UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULT ACULTAD DE INGENIERIA INGENIE RIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA
TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES RESIDUALE S
BRYAN SOTOMOLLO PUCLLA
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INTRODUCION
La calidad del agua para el consumo humano es una de las mayores preocupaciones. El crecimiento de la población mundial ha aumentado la demanda del preciado líquido, de ahí, la preocupación por conservar este recurso en los mejores niveles, tanto físicos como químicos, para que sea apta para el consumo. Las tecnologías adoptadas para el tratamiento de las aguas residuales persiguen los siguientes objetivos: los directamente relacionados con la salud humana y el bienestar de la comunidad, los relativos a lograr la sostenibilidad ambiental y la estética y los que persiguen el reciclamiento o reutiliación del agua tratada. !obre la base del término "desarrollo sostenible" que es aquel desarrollo entendido que no degrada el medio ambiente, este tratamiento puede clasificarse de acuerdo con la complejidad de la tecnología seleccionada, el grado de purificación deseado, el tipo de contaminante o contaminantes a remover o de acuerdo a los métodos b#sicos utiliados por diversas tecnologías para el tratamiento de las aguas residuales. El tratamiento de aguas residuales va de la mano con la potabiliación del agua, ya que al ser sometida a procesos de limpiea especialiados, la convierte en reutiliable y es devuelta a las fuentes hídricas, y estas a su ve, a las plantas de potabiliación.
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OBJETIVO GENERAL
$onocer los diferentes procesos a los que es sometida el agua residual para su adaptación mejorando o acondicion#ndola al medio al que va ser dispuesta y los métodos de potabiliación del agua a fin que sea apta para el consumo humano.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
%naliar los procesos de obtención y tratamiento de aguas residuales. &dentificar los diferentes procesos y métodos para la obtención del agua potable.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
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!e ha dicho que las aguas que quedan como residuo de la actividad humana son de origen doméstico y de naturalea industrial. !in duda que el mayor volumen de aguas servidas corresponden a aquellas que son propias de la vida del ser humano como la limpiea, preparación de alimentos y necesidades fisiológicas. !e calcula que cada persona consume '(( litros diarios para satisfacer estas necesidades. El empleo del agua potable en los hogares genera agua servida que contiene los residuos propios de la actividad humana. )arte de estos residuos son materia que consume o demanda o*ígeno por o*idación de ésta, como la materia fecal, restos de alimentos, aceites y grasas+ otra parte son detergentes, sales, sedimentos, material org#nico no biodegradable y también microorganismos patógenos. La materia org#nica biodegradable y algunas sales inorg#nicas son nutrientes para los microorganismos. Estas aguas servidas se denominan también aguas negras o municipales y, como es sabido, se vierten en los sistemas de alcantarillado que las conducen a los cuerpos de agua, como mar, lagos y ríos, produciendo por lo tanto la contaminación de estas aguas naturales. )ara caracteriar estos residuos, se utilia una serie de par#metros analíticos que determinan su calidad física, química y biológica. Estos par#metros son la turbide, los sólidos suspendidos, el total de sólidos disueltos, la acide y el o*ígeno disuelto. La demanda bioquímica de o*ígeno que requieren los microorganismos para vivir, junto con la presencia de materia org#nica que les sirve de nutrientes, se emplea como medida de la cantidad de residuos que e*isten en el agua con car#cter de nutrientes. El proceso usual del tratamiento de aguas residuales domésticas puede dividirse en tres etapas: -, tratamiento
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primario o físico+ '-, tratamiento secundario o biológico y -, tratamiento terciario que normalmente implica una cloración. El tratamiento primario consiste en la remoción de sólidos insolubles como arena y materiales como grasas y espuma. El primer paso de la etapa inicial es la sedimentación y filtración de sólidos a través de rejillas. La sedimentación separa tanto los sólidos de cantables como aquellos que flotan. /urante esta decantación primaria e*iste la tendencia a que las partículas floculables formen agregados, hecho que puede ayudarse con la adición de compuestos químicos. El material que flota consiste en aceites, ceras, #cidos grasos y jabones insolubles que se conoce genéricamente como grasa. El tratamiento secundario se aplica para descomponer por microorganismos y luego flocular la materia org#nica presente, la cual al degradarse flocula. $omo este mismo proceso biológico ocurre naturalmente, la aplicación de éste en aguas servidas, ejecutado en forma regulada, previene la contaminación de los cuerpos de agua cuando en ellos se descargan estas aguas. )or lo tanto, el tratamiento biológico emplea, con diversas técnicas, la materia org#nica biodegradable de las aguas residuales domésticas, como nutrientes de una población bacteriana a la cual se le proporciona o*ígeno y condiciones controladas para que