UTE Facultad de Ingeniería Ingeniería Ambiental y Manejo de … · 2013-09-04 · Diagrama de...

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Ingeniería Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales

Control y tratamiento de Aguas Servidas

e Industriales

Ing. Víctor Hugo Arias

Control y tratamiento de ARS&I

• Introducción

• A partir de la década de los 60 los términos como CONTAMINACIÓN del agua , del aire , ecología, protección del medio ambiente, etc. Pasaron ha ser de términos de uso común. Antes de estas fechas esos términos pasaban desapercibidos por la comunidad.

• El instinto de conservación de las especies es una motivación básica para la humanidad, y el hombre esta equipado para corregir el daño que puede causarse al medio ambiente.

• El conocimiento técnico básico necesario para resolver problemas de contaminación esta ya ha disposición del hombre y, en medida que se quiera pagar un precio (razonable), la idea de la destrucción por la contaminación no se hará realidad.

Control y tratamiento de ARS&I

• La función Técnica de reducción de la contaminación (aguas) necesita el aporte de varios profesionales en diferentes disciplinas relacionadas con las ciencias básicas como:

• Ciencias biológicas: microbiología, bacteriología, química, etc.

• Ciencias aplicadas: como la ingeniería química, mecánica, eléctrica

• Ciencias de la tierra como son la geología, hidrología, oceanografía.

• Ciencias sociales y económicas: sociología, derecho, administración relaciones públicas, economía.

Unidad 1: Introducción: conceptos generales • Definición de aguas residuales

• Se denomina aguas residuales a la mezcla de residuos líquidos y sólidos

originados en:

• Los hogares

• Centros comerciales

• Instituciones pública

• Instalaciones industriales

• Compuestos inorgánicos •

•

Unidad 1: Introducción: conceptos generales

Tratamiento de las aguas residuales

Comerciales

Industriales

Domésticos

Usos agrícolas

Receptor de aguas superficiales

Unidad 1: Introducción: conceptos generales • Clasificación de contaminantes

• Los contaminantes presentes en las aguas residuales pueden clasificarse por su naturaleza:

• Compuestos orgánicos

• Compuestos inorgánicos

• Otra clasificación común es:

• Contaminantes físicos

• Contaminantes químicos

• Contaminantes biológicos.


• Caracterización de aguas residuales

• Sólidos en suspensión

Clasificación de las partículas Tamaño de partíula, mm

Disuelta Menor que 10 -6

Coloidal Entre 10-6 y 10 -13

Suspendida Mayor que el 10 -3

Sedimentable Mayor que 10-2



• Materia orgánica biodegradable

Compuesto Formula Característica

Cualidad del olor

Aminas CH3NH2 A pescado

Amoniaco NH3 Amoniacal

Diaminas NH2(CH2)NH2 A pescado podrido

Sulfuro de hidrógeno H2S A huevos podridos



• Patógenos

• Micro organismos capaces de causar enfermedad.

• Nutrientes

• Macro y micro elementos

• Compuestos orgánicos refractarias

• Metales pesados


• Clasificación de las aguas según su uso:

• Aguas domesticas

• Este tipo de aguas se caracterizan por:

• Un alto contenido en de carga orgánica.

• Aguas industriales

• Estas aguas se caracterizan por:

• Variación muy alta en contaminantes dependiendo el tipo de industria

• Aguas de actividades comerciales, etc

Componentes de un plan de vigilancia y control de efluentes


Consulta – presentación de grupos

• Revisión de la normativa nacional e internacional y su incidencia sobre el tratamiento de aguas residuales.

• Grupo 1:

• Grupo 2:

• Grupo 3:

• Grupo 4:


Unidades - Dimensiones Básicas en el tratamiento de aguas residuales

• Una cantidad medida posee un valor numérico y una UNIDAD.

