Procesos de tratamiento. Tratamiento primario ( físico )
Eliminación de partículas gruesas y sólidos sedimentables
Tratamiento secundario ( biológico )
Eliminación de materia orgánica
Tratamiento terciario ( químico )
Eliminación de sólidos coloidales no sedimentables
Eliminación de contaminantes específicos
Procesos Biológicos
Tratamiento físico Contaminantes en el agua residual
Fuerzas o barreras físicas • • • • • • • •
Otro producto (menos contaminante)
Cribado Mezclado Sedimentación Filtración Flotación Adsorción Desorción Transferencia de gas
Tratamiento Biológico Contaminantes en el agua residual (disueltos o en forma coloidal)
Proceso biológico
Agua tratada (menos contaminante)
Lagunas de estabilización Lodos activados Filtros biológicos Tratamiento anaerobio Procesos Biológicos
Tratamiento químico Contaminantes en el agua
Reactivos químicos
• • • • •
Otro producto (menos contaminante)
Desinfección Precipitación Coagulación Oxidación Intercambio iónico Procesos Biológicos
OPERACIONES UNITARIAS
Primario
Secundario
Terciario Efluente
Pretratamiento
Sedimentación Primaria
Desinfección Efluente
Efluente Desinfección Desinfección
Sedimentación Sedimentación
Cribado Desarenación
Lagunas de estabilización Lagunas aereadas
Desinfección
Coagulación química y biológica Remoción de sólidos susp. Coagulación química filtración Remoción de metáles y org. Adsorción de carbón Precipitación química Remoción de Sólidos disueltos
Lodos activados Filtros precoladores Biodiscos
Sedimentación Secundaria
Disposición
Remoción de nitrógeno nitrificación desnitrificación Intercambiador Ionico cloración Volatización de gases Remoción de fosfatos
Procesamiento Secundario
Ósmosis inversa, electrodiálisis, desnitrificación, intercambio iónico
REÚSO
Tren de Tratamiento
PRETRATAMIENTO
CRIBADO • OPERACIÓN MEDIANTE LA CUAL SE ELIMINA EL MATERIAL VOLUMINOSO DEL AGUA RESIDUAL. • FUNCIÓN: – PROTEGER EL EQUIPO ELECTROMECÁNICO DE LAS PLANTAS – PREVENIR LA OBSTRUCCIÓN DE LAS TUBERÍAS. – MEJORAR LA CALIDAD DEL EFLUENTE (CRIBAS FINAS).
TAMAÑO DE LA ABERTURA DE LOS CRIBADORES DE GRUESOS Y FINOS TIPO DE TAMIZ
ABERTURA (mm)
OBSERVACIONES
Rejillas antes de las bombas de agua residual y del desarenador.
51 a 153
Rejillas antes de otras unidades o procesos.
19 a 51
Pueden usarse aberturas de 25 mm
Desmenuzadores
6 a 19
La abertura está en función de la capacidad hidráulica de la unidad
Tamiz fijo (estático)
2.3 a 6.4
Aberturas menores a 2.3 mm son usadas en pretratamiento y/o tratamiento primario
Tamiz ajustable
0.02 a 0.3
FUENTE: WPCF y ASCE, 1982
REJILLAS • Aplicación: – antes de estaciones de bombeo; – en la entrada de las plantas de tratamiento.
Clasificación Limpieza: manual y mecánica. Aberturas: dependen del tipo de basura presente en el flujo. Para gruesos:
75-150 (40-100) mm
Para finos: Limpieza manual
25-50 mm
Limpieza mecánica
15-75 (6-38) mm
Inclinación de las barras Limpieza manual
45-60º
Limpieza mecánica 60-90º
α
Espesor de las barras s
S: de 6 a 16 mm Forma: circular, cuadrada, rectangular, rectangular con uno o ambos extremos redondeados.
Rejillas de limpieza manual
Rejillas de limpieza mecánica
Desmenuzadores Cortan el material retenido a 6-19 mm, sin eliminarlo.
Tamices • Parte activa: – Placas perforadas – Mallas
Material: Acero inoxidable Plástico Fibra de vidrio reforzada
Aberturas: 0.02-3.00 mm
•Tipos: Estáticos o Móviles •Limpieza: Rociado o Raspado
Tamices fijos Aberturas de 0.2 a 1.2 mm ∆H de 0.8 a 1.4 m
Permiten reducir SST y DBO en un 20-35%. Permite recuperar material valioso de efluentes industriales.
Amplia aplicación en plantas sin sedimentación primaria.
Cribadores móviles •Aberturas de 0.02 a 3 mm. •Limpieza continua. •Aplicación: Tratamiento de efluentes del tratamiento secundario. Abertura
Remoción de SST
0.02 mm
57-89%
0.035mm
55-73%.
Desventaja: Alto requerimiento de energía.
