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Ciclo #$%&-I
PROCESOS
TP 223V
TEMA de
INDUSTRIALES
CITRAR - UNI
INFORME
1. Antecedent Antecedentes es del Centro de Investig Investigación ación en Trata Tratamien miento to de Aguas Aguas Residuales Residuales y Residuos Peligrosos. El Centro de Investigación en Tratamiento de Aguas Residuales y Residuos Peligrosos. CITRAR-UNI se inicia en el año 2!! lo "ue #asta entonces era la Planta Piloto de Tratamiento de Aguas residuales de la Universidad Nacional de Ingenier$a %UNITRAR&' "ue entro en (uncionamiento en enero de !))*. CITRAR-UNI tiene el +ro+ósito de +ro+iciar la investigación cient$(ica' con tendencia a ,uscar alternativas tcnicas de solu soluci ción ón de ,ao ,ao cost costo o a la +ro,l +ro,lem em/t /tic ica a del del trat tratam amie ient nto' o' dis+ dis+os osic ició ión n y re0so re0so inadecuado de las aguas residua duales y residuos +eligr igrosos en el Per0. CITRA CITRAR-U R-UNI NI com,ina com,ina dentro dentro de su Planta Planta'' +roces +rocesos os de tratam tratamien iento to anaero, anaero,io' io' con(ormado +or el Reactor Anaero,io de 1luo Ascendente - RA1A U3A4 %U+(lo5 anaero,ic 3ludge 4ed&6 y +rocesos de tratamiento (acultativo %aero,io y anaero,io&' con(ormado +or 2 7agunas de Esta,ili8ación (acultativas. 9enerando un e(luente a+to +ara ser utili8ado en Acuicultura y en el Riego de :reas verdes en cual"uier +oca del año.
2. Planta Planta de Tratami Tratamiento ento de Efluen Efluentes-C tes-CITRA ITRAR R i'
Diagrama de lujo'
Captacion
Camara de rejas
Ing. Petra Rondinel Pineda
Desarenad or
Disipador de energia
Reactor anaerobio de manto de lodos de fujo ascendent e - UASB
Laguna de estabilizaci on
Uso de agua reidual tratada
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ii.
Ciclo #$%&-I
Unidades de Pre-Tratamiento. Caracteri8ación
Captación Estas redes de alcantarillado son de 3E;APA7' +roveniente de los asentamientos #umanos El :ngel y 7a
mm %rea gruesa de *? de inclinación con la vertical& y otra de !> mm %rea (ina de @? de inclinación con la vertical& de se+aración entre ,arras. En estas unidades se retienen los materiales solidos grandes "ue son arrastrados usualmente +or las aguas residuales %,olsas' +l/stico' restos de vegetación' animales muertos' etc.&. Estos desec#os "ue a+ro=imadamente se +roducen de a > 7' se dis+onen (inalmente en un relleno sanitario de o+eración manual u,icado dentro del /rea de la +lanta. Permite #esarenador remover las arenas "ue usualmente arrastran las aguas residuales. Este desarenador es de (luo #ori8ontal y de sección rectangular. 3e dis+one de dos unidades de (uncionamiento alterno del agua. 7a velocidad de +aso +or esta estructura se controla mediante la instalación de un vertedero 3utro a la salida de la unidad. 7a velocidad "ue se tiene en citrar es de .!@ ms' lo cual est/ en el rango ace+ta,le ya "ue la velocidad m/=ima de,e de ser de .* ms +ara evitar el arrastre de la arena. iii. UA34 %U+(lo5 Anaero,ic 3ludge 4lanBet& I. Princi+io de +eración %1asesReacciones Du$micas& El reactor consta de un sistema de distri,ución de agua residual u,icado en el (ondo del reactor' en la +arte su+erior del e"ui+o e=iste un sistema de ca+tación del ,iog/s (ormado +or el +roceso anaeró,ico del reactor. Este dis+ositivo sirve a la ve8 de sedimentador de los sólidos sus+endidos en el Ing. Petra Rondinel Pineda
