DIAGNÓSTICO DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (Municipales) “ARROYO LOS ARELLANO”.
PROYECTOS Y EDIFICACIONES EN GENERAL S.A. DE C.V. CONTRATO: SERV-INA-IRF-05-10-19
MARZO DE 2011
I.
Contenido
II. Introducción. Introd ucción. .................................. ................ .................................... ................................... ................................... .................................... ................................... ...................... ..... 3 III. Marco Teórico. .................................. ................ .................................... ................................... ................................... .................................... ................................... ..................... 5 IV. Descripción de las condiciones condiciones de funcionamiento funcionamiento y operaciones operaciones unitarias actuales. actuales. .............. .............. 7 a. V.
Anexo Fotográfico Fotográ fico de la Visita ................................. ................ ................................... .................................... ................................... .......................... ......... 29 Revisión Revisió n del diseño de proceso para el tratamiento. tratam iento. .................................. ................ .................................... ............................. ........... 32 1. ................................................................................................................................................ 34
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I.
Contenido
II. Introducción. Introd ucción. .................................. ................ .................................... ................................... ................................... .................................... ................................... ...................... ..... 3 III. Marco Teórico. .................................. ................ .................................... ................................... ................................... .................................... ................................... ..................... 5 IV. Descripción de las condiciones condiciones de funcionamiento funcionamiento y operaciones operaciones unitarias actuales. actuales. .............. .............. 7 a. V.
Anexo Fotográfico Fotográ fico de la Visita ................................. ................ ................................... .................................... ................................... .......................... ......... 29 Revisión Revisió n del diseño de proceso para el tratamiento. tratam iento. .................................. ................ .................................... ............................. ........... 32 1. ................................................................................................................................................ 34
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II.
Introducción.
El valor del agua para el ser humano es innegable, no solo forma parte del 75% de nuestro cuerpo, sino que es materia de control y desarrollo para toda to da civilización. Desde la antigüedad, las grandes civilizaciones (Egipto, Mesopotamia, Grecia, Roma, etc.) florecieron gracias al dominio que tuvieron en zonas con grandes recursos hídricos. Todos los desarrollos humanos se generaron en zonas donde los ríos o manantiales podían generar los recursos necesarios para el desarrollo de la vida, tal como se puede constatar en la historia de formación de casi todos los asentamientos humanos en el mundo. Existe en la historia, etnias que han perdurado a pesar de ser un grupo reducido, puesto que han tenido como base la salud, entre ellas, la población judía. El código ambiental más antiguo se encuentra en la Biblia, este es el ordenamiento que se da a los judíos en el periodo del éxodo, del cual podemos leer en Deuteronomio 23: 12 Tendrás fuera del campamento un lugar, y saldrás allá fuera. 13 Llevarás en tu equipo una estaca, y cuando vayas a evacuar afuera, harás un hoyo con la estaca, te darás vuelta, y luego taparás tus excrementos. 14 Porque Yahveh tu Dios recorre el campamento para protegerte y entregar en tu mano a tus enemigos. Por eso tu campamento debe ser una cosa sagrada, Yahveh no debe ver en él nada inconveniente; inconveniente; de lo contrario se apartaría de ti.
Este libro escrito hace más de 3,400 años, ya marcaba un cuidado especial con el manejo de los excrementos, así que es de conclusión simple que las grandes pestes que han azotado a la humanidad por manejo inadecuado de la sanidad, han sido menores para este tipo de civilizaciones, que cuidan los recursos y evitan su contaminación. Todavía en años muy recientes, en nuestro país muchas poblaciones descargaban en plena calle sus residuos y en países de extrema pobreza sigue siendo común el ver correr aguas residuales por el centro de las poblaciones. Por fortuna para el estado de Aguascalientes, el tema del tratamiento de aguas es una tarea que tiene como principal punto de enfoque la modernización y eficientización de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, pues la cobertura porcentual que tiene en infraestructura para el saneamiento de las aguas la hace estar en el primer lugar a nivel nacional (compartido con Nuevo León) (fuente Situación del Subsector Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Edición 2009, Comisión Nacional del Agua). En el caso particular de la Planta de Tratamiento “Arroyo los Arellano”, es un sistema que fue construido en el periodo de 2005-2006, bajo condiciones de diseño y limitaciones de recursos que forjaron un sistema de tratamiento adecuado para el momento, pero que al día de hoy debe ser revisado para verificar no solo el cumplimiento de las condiciones de descarga, sino que también
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debe verificarse los aspectos de eficiencia y calidad alcanzables con las menores inversiones posibles. Con este objetivo en claro Proyectos y Edificaciones en General S.A. de C.V., ha implementado la metodología contenida en los términos de referencia del presente contrato, para aportar su experiencia en la revisión del diseño, la construcción e instalaciones, así como las operaciones llevadas a cabo en esta Planta de Tratamiento, para contrastarlas con la tecnología más actualizada para minimizar consumos energéticos y recursos materiales, así como para alcanzar niveles de calidad más allá de los requerido por la normatividad vigente.
