno gas (desnitrificacin)

Nitrificacin

Ocurre en condiciones aerobias y una edad de lodos de 7 das o

superior.

La nitrificacin consume oxgeno adicional al que requieren las

bacterias que remueven la materia orgnica.

Produce cidos, lo que puede generar un descenso del pH.


Remocin de nitrgeno

Desnitrificacin

Ocurre en condiciones de ausencia de oxgeno y presencia de

materia orgnica y nitratos (condiciones anxicas).

Requieren de sistemas que mezclen el agua residual sin

introducir oxgeno.

Durante la desnitrificacin el nitrgeno de los nitratos se

convierte a nitrgeno gas (N2) que se escapa a la atmsfera.


ESQUEMA DE UN SISTEMA DE

REMOCIN BIOLGICA DE NITRGENO

Influente

Efluente

Recirculacin

de lodos

Purga

de lodos

Recirculacin

interna

Aire

Reactor

anxico

Reactor

xico (aerobio)

Sedimentador

secundario


Precipitacin qumica de fsforo

El fsforo reacciona con sales metlicas formando sales

insolubles.

Los compuestos ms utilizados son

Sales de aluminio (sulfato de aluminio)

Sales de fierro (cloruro frrico)

Sales de calcio (cal)

Se pueden obtener concentraciones de fsforo en el

efluente por debajo de 1 mg/l.

La adicin de sales se puede realizar

antes del sedimentador primario

antes del sedimentador secundario

antes de un sedimentador posterior al tratamiento secundario


Precipitacin qumica de fsforo

Es un sistema muy confiable.

Genera una masa de lodos adicionales que aumenta los

costos de disposicin.

El costo de la adicin de las sales metlicas puede ser

importante.



PRECIPITACIN QUMICA DE FSFORO

Influente

Efluente

Lodos precipitados

con fsforo

Sedimentador

Sal metlica

con Al, Fe o Ca


Remocin biolgica de fsforo

Se utilizan tratamientos biolgicos que remueven el

fsforo en conjunto con la materia orgnica.

La remocin biolgica consta de dos pasos

1. Liberacin de fsforo de los microorganismos aerobios al

someterlos a condiciones de ausencia de oxgeno

(anaerobias)

2. Asimilacin de fsforo en exceso por los microorganismos

aerobios en condiciones aerobias.

Los sistemas biolgicos no requieren de sustancias

qumicas.

Las reacciones de los microorganismos no se conocen

con precisin. Esto produce remocin variable de

fsforo.



REMOCIN BIOLGICA DE FSFORO

Influente

Efluente

Recirculacin

de lodos

Purga

de lodos

Aire

Reactor

anaerobio

Reactor

xico (aerobio)

Sedimentador

secundario


7. Desinfeccin


Contaminacin microbiolgicaLas aguas residuales domsticas contienen microorganismos

(patgenos) responsables de enfermedades.

Entre las enfermedades producidas se encuentran:

Gastroenteritis (diarrea)

Salmonelosis

Tifoidea

Clera

Amibiasis

Tenia (solitaria)

Hepatitits A

Histricamente las aguas residuales municipales han

provocado la muerte de decenas de miles de personas.


Contaminacin microbiolgicaLos microorganismos patgenos presentes en las aguas

residuales son muy diversos:

Bacterias (Escherichia coli, Salmonella, Vibrio cholerae, etc.)

Protozoarios (Giardia lamblia, Entamoeba histolytica (amiba),

etc.)

Virus (Virus de hepatitis, rotavirus, enterovirus, etc.)

Huevos de helmintos (Taenia solium, Ascaris lumbricoides, etc.)

La concentracin en aguas residuales con frecuencia

supera la requerida para transmitir enfermedades.

Ejemplo. Se encuentran entre 103 a 104 enterovirus/100 ml. La

dosis infecciosa es de 1 a 10 virus.


Origen y determinacin de

microorganismos patgenos

Provienen de las descargas sanitarias (materia fecal) de

humanos y algunos animales.

Su identificacin y cuantificacin es difcil debido a la

diversidad de microorganismos presentes.

Se han buscado microorganismos que sirvan como

indicadores de contaminacin fecal y por lo tanto de

riesgo de presencia de patgenos.

El grupo ms utilizado es el denominado coliformes

(coliformes totales).


ColiformesBacterias (Bacilos aerobios, anaerobios, facultativos).

Fermentan la lactosa produciendo cido y gas.

Los gneros principales son Escherechia y

Aerobacter.

No todos los coliformes provienen del intestino de

animales.

Hay un subgrupo de los coliformes que viven

estrictamente en el intestino de animales (coliformes

fecales).

La Escherechia coli s proviene de origen fecal.

Los coliformes tienden a ser ms resistentes a la

accin de desinfectantes que el resto de patgenos.


Enumeracin de coliformesUna persona desecha al da 100 - 400 miles de millones

de coliformes.

Hay dos tcnicas principales:

Fermentacin en tubos mltiples (determinacin de

produccin de gas)

Tcnica de filtro de membrana (conteo de grupos de

coliformes).


Fermentacin en tubos mltiplesSe hacen diluciones en tubos (1:10, 1:100, 1:1000, etc.).

Se toma 1 ml de cada muestra y se transfiere a 5 tubos

con una solucin de lactosa. Se incuba a 35 C durante

un da.

El desprendimiento de gases indica presencia de

coliformes.

Se reporta el nmero de frascos donde hubo produccin

de gases.

El resultado se reporta en coliformes por 100 ml

(NMP/100 ml).

En aguas residuales crudas el intervalo tpico es 106 a

109 NMP/100 ml


Fermentacin en tubos mltiples

(continuacin)Coliformes fecales

Los coliformes fecales siguen una tcnica similar,

cambiando el medio de cultivo y la temperatura (3 h a 35

C y 21 h a 44 C).