Remoción de arenas
Desarenadores:
Flujo horizontal Aereados Tipo Vortex
• Protección del equipo electromecánico de la abrasión • Reducción de depósitos en tuberías • Reducción de sedimentos arenosos en reactores subsecuentes
Condiciones de diseño – Desarenador flujo horizontal Remoción de partículas con gravedad específica de 2.65 Temperatura del agua residual : 15.5°C Valor Parámetro
Unidad Intervalo Valor típico
Tiempo de retención
s
45-90
60
Velocidad horizontal
m/s
0.8-1.3
1.0
Material malla 50 (0.3 mm)
m/min
9.2-10.2
9.6
Material malla 100 (0.15 mm)
m/min
2.0 – 3.0
2.5
30-40
36
25-50
30
Velocidad de sedimentación:
Pérdidas de carga en la secc. de control como % de la profundidad del canal
%
Long. Adicional por aumento en turbulencia a la entrada y salida
%
Condiciones de diseño – Desarenador flujo horizontal tipo canal Remoción de partículas con gravedad específica de 2.65 Temperatura del agua residual : 15.5°C Opera a velocidades cercanas a 0.3 m/s Extracción de arenas mediante mecanismo de rastras o canjilones
Homogenización Variaciones del influente (Q y concentración) Reduccion de los “picos”
Flujo y carga constante
Neutralización • Regulación del pH Tratamiento biológico: 6.5 pH 8.5
TRATAMIENTO PRIMARIO
Sólidos en el agua Suspendidos SST SSF
SSV
Disueltos SDT SDF
25% inorgánicos SST
75% orgánicos
SDV
Eficiencia de los Sedimentadores • SST 50-65% (hasta 75%) • DBO5 25-30% (hasta 35%)
Recolección de lodos: mecánica
Clasificación • Según el lugar en el esquema: – Sedimentadores primarios • Se remueve la parte sedimentable de los SST • Reducen la carga de SST a los sistemas de tratamiento biológico.
– Sedimentadores secundarios • Se remueve la biomasa suspendida del efluente de los reactores biológicos
• Según su forma – Rectangulares – Circulares
Sedimentadores rectangulares
Sedimentadores rectangulares • Aplicación: • Sedimentación primaria • Sedimentación secundaria
• • • • • • • • •
L/B 3:1 o más B/H 1:1 a 2.25:1 H= de 2.4 a 3 m (primario) H= de 3 a 3.6m (secundario) B= de 2.4 a 6.0 m v= 5-10 mm/s i= 1 a 2% CHsup.= de 1 a 3 m3/m2/h TRH= 1.5 a 3,0 h.
Remoción de lodos – raspas en cadena
Remoción de lodos puentes corredizos
Recolección de materia flotante
Sedimentadores
circulares
Remoción de lodos: • Rastras • Succión
Tolva central
Sedimentadores circulares Aplicación: • primarios o secundarios • Flujo radial.
Alimentación: • Central • Periférica
Sedimentadores circulares D=de 3 a 60 m H= de 2 a 3 m (primario) H =3 a 4 m y mas (secundario) D/H= de 6 a 30 v= 5 a 7 mm/s i= 8% CHSuperf de 1 a 3 m3/m2/h TRH de 1.5 a 3.5 h.
FOSA SÉPTICA Función principal. Hidrólisis de la materia orgánica. Eliminación de sólidos sed.
TRH : 4 a 30 días
ESQUEMA DE UNA FOSA SÉPTICA
Fosa séptica de un compartimiento
Fosa séptica de dos compartimientos
Fosa séptica de dos compartimientos y un filtro de flujo ascendente.
VENTAJAS Apropiada para comunidades rurales Su limpieza no es frecuente
DESVENTAJAS TRH prolongados Su uso es limitado Efluente de baja calidad
TANQUE IMHOFF Impide que los sólidos que se han separado se mezclen nuevamente con el agua. Los sólidos se retienen y se descomponen en la misma unidad. Disminuye el período de retención hidráulica.
TANQUE IMHOFF El tanque puede ser rectangular o circular y esta dividido en tres cámaras: •
La sección superior (cámara de derrame continuo o compartimiento de sedimentación).
•
La sección inferior (cámara de digestión de lodos).
•
Respiradero y cámara de natas.
TANQUE IMHOFF
Tanque Imhoff con una cámara de sedimentación
Tanque Imhoff con doble cámara de sedimentación Vistas transversal y en planta
Tanque Imhoff y lechos de secado. Fuente: Metcalf & Eddy. 1991
TRATAMIENTO SECUNDARIO
Clasificación • Presencia o ausencia de O2: – aerobios, anaerobios y combinados.
• Estado de la biomasa: – Biomasa en suspensión • lodos activados convencionales y sus modificaciones, lagunas aeradas y de estabilización, y diferentes tipos de digestores anaerobios.
– Biomasa inmobilizada sobre soportes fijos o rotatorios • biofiltros, llamados también filtros percoladores y los contactores rotatorios o biodiscos.
