UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA ACADEMICO PROFECIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL HIBRIDO – CULTIVO CULTIVO SUSPENDIDO SUSPE NDIDO + CULTIVO CULTIVO ADHERIDO ADHE RIDO + DESINFECCION DESINFECCION
Curso: Tratam!"to #! a$uas r!s#ua%!s& Do'!"t!: I"$& CH(VE) HORNA* Goa"a& A%um"os: CH(VE) PERE,RA* T!r!sa L%a"a& COHA,LA CH(VE)* Mts-& DAVILA SANCHE)* Jor$!& FERNANDE) CRU)ADO* A#ra"o& GUEVARA TELLO* E#uar& HUAM(N LO)ANO* E!r& ESPIRITU VARGAS* Jo""! Ja!r& PERE,RA ROJAS* Ro.!rt&
C!%!"#" #'!m.r! #! /01/&
HIBRIDO – CULTIVO CULTIVO SUSPENDIDO SUSP ENDIDO + CULTIVO CULTIVO ADHERIDO + DESINFECCION& I&
INTRODUCCION&
El ambiente urbano constituye un sistema estrechamente vinculado a los los ecos ecosis iste tema mass natu natura rale less en los los cual cuales es se asie asient nta a e inte intera ract ctúa úa dependiendo dependiendo de ellos para la provisión provisión de los recursos recursos que aseguran aseguran su existen existencia cia.. La creci crecient ente e produ producci cción ón de desech desechos os sólido sólidoss y líquid líquidos, os, result resultado adoss de las distin distintas tas activi actividade dadess que reali realizan zan las poblac poblacion iones es humanas para satisfacer sus necesidades bsicas de supervivencia, ha originado que constantemente el medio ambiente se vea contaminado por el inadecuado tratamiento y disposición !nal de dichos desechos. Los m"todos que se usan para el saneamiento de las aguas residuales no han logrado una e!ciencia óptima en la disminución de los índices de contaminación de estas aguas a !n de que no sean agresivas para los cuer cuerpo poss rece recept ptor ores. es. Es por por ello ello que que se han han venid venido o impl impleme ement ntand ando o nuevo nuevoss m"to m"todo dosd sde e degr degrada adaci ción ón de e# e#ue uent ntes es algu alguno noss de los los cual cuales es permiten adems el aprovechamiento de los gases que se originan en estos procesos. Este traba$o presenta como una alternativa factible de realizar en el campo o tambi"n en la ciudad donde no hay una %&'(, la utilización de esta planta que se va a instalarser de una gran ayuda para la familia en donde se instalara la planta ya que el agua servir para regadío de plantas mayores al igual que los lodos servirn para abono de plantas. OBJETIVOS&
)mplementar, %roponer una alternativa mediante un sistema estructural unifamiliar unifamiliar de tratamiento tratamiento secundario para las descargas descargas de aguas residuales para una familia en el caserío santa rosa * +elendín .
ar un tratamiento al agua residual y a los lodos para que puedan ser utilizados en el cultivo de plantas de tallo alto.
HIBRIDO – CULTIVO CULTIVO SUSPENDIDO SUSP ENDIDO + CULTIVO CULTIVO ADHERIDO + DESINFECCION& I&
INTRODUCCION&
El ambiente urbano constituye un sistema estrechamente vinculado a los los ecos ecosis iste tema mass natu natura rale less en los los cual cuales es se asie asient nta a e inte intera ract ctúa úa dependiendo dependiendo de ellos para la provisión provisión de los recursos recursos que aseguran aseguran su existen existencia cia.. La creci crecient ente e produ producci cción ón de desech desechos os sólido sólidoss y líquid líquidos, os, result resultado adoss de las distin distintas tas activi actividade dadess que reali realizan zan las poblac poblacion iones es humanas para satisfacer sus necesidades bsicas de supervivencia, ha originado que constantemente el medio ambiente se vea contaminado por el inadecuado tratamiento y disposición !nal de dichos desechos. Los m"todos que se usan para el saneamiento de las aguas residuales no han logrado una e!ciencia óptima en la disminución de los índices de contaminación de estas aguas a !n de que no sean agresivas para los cuer cuerpo poss rece recept ptor ores. es. Es por por ello ello que que se han han venid venido o impl impleme ement ntand ando o nuevo nuevoss m"to m"todo dosd sde e degr degrada adaci ción ón de e# e#ue uent ntes es algu alguno noss de los los cual cuales es permiten adems el aprovechamiento de los gases que se originan en estos procesos. Este traba$o presenta como una alternativa factible de realizar en el campo o tambi"n en la ciudad donde no hay una %&'(, la utilización de esta planta que se va a instalarser de una gran ayuda para la familia en donde se instalara la planta ya que el agua servir para regadío de plantas mayores al igual que los lodos servirn para abono de plantas. OBJETIVOS&
)mplementar, %roponer una alternativa mediante un sistema estructural unifamiliar unifamiliar de tratamiento tratamiento secundario para las descargas descargas de aguas residuales para una familia en el caserío santa rosa * +elendín .