• Un sistema de unidades posee los siguientes componentes:

– Unidades básicas – Unidades múltiplos – Unidades derivadas

• Sistema internacional de unidades de medida

• Sistema ingles de medida

• Conversión de unidades


Variables y parámetros de proceso

Básicas en el tratamiento de aguas residuales

• Masa, volumen, flujo másico, flujo volumétrico (caudales), presión

• Densidad, viscosidad

• Composición química

• temperatura

• Aplicación y manejo de datos (estadísticos)

Ejercicios de aplicación de las variables y unidades

Diagrama de flujo de procesos

PLANTA

TRATAMIENTO REUTILIZACIÓN

TRATAMIENTO PARA VERTIDO

F = [m3/h]

Contaminante = [Kg/m3]

Carga = [Kg/h]

PERDIDA DE AGUA [m3/h]

APORTE DE CARGA CONTAMINANTE

[Kg/h]

EFLUENTE = [m3/h]

AGUA VERTIDA alcant / rio [m3/h]

Contaminante = [Kg/h]

Contaminante = [Kg/h] Carga Contaminante

separada = [Kg/h]

EFLUENTE = [m3/h]

Contaminante = [Kg/h]

Carga = [Kg/h]

RECIRCULA = [m3/h]

Carga Contaminante separada = [Kg/h]

Revisión bibliográfica

Trabajo de grupos (presentaciones)

• Tratados internacionales

• Rio de Janeiro

• Rotherdam

• Estocolmo

• Ramsar

• Revisión del marco legal

• Tulas / Libro VI recurso agua

• Ordenanza Metropolitana de Quito 213

Datos básicos de parámetros / variables Revisión de tablas del LIBRO: MANUAL DE REFERENCIA DE LA

INGENIERIA AMBIENTAL (Corbit)

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

Minimización de efluentes

• Antes de la aplicación de TAR en los puntos de descarga (al final del

tubo) ó modificaciones a las instalaciones existentes, se debe considerar un programa de minimización de efluentes.

• Generalmente las técnicas de minimización de efluentes pueden ser agrupados en cuatro grandes categorías:

– Gestión de inventarios y mejora de las operaciones

– Modificaciones de los equipos

– Cambios en los procesos de producción

– Reciclaje y re-uso


Gestión de inventarios y mejora de las operaciones

• Inventario y trazabilidad de todas las materias primas

• Utilizar productos con poca toxicidad o NO tóxicos

• Implementar entrenamiento del personal y retroalimentación

• Aplicación de mejores practicas de recepción, almacenamiento y uso de materiales


Modificaciones de los equipos

• Seleccionar e instalar equipos que producen cantidades mínimas ó NO producen efluentes

• Modificar equipos para recuperar o re-usar agua.

• Rediseñar equipos o líneas de producción para generar menos efluentes

• Mejorar la eficiencia de operaciones de equipos

• Mantener un estricto programa de mantenimiento.


Cambios en los procesos de producción

• Sustituir materiales peligrosos por NO peligrosos

• Segregar efluentes por tipo para recuperar materiales

• Eliminar presencia de fugas o derrames

• Separar efluentes peligrosos de los NO peligrosos

• Optimizar reacciones y el uso de materiales


• Reciclaje y re-uso

• Instalar sistemas cerrados de limpieza con agua

• Reciclar en el sitio para re-usar en los procesos

• Reciclar fuera de la planta para re-usar en otras empresas

• Intercambio de desechos (efluentes)


• Gestión y control de recursos (agua)

• Fase I: Pre-evaluación

• Fase II: Balance de masa

• Fase III: Síntesis


Fase I: Pre-evaluación

• Auditar los puntos y preparaciones

• Identificar unidades de operación y procesos

• Preparar diagramas de flujo de procesos


Fase II: Balance de masa

• Determinar los materiales que ingresan

• Registros de uso de agua

• Evaluar procedimientos y prácticas ambientales actuales

• Cuantificar procesos de salida

• Cuantificar emisiones, descargas liquidas y desechos

• Integrar información de entrada y salida

• Aplicar a un balance de masa preliminar

• Evaluar y ajustar el balance de masa


Fase III: Síntesis

• Identificar opciones

• Evaluar las opciones encontradas

• Preparar un plan de acción

Procesos de tratamiento de AR Pre- tratamiento y tratamiento primario

• Recolección y conducción • • Cribado • • Sedimentación • • Flotación • • Filtración • • Homogenización • • Neutralización

Pre- tratamiento y tratamiento primario

Recolección y conducción • La procesos iniciales involucra la recolección de las diferentes puntos de

generación de aguas residuales.