En aguas residuales crudas el intervalo tpico es 105 a

108 NMP/100 ml


Interpretacin, normatividad y valores tpicos

Coliformes totales Coliformes fecales

Riesgo de

contaminacin fecal

Certeza de

contaminacin fecal

106 - 109 105 - 108

No aplica < 1,000

Contacto indirecto No aplica < 1,000

Contacto directo No aplica < 240

Cero Cero-NOM-127-SSA1

(agua potable)

- NOM-003-

SEMARNAT

(reuso de agua)

IndicadorConcepto

Interpretacin

Valores tpicos

(NMP/100 ml)

Normatividad (NMP/100 ml)

- NOM-001-SEMARNAT

(descargas a cuerpos de agua)

Para reducir de 1x108 NMP/100 ml a 1,000 NMP/100 ml se requiere una

remocin del 99.999% de los coliformes.


Desinfeccin.Objetivo: Eliminacin de organismos patgenos.

Un desinfectante es una sustancia que se aade para

eliminar microorganismos patgenos.

Formas de accin de un desinfectante.

Dao de la pared celular.

Alteracin de la permeabilidad de la clula (detergentes).

Alteracin del estado coloidal del protoplasma (calor, soluciones

a pH extremos).

Inhibicin de la actividad enzimtica (cloro, ozono, UV).


Eficiencia de desinfeccin en diferentes

unidades de tratamientoEtapa de tratamiento Remocin

coliformes (%)

Cribado grueso 0 - 5

Cribado fino 10 - 20

Desarenacin 10 - 25

Sedimentacin primaria 10 - 25

Sedimentacin primaria con

adicin de sustancias qumicas40 - 80

Lodos activados 90 - 98

Desinfeccin (cloro, UV) > 99.9


Sistemas de desinfeccin

Compuestos de cloro

cloro gas Cl2

hipoclorito de sodio NaClO

Hipoclorito de calcio Ca(ClO)2

Luz ultravioleta (UV)

Ozono O3

Otros sistemas se aplican a volmenes pequeos de

agua

Halgenos (yodo, bromo)

Calor


Factores generales que afectan la

desinfeccin

En todos los tipos de desinfeccin, la eficiencia depende

de dos variables:

El producto (Dosis o concentracin del agente

desinfectante) x (tiempo de contacto)

Patrn de flujo en la unidad de contacto.


Patrn de flujo en la unidad de contactoLa geometra del tanque debe asegurar un tiempo de

residencia mnimo de los microorganismos.

La geometra ideal es un tanque tipo flujo pistn, en

donde todas las partculas tienen el mismo tiempo de

retencin.

El peor caso es un tanque completamente mezclado,

donde hay una distribucin de tiempos de residencia.

Geometras adecuadas Geometra no adecuada


Desinfectantes (continuacin)El ms usado es el cloro (cloro gas, hipoclorito de sodio

o de calcio).

Bajo costo

Muy eficiente desinfectante.

Tiene accin residual.

Elimina color y olor en el agua residual

La eficiencia en la eliminacin de virus es menor para

los diferentes desinfectantes.


Parmetros bsicos de un sistema de

desinfeccin con cloroUnidad de contacto

Tiempo de retencin (tr = V/Q)

A flujo medio > 30 min

A flujo pico > 15 min

Relacin Largo/Ancho (L/A)

L/A > 10 o preferentemente L/A > 40

Velocidad en los canales (v)

v > 2 m/min

Se recomiendan dos unidades de

contacto

Cloro en el efluente 0.5 1 mg/l

Solucin

con cloro

Efluente

desinfectado


Parmetros bsicos de un sistema de

desinfeccin con cloroDosis de cloro

1,000 240

Agua residual cruda 107 - 109 15 - 40

Efluente primario 107 - 109 10 - 30 20 - 40

Efluente lodos

activados105 - 106 2 - 10 5 - 15

Efluente filtracin

en medio granular104 - 106 4 - 8 5 - 15

Efluente

microfiltracin101 - 103 1 - 3 2 - 4

Dosis de cloro (mg/l)

Efluente buscado (NMP/100 ml)

Tipo de

agua residualEntrada

a desinfeccin

NMP/100 ml


Esquemas desinfeccin con cloro

Tanque de

cloro gas

Evaporador

Clorador

Inyector

Agua a

presin

Influente a

desinfeccin

Efluente

desinfectado

Tanque solucin

Hipoclorito de sodio

(10 15%)

Opcin gas cloro Opcin

Hipoclorito

de sodio

Unidad de

contacto


Problemas con la desinfeccin con cloroAunque el cloro sigue siendo el principal desinfectante

presenta algunos problemas:

El cloro gas es muy txico y combustible. Su manejo

requiere de instalaciones apropiadas.

Como alternativa, se pueden utilizar otros compuestos

de cloro. Los ms usados son hipoclorito de sodio y de

calcio.

El exceso de cloro en el efluente tratado es txico a la

vida acutica. En algunos pases se elimina el cloro

con dixido de azufre (SO2) previo a su descarga.

El cloro reacciona con la materia orgnica produciendo

trihalometanos. Estos compuestos estn considerados

como posibles cancergenos.


Desinfeccin con luz ultravioletaLa luz de baja longitud de onda es absorbida por los

microorganismos.

La luz UV con longitud de onda entre 250 y 270 nm

produce daos importantes al DNA, produciendo

mutaciones que impiden la reproduccin.

El mtodo de desinfeccin consiste en exponer el agua

residual a una fuente de luz ultravioleta.

El vapor de mercurio contenido en las lmparas produce

cerca del 30 - 40% de la luz emitida a una longitud de

onda de 253.7 nm.

Curso Saneamiento AMH 2014 Sección 1

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