ar un tratamiento al agua residual y a los lodos para que puedan ser utilizados en el cultivo de plantas de tallo alto.
II&
REVISION BI BIBLIOGRAFICA
1& Sst!mas Sst!mas #! #! 'u%to 'u%to sus2!"# sus2!"##o #o
En el tratamiento biológico del agua residual pueden usarse varios tipos de reactores. 'unque los reactores batch son útiles en algunas aplicaciones, los que se estudiarn aquí son los sistemas de #u$o continuo. Los reactores pueden contener cultivos suspendidos o cultivos adheridos . En los cultivos suspendidos los microorganismos estn suspendidos en el agua residual ya sea como c"lulas individuales o como -racimos de c"lulas llamados fóculos . /stas son rodeadas por las aguas residuales que contienen su alimento y otros elementos esenciales. Los cultivos adheridos consisten en masas de microorganismos adheridos a super!cies, mientras que el agua residual pasa sobre la película microbiana. Los reactores de cultivo suspendido pueden ser de tres tipos fundamentales0 1. +ompletamente mezclados sin recirculación de lodos. 2. +ompletamente mezclados con recirculación de lodos. 3. e #u$o pistón con recirculación de lodos. Los lodos consisten principalmente en microorganismos4 su recirculación incrementa la biomasa del reactor y en consecuencia afecta directamente las tasas de producción de biomasa y de consumo del sustrato expresadas por las ecuaciones R!a'tor 'om2%!tam!"t! 'om2%!tam!"t! m!3'%a#o s" r!'r'u%a'4" #! %o#os
El balance material para la biomasa es el siguiente0 &asa &asa de acumulación de microorganismo s en el sistema
5lu$o msico de 5lu$o msico de 5lu$o msico de microorganismo microorganismo microorganismo s hacia el s hacia fuera del s hacia fuera del interior del sistema sistema sistema
ónde0 d67dt 8 tasa de cambio de la concentración de microorganismos en el reactor 9 8 volumen del reactor : 8 gasto del in#uente y e#uente 6; 8 concentración de biomasa en el in#uente 6 8 concentración de biomasa en el reactor rx 8 rapidez de crecimiento de la biomasa La fracción voltil de los sólidos suspendidos totales se puede considerar como una aproximación de la biomasa viva.
Sst!ma #! %o#os a'ta#os El proc proces eso o de lodos lodos acti activad vados os es un sist sistem ema a de cult cultiv ivo o susp suspen endi dido do desarrollado en )nglaterra por 'rdern y Loc. +uando se agita en presencia de oxígeno un agua residual previamente pasada por un sistema de tratamiento primario, se forma un #óculo de lodo en el que se desarrollan muchas bacterias y organismos vivientes, con lo que dicho #óculo se vuelve activo, oxidando y absorbiendo materia orgnica. e aquí aquí que se denom denomin ina a lodo activado . +uando se halla en buenas cond condic icio ione nes, s, este este lodo lodo y su car carga de vida vida micr micros oscó cópi pica ca se posa posa rpidamente y arrastra consigo todos los sólidos en suspensión y gran parte de los que se hallan en estado coloidal. Los lodos sedimentados que contienen microorganismos vivos o activos, se regresan al reactor para incrementar la biomasa disponible y acelerar las reacciones. La mezcla de las aguas a tratar con los lodos de retorno recibe el nombre de licor mezclado . e esta manera, el proceso de lodos activados es un proceso de cultivo suspendido con recirculación de lodos y puede ser un proceso completamente mezclado o un proceso de #u$o pistón, como se esquematiza en las 5iguras. El proceso es aerobio, siendo el oxígeno suministrado por el aire de la atmósfera.