• La información básica para el diseño, instalación, operación, mantenimiento y control de las instalaciones para la recolección y traslado o conducción involucran:

• Caudales individuales y acumulados

• Caracterización de cada efluente

recolección y conducción

• El caudal y la caracterización de efluentes nos permite definir los sistemas de recolección conducción y las instalaciones parara los siguientes procesos. Entre los principales sistemas y componentes tenemos:

• Canales abiertos o cerrados / tuberías de diferentes materiales • (Parámetros: material, diámetro, espesores, etc.)

• Bombas y estaciones de bombeo • (Parámetros: tipo, presión, caudal, potencia, etc.)

• Válvulas y accesorios • (Parámetros: Tipo, diámetro, espesores, etc.)

• Cisternas / tanques • (Parámetros: tipo, material, capacidad, etc.)

• Consultar:

• variables – parámetros - ecuaciones para

• Circulación de fluidos por tuberías y otros conductos

Pre- tratamiento y tratamiento primario CRIBADO

El CRIBADO También llamado desbrozo, se emplea para la reducción de sólidos en suspensión de tamaño

distinto, la distancia o las aberturas de las rejillas depende del objeto de la misma y la limpieza realiza de forma manual o mecánica.

Los productos recogidos se destruyen por incineración, por procesos de digestión anaerobia o directamente al

vertedero. Las materias recogidas se suelen clasificar entre finos y gruesos. Las rejillas de finos tiene una abertura de 5 mm o menos, Están fabricadas de malla metálica de acero o en base a placas o chapas perforadas, en otras ocasiones se

utilizan tamices de fibras. Muchas veces reemplazan a tanques de sedimentación, sin embargo, aunque pueden llegar a eliminar entre el 5 y

el 25 % de sólidos en suspensión, de un 40 a 60 % se elimina por sedimentación. Las rejillas o cribas de gruesos tiene aberturas que están entre 4, 8 0 9 cm en muchos casos se utilizan como un

medio de protección para evitar que sólidos gruesos dañen los sistemas de bombeo. En ocasiones se utiliza trituradores en lugar de rejillas gruesas, estos sistemas rompen sólidos que luego se

eliminan por sedimentación.

Cribado

CRIBADO EFLUENTE AR •LIQUIDO % •SOLIDOS %

SOLIDOS

LIQUIDO

INCINERACIÓN

VERTEDRO

DIGESTION ANAEROBIA

PRETRATAMIENTO – TRATAMIENTO PRIMARIO

Cribado / tamizado

Pre- tratamiento y tratamiento primario sedimentación

Se utiliza en los procesos de tratamientos de aguas residuales (AR), para la separación de sólidos en

suspensión. El principio para el proceso de sedimentación es la diferencia de peso especifico entre las partículas sólidas y el líquido.

En algunos casos la sedimentación es el único proceso al que se somete las AR. La sedimentación puede producirse en varias etapas.

TIPOS DE SEDIMIENTACIÓN:

1. Sedimentación Discreta. Las partículas no se someten a un proceso de coalescencia con otras partículas, en este caso las propiedades físicas de la partícula durante el proceso no cambian Ej. La sedimentación de arena en los desarenadores.

2. Sedimentación con floculación. La aglomeración de partículas va Acompañado de cambios en la densidad y velocidad de sedimentación o precipitación.

3. Sedimentación por zonas. Se forma una especie de manta que sedimenta como una masa total.

Sedimentadores


Flotación

• Es un proceso para separar sólidos de baja densidad o partículas liquidas de una fase liquida. La separación se realiza introduciendo un gas en la fase liquida (presurización). La presión puede oscilar entre 2 y 4 atm.

• En el tratamiento de aguas residuales se utiliza aire como medio de flotación, y la forma en la cual se suministra define el tipo de flotación. Los tres más empleados son:

• 1. Flotación por aire disuelto (DAF), el aire se inyecta presurizado, cuando se reduce la presión en el tanque las burbujas se liberan.

• 2. Flotación por aire, generalmente se utilizan difusores , a presión atmosférica.

• 3. Flotación al vacio, el agua residual se satura con aire previamente a la aplicación de un vacio.

Flotación…

• La relación importante para el proceso de flotación, constituye la relación entre el aire utilizado y los sólidos.