creca en un lugar en el cual este crecimiento no tenga influencia en el medio ambiente. El tratamiento biológico es por tanto una o*idación de la materia org#nica biodegradable con participación de bacterias que se ejecuta para acelerar un proceso natural y evitar posteriormente la presencia de contaminantes y la ausencia de o*ígeno en los cuerpos de agua. Los principales métodos de tratamiento de las aguas residuales urbanas tienen tres fases: el tratamiento primario, que incluye la eliminación de arenillas, la filtración, el molido, la floculación 0agregación de los sólidos1 y la sedimentación+ el tratamiento secundario, que implica la o*idación de la materia org#nica disuelta por medio de lodo biológicamente activo, que seguidamente es filtrado+ y el tratamiento terciario, en el que se emplean métodos biológicos avanados para la eliminación del nitrógeno, y métodos físicos y químicos, tales como la filtración granular y la adsorción por carbono activado. La manipulación y eliminación de los residuos sólidos representa entre un '2 y un 2(3 del capital y los costes operativos de una planta depuradora Tratamiento primario
Las aguas residuales que entran en una depuradora contienen materiales que podrían atascar o da4ar las bombas y la maquinaria. Estos materiales se eliminan
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por medio de enrejados o barras verticales, y se queman o se entierran tras ser recogidos manual o mec#nicamente. El agua residual pasa a continuación a través de una trituradora, donde las hojas y otros materiales org#nicos son triturados para facilitar su posterior procesamiento y eliminación. 1 C!mara "e arena
En el pasado, se usaban tanques de deposición, largos y estrechos, en forma de canales, para eliminar materia inorg#nica o mineral como arena, sedimentos y grava. Estas c#maras estaban dise4adas de modo que permitieran que las partículas inorg#nicas de (,' mm o m#s se depositaran en el fondo, mientras que las partículas m#s peque4as y la mayoría de los sólidos org#nicos que permanecen en suspensión continuaban su recorrido. 5oy en día las m#s usadas son las c#maras aireadas de flujo en espiral con fondo en tolva, o clarificadores, provistos de braos mec#nicos encargados de raspar. !e elimina el residuo mineral y se vierte en vertederos sanitarios. La acumulación de estos residuos puede ir de los (,(6 a los (,' m por cada ,6 millones de litros de aguas residuales. # Se"imenta$i%n
7na ve eliminada la fracción mineral sólida, el agua pasa a un depósito de sedimentación donde se depositan los materiales org#nicos, que son retirados para su eliminación. El proceso de sedimentación puede reducir de un '( a un 8(3 la /92 y de un 8( a un ;(3 los sólidos en suspensión. La tasa de sedimentación se incrementa en algunas plantas de tratamiento industrial incorporando procesos llamados coagulación y floculación químicas al tanque de sedimentación. La coagulación es un proceso que consiste en a4adir productos químicos como el sulfato de aluminio, el cloruro férrico o poli electrolitos a las aguas residuales+ esto altera las características superficiales de los sólidos en suspensión de modo que se adhieren los unos a los otros y precipitan. La floculación provoca la aglutinación de los sólidos en suspensión. %mbos procesos eliminan m#s del 6(3 de los sólidos en suspensión. & F'ota$i%n
7na alternativa a la sedimentación, utiliada en el tratamiento de algunas aguas residuales, es la flotación, en la que se fuera la entrada de aire en las mismas, a presiones de entre ,<2 y ,2 =g por cm'. El agua residual, supe saturada de aire, se descarga a continuación en un depósito abierto. En él, la ascensión de las
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burbujas de aire hace que los sólidos en suspensión suban a la superficie, de donde son retirados. La flotación puede eliminar m#s de un <23 de los sólidos en suspensión. ( Di)e*ti%n
La digestión es un proceso microbiológico que convierte el lodo, org#nicamente complejo, en metano, dió*ido de carbono y un material inofensivo similar al humus. Las reacciones se producen en un tanque cerrado o digestor, y son anaerobias, esto es, se producen en ausencia de o*ígeno. La conversión se produce mediante una serie de reacciones. En primer lugar, la materia sólida se hace soluble por la acción de enimas. La sustancia resultante fermenta por la acción de un grupo de bacterias productoras de #cidos, que la reducen a #cidos org#nicos sencillos, como el #cido acético. Entonces los #cidos org#nicos son convertidos en metano y dió*ido de carbono por bacterias. !e a4ade lodo espesado y calentado al digestor tan frecuentemente como sea posible, donde permanece entre ( y ( días hasta que se descompone. La digestión reduce el contenido en materia org#nica entre un 82 y un ;( por ciento. + De*e$a$i%n
El lodo digerido se e*tiende sobre lechos de arena para que se seque al aire. La absorción por la arena y la evaporación son los principales procesos responsables de la desecación. El secado al aire requiere un clima seco y relativamente c#lido para que su eficacia sea óptima, y algunas depuradoras tienen una estructura tipo invernadero para proteger los lechos de arena. El lodo desecado se usa sobre todo como acondicionador del suelo+ en ocasiones se usa como fertiliante, debido a que contiene un '3 de nitrógeno y un 3 de fósforo.