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III.
Marco Teórico.
ASPECTOS GENERALES DE UN SISTEMA DE AGUAS RESIDUALES. DIFINICIÓN. El agua residual, es básicamente la misma agua que se extrae de pozos, manantiales o de la potabilización de agua de ríos o almacenada en presas, que llega a nuestros hogares o instalaciones y que se “usa y se desecha”. De acuerdo con los estándares de comportamiento de las aguas residuales en todo el mundo, la materia agregada en los domicilios según la norma alemana DVWK – ATV A131-E es: Parámetros DBO 5 DQO SST NT P
En vivienda (gr/hab·día) 60 120 70 11 1.8
La materia enunciada en la tabla anterior, tiene como “diluyente” el agua utilizada, que según la disponibilidad, el clima y la cultura del sitio, va de 150 litros por persona por día y hasta 350 litros por persona por día, con lo cual, podemos tener aguas residuales más o menos concentradas, según volumen del “diluyente” utilizado. De acuerdo con el origen de las agua “usadas” y para el alcance del presente documento, solo nos ocuparemos de dos tipos de agua residual, estas son: Aguas Residuales Sanitarias o tipo Domésticas: son aquellas aguas que han sido utilizadas en actividades dentro de una vivienda, se caracterizan por contener residuos de alimentos, detergentes y jabones, excrementos y orina, así como diversos compuestos utilizados para el aseo y la limpieza dentro del hogar. Existen aguas que se generan dentro de las actividades de empresas prestadoras de servicios que incluyen las mismas actividades que las desarrolladas en los hogares, a estas agua se les considera también como sanitarias, porque contienen en esencia los mismos componentes que el agua utilizada en los hogares. Aguas Residuales Industriales: son las aguas que han sido utilizadas en actividades productivas en la industria y contienen sustancias o compuestos producto del enjuague o utilizados en cada actividad específica.
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La principal característica de las aguas residuales industriales es la composición cambiante no solo por el tipo de industria, actividad o giro, sino también presenta variaciones horarias extremas, de acuerdo con etapa del proceso en que se encuentre la actividad productiva. Este tipo de aguas, representa todo un reto para el diseño, construcción y operación de sus correspondientes sistemas de tratamiento, pues se enfrentan situaciones de muy alta variabilidad, cambios de proceso, de acuerdo con los cambios en la demanda de la producción o sujeto a la evolución de los procesos productivos. Otro de los retos fundamentales es la generación de elementos tóxicos para los procesos biológicos, pues de acuerdo con el tipo de industria se puede generar compuestos como fenoles, cianuros, antibióticos, metales, etc. conocidos como contaminantes prioritarios, que de no ser tomados en cuenta para el diseño, se pude tener problemas muy severos, aún con concentraciones bajísimas de los mismos. A la mezcla de las aguas residuales sanitarias con aguas residuales industriales, se les denomina como aguas residuales mixtas y estas tienen los mismos inconvenientes que los comentados para las aguas industriales, solo atenuados por la gran dilución que puede generar los volúmenes mayores de aguas sanitarias. Para el caso de las aguas residuales que deben ser tratadas en la Planta de Tratamiento “Arroyo Los Arellano” se trata de una mezcla de Sanitarias y tal vez una carga muy reducida de aguas residuales industriales, lo cual no cambia las características de desempeño de un sistema de tratamiento biológico.
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IV.
Descripción de las condiciones operaciones unitarias actuales.
de
funcionamiento
y
Información general de la planta de tratamiento La planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) “Arroyo Los Arellano” se ubica a 400m al oeste del Panteón Jardines Eternos; sus coordenadas geográficas son: Latitud 21°53'24"; Longitud 102°19'23"; Elevación 1,842 msnm.