PROCESOS DE TRATAMIENTO AEROBIOS
Los procesos de tratamiento aerobios son sistemas en los que se aprovecha el metabolismo de los microorganismos aerobios para degradar la materia orgánica presente en las aguas residuales. Se clasifican como procesos secundarios. Principales sistemas aerobios : PROCESOS DE SUSTRATO SUSPENDIDO Lodos activados y sus modificaciones Sistemas lagunares PROCESOS DE PELÍCULA FIJA Filtros biológicos
Biodiscos
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS Desarrollado en Inglaterra, en 1914. A pesar de ser un proceso biológico con altos costos de inversión, operación y mantenimiento, sigue siendo muy utilizado en el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales. Es un proceso estable y con altas eficiencias de remoción de materia orgánica. Las modificaciones al proceso convencional son atractivas por su flexibilidad (cargas orgánicas variables).
COMPONENTES DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS El proceso básico de lodos activados se integra por varios componentes que se interrelacionan entre sí: 1. Tanque de aeración. 2. Fuente de aeración. 3. Sedimentador. 4. Recirculación. 5. Tubería para desechar el exceso de lodos biológicos del sistema.
PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
Reactores de flujo pistón En esta modificación, el agua residual se conduce por una serie de canales construidos en el tanque de aeración. El agua residual fluye a través del tanque de aeración como un pistón y es tratada conforme avanza por los canales del reactor, reduciéndose gradualmente la carga orgánica. Esta variación permite la disminución del lodo recirculado y la cantidad de aire requerida a lo largo del tanque. Los requerimientos de oxígeno y de biomasa se reducen, logrando un ahorro de energía. La operación requiere un control muy estricto.
DIAGRAMA DEL PROCESO DE LODOS ACIVADOS DE FLUJO PISTÓN
Reactor completamente mezclado Existe un mezclado completo dentro del tanque. El agua residual y el lodo recirculado se combinan y se introducen en diversos puntos del tanque de aeración desde un canal central. El líquido aerado sale del reactor por canales situados a ambos lados del tanque de aeración. Tiene la ventaja de resistir o atenuar descargas o choques de carga orgánica o sustancias tóxicas, ya que teóricamente estas descargas se distribuyen uniformemente en todo el tanque.
DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL SISTEMA COMPLETAMENTE MEZCLADO
AERACIÓN EXTENDIDA Esta modificación tiene amplia aplicación en el tratamiento de aguas residuales industriales y municipales. Altos tiempos de retención permiten cambios bruscos en la carga hidráulica y orgánica, así como también la degradación de compuestos más complejos o difícilmente degradables. 2a ventaja: MENOR VOLUMEN DE LODOS (permite la fase endógena las bacterias son digeridas en el tanque de aeración. Este proceso permite la nitrificación del efluente.
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE AERACIÓN EXTENDIDA
OXÍGENO PURO Esta modificación se realiza en tanques cerrados configurados en serie utilizando oxígeno de alta pureza. Las aguas residuales, la recirculación del lodo y el oxígeno se introducen en la primera etapa del sistema y fluyen a través de los tanques. El proceso tiene mayor velocidad de utilización del sustrato, mayor transferencia de oxígeno, resistente a los choques de carga y produce un lodo con mejores características de sedimentación.
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS CON OXÍGENO PURO
Aeración descendente o reducida Trabaja en régimen de flujo pistón. La aeración descendente armoniza la cantidad de aire suministrado con la demanda de oxígeno a lo largo del tanque. Como a la entrada la demanda de oxígeno es más alta, el suministro de aire es mayor, disminuyendo hacia la salida conforme la demanda de oxígeno disminuye.
DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE LODOS ACTIVADOS CON AERACIÓN DESCENDENTE O REDUCIDA
ZANJA DE OXIDACIÓN Tratamiento biológico de lodos activados comúnmente operado como un proceso de aeración extendida. La unidad consiste de un canal en forma de circuito cerrado, de 0.9 - 1.8 m de profundidad. La aeración se realiza a través de aeradores mecánicos tipo cepillos horizontales o aeradores tipo discos que giran a una velocidad de 10 a 110 rpm, localizados en uno o varios puntos a lo ancho de la zanja. El agua residual después de un pretratamiento de cribado y desarenado, entra a la zanja y circula a lo largo del canal a una velocidad de 0.3 a 0.6 m/seg. Debido al largo tiempo de retención celular de 10 a 50 días, en este proceso puede ocurrir un alto grado de nitrificación.
DIAGRAMA DE FLUJO DE UNA ZANJA DE OXIDACIÓN
PROCESOS CON BIOPELÍCULA FIJA El concepto de biopelícula o película biológica fija, introduce modificaciones a los procesos de biomasa suspendida.
Ventajas Mayor tiempo de retención celular sin recurrir a la recirculación de la biomasa. Es posible lograr una alta concentración de la biomasa en el reactor.
Clasificación de acuerdo al tipo de soporte Soporte fijo: Filtros percoladores. Soporte móvil : Discos biológicos rotatorios.
