TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES UNA ALTERNATIVA...
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ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO
Procesos Físicos y
Operaciones
Químicas
Unitarias
Procesos Biológicos
AEROBIOS
Procesos Biológicos
ANAEROBIOS
PROCESOS FÍSICOS UNITARIOS
Algunos ejemplos de Procesos Físicos Unitarios:
Tamizado (desbaste, cribado) para la remoción de basuras (SST)
Desarenado para la remoción de arenas (SST)
Sedimentación primaria para la remoción de sólidos en suspensión
(SST)
Flotación para la remoción de grasas, aceites, plásticos (FGO)
Igualación de flujo y homogenización de cargas orgánicas, para aguas
residuales industriales
OPERACIONES QUÍMICAS UNITARIAS
Algunos ejemplos de Operaciones Químicas Unitarias:
La neutralización o ajuste de pH
El balanceo de nutrientes macro (N, P, K) y micro (Fe, Ni, Co, Se)
La precipitación química (metales pesados)
OBSERVACIÓN No. 1
1. Los Procesos Físicos Unitarios NO eliminan la Contaminación, tan solo la
separan
2. Las Operaciones Químicas Unitarias incrementan los sólidos TOTALES de las
aguas residuales
A pesar de su “aparente” sencillez, ambos SON INDISPENSABLES para un buen
sistema de tratamiento de aguas residuales
OBSERVACIÓN No. 2
1. Los Procesos Físicos Unitarios NO eliminan la Contaminación, tan solo la
separan
2. Las Operaciones Químicas Unitarias incrementan los sólidos TOTALES de las
aguas residuales
OBSERVACIÓN No. 3
1. Los Procesos Físicos Unitarios NO eliminan la Contaminación, tan solo la
separan
2. Las Operaciones Químicas Unitarias incrementan los sólidos TOTALES de las
aguas residuales
A pesar de su “aparente” sencillez, ambos SON INDISPENSABLES para un buen
sistema de tratamiento de aguas residuales
TRATAMIENTO SECUNDARIO - OBJETIVO
Una vez que:
1. Se han removido los sólidos suspendidos
2. Se ha ajustado el pH, y
3. Se ha verificado la concentración adecuada de macro y micronutrientes…
El agua residual pasa a un “tratamiento secundario”, con el objeto de remover de
ella la materia orgánica biodegradable, aun presente en forma soluble y coloidal
ALTERNATIVAS AL TRATAMIENTO SECUNDARIO
Todas las alternativas existentes se pueden agrupar – básicamente - en dos
grandes grupos:
1. Sistemas Biológicos AEROBIOS
2. Sistemas Biológicos ANAEROBIOS
Ambos sistemas usan microorganismos (bacterias, hongos, algas,
protozoarios) como los “elementos activos” en el proceso de depuración
Notar como - mas que de tanques, tuberías y equipos - en realidad se trata de
ecosistemas complejos con seres vivos
TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMA AEROBIO
En un Sistema Biológico Aerobio:
O2
Materia Orgánica + Bacterias CO2 + H2O + Nuevas Bacterias (“Lodos”)
N, P, K
T. SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS AEROBIOS
1. Ríos y riachuelos
2. Lagunas Facultativas (o lagunas naturalmente aireadas)
3. Lagunas Artificialmente Aireadas
4. Zanjas de Oxidación
5. Filtros Percoladores
6. Sistemas de Biodiscos
7. Sistema de Lodos Activados
ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS
AIRE (O2)
CO2 + H2O50%
50%REMOCIÓN
AGUA DEL TRATAMIENTO PRIMARIO
TANQUE DE
AIREACIÓN
REACTOR BIOLÓGICO
AEROBIO
(TANQUE DE
AIREACIÓN)
ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS
CLARIFICADOR
FINAL
AIRE (O2)
CO2 + H2O50%
50%REMOCIÓN
95%REMOCIÓN
45% MANEJOY DISPOSICION
DE LODOS
AGUA DEL TRATAMIENTO PRIMARIO
TANQUE DE
AIREACIÓN
PURGA DE LODOS
REACTOR BIOLÓGICO
AEROBIO
(TANQUE DE
AIREACIÓN)
SEDIMENTADOR
FINAL
ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS
CLARIFICADOR
FINAL
AIRE (O2)
CO2 + H2O50%
50%REMOCIÓN
95%REMOCIÓN
45% MANEJOY DISPOSICION
DE LODOSRECIRCULACIÓN
INTERNA DE LODOS
AGUA DEL TRATAMIENTO PRIMARIO
TANQUE DE
AIREACIÓN
PURGA DE LODOS
REACTOR BIOLÓGICO
AEROBIO
(TANQUE DE
AIREACIÓN)
SEDIMENTADOR
FINAL
CARACTERÍSTICAS DE UNA PTAR BASADA EN LODOS ACTIVADOS
1. Los procesos de arranque y estabilización son muy rápidos
2. Entrega un agua de muy buena calidad
3. Requiere de personal bien capacitado y entrenado para su correcta
operación
4. Requiere una cantidad moderada de área
5. Tiene un alto consumo de energía en aireación y mezcla, así como en la
recirculación interna de Lodos
6. Tiene una alta producción de lodos en exceso, los cuales deben ser
dispuestos apropiadamente
7. En general, es un sistema costoso de operar
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 1: Menor costo en energía de aireación y mezcla
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 1: Menor costo en energía de aireación y mezcla
1. Sistemas de aireación mas eficientes (i.e. equipos de aspiración de aire)
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 1: Menor costo en energía de aireación y mezcla