El sistema de tratamiento se compone de los siguientes elementos: Pre tratamiento: El sistema principal se ubica a más de 100 m del sitio del sistema de tratamiento principal, se compone de las operaciones de cribado grueso a 1.5” de luz de paso con rejillas de barras inclinadas de limpieza manual, posteriormente se ubica un sistema de desarenado en canal de flujo horizontal, medición de flujo mediante canaleta Parshall, cárcamo de bombeo de 15 min de tiempo de retención, para de ahí bombear a 120 m, cruzando por debajo del río para hacer llegar el agua hacia el sistema de cribado fino, para lo que se utiliza un sistema de cribado fino estático, para lo cual se utilizan 4 cribas de acero inoxidable con una luz de paso de 1.5 mm. Tratamiento Secundario: Se cuenta con dos trenes de reacción biológica con los siguientes elementos, Tanque de Homogeneización para 4 hr de tiempo de retención, reactor biológico con 15 hr de tiempo de retención, según los datos de la memoria, se dejó un selector anaerobio para
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la asimilación de fósforo, así como zonas anóxicas para la remoción de nitrógeno, lo cual no sigue la metodología correcta de diseño, pero esto se analizará con mucho más detalle en los capítulos subsiguientes, la aireación es proporcionada por un sistema de tres (3) sopladores centrífugos de 200 HP cada uno. La clarificación se proporciona con cuatro clarificadores de alta tasa, es decir con sedimentadores lamellares. Desinfección: Mediante tanque de contacto con cloro, para lo cual se utiliza hipoclorito de sodio al 13% de concentración y un tiempo de retención de 30 min. Tratamiento de Lodos: Mediante espesado en sistema gravitacional circular de 4.6 m de diámetro, para de ahí enviar lodos hacia filtro prensa de banda. El sistema de tratamiento fue diseñado y construido por dos empresas que al parecer trabajaron en conjunto, ambas son AVVA Construcciones S.A. de C.V. y Halcón Internacional de Proyectos Ecológicos S.A. de C.V., aunque el titular del contrato fue la primera. Como sistemas adicionales se incluyen oficinas y laboratorio con un buen grado de funcionalidad, pero con equipamiento deficiente. Los rectores biológico fueron construidos en un sistema “uni - tanque” con divisiones, lo cual puede parecer conveniente para el ahorro constructivo en concreto y tuberías, así como para la minimización de perdidas hidráulicas para el sistema. El sistema se opera con un solo empleado por turno y en las visitas se detectó clarificadores con las lamellas desalojadas y dos de los cuatro fuera de operación. En la siguiente foto, se puede apreciar la distribución del sistema de tratamiento.
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La planta fue construida para tratar un caudal de 300 L/s, en dos trenes paralelos de 150 L/s cada uno. El diseño se hizo partiendo de la siguiente caracterización del agua residual: Parámetro
Unidad
pH
Valor
0
C mg/L mg/L mL/L mg/L
Temperatura Grasas y aceites Materia flotante Sólidos sedimentables Sólidos suspendidos totales Demanda bioquímica de oxigeno 5 Nitrógeno total Nitrógeno amoniacal Fósforo total Fósforo inorgánico Coliformes fecales Huevos de helminto Conductividad Demanda química de oxígeno Sustancias activas al azul de metileno
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L NMP/100 mL Huevos/100 ml µΩ/cm mg/L mg/L
7.3 21.8 55.8 ausente 2.2 228 298 67.4 40 10.83 8.07 1,665,255 ausente 1,158 540.9 5.56
La caracterización que debe tener el agua a la salida de la PTAR, así como los límites máximos permisibles de los parámetros, se presenta en la tabla siguiente. Promedio Parámetro
Ph Temperatura Grasas y aceites Materia flotante Solidos sed. SST DBO5 Nitrógeno total Fósforo total Coliformes fecales Huevos de Helminto
Unidad
Mensual
Unidad
5 – 10
NOM-001- SEMARNAT 1996
c mg/l mg/l ml/l mg/l mg/l
40 15 Ausente 1 20 20
NOM-001- SEMARNAT 1996 NOM-001- SEMARNAT 1996 NOM-001- SEMARNAT 1996 NOM-001- SEMARNAT 1996 NOM-003- SEMARNAT 1997 NOM-003- SEMARNAT 1997
mg/l mg/l NMP/100 mL (h/L)
15 5 240
NOM-001- SEMARNAT 1996 NOM-001- SEMARNAT 1996 NOM-003-SEMARNAT-1997
≤1
NOM-003-SEMARNAT-1997
0
NORMA QUE APLICA
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El esquema de tratamiento originalmente planteado es el siguiente: Para Pre tratamiento:
Para Tratamiento Secundario:
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Aireación de Reactores Biológicos:
Para Desinfección:
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Para el Tratamiento de Lodos:
Infraestructura de la PTAR “Arroyo Los Arellano” Obra de toma y derivación de excedencias Son estructuras que forman parte intrínseca de una PTAR, cuya función es la de permitir el ingreso del caudal de diseño de la planta, así como desviar los volúmenes de agua excedentes a dicho flujo de diseño. En el caso de la PTAR “Arroyo Los Arellano”, las desviaciones de flujo se controlan mediante compuertas manuales. Pre tratamiento Como se mencionó al principio, el pre tratamiento está situado fuera de las instalaciones de tratamiento, su función principal es la protección de las instalaciones y procesos que se encuentran aguas abajo en la planta; aquí también por lo general es colocado el sistema de medición de caudal (generalmente un canal Parshall). Los principales riesgos que se pretenden evitar con el pre tratamiento y las unidades de procesos aplicados para evitarlos se muestran a continuación Riesgo potencial
Objetos voluminosos Sólidos densos Grasas y aceites
Oscilaciones de caudal, toxicidad y carga orgánica del afluente
Problemas Pretratramiento causados a utilizar Atascamiento Rejillas y cribas Abrasión Canal desarenador Espumas Canal Reducción en la desarenador / transferencia de desengrasador oxígeno Desbordamiento Inhibición del metabolismo Tanques de microbiano igualación Exceso o falta de alimento en el proceso biológico
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La PTAR “Arroyo Los Arellano” cuenta dos canales en paralelo, cada uno de ellos consta de cribado grueso y cribado medio; así como de un desarenador) Rejillas y Cribas: El principal objetivo de las rejillas es capturar los objetos que son llevados por el afluente, los cuales son voluminosos y de muy diversos tamaños (trapos, toallas sanitarias, pañales, envases de plástico, hojas de árbol, etc.), mismos que tienen que ser removidos del flujo de agua residual. Estas unidades requieren limpieza continua, la cual puede ser manual o automática.
Desarenador Es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas residuales por su origen, de no aplicarse esta operación, los cárcamos o reactores biológicos terminarán con varios centímetros o metros de arena depositada en el fondo de los mismos. Su funcionamiento se basa en la reducción de la velocidad del agua y de las turbulencias, permitiendo así que el material sólido transportado en suspensión se deposite en el fondo, de donde es retirado periódicamente. Normalmente se construyen dos estructuras paralelas, para permitir la limpieza de una de las estructuras mientras la otra está operando.
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Tanques de homogeneización Este fue un requisito exigido por bases de licitación, no es frecuente en el tratamiento de aguas municipales, pues la variación en la composición de las aguas no genera un desequilibrio en las operaciones realizadas en el tratamiento. Para el caso de aguas industriales donde la composición de las aguas va del 10% al 500% de concentración, es una operación obligada, pero en el caso de aguas residuales sanitarias, el espacio ocupado por este dispositivo bien puede ser utilizado para el proceso de reacción biológica o para desnitrificado al ser utilizado como tanque anóxico. Para el sistema de tratamiento “Arroyo Los Arellano” se definió un selector anaerobio en memoria que no se encuentra en el proceso, por lo que debe implementarse.
Canal Parshall (medición del afluente y efluente) El aforador Parshall es una estructura hidráulica que permite medir la cantidad de agua que pasa por la sección de un canal. Consta de cuatro partes principales: Transición de entrada. Sección convergente Garganta. Sección divergente. En la transición de entrada, el piso se eleva sobre el fondo original del canal, con una pendiente suave y las paredes se van cerrando. En la sección convergente, el fondo es horizontal y el ancho
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va disminuyendo. En la garganta, el pico vuelve a bajar para terminar con otra pendiente ascendente en la sección divergente. En cualquier parte del aforador, desde el inicio de la transición de entrada hasta la salida, el aforador tiene una sección rectangular. Junto a la estructura del aforador se tienen dos pozos laterales o tanques con la misma profundidad, o mayor, que la parte más baja del aforador. El agua que escurre por el aforador pasa a estos tanques por medio de unas perforaciones colocadas en la pared de la sección convergente y en la garganta.