Filtro biológico aerobio (filtro percolador, filtro rociador) El agua residual es distribuida sobre el soporte mediante un sistema de brazos giratorios. El efluente se recolecta en el fondo del filtro percolador. Formación de la biopelícula sobre la superficie del medio de empaque (roca o material sintético). Aeración natural: Circulación del aire a través de los intersticios del medio filtrante debido al gradiente de temperatura que se presenta en el interior del filtro. Para permitir este flujo de aire es necesario dejar ventilas de tamaño adecuado en la parte inferior de los filtros. Artificial: Cuando las torres de los filtros son muy altas, es necesario instalar ventiladores o sopladores.
Componentes básicos de un filtro percolador Sistema de distribución. Equipo fijo. Tuberías o canales con boquillas que operan a presiones elevadas Equipo móvil. Son distribuidores giratorios con guías laterales en forma de canaletas. Material de soporte Material rocoso – Material sintético: PVC, poliuretano, polietileno Profundidad : 1.5 - 3.0 m. Sistema de drenaje
DIAGRAMA DE UN FILTRO BIOLÓGICO AEROBIO
Filtro Rociador enterrado
Biodiscos Al girar los discos, la película biológica adherida a ellos entra en contacto alternadamente con el agua residual que se encuentra en el tanque y con el oxígeno atmosférico permitiendo la degradación de la materia orgánica. El exceso de microorganismos se desprende de los discos debido a fuerzas cortantes originadas por la rotación y se separan en el sedimentador secundario. La biopelícula se forma sobre la superficie de los discos y está constituida principalmente por bacterias heterótrofas y en las etapas finales por bacterias autótrofas encargadas del proceso de nitrificación.
Características: Discos de plástico de alta densidad, ϕ : 3 m Velocidad de rotación : 1 a 2 r.p.m. Porcentaje de sumergencia 40% Disposición de los discos: sumergidos en un tanque dividido en etapas, generalmente van de 2 a 4. En cada etapa se colocan de 20 a 30 discos
Ventajas: Alta eficiencia en remoción de carga orgánica y NH3, operación simple, bajos consumo de energía, flexibilidad a los sistemas de tratamiento
Desventajas: Sensible a cambios bruscos de temperatura, requiere estar bajo techo o cubiertos para soportar cambios climatológicos. La nitrificación puede causar déficit de alcalinidad en el sistema y puede requerir adicionarla. Si se desarrollan condiciones sépticas se instala aeración mecánica para aumentar la concentración de oxígeno en el sistema.
ESQUEMA DE UN BIODISCO
Sistema de Biodiscos
VALORES RECOMENDABLES PARA LAS DIMENSIONES DE BIO-DISCOS ROTATORIOS Remoción de DBO5 (%)
80
90
95
Número de etapas
2
>3
>4
AS (m2/pers)
1,0
2,0
3,0
PROCESOS ANAEROBIOS
SISTEMAS DE TRATAMIENTO ANAEROBIO La capacidad de tratamiento esta dada por: · ·
La cantidad de biomasa activa La eficiencia del contacto
La evolución ha sido en el sentido de: · ·
Control de la biomasa activa Cambios en el tiempo de retención celular (TRC) y en el tiempo de retención hidráulica (TRH).
Evolución de los procesos anaerobios Primera generación La biomasa se encuentra sedimentada con un mínimo de contacto con el sustrato, o bien en suspensión, sin la recirculación de sólidos.
TRC/TRH es igual a 1.
Segunda generación Los m.o. son retenidos en el reactor. Soporte o por Sedimentación.
TRC>TRH.
Tercera generación Contiene m.o en forma de biopelícula adherida al soporte que se expande o fluidifica mediante una corriente de recirculación ascendente. Soportes: arena, material plástico o cerámica, etc. TRC>TRH.
