ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORALFacultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra

Ingeniería Civil

Materia:Tratamiento del agua

Título del trabajo:Análisis de los diversos tratamientos del agua

Profesora:MSc. Alby del Pilar Aguilar Pesantes

Integrante:Gilson Lindao

I TÉRMINO 2015-2016

INTRODUCCIÓN

Através de la historia, el ser humano se ha visto en la necesidad de desarrollar diferentes métodos para el tratamiento del agua, en base a las características físicas, químicas del agua y la descarga de efluentes podríamos indiciar que tipo de tratamiento debemos realizar. Debido a la escasez del agua en ciertos sectores del mundo, los países se han propuesto desarrollar muchos métodos para la reutilización del agua. Por ejemplo de Arizona es un poblado que no tienen grandes cuerpos hídricos debido a esto han construido plantas de tratamientos para reutilizar al máximo las aguas descargadas por los habitantes.Estas aguas residuales presentan una cantidad alta de nutrientes que generan un alto crecimiento de plantas acuáticas y presentan una gran cantidad de patógenos debido a esto, tenemos que realizar un buen tratamiento de estas aguas para E sean amigables para el medio ambiente. Para lograr este objetivo tenemos que eliminar todos los contaminantes que estén presenten en las aguas residuales. Existen tres tipos de tratamiento para lograr nuestro Objetivo.

Tratamiento Primario Tratamiento Secundario Tratamiento Terciario

El tratamiento primario se basa en operaciones física como la sedimentación y el desbaste que facilitan la eliminación de solidos flotables y sedimentables presentes en las aguas. En el tratamiento secundario se realizan procesos biológicos y químicos, cuyo objetivo principal es eliminar la materia orgánica presente en el agua.

Objetivos

Objetivo General

Analizar las ventajas, desventajas y problemas de los diversos tratamientos de aguas.

Objetivos Específicos

Determinar los tratamientos que tienen una mayor remoción de contaminantes de aguas.

Explicar los procesos primario, secundarios y Terciario para el tratamiento de aguas residuales.

Identificar los tratamientos que permiten remover los sólidos disueltos presentes en el agua

Marco Teórico

Tratamiento Primario

En el tratamiento primario se elimina una fracción de los sólidos suspendidos y la materia organiza del agua residual. Esta eliminación suele llevarse a cabo mediante operaciones físicas y/o químicas tales como el tamizado y la sedimentación u otros procesos en los que la DBO5 de las aguas residuales se reduzca por lo menos en un 20% antes del vertido y el total de sólidos en suspensión se reduzca por lo menos en un 50%.El efluente del tratamiento primario suele contener una cantidad considerable de materia orgánica y una DBO alta.

Figura 1. Proceso de tratamiento primario (Torres, A. 2010)

SEDIMENTACIÓNEl objetivo de la sedimentación primaria es remover rápidamente los residuos sólidos sedimentables y materia flotante para así, disminuir la concentración de los sólidos suspendidos. La sedimentación primaria se emplea como parte del pretratamiento dentro del procesamiento integral de las aguas residuales. Los sedimentadores primarios diseñados y operados pacientemente, remueven entre el 50% y 70% de los sólidos suspendidos y entre el 25% y 40% de DBO5. En las grandes plantas de tratamiento (0.75 Mgal/d o más), la remoción de SST se realiza en tanques de sedimentación circulares o rectangulares con limpieza

mecánica y diseño estandarizado, excepto en aquellas plantas que cuentan con tanque imhoff. Cabe anotar que los sedimentadores primarios se omiten con frecuencia dentro del diseño de plantas de tratamiento pequeñas. La elección del tipo de sedimentador con una aplicación dada, depende del tamaño de las instalaciones, de las normas emitidas por autoridades locales de control, de las condiciones locales del sitio y de la experiencia del ingeniero a cargo. La etapa de sedimentación debe contar por lo menos con dos unidades de manera que si un sedimentador se encuentra en trabajo de reparación y mantenimiento, es posible garantizar la continuidad en el tratamiento.