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lodo' de,ido a "ue +osee (orma de cam+ana' y al ascender el l$"uido +ermite la decantación de los sólidos sus+endidos en el mismo. El agua residual se introduce en la ,ase del reactor y atraviesa el lec#o de lodos6 durante el trayecto' la materia org/nica contaminante +resente en el agua residual' entra en contacto con los microorganismos' aglomerados en granos %(loculos&' llev/ndose a ca,o su degradación. 7a (orma granular y alta densidad del lodo evita "ue los microorganismos sean evacuados +or el (luo ascendente del agua. 7a caracter$stica (undamental del lodo (ormado en el reactor es "ue no necesita de un so+orte de donde ad#erirse de,ido a sus +ro+iedades de sedimenta,ilidad %7oyola Ro,les' !))&' lo "ue constituye una gran ventaa' de,ido a ganancias en volumen e(ectivo +ara el tratamiento' menor necesidad de mantenimiento' entre otras ventaas. ;e+endiendo de las condiciones' se (orman en este lodo (loculos y gr/nulos ,acterianos densos con e=celentes +ro+iedades de sedimentación "ue no son susce+ti,les de ser lavados (uera del reactor +or el (luo ascendente del li"uido dentro de un am+lio rango de velocidades ascensionales a+licadas' siendo el l$mite de velocidad ascensional recomendado +or diversos autores de ! m#. Entre las teor$as "ue e=+lican la (ormación de estos gr/nulos' la m/s ace+tada +ro+one "ue los mismos constituyen una estrategia +ara vencer la (uer8a ascensional del l$"uido. Tam,in +uede ser e=+licada esta estrategia como una (orma de mantenerse donde la concentración de alimento %materia org/nica& es mayor. El agua de+urada es (inalmente desaloada +or la +arte su+erior del tan"ue. 1ases o 8onas Fona de digestión En esta 8ona se lleva a ca,o el contacto entre las aguas residuales y el lodo anaero,io' atravesando el manto de lodos en donde los microorganismos anaero,ios esta,ili8an la materia org/nica llev/ndose a ca,o las reacciones t$+icas del medio anaero,io. ;adas estas condiciones se logra reducir la ;D del e(luente' se remueve +arte de los sólidos sus+endidos y se generan ,iog/s como su,+roducto. Fona de transición En esta 8ona se lleva a ca,o la se+aración entre el agua tratada' el gas +roducido' y el lodo anaero,io. 7a se+aración entre la (ase gaseosa y la (ase l$"uida se lleva a ca,o gracias a la +resencia de de(lectores "ue son estructuras de concreto "ue dirigen el gas +roducido a la c/mara de recolección de gases. 7os lodos anaero,ios se mantienen en el (ondo de la unidad. Fona de sedimentación El agua tratada se recolecta en la +arte su+erior de los sedimentadores +or medio de dos canaletas laterales y dos canaletas Ing. Petra Rondinel Pineda
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laterales de sección rectangular. Cada canaleta cuenta con vertederos colocados a toda su longitud. El desagGe de dic#as canaletas desem,oca en un re+artidor de caudal con tres vertederos triangulares' dividiendo el caudal en tres +artes iguales. ;e este re+artidor salen tres tu,er$as "ue alimentan +osteriormente a la laguna secundaria.
Reacciones Duimicas !. Hidrólisis de com+uestos com+leos' materiales +articulados org/nicos %+rote$nas car,o#idratos' y l$+idos& Al no +oder ser utili8ada la materia org/nica +olimrica +or los microorganismos' a menos "ue se #idrolicen y +uedan atravesar la +ared de la mem,rana celular' la #idrólisis es el +rimer +aso necesario +ara la degradación anaeró,ica de sustratos org/nicos com+leos. Esta eta+a +uede ser limitante en la velocidad glo,al del +roceso. El +roceso ocurre en el e=terior de las ,acterias de,ido a la acción de catali8adores ,iológicos llamados e=oen8imas' +roducidas +or las ,acterias acidognicas o (ermentativas. En esta (ase' se +roduce la degradación "u$mica de los #idratos de car,ono' las +rote$nas y los l$+idos +resentes en la materia org/nica sus+endida y coloidal. Este +roceso de+ende de una serie de (actores' entre los "ue se encuentran la tem+eratura' el TRH' com+osición' +H' entre otros.