DIFERENTES TIPOS DE REACTORES ANAEROBIOS 1° GENERACIÓN
2°GENERACIÓN
3°GENERACIÓN
Fosa séptica
Filtro anaerobio
Lecho fluidificado
Tanque Imhoff
Reactor tubular de película fija
Laguna anaerobia Digestor completamente mezclado Contacto anaerobio
Reactor anaerobio de flujo ascendente y manto de lodos (UASB)
Lecho expandido
REACTORES DE PRIMERA GENERACIÓN
REACTORES DE SEGUNDA Y TERCERA GENERACIÓN
BORDO LIBRE BURBUJAS
Laguna anaerobia coloración gris del agua
Digestor anaerobio convencional Los digestores convencionales pueden ser mezclados o no mezclados, y de flujo continuo o intermitente. El mezclado es mecánico, con impulsor o mediante la recirculación de gas, el cual se necesita comprimir para su posterior liberación dentro del reactor. El TRC para un digestor convencional puede estar en el intervalo de 20 a 30 días. Este proceso se emplea para tratar desechos, con una alta concentración de sólidos Cargas orgánicas típicas : 0.5 a 0.6kg SSV /m3d DQO : 1 a 10kg DQO/ m3d
REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE Y LECHO DE LODOS (UASB) No requiere de soporte Presenta buena sedimentabilidad de la biomasa La biomasa se aglomera en forma de granos o pellets ( 5mm) Los granos presentan actividad metanogénica muy elevada
REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE Y LECHO DE LODOS Efluente (UASB) Efluente
Influente Influente
Biogás Campana de recolección de biogás
Gas Gas
Manto de lodos
Influente
Influente
REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE Y LECHO DE LODOS (UASB)
In flu e n te
T u b e r ía de e n tra d a
Influente
Tuberia de recolección de gas
VENTAJAS DE UN REACTOR ANAEROBIO DE MANTO DE LODOS Y FLUJO ASCENDENTE Altas cargas (>20 ó kgDQO/m3.d= -Bajo requerimiento de energía -No requiere medio de soporte -Construcción relativamente simple -Con inóculo apropiado puede arrancar en forma inmediata -Aplicable a pequeña y gran escala -Operación comparativamente simple -Proceso ampliamente probado -Soporta
DESVENTAJAS DE UN REACTOR ANAEROBIO DE MANTO DE LODOS Y FLUJO ASCENDENTE -La granulación es lenta y no necesariamente controlable -No todas las agua favorecen la granulación -Requerimientos de inóculo de determinadas características -Sensible a sólidos suspendidos, grasas y aceites en el influente -Sensibles a aguas que forman precipitados -Riesgo de flotación de los granos durante arranques -Arranque lento si no se cuenta con inóculo adecuado
H HU UM M EE D DA A LL EE SS
♦
WETLANDS (EN INGLÉS)
♦
LECHOS DE HIDRÓFITAS
♦
LECHOS DE MACRÓFITAS
♦
PANTANOS ARTIFICIALES
♦
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS CON PLANTAS ACUÁTICAS (STANPA)
♦
LECHOS DE PLANTAS ACUÁTICAS (LPA)
ANTECEDENTES ♦
LOS HUMEDALES
HAN TOMADO IMPORTANCIA
INTERNACIONAL ♦
♦
NECESIDAD
DE DESARROLLAR NUEVAS ALTERNATIVAS, CON COSTOS MENORES DE CONSTRUCCIÓN, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO Y QUE ENCUENTREN APLICACIÓN AÚN EN ZONAS RURALES.
EN MÉXICO: ● ● ●
♦
CLIMAS ADECUADOS PARA EL USO DE LOS LPA GRAN LUMINOSIDAD BIODIVERSIDAD DE ESPECIES
CONSTRUIDOS Y EN OPERACIÓN, 15 SISTEMAS
Clasificación •
NATURALES:
•
ARTIFICIALES:
PUEDEN SER DE AGUA DULCE, PANTANOS DE AGUA SALADA, CIÉNEGAS, PANTANOS DE MUSGO, PANTANOS DE CIPRESES Y RAMALES.
(CONSTRUIDOS, QUE PUEDEN CONTROLARSE O ELIMINARSE LOS ASPECTOS NEGATIVOS DE LOS SISTEMAS NATURALES).
TIPO DE FLUJO : •
SISTEMAS DE FLUJO
SUBTERRÁNEO
(HORIZONTAL O VERTICAL) •
SISTEMAS DE CORRIENTE
SUPERFICIAL
SISTEMAS DE FLUJO SUBTERRÁNEO Nivel de superficie Agua residual (influente)
Raíces y Rizomas
Suelo o grava
Efluente de altura variable Fondo impermeable
Pendiente (2-8%)
Profundidad del lecho 0.6m
Grava de distribución
SISTEMAS DE FLUJO SUBTERRÁNEO Nivel de superficie Agua residual (influente)
Agua
Efluente de altura variable Fondo impermeable
Plantas Flotantes
Pendiente (2-8%)
Profundidad del lecho 0.6m
Grava de distribución
TRATAMIENTO TERCIARIO
APLICACIONES DE LOS PROCESOS QUÍMICOS EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA PROCESO
APLICACIÓN
Precipitación química
Remoción de fósforo y de sólidos suspendidos, en sedimentación primaria, en plantas de tratamiento fisicoquímico.
Adsorción
Remoción de compuestos orgánicos que no se remueven por procesos químicos o biológicos convencionales. También se utiliza para la decloración del agua
Desinfección
Destrucción selectiva de microorganismos patógenos
Desinfección con cloro
Destrucción selectiva de microorganismos patógenos con cloro
Otras aplicaciones químicas
Otras sustancias químicas pueden utilizarse para alcanzar los objetivos específicos del tratamiento
FUENTE: Metcalf and Eddy, 1991
PRECIPITACIÓN QUÍMICA La precipitación química en el tratamiento del agua consiste en la adición de sustancias química para alterar el estado físico de los sólidos suspendidos y disueltos, y facilitar su remoción por sedimentación Aplicaciones Remoción de N y P Remoción de iones de Ca y Mg Precipitación de hidróxidos metálicos Precipitación de Ca y Mg El tratamiento de precipitación más utilizado es la descarbonatación con cal. Su principal función es la de eliminar la dureza carbonatada (denominada también dureza temporal) de un agua.