Cárcamo de bombeo El cárcamo de bombeo es el espacio destinado a la elevación del agua residual. Cuando se requiere la construcción de una estación de bombeo, su función es la de asegurar que la PTAR funcione a caudal constante.
Cribado fino El objetivo del cribado fino es retener los sólidos mayores a 1.5 mm; los cuales por su peso sedimentarían fácilmente en los reactores, disminuyendo el volumen de reacción, y por tanto, la eficiencia del proceso; además de entorpecer la salida de aire en los difusores. La PTAR cuenta con dos equipos de micro-cribado por tren de tratamiento.
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Tratamiento biológico Puesto que la contaminación del agua en este punto es en gran medida por la presencia de compuestos orgánicos, para remover estos una operación posible es la sedimentación que removería del 25% al 35% de la materia orgánica, pues removería solo la fracción suspendida y no la fracción disuelta que es la gran mayoría. Para el caso de un sistema de corta estancia, es obligado el uso de la sedimentación, conocida como clarificación primaria, pero en el caso de la PTAR “Arroyo Los Arellano” donde se tiene un tiempo de reacción relativamente largo, no es necesaria la aplicación de la clarificación primaria, pues las partículas orgánicas suspendidas alcanzan a ser hidrolizadas y procesadas al igual que los elementos orgánicos disueltos presentes en el agua. Así pues, en el reactor biológico de la PTAR “Arroyo Los Arellano” se llevan a cabo diferentes reacciones bioquímicas a cargo de infinidad de microorganismos que tienen funciones específicas. La primera función es la del fraccionamiento o hidrólisis de los compuestos orgánicos mediante el “ataque” enzimático de los compuestos, para ello la bacteria requiere de identificar los componentes y de acuerdo con su “especialidad” excreta compuestos que fraccionan la materia para que pueda ser consumida, es decir la segunda función, ya sea por transporte celular o por invaginación de los sustratos. Una vez que son consumidos los compuestos (lípidos, proteínas y carbohidratos), el agua está libre de ellos, pero el proceso de transformación sigue dentro del cuerpo de cada bacteria que haya consumido los sustratos. Es por lo anterior, que el sistema de tratamiento tiene la capacidad para reducir de manera casi instantánea la presencia de materia orgánica, pero debe tener un tiempo adecuado para que la bacteria adquiera de nuevo el estatus de lista para seguir consumiendo. La tercera función, es entonces la transformación de los compuestos consumidos en mayor masa celular y en intercambio de electrones para la obtención de energía (respiración), en la primera de ellas, lo único que se logra es cambiar la naturaleza de la materia orgánica de un sustrato a un ser
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vivo, que está compuesto por materia orgánica y que a diferencia del sustrato, se puede definir como suspendido por el gran tamaño de partícula, la segunda operación es la respiración en la cual se realiza una “combustión” de la materia orgánica del sustrato consumido, con ello, el carbono de la materia orgánica se une al oxígeno introducido en la bacteria para producir CO 2 , con lo cual se retira del medio una cantidad importante de materia orgánica que se transforma en gas. La cuarta función es la llamada “respiración endógena” que representa el consumo de materia orgánica que forma parte del cuerpo de la bacteria, con esto se logra una disminución del crecimiento bacteriano dentro del reactor biológico. Para tener un control adecuado de la población dentro del reactor biológico se tiene la necesidad de extraer una cantidad equivalente a la producción de microorganismos, para con ello mantener una concentración adecuada que permita la operación de sedimentación y por tanto la separación de los microorganismos del agua. Para el proyecto en comento, se seleccionó por diseño una concentración de 4 kg de bacteria por cada m3 de licor mezcla en el reactor biológico. En el caso del proyecto en particular, se tiene además la operación de desnitrificado que significa que se remueve más allá de lo esperado por la asimilación de nitrógeno en células bacterianas: Composición celular promedio:
C60H84N12O24P Elemento
Átomos
C H N O P
60 84 12 24 1
Masa Atómica 12.01 1 14 16 30.97
gr mol 720.6 84 168 384 30.97 1387.57