2. 1ermentación de amino/cidos y a80cares los com+uestos #idroli8ados de menor +eso molecular' atraviesan las +aredes de las ,acterias acidogenicas o (ermentativas y son descom+uestas internamente mediante +rocesos meta,ólicos.
@. =idación anaeró,ica de /cidos grasos de cadena larga y alco#ol.
. =idación anaeró,ica de +roductos intermediarios como /cidos grasos de cadena corta %e=ce+to acetato&. 3i la concentración de #idrógeno es menor "ue !- el +roducto (inal ser/ /cido actico' de lo contrario' se o,tienen los otros /cidos grasos. Adem/s de los /cidos grasos' la acidognesis +roduce #idrógeno como su,+roducto y su concentración se convierte en un elemento regulador del meta,olismo del +roceso' de,ido a "ue el /cido actico y el #idrógeno constituyen las v$as de (ormación del metano. Ing. Petra Rondinel Pineda
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>. Producción de acetato a +artir de dió=ido de car,ono e #idrógeno %Homoacetognesis& luego los +roductos de la (ermentación' son convertidos en acetato +or las ,acterias acetognicas.
*. Conversión de acetato a metano %metanognesis acetoclastica&.
. Producción de metano +or reducción de dió=ido de car,ono e #idrógeno.
II'
Consideraciones de Dise(o'
RA)LA*UASB Reactor Anaerobio de )anto de Lodos de lujo Ascendente Con+ormado por, -ona de digesti.n' -ona de sedimentaci.n' -ona de concentraci.n de biogas' Subproductos, -/fuente tratado' -Biogas' -Lodos' "ar0metros remo1idos, -DB2' -D32' S.lidos suspendidos totales -Dimensiones, -"ro+undidad 4m -Largo %%'5$m -Anc6o 7'5$m III'
"ar0metros de 2peraci.n
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TE$PERAT%RA 7os niveles de reacción "u$mica y ,iológica se (avorecen con el aumento de la tem+eratura. 7as altas tem+eraturas' +or encima de J C' generan una degradación de las en8imas y esto es cr$tico +ara el (uncionamiento celular 7os microorganismos tienen un nivel ó+timo de crecimiento y meta,olismo dentro de un rango de tem+eratura ,ien de(inido. Adem/s la tem+eratura tiene un e(ecto +ro(undo en el $ndice de trans(erencia' in(luye en la relación +H - alcalinidad y solu,ilidad del gas' y sedimenta,ilidad de sólidos. 7a e(icacia del +roceso decrece +or de,ao de !>J C ya "ue la de+uración se de,e (undamentalmente a la sedimentación' mientras "ue +or encima de !> JC la ,iodegradación se incrementa. 7a e(iciencia del +roceso anaeró,ico es altamente de+endiente de la tem+eratura del reactor. 7os cam,ios de tem+eratura en el intervalo mesó(ilo +ueden tolerarse normalmente' +ero cuando la tem+eratura desciende la carga tam,in de,e disminuirse de acuerdo con el descenso de la actividad es+erada Rangos de tem+eratura +ara la digestión anaeró,ica a. ;e ! a 2> J C %+sicro(ilico& A ,aas tem+eraturas seguir/ #a,iendo dentro del l$"uido cloacal' un +orcentae de materia org/nica sin degradar y de+ender/ del tiem+o de residencia #idr/ulica %TRH& de la +lanta' de,ido a "ue la #idrólisis de sólidos vol/tiles es lenta. ,. ;e 2 a > J C %mesó(ilo&' donde se encuentra el rango ó+timo de tratamiento entre @ y J C y +ara tem+eraturas menores a este rango las velocidades de reacción "u$mica anaeró,ica decrece a ra8ón de ! K +or cada grado de la tem+eratura. c. Por encima de >J C' es +ro,a,le "ue +rodu8ca la desnaturali8ación de las en8imas. 3eg0n la tem+eratura media de cada lugar donde se va a instalar el sistema de tratamiento de e(luentes cloacales se reali8a el diseño del reactor +ara cada tem+eratura media de cada sector' ya "ue en salta se tienen diversos microclimas. Al ser salta una ciudad con clima su, tro+ical y una tem+eratura media anual de a+ro=imadamente !*JC este sistema de tratamiento es el m/s adecuado se regula el tiem+o de residencia +ara +oder tra,aar en los diversos climas.