Tratamiento *e$,n"ario
7na ve eliminados de un 8( a un ;(3 de los sólidos en suspensión y reducida de un '( a un 8(3 la /92 por medios físicos en el tratamiento primario, el tratamiento secundario reduce la cantidad de materia org#nica en el agua. )or lo general, los procesos microbianos empleados son aeróbicos, es decir, los microorganismos act>an en presencia de o*ígeno disuelto. El tratamiento secundario supone, de hecho, emplear y acelerar los procesos naturales de eliminación de los residuos. En presencia de o*ígeno, las bacterias aeróbicas convierten la materia org#nica en formas estables, como dió*ido de carbono,
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agua, nitratos y fosfatos, así como otros materiales org#nicos. La producción de materia org#nica nueva es un resultado indirecto de los procesos de tratamiento biológico, y debe eliminarse antes de descargar el agua en el cauce receptor. 5ay diversos procesos alternativos para el tratamiento secundario, incluyendo el filtro de goteo, el lodo activado y las lagunas. 1 Fi'tro "e )oteo
En este proceso, una corriente de aguas residuales se distribuye intermitentemente sobre un lecho o columna de alg>n medio poroso revestido con una película gelatinosa de microorganismos que act>an como agentes destructores. La materia org#nica de la corriente de agua residual es absorbida por la película microbiana y transformada en dió*ido de carbono y agua. El proceso de goteo, cuando va precedido de sedimentación, puede reducir cerca de un 623 la /92. # Fan)o a$ti-a"o
!e trata de un proceso aeróbico en el que partículas gelatinosas de lodo quedan suspendidas en un tanque de aireación y reciben o*ígeno. Las partículas de lodo activado, llamadas floc, est#n compuestas por millones de bacterias en crecimiento activo aglutinadas por una sustancia gelatinosa. El floc absorbe la materia org#nica y la convierte en productos aeróbicos. La reducción de la /92 fluct>a entre el ;( y el 62 por ciento. 7n importante acompa4ante en toda planta que use lodo activado o un filtro de goteo es el clarificador secundario, que elimina las bacterias del agua antes de su descarga. & E*tan.,e "e e*ta/i'i0a$i%n o 'a),na
tra forma de tratamiento biológico es el estanque de estabiliación o laguna, que requiere una e*tensión de terreno considerable y, por tanto, suelen construirse en onas rurales. Las lagunas opcionales, que funcionan en condiciones mi*tas, son las m#s comunes, con una profundidad de (,; a ,2 m y una e*tensión superior a una hect#rea. En la ona del fondo, donde se descomponen los sólidos, las condiciones son anaerobias+ la ona pró*ima a la superficie es aeróbica, permitiendo la o*idación de la materia org#nica disuelta y coloidal. )uede lograrse una reducción de la /92 de un <2 a un 62 por ciento.
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Tratamiento
a-an0a"o
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a),a*
re*i",a'e*
!i el agua que ha de recibir el vertido requiere un grado de tratamiento mayor que el que puede aportar el proceso secundario, o si el efluente va a reutiliarse, es necesario un tratamiento avanado de las aguas residuales. % menudo se usa el término tratamiento terciario como sinónimo de tratamiento avanado, pero no son e*actamente lo mismo. El tratamiento terciario, o de tercera fase, suele emplearse para eliminar el fósforo, mientras que el tratamiento avanado podría incluir pasos adicionales para mejorar la calidad del efluente eliminando los contaminantes recalcitrantes. 5ay procesos que permiten eliminar m#s de un ??3 de los sólidos en suspensión y reducir la /92 en similar medida. Los sólidos disueltos se reducen por medio de procesos como la ósmosis inversa y la electrodi#lisis. La eliminación del amoníaco, la desnitrificación y la precipitación de los fosfatos pueden reducir el contenido en nutrientes. !i se pretende la reutiliación del agua residual, la desinfección por tratamiento con oono es considerada el método m#s fiable, e*cepción hecha de la cloración e*trema. Es probable que en el futuro se generalice el uso de estos y otros métodos de tratamiento de los residuos a la vista de los esfueros que se est#n haciendo para conservar el agua mediante su reutiliación
TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE YO PURIFICACION
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/onde quiera que se realice el tratamiento, se utiliar# una diversa gama de tecnologías para purificar el agua potable. !e seleccionan las tecnologías de tratamiento y se aplican utiliando diversos factores determinantes incluidos la fuente de agua, el tipo de contaminante, y el costo. )ara el tratamiento m#s efica, se utilia una combinación de tecnologías para asegurar que el agua esté completamente descontaminada. E*isten diferentes pasos para la potabiliación o purificación del agua: CRIBADO: Es la separación de los sólidos de gran tama4o que se pueden retener en rejas de distintos espacios o mallas en serie.