1. Sistemas de aireación mas eficientes (i.e. equipos de aspiración de aire)
2. Filtros Percoladores (sistemas de lechos empacados)
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 1: Menor costo en energía de aireación y mezcla
1. Sistemas de aireación mas eficientes (i.e. equipos de aspiración de aire)
2. Filtros Percoladores (sistemas de lechos empacados)
3. Sistemas de Biodiscos (sistemas de crecimiento adherido)
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 1: Menor costo en energía de aireación y mezcla
1. Sistemas de aireación mas eficientes (i.e. equipos de aspiración de aire)
2. Filtros Percoladores (sistemas de lechos empacados)
3. Sistemas de Biodiscos (sistemas de crecimiento adherido)
4. Sistemas de Tandas Secuenciales, SBR (sistemas discontinuos o por baches)
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 1: Menor costo en energía de aireación y mezcla
1. Sistemas de aireación mas eficientes (i.e. equipos de aspiración de aire)
2. Filtros Percoladores (sistemas de lechos empacados)
3. Sistemas de Biodiscos (sistemas de crecimiento adherido)
4. Sistemas de Tandas Secuenciales, SBR (sistemas discontinuos o por baches)
El problema que persiste en todos ellos es el manejo y disposición de los lodos excedentes, y su
costo asociado.
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 2: buscar una menor producción (generación) de lodos en el sistema
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 2: buscar una menor producción (generación) de lodos en el sistema
1. Aireación Extendida: se logra mediante mas cantidad de microorganismos y menos “comida”
(o una baja relación F/M); o mediante una mayor “Edad de Lodos”
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 2: buscar una menor producción (generación) de lodos en el sistema
1. Aireación Extendida: se logra mediante mas cantidad de microorganismos y menos “comida”
(o una baja relación F/M); o mediante una mayor “Edad de Lodos”
2. Se construye un Tanque de Aireación mas grande
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 2: buscar una menor producción (generación) de lodos en el sistema
1. Aireación Extendida: se logra mediante mas cantidad de microorganismos y menos “comida”
(o una baja relación F/M); o mediante una mayor “Edad de Lodos”
2. Se construye un Tanque de Aireación mas grande
3. Requiere una mayor área (mayor Inversión Inicial); tiene mayores costos de aireación (O &M)
COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR
Alternativa 2: buscar una menor producción (generación) de lodos en el sistema
1. Aireación Extendida: se logra mediante mas cantidad de microorganismos y menos “comida”
(o una baja relación F/M); o mediante una mayor “Edad de Lodos”
2. Se construye un Tanque de Aireación mas grande
3. Requiere una mayor área (mayor Inversión Inicial); tiene mayores costos de aireación (O &M)
Notar como aun – aunque en menor proporción - se siguen generando lodos en exceso para su
manejo y disposición final
TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMA ANAEROBIO
En un Sistema Biológico Anaerobio:
Materia Orgánica + Bacterias CH4 + CO2 + H2O + Nuevas Bacterias (“Lodos”)
Biogás
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS ANAEROBIOS
• Los biodigestores rurales
• Lagunas anaerobias
• Fosas sépticas (tratamiento primario)
• Tanques IMHOFF
• Digestores convencionales de lodos
• Filtros anaerobios
• Reactor UASB
• Reactor EGSB
LAGUNAS ANAEROBIAS – AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES
Metano (CH4)
1,000 kg DQO 500 kg DQO
15 – 30 días
FOSA SÉPTICA – SOLUCIÓN INDIVIDUAL
Metano (CH4)
0.5 kg DQO 0.325 kg DQO
1 – 2 días
35% máxima eficiencia
NOTAS SOBRE LA FOSA SÉPTICA – SOLUCIÓN INDIVIDUAL
1. La Fosa Séptica, sin un campo de absorción apropiado, se comporta como un simple Sistema
de Tratamiento Primario
NOTAS SOBRE LA FOSA SÉPTICA – SOLUCIÓN INDIVIDUAL
1. La Fosa Séptica, sin un campo de absorción apropiado, se comporta como un simple Sistema
de Tratamiento Primario
2. Un Campo de Absorción o de “infiltración” (el suelo) es un buen sistema de tratamiento
secundario
SI
NOTAS SOBRE LA FOSA SÉPTICA – SOLUCIÓN INDIVIDUAL
1. La Fosa Séptica, sin un campo de absorción apropiado, se comporta como un simple Sistema
de Tratamiento Primario
2. Un Campo de Absorción o de “infiltración” (el suelo) es un buen sistema de tratamiento
secundario
3. Un Pozo de Absorción (el subsuelo) NO es un adecuado Sistema de Tratamiento Secundario
NO SI
DIGESTOR CONVENCIONAL DE LODOS
Biogás
Lodo crudo
Lodo digerido
15 – 30 días
Reducción 20 a 40% de SSV
FILTRO ANAEROBIO – CRECIMIENTO ANAEROBIO ADHERIDO
Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente, denominado “RAFA” – ¿Será FAFA? ¿O será CHAFA?