P& El valor y la esta,ilidad del +H en un rector anaeró,ico con e=tremadamente im+ortantes +or"ue el +roceso de metanognesis solamente +rocede a velocidades elevadas cuando el +H se mantiene en un rango neutro %*.@ a .L&. Tiene un e(ecto so,re la actividad en8im/tica ,acteriana. Unas de las caracter$sticas del +roceso' es "ue los /cidos grasos vol/tiles %A9M& y el acetato tienden a disminuir el +H. 3i no se +roduce r/+idamente el +roceso de conversión de los A9M a medida "ue los +roducen las Ing. Petra Rondinel Pineda
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,acterias acetognicas estos se acumulan y disminuyen el +H en el digestor.
'E#I$E(TACI)( #E PART*C%+A' 7as aguas residuales contienen generalmente adem/s de sustancias solu,les' cantidades signi(icativas de materia coloidal y +articulado. 7as caracter$sticas ($sicas de los agregados del lodo %gr/nulo& tales como tamaño' densidad' +orosidad' como as$ tam,in la velocidad de sedimentación' tiene una gran im+ortancia en la e(iciencia de los mecanismos de se+aración %sólidoli"uido&. (%TRIE(TE' Adem/s de car,ono org/nico' los organismos re"uieren de nitrógeno y (ós(oro y otros (actores de crecimiento "ue tienen e(ectos com+leos. 7os niveles de nutrientes de,en estar +or encima de la concentración ó+tima +ara las metano,acterias' ya "ue ellas se in#i,en severamente +or (alta de nutrientes. T,ICI#A# Por encima de una cierta concentración cual"uier com+onente +uede ser in#i,itorio +ara los organismos a0n los sustratos. A+CA+I(I#A# Cuanti(ica la ca+acidad del agua residual de neutrali8ar /cidos. 3e mide en mg de CaC@7. 3e #a demostrado "ue cuando la relación entre A9M y la alcalinidad su+era '@ ' es indicador de (allo inminente en el sistema de digestión anaeró,ica. TIE$P, #E RETE(CI)( e=isten dos +ar/metros +ara identi(icar el tiem+o de retención de las sustancias en el digestor •
•
I8'
Tiem+o de retención de los sólidos ,iológicos %TR3& cantidad de lodo "ue +uede ser retenido en el reactor y la +roducción diaria de lodo en e=ceso. Tiem+o de retención #idr/ulico %TRH& Es el tiem+o "ue le +ermite a los organismos estar en contacto con los com+uestos a #idroli8ar y metani8ar. "oza de Secado de Lodos'
;ado "ue +eriódicamente el agua "ue reci,e el RA<71A UA34 viene a0n con +art$culas +e"ueñas de desec#os' cada cierto tiem+o se necesita retirar el lodo en e=ceso %+roducto de estos residuos&. Para ello' la +lanta dis+one de un O7ec#o de secado' el cual es una es+ecia de +iscina de 2.> metros de largo y !!.> metros de largo' y "ue est/ con(ormado +or arena y grava. i1' Lagunas de 29idaci.n' II' Consideraciones de Dise(o'
7a salida de (luo de agua del reactor UA34' se da +or tu,er$as su,terr/neas #acia las lagunas. E=isten @ lagunas' la +rinci+al o (acultativa tiene dimensiones de >!m de anc#o' !m de largo con !.>m de +ro(undidad6 y 2 lagunas au=iliares de > = > m y !.>m de +ro(undidad. Ing. Petra Rondinel Pineda
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3u (unción +rinci+al es el remover +atógenos' y a la ve8 los restos de materia org/nica. 3e cum+le el +rinci+io de sedimentación' y el tiem+o de retención es de ! d$as.3e logra un e"uili,rio ,iológico en las lagunas. III' "ar0metros de 2peraci.n