PRECIPITACIÓN QUÍMICA • Consiste en la adición de reactivos con el propósito de que reaccionen con compuestos solubles específicos para formar compuestos insolubles. • Aplicación: • Remoción de Fósforo, el cual puede ser reducido hasta 1 mg/L con alumbre, sales de hierro y algunos polímeros. • Remoción de calcio, magnesio, sílice o fluoruro son eliminados con cal. • Remoción de metales pesados.
Solubilidad de los hidróxidos metálicos en función del pH.
Proceso típico de precipitación química.
CONCENTRACION DE METALES PESADOS EN EFLUENTES TRATADOS METAL
CONCENTRACION EN EL EFLUENTE (mg/L)
TECNOLOGÍA UTILIZADA
Arsénico
0.05
Precipitación con sulfuro y filtración
Bario
0.06
Adsorción con carbón
Cadmio
0.005
Coprecipitación con hidróxido férrico
Cobre
0.5
Precipitación a sulfato
Mercurio
0.05
Precipitación con hidróxido a pH 10-11
Níquel
0.008
Precipitación sulfuro
con
Selenio
0.02-0.07
Precipitación hidróxido
con
Zinc
0.01-0.02
Precipitación sulfuro
con
FUENTE: Eckenfelder, 1989.
COAGULACIÓN Los coloides y una gran parte de partículas finas, no son removidas en el proceso de sedimentación. La coagulación se aplica para remover del agua la materia en estado coloidal y en suspensión, tales como: Coloides 0.01 - 0.1µ µ Partículas finas. 0.01-0.1µ µ Partículas suspendida > 10 µ La coagulación también desestabiliza las emulsiones. Aplicaciones Cuando hay variaciones considerables en la concentración del agua residual , como por ejemplo las estaciones del año. Cuando se requiere de un tratamiento intermedio Como ayudante del proceso de sedimentación, flotación y filtración.
ADSORCIÓN La adsorción utiliza la capacidad de un adsorbente para remover ciertas sustancias de una solución El carbón activado es un adsorbente que se usa ampliamente en el tratamiento de aguas residuales para remover compuestos que causan sabor, olor y color y para adsorber compuestos orgánicos tóxicos. La adsorción es la acumulación de sustancias en una superficie de sólidos adsorbentes. El material que se concentra en la superficie o que se adsorbe se llama adsorbato. La adsorción en un sólido, desde una solución depende de: 1) la afinidad del soluto con el disolvente 2) la afinidad del soluto por el sólido o adsorbente
PROPIEDADES DEL CARBÓN ACTIVADO Los carbones disponibles comercialmente se preparan a partir de una variedad de materias primas como madera, lignina, lignito, carbón blando, pizarra, residuos de petróleo y cáscaras de nuez y coco. Los carbonos activados tienen propiedades específicas dependiendo de la materia prima y la forma de activación. • El número de fenol se usa como un índice de la habilidad del carbón para remover compuestos causantes de sabor y olor. • El número de iodo relaciona la habilidad del carbón activado para adsorber substancias de bajo peso molecular (microporos que tienen un radio efectivo de menos de 2 µm). • El número de melaza se relaciona con la habilidad del carbón para adsorber substancias de alto peso molecular (poros que varían entre 1 a 50 µm).
INTERCAMBIO IÓNICO El objetivo es la remoción de iones cuya presencia altera las características deseadas del agua. Es un proceso en el cual los iones que están ligados a grupos funcionales por fuerzas electrostáticas sobre la superficie de un sólido son intercambiados por iones de carga similar en una solución en la que el sólido esta inmerso. Los cationes son sustituidos por iones hidrógeno o sodio y los aniones se reemplazan por hidróxilos.
INTERCAMBIO IÓNICO Las resinas sintéticas son las más utilizadas. Se utiliza también carbón activado, celulosa e incluso células vivas tales como algas y bacterias. Las resinas sintéticas para intercambio son polielectrolitos o macromoléculas insolubles en agua, compuestas por un alta concentración de grupos polares, ácidos o básicos, incorporados a una matriz de un polímero sintético.
Desinfección • Destrucción de organismos patógenos. • Etapa final de tratamiento del agua. • Métodos: – físicos (temperatura, radiación UV) – químicos :cloro, ozono e iones metálicos.
Propiedades que deben cumplir los desinfectantes • Destruir todas las clases de agentes patógenos. • No ser tóxico (hombre, animales domésticos). • Tener un costo razonable. • Ser de manejo, transporte, almacenamiento y aplicación seguros y fáciles. • Proporcionar protección residual contra la contaminación en las líneas de conducción. • No reaccionar con los compuestos presentes en el agua para producir sustancias tóxicas.
Factores • Tiempo de contacto • Tipo y concentración de agente químico • Intensidad y naturaleza de los agentes físicos • Temperatura • Número y tipo de organismos presentes en el agua
Cloración Cloro, el principal compuesto empleado para la desinfección del agua. Cloro gaseoso, la forma más rentable para las plantas de tratamiento de gran tamaño.