Afluente
Biogás
Efluente
MEDIO
DE SOPORTE
“EMPAQUE”6 – 24 horas
70 % eficiencia
1.0 g/L DQO
0.3 g/L DQO
DEFINICIÓN DEL REACTOR ANAEROBIO UASB
Upflow (flujo ascendente)
Anaerobic (anaeróbico)
Sludge (lodo)
Blanket (manto)
• Reactor UASB: desarrollado en Sudáfrica en la década de los años 70. Perfeccionado por
el profesor Gatze Lettinga y colaboradores de la Universidad de Wageningen, Holanda
• Se trata de una tecnología abierta: NO es un ningún “sistema patentado”
ESQUEMA DEL REACTOR ANAEROBIO UASB
Afluente
Biogás
Efluente
Manto de Lodos Lodos
Separador GSL
1,000 mg/L DQO
250 mg/L DQO
4 – 24 horas
70 - 90% eficiencia
USOS DEL REACTOR ANAEROBIO UASB
Además de su amplio uso en Europa y Asia, el reactor UASB se ha usado en Latinoamérica en
países como Argentina, Brasil, Costa Rica, Colombia, El Salvador, Guatemala, Honduras,
México Nicaragua y Panamá desde su divulgación por el profesor Lettinga y sus
colaboradores en la década de los 80’s.
Se ha usado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales de todo tipo. Entre otros:
• Beneficios de café
• Industrias de alimentos
• Fábricas de papel
• Destilerías de alcohol
• Ingenios azucareros
• Mataderos (rastros)
• Empresas de biotecnología
• Aguas negras
TRATAMIENTO SECUNDARIO – REACTORES UASB SICOLMEX
Reactor UASB para 4 L/s (Guatemala) Reactor UASB para 120 L/s (México)
Reactor UASB para 250 L/s (México)
120 m3
7,200 m3
3,600 m3
LIMITACIONES DEL REACTOR ANAEROBIO UASB
Se deben conocer los fundamentos de los procesos anaerobios y poder contar con la asistencia
técnica “apropiada”: en microbiología, en hidráulica, en procesos bioquímicos, etc.
Su “arranque” es algo lento: especialmente en el tratamiento de aguas residuales industriales,
por la falta de “semillas” o inóculos adecuados
El ambiente altamente reductor dentro del reactor es muy “corrosivo”, lo que hace que se
requiera de materiales apropiados
Puede generar olores molestos (especialmente si hay “acidificación” del reactor).
ESQUEMA SIMPLE DE LAS ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
SUSTRATOSPOLÍMERICOS
FERMENTACIÓN
ACETOGÉNESIS
METANOGÉNESISACETOCLÁSTICA
METANOGÉNESISAUTOTRÓFICA
METANO + CO2
BACTERIASHIDROLÍTICAS
MONÓMEROS
ENZIMASEXTRACELULARES
BACTERIASACIDOGÉNICAS
C3 C4C2 H2
BACTERIASMETANOGÉNICAS
BACTERIASMETANOGÉNICAS
BACTERIASACETOGÉNICAS
ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES, AGV
VENTAJAS DEL REACTOR ANAEROBIO UASB
• No consume energía en su operación: al contrario, genera energía en forma de biogás (gas
Metano, CH4)
• Tiene una baja producción de lodos, los cuales están digeridos (o “estabilizados”), dada su alta
“edad de lodos”
• Los lodos excedentes están concentrados (del 2 al 5%) lo suficiente para poder ser deshidratados
• Requiere una baja inversión inicial, debido a su volumen reducido, ya que soporta altas cargas
orgánicas (kg DQO/m3 de reactor). Muy importante en aguas residuales industriales
• Tiene mínimos costos de operación y mantenimiento
• No tiene partes móviles, es prácticamente “libre de mantenimiento”. Lo cual también puede ser
una gran desventaja !...