Figura 2. Tipos de Sedimentadores. Torres, A. (2010)

LODOS ACTIVADOS

Es un tratamiento de tipo biológico en el cual una mezcla de agua residual y lodos biológicos es agitada y aireada.  Los lodos biológicos producidos son separados y un porcentaje de ellos devueltos al tanque de aireación en la cantidad que sea necesaria.  En este sistema las bacterias utilizan el oxígeno suministrado artificialmente para desdoblar los compuestos orgánicos que a su vez son utilizados para su crecimiento. METCALF & EDDY. (1991)

A medida que los microorganismos van creciendo se aglutinan formando los lodos activados; éstos más el agua residual fluyen a un tanque de sedimentación secundaria en donde sedimentan los lodos.  Los efluentes del sedimentador pueden ser descargados a una corriente receptora; parte de los lodos son devueltos al tanque con el fin de mantener una alta población bacterial para permitir una oxidación rápida de la materia orgánica. METCALF & EDDY. (1991)

Figura 3. Esquema de Lodos Activados. (REMA, 2009)

Humedales

Los humedales proveen sumideros efectivos de nutrientes y sitios amortiguadores para contaminantes orgánicos e inorgánicos. Esta capacidad es el mecanismo detrás de los humedales artificiales, también denominados wetlands, para simular un humedal natural con el propósito de tratar las aguas residuales de empresas y municipios. Frers, C (2010)

Los sistemas de plantas acuáticos están en los estanques poco profundos como plantas acuáticas flotantes o sumergidas. Los sistemas más completamente estudiados son aquellos que usan la lenteja de agua. Estos sistemas incluyen dos clases basados en tipos de plantas dominantes. El primer tipo usa plantas flotantes y se distingue por la habilidad de estas plantas para derivar el dióxido carbono y las necesidades de oxígeno de la atmósfera directamente. Las plantas reciben sus nutrientes minerales desde el agua. Frers, C (2010)

El segundo tipo de sistema consiste en plantas sumergidas, se distingue por la habilidad de estas plantas para absorber oxígeno, dióxido de carbono, y minerales de la columna de agua. Las plantas sumergidas se inhiben fácilmente por la turbiedad alta en el agua porque sus partes fotosintéticas están debajo del agua. Frers, C (2010)

Figura 4. Esquema de un humedal. (Veslind y Morgan, 2004)

Lagunas de EstabilizaciónLas lagunas de estabilización son los sistemas de tratamiento biológico de líquidos residuales más sencillos de operar y mantener. Consisten en estanques, generalmente excavados parcialmente en el terreno, con un área superficial y volumen suficientes para proveer los extensos tiempos de

tratamiento (meses) que requieren para degradar la materia orgánica mediante procesos de “autodepuración”. Los tiempos de tratamiento son del orden de meses, constituyendo esto, una de sus principales desventajas, al tratarse de procesos de degradación totalmente naturales.Dependiendo de la presencia, o no, de oxígeno disuelto (OD) en el líquido contenido en la laguna se las clasifica como:

Aerobias (< 1 m de profundidad). Facultativas (~ 1,5 m de profundidad). Anaerobias (e/ 2,5 y 3 m de profundidad).

Una laguna de estabilización es aerobia si la carga orgánica es suficientemente baja como para que en todo momento se encuentre presente OD en toda la masa de líquido contenida en la laguna, es anaerobia si no hay oxígeno, y es facultativa si la capa superior permanece aerobia y la inferior anaerobia. Las lagunas anaerobias suelen emplearse en el tratamiento de desechos industriales que presentan elevados contenidos de materia orgánica soluble y suspendida. También se las suele utilizar como lagunas primarias en el tratamiento de líquidos cloacales. Pueden lograrse remociones de materia orgánica del orden de hasta un 60%.Las lagunas facultativas son el tipo utilizado. Pueden emplearse tanto para el tratamiento de líquidos residuales cloacales o industriales, en este caso, luego de una o dos lagunas anaerobias en serio. Pueden alcanzarse remociones de DBO5, superiores al 90%.Las lagunas aerobias son poco utilizadas, ya que debido a su escasa profundidad necesitan mayores extensiones de terreno. Se las suele emplear como lagunas de “maduración” o como lagunas de “alta carga” para la generación de biomasa algal.