5uente0 http077???.capac.org7?eb7%ortals7;7biblioteca@virtual7doc;;37+'%)&ALB1 >.pdf /& LODOS ACTIVADOS
Es un proceso biológico aerobio que emplea microorganismos aerobios y facultativos para degradar los compuestos orgnicos. El sistema se compone de un reactor aireado arti!cialmente Ccmara de aireaciónD, seguido por un sedimentador que cumple la función de separar la biomasa suspendida en la fase líquida. Ana parte de la biomasa separada en el sedimentador secundario se la recircula al reactor, el resto se elimina como barros en exceso Cpurga de barrosD, de manera tal de mantener la concentración de microorganismos en la cmara de aireación aproximadamente constante. e esta manera, por efecto de la recirculación aumenta la concentración de la biomasa en la cmara de aireación, y el tiempo de residencia de los mismos, obteni"ndose remociones similares con instalaciones ms pequeas. 'l aumentar el tiempo de residencia de los microorganismos en el reactor, aumenta la actividad biológica, y disminuye, así, el tiempo de tratamiento Cdel orden de horasD.
Los sedimentadores secundarios deben cumplir bsicamente con dos funciones0 •
•
La clari!cación, es decir producir un e#uente relativamente libre de sólidos en suspensión C%ermite la disminución de la FBD. irectamente relacionada con la calidad que se desea obtener en el líquido a tratar, ya que los sólidos en suspensión que no pueden separarse en esta etapa del proceso contribuyen con una determinada demanda de oxígeno. El espesamiento, o sea, generar un barro su!cientemente concentrado en el fondo del sedimentador.
Ge recomienda el uso de sedimentadores circulares, que presentan mayor e!ciencia hidrulica. Es conveniente que sean profundos, debido a la presencia de sólidos en proceso de decantación. +unto ms profundo es, es mayor el tiempo para que las partículas interactúen entre sí, y puedan agregarse, disminuyendo así, la concentración de sólidos que sale del sedimentador. La purga de barros se utiliza para eliminar los barros en exceso, y de esta forma, evitar la saturación de microorganismos en el reactor biológico, manteniendo aproximadamente constante su concentración, y de esta manera, evitar un alto contenido de microorganismos en el líquido tratado. Los lodos en exceso tienen un alto contenido de agua y de materia orgnica. Es por ello, que no pueden ser dispuestos o depositados directamente, dado que sufrirían putrefacción, generando malos olores y atrayendo vectores. (equieren de un tratamiento previo a su disposición. Co"tro% #! sst!mas #! .arros a'ta#os
Ge requiere un estrecho control sobre algunas variables operacionales del sistema de tratamiento. Las ms importantes son0 las concentraciones de oxígeno disuelto y sólidos suspendidos en el líquido dentro del reactor, la relación F/M, la edad del barro qc y los caudales de purga y recirculación. •
•
El control sobre la concentración de B Cvalores del orden de 2 mg7lD tiene como bene!cio0 isminuir la posibilidad de proliferación de algunos tipos de organismos !lamentosos
•
Evitar la anaerobiosis del barro biológico
•
'horrar energía de aireación
Gi la concentración de oxígeno disuelto es superior al valor recomendado, se pierde oxígeno sin ser aprovechado4 y en concentraciones menores, es ine!ciente. Gi B H 2 mg7l, predomina la resistencia de la transferencia del gas al líquido Gi B I 1,J mg7l, predomina la resistencia de la transferencia del líquido al sólido. Gi B es K 1,J * 2 mg7l, el #oc biológico se mantiene con B, y el sistema de tratamiento resulta aerobio. Gi el gradiente es ba$o, se pueden generar zonas anaerobias dentro del #oc biológico, generndose gases por lo que la densidad del #oc disminuye y el lodo biológico tiende a #otar, sin incorporarse en la masa del líquido. •
antener las relaciones 57 o edades del barro compatibles con el buen funcionamiento del proceso biológico, para lograr los bene!cios0
•
Evitar condiciones de -bul
•
antener la calidad promedio del líquido residual tratado
•
inimizar las sobrecargas sobre le etapa de sedimentación secundaria
&anto la relación 57 como qc pueden ser controladas a trav"s de la purga de barros. Mo es necesario estimar la temperatura de operación en el lodo activado, por la cantidad de biomasa Cla temperatura no es un factor determinanteD. Pro.%!mas o2!ratos
Las di!cultades operacionales observadas comúnmente en los procesos de barros activados suelen estar directamente relacionadas con el mal funcionamiento de la clari!cación en la etapa de sedimentación secundaria. Es decir, una excesiva cantidad de sólidos biológicos en el líquido e#uente, incrementando la FBJ del e#uente en unos ;,N mg por cada mg de GG&, producto de una ba$a sedimentabilidad. 'lgunas de las razones por las cuales la decantación en el sedimentador secundario es menor son0 •
•
Gi la concentración de sólidos es elevada, mayor es la di!cultad para que el material decante. Gi los GG& son similares, "sta no es la razón de que la decantación disminuya. Bu%5"$ C-abultamiento del lodoD0 debido a la presencia de microorganismos !lamentosos, los #ocs normales no pueden interactuar e!cientemente, y por ello, no decantan. Mo hay agregación de partículas. )nter!ere en la sedimentación y compactación del barro.