% Contribución 51.93% 6.05% 12.11% 27.67% 2.23%
Así pues, por cada 100 gr. De biomasa formada, se estará asimilando 12.11 gr. de nitrógeno y 2.23 gr de fósforo. Tratamiento terciario. En el caso de la PTAR “Arroyo Los Arellano” se requiere de mayor remoción de nitrógeno que la proporcionada por la asimilación biológica, por lo tanto, se requiere de un proceso conocido como Des Nitrificación Previa, que se explica a continuación: Oxidación del nitrógeno: La reacción de conversión dl nitrógeno amoniacal en nitritos (NO 2 ) y después en nitratos (NO 3 ) es relativamente lenta, por lo que requiere de elevados tiempos de retención, la velocidad de reacción es afectada de manera directa por la temperatura y la presencia abundante de oxigeno. Desnitrificación: en ausencia de oxígeno, presencia de nitratos (NO 3 ) y de materia orgánica fácilmente biodegradable o bioconsumible, la bacteria utiliza el oxigeno contenido en los nitratos
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para realizar las funciones que realizaría en presencia de oxígeno, por lo cual se tiene un aprovechamiento del oxígeno utilizado para la nitrificación y además, el nitrógeno contenido en la molécula de nitrato se desprende del medio como nitrógeno molecular (N2 ), con lo cual se elimina el nitrógeno total del medio, por dos vías, por el contenido en células y por el desprendimiento como gas en la desnitrificación. Para que se lleva a cabo la desnitrificación se requiere de poner en contacto el licor con alta concentración de nitratos con materia orgánica de fácil asimilación, para lo cual se puede utilizar un sustrato externo como metanol (CH 3 OH), que solo contiene un carbono y es de muy fácil asimilación por parte de la bacteria, este proceso es utilizado para caso donde se requiere de control extremo. Para el caso de sistemas municipales en los que solo se requiere de cumplir con el límite de descarga, se puede utilizar la materia orgánica que se tiene en el afluente fresco, para ello se pone en contacto una fracción del agua cruda con el agua tratada con alta concentración de nitratos, calculando la cantidad justa de materia orgánica que puede ser utilizada para no exceder la concentración de materia orgánica exigida. El proceso más simple es el conocido como desnitrificación previa, en este, el retorno de lodos del clarificador, reforzado con una recirculación interna del reactor biológico, se ponen en contacto en un reactor (desnitrificación), en ausencia de oxígeno y con régimen de mezclado adecuado, para la eliminación del nitrógeno oxidado en la forma de nitrato (aunque también funciona con nitritos), en este proceso nunca se excede la dosis de materia orgánica como en el caso de la desnitrificación posterior y se tiene una simplicidad alta para el control del proceso. Para el caso de la remoción de fósforo, ya se mencionó que se debió incluir un dispositivo que se conoce como selector anaerobio, esto auxilia a que la biomasa tenga un asimilación adicional de fósforo que la bacteria requiere para ser formada, pues como la puede observar en el cuadro anterior, por cada 100 gr de biomasa formada, se retira del medio 2.23 gr de fósforo. El mecanismo se explica a continuación: El fósforo es un elemento básico para la realización de las funciones de la célula bacteriana, para el manejo de la energía toda célula viva utiliza la relación entre adenosina trifosfato C 10 H 16 N 5 O 13 P 3 , y la adenosina difosfato, C 10 H 15 N 5 O 10 P 2 , para el manejo de energía, de manera que cuando se somete a las células a ambientes cambiantes de bajo sustrato y exceso de oxígeno (reactor aerobio aireación extendida), para pasar a bajo sustrato y bajo oxígeno (clarificador secundario) y posteriormente a alto sustrato y ausencia de oxígeno (selector anaerobio), se genera una asimilación exacerbada de fósforo, por lo cual, las células en vez de asimilar solo 2.23% de fósforo, llega a asimilar hasta 6.69% del fósforo normal. Para esta operación se selector anaerobio, solo se requiere de tener un tiempo de contacto de 30 min del retorno de lodos del clarificador secundario con el agua cruda que recién ingresa al proceso. En caso de requerirse menor remoción de fósforo por requerirse el nutriente para los riegos agrícolas, se puede hace la operación poniendo en contacto solo una fracción de agua cruda con solo una fracción del retorno de lodos.