Se utilizan especies acu0ticas como indicadores de reutilizaci.n de las aguas: ; el culti1o de algunas plantas' Su +unci.n es totalmente in1ersa al del proceso anaerobio' No solo por sus caracterue 1i1en dentro de dic6o ecosistema' /n primer lugar: presenta algas en su interior: lo cual genera el color 1erde >ue se puede obser1ar desde lo lejos' Asimismo gracias a la presencia de estas plantas: se produce la +otosue durante la noc6e consumen el o9
. Ane/o. a. Helmintos. 7os #elmintos son gusanos +ar/sitos y +or tanto viven dentro o (uera de sus #os+ederos' aliment/ndose de sus nutrientes' algunos tienen uno o m/s #us+edes. 3on animales inverte,rados de cuer+o alargado con simetr$a ,ilateral y órganos de(inidos' sin e=tremidades' con re+roducción ase=uada y en unos casos se=uados' con un tamaño varia,le "ue oscila entre dcimas de mil$metro a varios metros6 evolutivamente se sit0an en los niveles in(eriores del reino animal. 3e re+roducen se=ualmente (ormando #uevos (rtiles' "ue dan lugar a larvas de diversa mor(olog$a y tamaño varia,le' algunas de las cuales +ueden +resentar varios estadios muy di(erenciados entre s$ en uno o diversos #us+edes intermediarios #asta trans(ormarse en adultos. Re+resentan un com+onente clave en la diversidad ,iológica del +laneta' ya "ue adem/s de estructurar y vincular tramas tró(icas en los ecosistemas con la in(ormación com+lementaria de sus ciclos de vida y la ,iolog$a de los +ar/sitos' +ueden ser utili8ados como ,io-indicadores de la salud am,iental en sitios determinados' ya "ue son +oco (recuentes en 8onas desarrolladas y (recuentes en las 8onas agrarias de los +a$ses su,desarrollados' +rinci+almente de,ido a la (alta de #igiene. 7a locali8ación de los +ar/sitos en su eta+a adulta en su #us+ed #umano Ing. Petra Rondinel Pineda
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+uede ser a la lu8 del tu,o digestivo' o en los órganos +ro(undos' invadidos ya sea +or las (ormas adultas o larvarias. ,. Mertedero 3utro. El vertedor sutro o vertedor +ro+orcional tiene la ca+acidad de dear +asar un caudal directamente +ro+orcional a la carga. Em+leado como dis+ositivo regulador del tirante en desarenadores' estos tendr$an una sección transversal rectangular +ro+orcionando una velocidad constante. Estos vertedores tienen a+licación en +lantas de tratamiento +or"ue no acumulan sólidos sedimenta,les' adem/s tienen menores +rdidas de carga "ue los vertedores +lanos +ara el mismo caudal. c' 8entajas ; Des1entajas de UASB'
0enta"as 4aa inversión 4aos costos de o+eración y mantenimiento. Ada+ta,le a altas y ,aas cargas org/nicas.
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•
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#esventa"as •
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E(icacias de remoción de contaminantes m/s ,aas "ue los +rocesos aero,ios. Re"uerimiento de inóculo granular +ara un arran"ue ó+timo' esto se reali8a una sola ve8.
d. 1iltros Percoladores.-Princi+io de +eración. Tam,in llamados ,io(iltros' es "ui8/ el ti+o de reactor m/s usado en nuestro medio. A +esar de su nom,re %(iltro +ercolador& esta unidad no reali8a un +roceso de (iltración +ro+iamente dic#o' sino "ue se trata de una torre de contacto en la "ue el agua residual escurre' desde arri,a' +or un lec#o (io en el "ue la ,iomasa se encuentra ad#erida.