TRATAMIENTO SECUNDARIO – COMPARACIÓN DE SISTEMAS
ReactorAEROBIO
10,000 kg DQOAfluente
(100,000 PE)
1,000 kg DQOEfluente
Energía Aireación10,000 kWh (U$ 547,400/año)
5,000 kg DQOLodo en Exceso
TRATAMIENTO SECUNDARIO – COMPARACIÓN DE SISTEMAS
1,000 kg DQOLodo en Exceso
ReactorANAEROBIO
10,000 kg DQOAfluente
(100,000 PE)
2,000 kg DQOEfluente
Metano (2,231 m3, 39 MJ/m3)(87,019 MJ 24,172 kWh)
30% Ef. = 4,834 kWh201 kW (U$ 320,500/año)
TRATAMIENTO SECUNDARIO – AEROBIO CONVENCIONAL
RejasDesarenado
Sedimentador Primario
Sedimentador Secundario
Digestor de Lodos
Reactor Aerobio
Deshidratación de Lodos
AGUA TRATADA
LODOS SECOS
ENERGIA
Espesador de Lodos
TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMA COMBINADO
RejasDesarenado
Pulimento Final
Reactor Anaerobio
Deshidratación de Lodos
AGUA TRATADA
LODOS SECOS
ENERGIA
Sedimentación, Digestión y Espesado de Lodos en el UASB
TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMA COMBINADO
RejasDesarenado
Pulimento Final
Reactor Anaerobio
Deshidratación de Lodos
AGUA TRATADA
LODOS SECOS
ENERGIA
Reactor anaerobio de flujo ascendente
con manto de Lodos, UASB
LagunasHumedales
Filtro PercoladorLodos Activados
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Comunidad El Vegil, Huimilpan (Querétaro) – UASB + Filtro Percolador para 3 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Procter and Gamble, Irapuato (Guanajuato) – UASB + Lodos Activados para 8 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Fraccionamiento Cañadas del Lago, Corregidora (Querétaro) – UASB + Lodos Activados para 8 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Parque Industrial MARABIS Comonfort (Guanajuato) – UASB + Lodos Activados para 20 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Planta municipal Ocampo (Guanajuato) – UASB + Filtro Percolador para 22 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Planta municipal Pedro Escobedo (Querétaro) – UASB + Lodos Activados para 22 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Planta municipal Tarimoro (Guanajuato) – UASB + Humedales para 30 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Villas del Rey Huehuetoca (Estado de México) – UASB + Lodos Activados para 120 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Planta Municipal, Tapachula (Chiapas) – UASB + Lodos Activados para 500 Lps
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Guacamole de la Sierra Morelia (Michoacán) – UASB + Lodos activados para 1,240 kg DQO/d
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Kellogg’s Centro América (Guatemala) – UASB + Filtro Percolador para 3,400 kg DQO/d
TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS
Rastro NUEVO CARNIC Managua (Nicaragua), 900 Reses por día, para 6,930 kg DQO/d
FACTORES CLAVES DE ÉXITO
DISEÑO
CONSTRUCCIÓN OPERACIÓN
CRITERIOS BÁSICOS PARA EL
ÉXITO DE UN PROYECTO DE
SANEAMIENTO AMBIENTAL
EN RESUMEN…
Sacar “AGUA LIMPIA” a partir de “AGUA SUCIA” es algo bastante simple
Pero, hacerlo de una manera “ECONOMICA” (“SUSTENTABLE”) requiere de
algo mas de INGENIO, de RACIOCINIO, de INTELIGENCIA!...
La diferencia entre un proceso realmente “EXITOSO” de saneamiento
ambiental (en Tratamiento de Aguas, por ejemplo) y de un verdadero “DOLOR
DE CABEZA” radica en nuestra capacidad de entender nuestras limitaciones,
de prepararnos, de estudiar, de asesorarnos de alguien que realmente
conozca del tema y que NO sea un simple “COMERCIANTE”
RECORDAR, SIEMPRE, AL HABLAR DE PTAR
1. Que se trata de “ECOSISTEMAS COMPLEJOS” (con seres vivos) y NO de simples
estructuras o tanques
2. Que debemos de enseñar a nuestros clientes a cuidarse de los abundantes “piratas” que
hay en nuestros países, y de aquellos famosos “vendedores de tecnología” o de copias de
planos
3. Decía mi buen maestro: “Un Albañil bien entrenado - sin duda - puede hacer Tanques en
Concreto. Pero solo un buen grupo de Ingenieros (con conocimientos y experiencia) podrá
hacer una verdadera PTAR”
4. Centrar el éxito de todos los proyectos en la EDUCACIÓN
TECNOLOGÍA AL SERVICIO DE LA NATURALEZA
M. Sc. Juan Manuel López H.