Figura 5. Esquema de Laguna Facultativa (INTA, 2009)

Figura 6. Esquema de Laguna Anaeróbica (INTA, 2009)

Carbón activado

El carbón activado o carbón activo es un material químicamente inerte, formado a partir de materiales como: cáscaras de coco, brea y polímeros, palmeras u otras maderas, cortezas de almendras, petróleo, turba o carbón mineral, y está compuesto por un  75-80% de carbono y un 5-10% de cenizas. Existen varios tipos de carbón activo, dependiendo de  la materia prima, el tipo de activación y la duración del proceso de activación.

Su principal función es absorber compuestos, principalmente orgánicos, gracias a su estructura porosa altamente desarrollada. Dichos poros se dividen según su tamaño en macro poros, con un radio mayor a 25 nm, meso poros, entre 25 y 1 nm y, micro poros, con radio inferior a 1 nm. Se lo emplea en la extracción de metales, en medicina veterinaria y humana, clarificación de jarabe de azúcar, filtros de purificación y tratamiento de aguas residuales, etc.

Activación del carbón

Para que un carbón tenga una estructura porosa altamente desarrollada y pueda adsorber los compuestos es necesario activarlo mediante procesos térmicos o químicos. En la activación térmica consiste en eliminar elementos como hidrógeno y oxígeno por medio de la carbonización para lograr una estructura porosa, pero evitando que se gastifique para que no se pierda más carbón de lo necesario. Esto ocurre a temperaturas cercanas entre los 600 y los 1100 °C, y en una atmósfera controlada.

Por otra parte, en los procesos químicos parten de la materia prima antes de carbonizarse donde se impregna con un agente químico (ácido fosfórico o hidróxido de potasio) y luego se la calienta en un horno a una temperatura entre 500-700°C donde finalmente se lava para eliminar los restos de reactivo y de otros subproductos.

Los procesos químicos parten de la materia prima antes de carbonizarse. Los reactivos son agentes deshidratantes (como ácido fosfórico) que rompen las uniones que ligan entre sí a las cadenas de celulosa. Después de esta etapa, el material se carboniza a una temperatura relativamente baja (de unos 550 °C) y luego se lava para eliminar los restos de reactivo y de otros subproductos.

Figura 7. Cáscara de Coco. Palma de coco. (2014).

Forma física y capacidad de adsorción

El carbón puede presentarse en forma de polvo o gránulos. Si se desea purificar el agua se utiliza carbón en polvo o carbón granular y para la purificación de gases se utiliza carbón granular. La capacidad de adsorción de un carbón activado está ligada en su área superficial y el tamaño de sus poros, donde su capacidad se encuentra entre el 20-50% de su peso propio.

Filtros de carbón activado

Los filtros con carbón activado generalmente se utilizan en la purificación de aire, agua y gases, para quitar vapores de aceite, sabores, olores y otros hidrocarburos del aire y de gases comprimidos, pero dichos filtros no quitan las bacterias, virus u hongos, ni esporas de hongos del agua. Jean Asta. (2013).

El carbón activado que se utiliza en el proceso de potabilización de agua en su debido tiempo será una fuente de proliferación bacteriana, debido a la materia orgánica que va reteniendo y por lo tanto es necesario sanitizar el carbón pero no es un proceso fácil, debido a que este elemento descompone los agentes oxidables que se usan para este fin. (Ozono, cloro, peróxido de hidrógeno, etc.).Jean Asta. (2013).

Se puede reactivar carbones granulares agotados por distintos métodos y el más usado es el térmico. El carbón activado normalmente recupera su capacidad original. Jean Asta. (2013).

MembranasLos sistemas de membrana para el tratamiento de agua originalmente se usaron únicamente en proyectos de desalinización. Algunos de estos sistemas son accionados a presión, dependiendo de la presión del agua para separar las partículas según su tamaño. Technologies. (2014)El proceso biorreactor de membrana (MBR) es un sistema de lodos activados suspendidos de crecimiento que utiliza membranas microporosas para la separación sólido/líquido en lugar de clarificadores secundarios. La disposición típica se muestra en la Figura 2, incluye membranas sumergidas en la porción del biorreactor aireado, una zona anóxica y recicla el líquido interno. (Chapman, 2010)