Gi hay bul
microorganismos !lamentosos captan aquellas partículas que, de otra manera, no decantarían. Gi el bul
•
%obre sedimentabilidad, que se mani!esta en una ba$a velocidad de sedimentación. %obre compresibilidad, que se mani!esta en una relativamente ba$a concentración de barros en el fondo del sedimentador secundario
An barro activado tiene problemas de Ful
esarrollo de gran cantidad de organismos !lamentosos.
•
Fa$o pO
An pO cido genera condiciones óptimas para el crecimiento de los microorganismos !lamentosos. •
'lta carga orgnica, acompaado con d"!cit de B
Los microorganismos !lamentosos son muy !nitos, por lo que el gradiente de B les es su!ciente. Los microorganismos normales probablemente no van a tener su!ciente cantidad de oxígeno para crecer normalmente. El gradiente de oxígeno disuelto les es insu!ciente. •
•
"!cit de macronutrientes Fa$a carga orgnica Cconcentración de sustrato ba$aD, la velocidad de crecimiento de las !lamentosas es mayor que los #ocs normal.
%ara evitar el bul
'tacando las causas0 •
'umento de la aireación
•
odi!car el pO CelevarloD
•
'gregado de nutrientes
El problema no se elimina instantneamente. +on el agregado de productos químicos bactericidas, tal como hipoclorito de Ma o agua oxigenada, se puede controlar el problema de las bacterias. Los microorganismos !lamentosos estn ms expuestos. Los #ocs normales estn ms protegidos frente a la acción de estos productos químicos. Los productos químicos deben ser agregados en lugares de buen mezclado, para no afectar tanto a los #ocs normales. Ge recomienda su agregado en la corriente de recirculación. I"#'a#or!s sua%!s
%ermiten controlar y tomar decisiones sobre la operación del proceso0 •
•
•
•
Espumas blancas, en excesiva cantidad, puede estar indicando0 o
Gistema en la etapa de puesta en marcha
o
Edad del barro demasiado ba$a
+oloración del barro biológico. Gu coloración normal es marrón4 otras coloraciones pueden estar indicando0 o
e!ciente mezclado
o
Fa$a concentración de B
o
%resencia de líquidos residuales industriales
esprendimiento de grandes masas de barro biológico de coloración oscura desde el fondo del sedimentador secundario con producción de olores0 producto de una excesiva permanencia de los barros biológicos en el sedimentador, principalmente producto de un dimensionamiento inadecuado Cexcesiva permanencia hidrulica, mal diseo de la tolva de barros, etc.D, de un mal funcionamiento del sistema barredor de fondo o de una frecuencia de purgado de barros en exceso insu!ciente. %resencia de pequeas burbu$as y arrastre de pequeas partículas de lodo en el sedimentador secundario, debido a problemas de desnitri!cación biológica, dando lugar a mayores concentraciones de sólidos en suspensión.
D!s"tr6'a'4" La desnitri!cación es un proceso de reducción bioquímico mediante el cual el M de los nitratos CMB3D es devuelto a la atmósfera como óxido de nitrógeno CM2BD o como M molecular CM2D. El proceso es mediado por una serie de bacterias de suelo Cdel g"nero Facillus y %seudomonasD. 'lgunas de estas bacterias son anaeróbicas obligadas, es decir, proliferan solo en ausencia de oxígeno, mientras que otras, la mayoría, son facultativas, es decir, respiran oxígeno en cuanto hay0 cuando "ste se acaba, eligen del menú aquellos compuestos oxidados que sirvan como aceptores de electrones, por e$emplo los nitratos y los reducen.