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Como ya se mencionó, en la memoria de cálculo se menciona la operación, pero no se lleva a cabo.
Desinfección. Consiste en la eliminación de los microorganismos patógenos presentes en las aguas; los cuales causan enfermedades infecciosas principalmente del tracto digestivo. El objetivo principal de estas unidades de tratamiento es impedir la diseminación de enfermedades infecciosas. Tales microorganismos patógenos son de origen fecal, y pueden ser bacterias, protozoarios, helmintos y virus, que requieren de un organismo huésped para su supervivencia.
Objetivos de la desinfección Destruir el mayor porcentaje posible de las clases de agentes patógenos y en porcentajes de remoción suficiente No ser tóxico para el hombre y seres vivos que tienen contacto con el agua posterior. Cumplimiento con la normatividad local Tener un costo moderado No reaccionar con los compuestos presentes en el agua de forma que se lleguen a producir sustancias tóxicas Ser de manejo, transporte y almacenamiento accesibles y seguros No tener un sabor desagradable (para el caso de abastecimientos de agua) Contrarrestar la posible contaminación en líneas de conducción y tanques de almacenamiento En la PTAR “Arroyo Los Arellano” la desinfección se realiza mediante la exposición del agua tratada a un sistema de hipoclorito de sodio.
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Espesador de lodos El espesador es creado para cubrir la necesidad de reducir la cantidad de lodos, con el fin de disminuir los inconvenientes de disposición, confinamiento y manejo de materiales peligrosos. El proceso se lleva a cabo por gravedad a muy bajo costo, ya que se puede descargar con una densidad del 4% al 5% de sólidos por peso. Mejora la eficiencia, reduce la resistencia y disminuye los costos de los procesos subsecuentes al descargar lodos más concentrados y por ende, menor cantidad. Facilita la transportación y la disposición, es decir, reduce de manera considerable los sólidos a manejar, así como el tamaño de las bombas de lodo, la dimensión de los filtros y el área de confinamiento. Filtro banda Un filtro banda es un sistema mecánico de deshidratación que permite al lodo un drenaje libre y un posterior prensado progresivo. El lodo floculado tiene una estructura relativamente frágil y, por ello, la suspensión debe ser manipulada con sumo cuidado para evitar la formación de finos por ruptura de los mismos, lo que obstaculizaría el drenaje por atascamiento de la banda o conduciría a pérdidas de sólidos que pasarían a través de la tela. La fase de drenaje tiene una importancia esencial, ya que permite conferir al lodo una cohesión o resistencia suficiente para la fase siguiente de expulsión del agua por prensado progresivo. En esta primera fase, el lodo se vierte sobre una banda portadora, durante su recorrido deja salir parte del contenido inicial del agua. De esta forma llega a una zona de cuña formada por la banda portadora y una segunda banda donde, bajo una presión ascendente, los lodos se deshidratan hasta obtener una consistencia adecuada para su posterior tratamiento en las siguientes zonas de filtración. Durante la fase de prensado, las bandas filtrantes con la torta situada entre ellas, son guiadas a través de unos tornillos de prensado que simultáneamente producen un efecto cortante, consiguiéndose el desaguado de la torta hasta su mayor contenido en materia seca. La presión ejercida entre las bandas depende del tensado de las mismas que se fija en la puesta en marcha. Una vez que la torta de lodos ha pasado la zona desaguado, es descargada de la banda filtrante por medio de espátulas. La PTAR “Arroyo Los Arellano” está equipada con un dispositivo de desaguado de lodos (filtro banda), para ambos trenes de tratamiento.
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Infraestructura adicional Además de la infraestructura antes mencionada, la PTAR “Arroyo Los Arellano”, cuenta con instalaciones como: caseta de sopladores, caseta de cloración, subestación eléctrica, planta de emergencia, centro de control de motores, oficina y caseta de vigilancia.
Condiciones Climáticas a Considerar. 25
20
) 15 C ° ( a r u t a r e p m e T 10
5
0 ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
Figura 2. Temperatuar media de la ciudad de Aguascalientes, AGS. 140
120
100
) m m ( n o i c a t i p i c e r P
80
60
40
20
0 ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SEP
OCT
NOV
DIC
Figura 3. Precipitacion anual de la ciudad de Aguascalientes, AGS.