MBR = Lodos Activados + Filtración de Membrana

Figura 8. Esquema Típico para Sistema de Biorreactor de Membrana. (Chapman, 2010)

Análisis de las ventajas y desventajas de los Tratamientos de AguasTIPO DE TRATAMIENTO

VENTAJAS DESVENTAJAS

(Trat. Primario)SedimentaciónAceites y Grasas

Eliminación de solidos de gran tamaño por ejm; maderas, llantas, ramas etc.Eliminación de grasas y aceites que se alojan en la superficie del agua

No remueve otro tipo de solidosNo remueve todos los sólidos disueltos en las agua

Tratamiento SecundarioLagunas de Estabilización

Bajo costos en operación y mantenimientoBajo costo en construcciónNo se necesita mano de obra calificada

Se necesita una cantidad extensa de terrenoEmite olores no deseablesPara que la laguna tengo un proceso optimo debe estar expuesto al sol y una temperatura constante

Lodos Activados Presenta una remoción del 85%-95% en sólidos en suspensión y microorganismos 98%-99.5%Efluente parcialmente nitrificadoNo requiere de mucho terrenoLodos parcialmente estabilizados

La construcción y el equipamiento es costosoEl mantenimiento es CostosoNecesita de mano de obra calificadaRequiere un área de depósito para los lodos residuales

Humedales Remoción del 70% de sólidos y bacteriasBajo Costo de

Remoción periódica de exceso de material vegetal

Construcción Bajo Costos de Mantenimiento

Donde existen plantas nativas se presentaría un mayor porcentaje de remoción

Carbón Activado Se puede dosificar la cantidad necesaria de acuerdo con la calidad de cada lote a tratarSe puede reactivar y reutilizar el carbónSe forma una biomasa que degrada la materia orgánica adsorbida y liberar espacios de adsorción

Se debe lavar el carbón para reutilizarlo, caso contrario no alcanzaremos las remociones adecuadas.El carbón genera muchos residuos los cuales tienen que eliminarse constantemente para no dañar el filtro.

Membranas Remueve Solidos Disueltos en un alto porcentaje de remoción

Extrae muchos minerales que son importantes para el agua.

Conclusiones

El tratamiento de agua a realizar va depender de muchos factores por ejemplo que tipo de solidos se van a remover, que tan factible es aplicar este tratamiento en una zona indicada y sobre todo el costo del tipo de tratamiento.

El tratamiento con membrana es muy efectivo debido a que elimina solidos disueltos, pero se deben realizar tratamientos previos para no dañar las membranas

El tratamiento de lodos activados remueve muchos microorganismos y sólidos en suspensión pero se requiere un área grande para el depósito de estos lodos

Para todo tratamiento de agua es muy vital realizar el proceso primario para eliminar las partículas de gran tamaño presente en las aguas

Las lagunas de estabilización es un tratamiento económico y actúa como un sedimentador pero uno de las desventajas es la emisión de malos olores.

El Carbón activado remueve compuestos de olor y sabor en el agua, lo que mejoras las condiciones de sabor y que sean aptas para el consumo humano. Remueve el cloro y las cloraminas del agua potable utilizada para hacer refrescos, bebidas embotelladas y cervezas.

Bibliografía Frers, C. (2010, Agosto 16). Uso de plantas acuáticas para el

tratamiento de aguas residuales. Eco-Joven, 1, 2. Jean Asta. (2013). Cómo funciona un filtro de agua de carbón activado.

2013, de ehow en español Sitio web: http://www.ehowenespanol.com/funciona-filtro-agua-carbon-activado-info_207845/

INTA. (2009). Forestación con aguas residuales tratadas. Plantas frutales, 1, 3.

METCALF & EDDY. (1991). Ingeniería de aguas residuales, tratamiento, vertido y reutilización. México D.F.: Mc Graw Hill Interamericana Editores.

Stephen Chapman, C. H. (2010). Membrane Bioreactors (MBR) for Municipal Wastewater Treatment – An Australian Perspective. 2,3,4,10.

Torres, A. (2010). Diseño de Plantas de Tratamiento I. Jalisco, México: Instituto Tecnológico de Cd. Guzmán.

Technologies, V. W. (2014). Membranes for Water Recycling. (T. Ï. Australia, Intérprete) Australia.