+ausas0 •
•
+ondición anóxica. "!cit de B +ontenido de materia orgnica0 Est relacionado con la población bacteriana en el líquido residual, y el que le prev" a las bacterias de la energía Ccompuestos de carbonoD para su supervivencia.
+ontrol •
•
'umentando la concentración de B en la cmara de aireación isminuyendo el tiempo de residencia del lodo decantado en el sedimentador. 'umento la recirculación, extraigo ms lodo P no genera ningún bene!cio.
Ar!a#or!s
'ireadores !$os y lentos0 operan por dispersión del líquido en el aire. Gi la temperatura ambiente es menor que la temperatura en el reactor, enfría el líquido, tendiendo a disminuir la actividad biológica. %rofundidades de entre 3 a > m. ifusión del aire0 permiten mantener, e incluso incrementar la temperatura en el reactor. Ge recomienda su uso, para climas fríos. +unto ms profundo CN Q R mD, mayor es su e!ciencia, a costas de aumentar la presión de inyección del aire Cmayor costoD TIPOS DE LODOS ACTIVADOS Co"!"'o"a% +onsiste en un tanque de aireación de forma alargada Cancho7 largo 8 10JD. Esta geometría determina que el r"gimen de #u$o hidrulico sea el de #u$o pistón.
emanda de oxígeno para la degradación de materia orgnica Gistemas diseados -$ustos, con qh 8 -horas
3 días IqcI 1> días Bperan en la zona de crecimiento estacionario de la curva de crecimiento -batch de microorganismos. La relación 57 est equilibrada. La cantidad de alimento disponible est en equilibrio con la masa de microorganismos. La alimentación del líquido residual, así como la recirculación de los barros, se efectúa por uno de los extremos, mientras que la salida del líquido tratado, se produce por el extremo opuesto. ebido a la forma del reactor, y a cómo se efectúa la alimentación del líquido residual, en la zona de entrada la concentración de materia orgnica, y por lo tanto, el requerimiento de oxígeno es muy elevado, disminuyendo progresivamente hacia la salida. %or ello, es usual que en estos procesos se produzca un d"!cit en el suministro de oxígeno en la zona de entrada y exceso del mismo en la zona de salida. El aire inyectado no va a ser bien aprovechado si se inyectó en todo el reactor. %or esto, existen 2 variantes de este sistema de tratamiento tendientes a equilibrar la demanda de oxígeno. •
Farros activados -stepaeration
El proceso -stepaeration tiene características constructivas similares al sistema de barros convencional, la diferencia entre ambos est en que en el -stepaeration la alimentación se distribuyen en distintos puntos a los largo del reactor, esto permite un me$or control y equilibrio en la demanda de oxígeno. •
Farros activados -taperedaeration
El proceso de -taperedaeration es una variante del proceso de barros activados convencional que se modi!ca con el ob$eto de lograr un me$or aprovechamiento del oxígeno que se suministra por medio de los aireadores. La modi!cación consiste en a$ustar el aporte de oxígeno en base a su demanda, que es mayor en la zona de entrada y declinando hacia la salida. Barros a'ta#os m!3'%a 'om2%!ta
En este sistema tanto el líquido a#uente como el barro biológico recirculado se introducen en distintos sectores de la cmara de aireación a !n de lograr una distribución uniforme de la carga orgnica y de lo microorganismos que intervienen en el proceso, como consecuencia el requerimiento de oxígeno es uniforme en todo el reactor. Btra característica es que, debido a la mezcla -instantnea del líquido alimentado este tipo de procesos soporta me$or las descargas puntuales de compuestos tóxicos, así como las variaciones de carga del líquido a#uente. %ara lograr condiciones de #u$o hidrulico próximos a la mezcla completa, estos tanques de aireación se construyen con relaciones largo7 ancho próximos a la unidad. Ar!a'4" !7t!"##a
Gistemas sobredimensionados. Emplea tiempos de residencia hidrulicos de hasta 2> horas y tiempos de residencia celular qcH 1> días. +omparado con el proceso convencional, son procesos que generan relativamente poca biomasa en exceso, pero el requerimiento de oxígeno es mayor, para la degradación de materia orgnica y la nitri!cación. %or ello, se necesita una mayor potencia de aireación Cmayor gasto energ"ticoD Bperan en la zona de respiración endógena de la curva de crecimiento -batch de microorganismos. La relación 57 es ba$a. Oay d"!cit de alimento. %redomina la muerte de microorganismos. /stos aportan los nutrientes necesarios para que los microorganismos vivos los aprovechen. ebido a los extensos tiempos de tratamiento Coperan en la zona de respiración endógena de la curva de crecimientoD los barros biológicos se encuentran su!cientemente estabilizados como para ser dispuestos directamente, luego de disminuir su contenido de agua. Esto es, debido a que el poco alimento, los obliga a consumir parte de su material de reserva.