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Arreglo de Unidades PTAR:
Diagrama de flujo de proceso
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Observaciones de campo clasificadas por área o zona. Pre Tratamiento: •
•
•
•
•
Sistema Totalmente manual y con alta demanda de atención para limpieza de rejillas y desarenado. Está ubicado a más de 150 m del terreno de la PTAR, por lo que obliga a los operadores a dejar sola la planta para dar atención al cárcamo, al ser un solo operador, pues la planta se queda sola por un periodo de tiempo considerable. Sistema con problemas de inundación de pasillos, por lo que se debe trabajar en mecanizado y operación con mayor caudal.
Canaleta Parshall con fallo en sensor, se recomienda reemplazar.
Microcribas con alto grado de oxidación y daños severos en tolvas, se recomienda servicio mayor y reemplazo de tolvas por sistemas en Acero Inoxidable o con acero al carbón con mejor recubrimiento.
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CARCAMO DE BOMBEO. Posterior del cribado grueso y desarenado, hay un cárcamo de bombeo equipado con tres bombas. Cada equipo tiene una capacidad nominal para 150 LPS. •
•
Se reportan fallas constantes en los equipos de bombeo, se recomienda proporcionarles servicio mayor y solicitud de garantía directa con el fabricante. No existe polipasto para extracción de los equipos.
Tanque de homogenización. •
•
Tanque de Homogeneización totalmente innecesario, pues no existen cargas industriales, actúa como selector anóxico, pero puede operar mejor como Reactor Anóxico, agregándole mezclado mecánico y recirculación interna. Se puede utilizar una sección como selector anaerobio para reducir el fósforo en el efluente.
REACTORES BIOLOGICOS (TRATAMIENTO SECUNDARIO) •
Vista general del reactor biológico, se puede apreciar distribución no uniforme de la aireación, esto a causa de haber ubicado difusores de burbuja fina mezclados con burbuja gruesa, se recomienda utilizar solo burbuja fina.
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•
•
Sistema divisorio de tanque de homogeneización (derecha) y reactor biológico, se aprecia bordo libre muy limitado.
Sección de reactor aerobio, con espacios declarados como anóxicos, aun y cuando no hay alimentación de carbono.
CLARIFICADOR •
Vista de Clarificador en proceso de construcción.
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•
•
•
•
•
•
Vista de clarificador vacio, se aprecia falta de canaletas de recolección. Falta de sistema de distribución adecuado, pues los tubos son mus esbeltos y provocan alta velocidad de descarga.
Vista de Sedimentador son exceso de natas Retorno de lodos con bomba externa Falta de canaletas de recolección.
Falta de colocación adecuada de sistema lamellar, con el cual si se cuenta.
DESINFECCIÓN La desinfección se hace con el objeto de eliminar las bacterias patógenas o virus que puedan permanecer en el agua tratada. De esta manera el agua tratada puede ser reutilizada o descargada sin peligros para la salud o para el medio ambiente.
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Se aprecia que la desinfección no tiene inconveniente, salvo por la condición de alta turbidez por el mal funcionamiento de los clarificadores.
Esta condición se puede corregir fácilmente con el diseño adecuado de los clarificadores.
DESAGUADO DE LODOS •
Espesado fuera de especificación, se recomienda utilizar un espesador mecánico, previo al filtro banda.
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Filtro prensa de Banda, sin uso, pues no se tratan lodos.
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a. Anexo Fotográfico de la Visita
Vista general Reactores Biológicos de la Planta
Vista de Pretratamiento.
Cabezal del cárcamo de bombeo
Reactor Biologico de fin a inicio
Clarificador Vacio Tren A
Clarificador Operando Tren B
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Tanque de contacto con cloro
Sopladores
Tableros de control
Sub estacion
Tableros de control
Sistema Remolque para Lodos
Filtro Banda para secado de Lodos
Pre tratamiento con Cribado Fino
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Espesador de Lodos Gravimétrico
Vialidades
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V.
Revisión del diseño de proceso para el tratamiento.
Aún y cuando, el sistema de tratamiento presente un comportamiento aceptable, es fundamental conocer de su capacidad y holguras de proceso, que ayude al sistema a soportar variaciones en el caudal o características en los componentes del agua residual afluente. El sistema de tratamiento fue diseñado para operar con 300 LPS de agua residual con las siguientes características:
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1.
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