Desinfección
Ozonación – O3: uno de los germicidas más potentes y efectivos Mecanismo de desinfección:
• Oxidación citoplasmática completa de los virus y las bacterias. Ventajas: • Alta eficiencia para eliminar virus y quistes. • Control de olor, color. • Su producto de descomposición es O2. • El efecto no depende del pH.
Desventajas de la ozonación • El O3 se produce eléctricamente a medida que es empleado. • No puede ser almacenado. Se genera en el lugar de aplicación.
• Es difícil el control cuando hay alta variación del caudal y de las características del agua.
Radiación Ultravioleta • La luz ultravioleta es una onda electromagnética con λ= 180-400 nm • λ= 220-300 nm tiene propiedades germicidas. Mecanismo de desinfección: • El haz luminoso lisa las proteínas contenidas en los ARN y ADN de las células. Así se evita que la información genética se replique, y los microorganismos no se pueden reproducir.
Radiación UV Ventajas: • Alta eficiencia a un costo aceptable • No genera productos tóxicos Desventajas: • Se requiere que el agua sea de muy buena calidad • Dificultad para medir la dosis y para monitorear inmediatamente después de la desinfección. Bioensayos.
Radiación UV
Equipo de desinfección de luz ultravioleta en cámara cerrada
Equipo de desinfección con luz UV para canal
COMPARACIÓN DE LOS PRINCIPALES MÉTODOS DE DESINFECCIÓN DEL AGUA PUNTOS DE COMPARACIÓN Tiempo de contacto Tanque de reacción Mantenimiento Instalación Influencia de: - materia suspendida - tempetura - pH Residuos en el agua Influencia del agua Corrosión Toxicidad Costos de operación FUENTE: Angehrn, 1984
UV
OZONO
CLORO
1-10 s ninguno mínimo sencilla
10-20 min requerido considerable elaborada
30-50 min requerido promedio elaborada
fuerte variable ninguna ninguna ninguna ninguna ninguna bajo
fuerte elevada débil bajo presente presente presente alto
fuerte elevada elevado presente presente presente presente bajo
OSMOSIS INVERSA ¿Qué es la osmosis? Es el movimiento físico de un solvente a través de una membrana semipermeable, basado en una diferencia de potencial químico entre dos soluciones separadas por dicha membrana.
Presió Presión osmó osmótica
Es la presión que hay que aplicar a la solución más concentrada para que se detenga el flujo de agua a través de la membrana.
Principio de la Ósmosis inversa
Mecanismos de la osmosis inversa • El bombardeo de la moléculas del disolvente. • La membrana actúa como un tamiz • La destilación del disolvente a través de la membrana
Membranas de ósmosis inversa Las membranas pueden clasificarse en función de distintos parámetros
Parámetros
Tipos
ESTRUCTURA
Simétricas Asimétricas
NATURALEZA
Integrales Compuestas de capa fina
FORMA
Planas, Tubulares Fibra hueca
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Orgánica Inorgánica
CARGA SUPERFICIAL
Neutras, Catiónicas, Aniónicas
MORFOLOGÍA DE LA SUPERFICIE
Lisas Rugosas
PRESIÓN DE TRABAJO
Muy baja, Baja Media, alta
TÉCNICA DE FABRICACIÓN
De máquina
Inversión de fase Policondensación entre fase Polimerización plasma Dinámicas
Eficiencias
TRATAMIENTO DE LODOS
LODOS Sólidos en suspensión que se generan en los diversos procesos del sistema de tratamiento de aguas. Están formados en su mayor parte por agua (95 a 99%) y contienen la mayor parte de la materia indeseable que es separada del agua residual, ya sea durante los procesos de separación física, biológicos o por efecto de precipitación química.
Lodos de aguas residuales: Los procesos para el tratamiento de las aguas residuales generan lodos provenientes del material separado y como producto de la depuración de la misma. Dichos lodos contienen grandes cantidades de agua y de material orgánico.
Clasificación, producción y características: Los lodos producidos durante el tratamiento de las aguas residuales se clasifican de acuerdo con su origen en: > Lodos primarios
> Lodos secundarios > Lodos químicos
Generación de lodos
>734 t/d
Tratamiento de Lodos
Generació Generación de aguas residuales
Tratamiento Primario
Tipo de lodo crudo Lodo primario
Tratamient o del lodo Control de olor y reducción de patógenos - Estabilización
Secundario Pretratamien to en la Efluente industria Terciario
Lodo Remoción de secundario agua
Lodo terciario
- Espesamiento - Acondicionado - Desaguado - Secado
Generació Generación, tratamiento, uso y disposició disposición de lodos residuales.