En el sistema convencional no se puede asegurar la nitri!cación completa, por lo menos en invierno. En cambio, un sistema de lodos activados de aireación extendida, me asegura la nitri!cación en cualquier "poca del ao, incluso a ba$as temperaturas.
•
)a"8a #! o7#a'4"
El proceso biológico zan$a de oxidación es una variante del proceso de barros activados C+onsiste en un tipo de lodo activado de aireación extendidaD. 'l igual que el proceso de aireación extendida opera en la zona endógena de la curva de crecimiento. La con!guración de zan$a de oxidación ms utilizada es la de una cmara de aireación de forma ovalada, con poca profundidad, donde el líquido circula continuamente en un circuito cerrado. La circulación en circuito cerrado provee una excelente acción de mezclado. El proceso de zan$a de oxidación generalmente no tiene sedimentación primaria. El líquido residual crudo pasa directamente a trav"s de re$as directamente a la zan$a. La función de los aireadores es airear, mezclar e impulsar el líquido. La velocidad media en la cmara de aireación debe ser mantenida a una velocidad mínima de ;,3 m7seg para evitar la sedimentación de los sólidos. %arte del líquido residual tratado pasa a un sedimentador secundario para la separación de la biomasa. 5uente0 http077???.guiaambiental.com.ar7conocimientoQcalidadQdeQaguaQlodosQ activados.html 9& Sst!mas #! 'u%to a#!r#o
En los sistemas de cultivo adherido el agua residual se pone en contacto con películas microbianas adheridas a super!cies. El rea super!cial para el crecimiento de la biopelícula se incrementa colocando un medio poroso en el reactor. +uando se usa un medio sólido poroso empacado al azar, el reactor se denomina ltro percolador . El advenimiento de medios sint"ticos modulares de alta porosidad y ba$o peso ha permitido un arreglo vertical del medio, de varios metros de altura, llamado bio! torre. El dispositivo ms reciente se denomina discos biológicos y consiste en discos rotatorios sumergidos parcialmente en el agua residual. 'unque existen otros sistemas de cultivo adherido que pueden usarse en ciertas condiciones, tales como los !ltros sumergidos CanaerobioD y lechos #uidizados, la discusión que se hace en este texto se limita al estudio de !ltros percoladores, bioQtorres y discos biológicos. En los sistemas de !ltros percoladores y bioQtorres, el medio es estacionario y el agua residual pasa sobre la biopelícula en dosis intermitentes. En el sistema de discos biológicos el medio mueve la biopelícula alternativamente a trav"s del agua y del aire. 'mbos sistemas se clasi!can como procesos aerobios debido a que mantienen a la biopelícula super!cial en condiciones aerobias. Los sistemas de cultivo adherido incluyen comúnmente sedimentación primaria y secundaria adems del reactor biológico. El sedimentador primario puede omitirse en las plantas con bioQtorres y discos biológicos siempre y cuando se efectúe un cribado adecuado antes de aplicar el agua residual sobre el medio, con el propósito de evitar la obstrucción de los espacios del medio. Bo%o$;a #!% sst!ma
Los microorganismos que se adhieren a las super!cies solidas del medio corresponden esencialmente a los mismos grupos que aqu"llos de los sistemas de lodos activados. La mayoría son microorganismos heterótrofos4 abundan los hongos y bacterias, predominando las facultativas, y las algas se presentan cerca de la super!cie, donde est disponible la luz solar. &ambi"n pueden encontrarse animales, tales como rotíferos, lombrices del lodo, larvas de insectos, caracoles, etc. +uando el contenido de carbono del agua residual es ba$o pueden existir organismos nitri!cantes, aunque en cantidad insigni!cante. Los microorganismos se adhieren por sí mismos al medio y crecen formando una película densa de naturaleza viscosa y gelatinosa. El agua
residual mo$a la película en delgadas capas y las sustancias orgnicas disueltas pasan al interior de la biopelícula debido a gradientes de concentración. En la super!cie pega$osa podrían quedar retenidas las partículas suspendidas y coloidales, y ahí se descomponen dando productos solubles. El oxígeno necesario para las reacciones aerobias de la super!cie de la biopelícula proviene del agua residual y del aire introducido en los huecos del medio. Los desechos producidos durante el proceso metabólico se difunden hacia el exterior de los huecos y son transportados por las corrientes de agua y aire existentes. El crecimiento de la biopelícula sólo puede ser en una dirección, es decir, hacia el lado opuesto al medio de soporte. +onforme la película se hace ms gruesa se desarrollan gradientes de concentración de oxígeno y sustrato. Eventualmente en la interface medio Q biopelícula ocurrirn simultneamente el metabolismo anaerobio y endógeno.