El agua de los lagos, ríos o del suelo pasa a través de una pantalla al entrar en la planta de tratamiento. $uando la fuente de agua es un lago o un río, la pantalla tiene una función importante, mantener alejados a grandes contaminantes naturales como plantas, maderas, o peces. !i se utilia el agua subterr#nea, el cribado puede no ser necesario, ya que el agua ha pasado a través de las capas de la tierra en lo que es esencialmente una función de filtrado natural.
DESARENACION: Es la separación de las partículas m#s pesadas que trae el agua como arenas, arenillas y piedras. !e lleva a cabo en los tanques desairenadores. La filtración de la arena es un método usado con frecuencia, muy robusto para quitar los sólidos suspendidos del agua. El medio de filtro consiste en
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una capa m>ltiple de arena con una variedad de tama4o y gravedad específica. $uando el agua atraviesa el filtro, los sólidos suspendido en el agua precipitan en la arena donde quedan como residuo y en el agua se reduce los sólidos suspendidos, esta fluye del filtro. $uando los filtros se cargan con las partículas se invierte la dirección de filtración, para regenerarlo. Los sólidos suspendidos m#s peque4os tienen la capacidad de pasar a través de un filtro de arena, a menudo se requiere la filtración secundaria.
AIREACION: consisten favorecer el contacto del agua con el aire ambiente, con el propósito de o*igenar el agua o eliminar gases presentes en ella, que podrían llegar a afectar los siguientes procesos o que producen olores y sabores en el agua. ME2CLA RAPIDA: el coagulante agregado a todo el caudal de agua cruda debe meclarse r#pidamente para lograr la coagulación se requiere de una agitación vigorosa del agua, adem#s se debe generar turbulencia en el flujo para lograr el efecto esperado. FLOCULACION: es un proceso de agitación suave y continua del agua con coagulantes con el propósito de que se formen los @flocsA, para que puedan ser removidos f#cilmente por sedimentación. SEDIMENTACION : es la remoción de partículas que son 0flocs1 formadas en la floculación que se deposita en el fondo sedimentador por la fuera de la gravedad. FILTRACION : consiste en retener las partículas suspendidas y coloidales que no se sedimentaron haciéndolas pasar por un medio poroso. La filtración es una de las principales operaciones que se realian en toda planta de tratamiento. $onsiste en la remoción de bacterias y remoción de la turbiedad permanente.
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CLORACION: el cloro se aplica al agua filtrada microorganismos patógenos aun presentes en ellas.
para
eliminarles
los
ALMACENAMIENTO: después del proceso de cloración, el agua se abastece en los puntos de almacenamiento para ser distribuidos en los diferentes puntos de la ciudad.
CONCLUSION
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!e puede concluir que con la ayuda de nuevas tecnologías y tratamientos, se lograr# una mejor calidad de agua, ya que a través de estas, se logra un mejor resultado, lo que la hace m#s óptima para el consumo. )ero, la labor de la obtención de agua a tratar se hace m#s dispendiosa, ya que las altas cargas de contaminación lo han hecho m#s complejo para su tratamiento. Besulta muy apropiado el desarrollo de este tema para impulsar el cuidado de los afluentes, caudales de las quebradas, ca4os naturales, lagunas, ciénagas y ríos, ya que en alg>n momento de esta década, como est# proyectado, el agua ser# mucho m#s difícil tratarla y acondicionarla con calidad para el consumo humano, como resultado de las altas cargas contaminantes que se producen por la superpoblación y los vertimientos de aguas contaminadas de los hogares y de la industria en general. Cenemos un aporte importante de nuestra Cecnología para la comunidad, que es ayudar ha realiar control ambiental con calidad y sujetos a los avances de la tecnologías y herramientas de ley para mitigar ese impacto, o reducir de nuestras fuentes hídricas los niveles de contaminación, y así mismo, contribuir con los sistemas de tratamientos de agua potable y tratamientos de aguas residuales de nuestra ciudad y región.