Características de las partículas para facilitar el proceso de flotación

Flotación…


Neutralización / homogenización • La neutralización se utiliza normalmente en los siguientes

casos:

• Antes de la descarga de aguas residuales a un medio receptor.

• Antes de la descarga al alcantarillado .

• Antes del tratamiento químico o biológico

Concentraciones de las soluciones

Composición porcentual (%)

• Este método se basa en el porcentaje en peso y expresa la concentración en términos de números de gramos de soluto por 100 g de solución.

• Ejemplo: una solución de cloruro de sodio al 5 % se hace disolviendo 5 g de la sal en 95 g de agua.

• Gravedad Especifica (densidad relativa)

• La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades.

• Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3

• Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.


http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)

http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsius


http://es.wikipedia.org/wiki/Kilogramo

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro_c%C3%BAbico

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro_c%C3%BAbico

http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera_(unidad)



Relaciones volumétricas (V1:V2)

• Ocasionalmente la concentración de un acido mineral o de hidróxido de amonio se da en función de la relación de volumen del reactivo concentrado común y el agua.

Ejemplo:

• Así: HCl (1:3) significa una solución que se preparó mezclando un volumen de acido clorhídrico y tres volúmenes de agua


http://www.mediafire.com/imageview.php?quickkey=znhpmolfwdc&thumb=4

Soluciones molares (M)

• Es la que contiene un gramo mol de la sustancia en un litro de solución. Puesto que una mol de HCl reacciona con una mol de NaOH , cierto volumen de solución de NaOH será neutralizado por un volumen igual de HCl.

Ejemplo:

• Que volumen de una solución de KOH 0,638 M neutralizará 430 ml de H2SO4 0,4 M


Peso equivalente y soluciones normales (N) • El peso equivalente gramo de un acido, de una base o de una sal que

interviene en una neutralización o precipitación , es el peso en gramos de la sustancia igual en capacidad de neutralización o precipitación total que un gramo de hidrogeno. También es equivalente a 17. 008 g de OH-.

• Una solución normal contiene 1 peso equivalente gramo de soluto en un litro de solución, o 1 peso mili-equivalente gramo en 1 ml de solución.

Ejemplo : Una solución contiene 3,30 g de Na2 CO3.10H2O en cada 15 ml. Cual es su

normalidad. Con cuantos ml de acido acético HC2H3O2 3,1 N reaccionarán 25 ml del

carbonato.

• Confirmar la relación: V1C1 = V2C2


Métodos de control directo del pH Neutralización de aguas residuales

• Los siguientes métodos de neutralización son usados normalmente:

• Lechos de caliza / se utiliza en flujo ascendente o descendente

• Neutralización por cal / es la más común

• Neutralización con sosa caústica / es más caro que la cal / productos

finales solubles

• Neutralización por carbonato de sodio / no es tan reactivo y presenta

problemas por emisiones de CO2

• Neutralización por amoniaco / es contaminante

• Los factores que guían la selección de un reactivo de neutralización son:

• Costos (compra)

• Capacidad de neutralización

• Velocidad de reacción

• Almacenamiento y disposición final de los residuos de la neutralización

Métodos de control directo del pH Neutralización de aguas residuales

AIREACIÓN EN TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

• Se considera básicamente la transferencia de oxigeno atmosférico a las aguas residuales sometido a tratamiento biológico. los aspectos a considerar incluyen:

• Teoría de película estática

• Procedimientos para determinar los coeficientes de transferencia a partir de unidades piloto.

• Análisis de los equipos de aireación utilizados en el tratamiento de aguas residuales.

• Procedimiento para especificar aireadores.

Si Cs es el valor de saturación de oxigeno para agua destilada y Csr es la concentración de oxigeno disuelto en condiciones de saturación.

La relación puede determinarse

Aireación…

Rendimiento de la transferencia de oxigeno de las unidades de aireación

Degradación de la materia Aerobia y anaerobia

Análisis de la DBO

Proceso de lodos activos

• El proceso de lodos activos ha sido utilizado para el tratamiento de aguas residuales domesticas e industriales hace un siglo.

http://www.lodosactivados.com/

Proceso de lodos activos

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