Ing. Petra Rondinel Pineda
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Ciclo #$%&-I
Este lec#o (io se com+one de +iedras o' m/s recientemente' de +ie8as +l/sticas u otro material' so,re las cuales se reali8a una as+ersión de las aguas residuales' mediante un ,ra8o rotatorio con ori(icios o ,o"uillas' el cual es movido +or un motor o +or la misma acción din/mica del agua al gol+ear con la su+er(icie del lec#o. Con el tiem+o' se (orma una ,io+el$cula %biofilm&' llamada tam,in 8ooglea' so,re este material de so+orte6 esta ,io+el$cula o lama ,iológica de microorganismos se encargar/ de tomar como alimento %ad#erir y descom+oner&' la materia org/nica ,iodegrada,le +resente en las aguas del a(luente. Esta ,iomasa ad#erida se encuentra (ormada' +rinci+almente' +or +rotistas ,acterias %aero,ias y (acultativas' +rinci+almente&' #ongos %"ue +redominar/n si se tra,aa con +H ,aos& y +roto8oos. Tam,in se +resentan larvas de insectos y caracoles. En la su+er(icie del (iltro' +or e(ecto de la lu8 solar' suelen crecer comunidades de algas "ue +odr$an llegar a o,struir +arcialmente el (iltro. En la medida en "ue avan8a la o+eración del (iltro' la ,io+el$cula aumenta gradualmente su es+esor so,re la su+er(icie de las rocas o +ie8as +l/sticas. Esto causa "ue la materia org/nica "ue se a,sor,e' sea em+leada +or los microorganismos de la +arte m/s su+er(icial Qca+a e=terna' deando a los de la +arte interna con menos alimento y o=$geno. En consecuencia' esta Qca+a interna entra en (ase de crecimiento endógeno +rovocando +rdida de ad#erencia al medio de so+orte' #asta "ue termina +or des+renderse. Todo lo anterior +rovoca un ciclo de autolim+ie8a en el (iltro +ercolador "ue evitar/ su colmatación +or engrosamiento de la ,iomasa ad#erida. g' @etlands-"rincipio de 2peraci.n'
@etlands o 6umedales articiales, un #umedal es una 8ona de la su+er(icie terrestre "ue est/ tem+oral o +ermanentemente inundada' regulada +or (actores clim/ticos y en constante interrelación con los seres vivos "ue la #a,itan. 3e consideran #umedales' Slas e=tensiones de marismas' +antanos y tur,eras' o su+er(icies cu,iertas de aguas' sean stas de rgimen natural o arti(icial' +ermanentes o tem+orales' estancadas o corrientes' dulces' salo,res o saladas' incluidas las e=tensiones de agua marina cuya +ro(undidad en marea ,aa no e=ceda de seis metrosS. En los #umedales crecen y se desarrollan di(erentes ti+os de vegetales' animales y microorganismos ada+tados a estas condiciones de inundaciones tem+orales yo +ermanentes. En este ti+o de ecosistema se desarrollan tam,in determinados +rocesos ($sicos y "u$micos ca+aces de de+urar el agua ya "ue eliminan grandes cantidades de materia org/nica' sólidos en sus+ensión' nitrógeno' (ós(oro e incluso +roductos tó=icos. Ing. Petra Rondinel Pineda
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4/sicamente' los #umedales arti(iciales son 8onas construidas +or el #om,re en las "ue se re+roducen' de manera controlada' los +rocesos ($sicos' "u$micos y ,iológicos de eliminación de contaminantes "ue ocurren normalmente en los #umedales naturales.
Ing. Petra Rondinel Pineda
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. I+I,3RA4IA
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Ing. Petra Rondinel Pineda