Uso y disposición del lodo Aplicación al suelo Composteo, distribución y venta Incineración ·Relleno sanitario Disposición al océano
Métodos de procesamiento y disposición de lodos Reducció Reducción Adaptado de Davis y Cornwell (1985)
Lodos
Espesamiento
Estabilización Digestión anaerobia y aerobia; composteo
Acondicionamiento
Desaguado
Acondicionamiento •Químico •Tratamiento con temperatura
Desaguado Filtros prensa, lechos de secado
Relleno sanitario
Incorporación al suelo
Lodos producidos TIPO DE PLANTA SOLIDOS SECOS (g por persona diarios) (tratamiento) Primario Secundario Secundario (c/ remoció remoción de N y P)
80 115 145
Producció Producción de lodos durante el tratamiento de las aguas residuales Kg de lodo seco/1000 personas / día
LODO SECO 150
100
50
0 Sedimentació Sedimentación
Filtros Lodos rociadores activados
Tratamiento quí químico
Tratamiento Primario Secundario Terciario
1 m3 = 264.2 gal Fuente: EPA,1989.
1 kg = 2.205 lb
Caracterí Características fí físicas: • •
• • •
Gravedad especí específica Contenido de só sólidos * Sólidos totales * Sólidos suspendidos * Sólidos fijos y volá volátiles * Sólidos sedimentables Sedimentació Sedimentación de los lodos Tamañ Tamaño de la partí partícula Distribució Distribución del agua
Características químicas: Pará Parámetros inorgá inorgánicos Contenido de metales pesados Contenido de nutrimentos Pará Parámetros orgá orgánicos Contenido de materia orgá orgánica Contenido de tó tóxicos orgá orgánicos Otros contaminantes
CARACTERIZACIÓ CARACTERIZACIÓN BIOLÓ BIOLÓGICA • Taxonomía (tipo de microorganismos)
• Microorganismos patógenos e indicadores
(CONTROL Y ELIMINACIÓN) MICROORGANISMOS
• • • •
Virus Bacterias Protozooarios Parásitos
Alternativas de tratamiento para los lodos residuales Espesamiento
Estabilización
Acondicionamiento Adición de químicos
Biológica
Química
Desaguado Filtración Desinfección
Métodos para la estabilización de los lodos residuales Proceso
Método
Digestión anaerobia
Sin calentamiento (laguna o tanque) Con calentamiento (mesofílica) (25 a 35 ºC) De una o dos etapas Termofílica (45 a 55 ºC)
Métodos para la estabilización de los lodos residuales Proceso Digestión aeróbica oxidativa
Método Sin calentamiento Autotermica (45 a 70 ºC) Con aire Con oxígeno
COMPOSTEO Degradación de materia orgánica por microorganismos bajo condiciones, aeróobicas, humedad y de temperatura Composteo: Proceso de pila estática aereada Lodo (I Volumen)
Secado Aserrín (2 Volumenes)
Pileta aereada (21 dias)
Tamizado
Maduración (30 dias)
Venta
NOM-004-SEMARNAT-1997
“Protección ambiental.- Lodos y biosólidos.Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su provechamiento y disposición final.
Objetivo y Campo de aplicación
• Establece las especificaciones y los límites máximos permisibles de contaminantes en los lodos y biosólidos provenientes del desazolve de los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, de las plantas potabilizadoras y de las plantas de tratamiento de aguas residuales, con el fin de posibilitar su aprovechamiento o disposición final y proteger al medio ambiente y la salud humana. • Es de observancia obligatoria para todas las personas físicas y morales que generen lodos y biosólidos provenientes del desazolve de los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, de las plantas potabilizadoras y de las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Limites máximos permisibles para metales pesados en biosólidos
CONTAMINANTE
EXCELENTES
BUENOS
(determinados
mg/kg
mg/kg
en forma total) Arsénico Cadmio Cromo Cobre Plomo Mercurio Níquel Zinc
en base seca 41 39 1 200 1 500 300 17 420 2 800
en base seca 75 85 3 000 4 300 840 57 420 7 500
Limites máximos permisibles para patógenos y parásitos en lodos y biosólidos
INDICADOR BACTERIOLOGICO DE CONTAMINACION
PATOGENOS
PARASITOS
Coliformes fecales NMP/g en base seca
Salmonella spp. NMP/g en base seca
A
Menor de 1 000
Menor de 3
Huevos de helmintos/g en base seca Menor de 1(a)
B
Menor de 1 000
Menor de 3
Menor de 10
C
Menor de 2 000 000
Menor de 300
Menor de 35
CLASE
(a) Huevos de helmintos viables NMP número más probable
Aprovechamiento de biosólidos
Se establece en función del tipo y clase, como se especifica en la tabla y su contenido de humedad hasta el 85%. TIPO EXCELENTE
CLASE APROVECHAMIENTO A — Usos urbanos con contacto público directo durante su aplicación
EXCELENTE O
— Los establecidos para clase B y C — Usos urbanos sin contacto público directo durante su aplicación
BUENO
— Los establecidos para clase C
EXCELENTE O BUENO
B
C
— Usos forestales — Mejoramientos de suelos — Usos agrícolas
Manejo, reúso y/o disposición final
Relleno sanitario
Composteo
Aplicación al suelo
Elaboración de materiales de construcción