<& BIORREACTORES H=BRIDOS
Los biorreactores híbridos para el tratamiento de aguas residuales se caracterizan por un diseo que permite la combinación, en un mismo equipo, de una fracción de biomasa en suspensión y otra en forma de biopelículas. ichos sistemas son especialmente útiles para el tratamiento de aguas residuales a alta carga de
contaminantes orgnicos y nitrogenados y poseen las venta$as que caracterizan tanto a los sistemas de biomasa en suspensión, como a los sistemas de biopelícula. ichas características auguran la expansión de estos sistemas en plantas de tratamiento de aguas donde la disponibilidad de terreno no sea elevada, o en plantas de tratamiento donde se desee aumentar la capacidad de los sistemas biológicos, sin realizar modi!caciones sustanciales de la obra civil. Ge presentan los resultados obtenidos en dos sistemas desarrollados en laboratorio, uno dotado del clsico sedimentador y otro de una unidad de !ltración de membranas para la separación de la biomasa en suspensión del agua tratada. >& DEMANDA BIOL?GICA DE O@IGENO& La demanda SbioquímicaS
de oxígeno CFBD, es un parmetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Ge de!ne como .F.B. de un líquido a la cantidad de oxígeno que los microorganismos, especialmente bacterias Caeróbias o anaerobias facultativas0 %seudomonas, Escherichia, 'erobacter, FacilliusD, hongos y plancton, consumen durante la degradación de las sustancias orgnicas contenidas en la muestra. Ge expresa en mg 7 l. DEMANDA BIOU=MICA DE O@IGENO La FB es uno de los parmetros de mayor importancia en el estudio y caracterización de las aguas no potables. La determinación de FB adems de indicarnos la presencia y biodegradabilidad del material orgnico presente, es una forma de estimar la cantidad de oxigeno que se requiere para estabilizar el carbono orgnico y de saber con que rapidez este material va a ser metabolizado por las bacterias que normalmente se encuentran presentes en las aguas residuales.
La importancia de este parmetro requiere de ciertos cuidados y atención en la t"cnica analítica, ya que por ser un proceso biológico el mane$o y tratamiento de la muestra es delicado. El m"todo estndar consiste en tomar un pequeo volumen de la muestra a analizar. Este pequeo volumen debe ser representativo del total de la muestra, por lo que "sta deber estar completamente homogenizada.
An volumen que es típicamente de unos cuantos mililitros C1QJ; mlD, se mezcla con un agua de dilución previamente preparada y que contiene los nutrientes requeridos para el desarrollo del medio microbiano que digiere el material orgnico presente en la muestra. Estos nutrientes son esencialmente0 nitrógeno, fósforo, !erro, calcio, magnesio, etc., y se estabiliza el pO del agua de dilución con un buTer adecuado. Mormalmente las aguas residuales ya tienen "stos nutrientes, pero se agregan para el caso de aguas de desecho que no los contengan. Mo es posible poner grandes cantidades de muestra ya que adems del material orgnico digerible, se requiere oxigeno para el metabolismo de las bacterias y la solubilidad del oxigeno en el agua es bastante limitada Caproximadamente R mg7lto a 2JU+ y 1 atm. de presiónD. Gi el material orgnico est en exceso estequiom"trico de la cantidad de oxigeno requerido, como lo indica la ecuación C1D al t"rmino de la prueba no hay oxigeno disuelto que se pueda medir y no es posible evaluar la DEMANDA DE O@IGENO& La ecuación C2D es la deseable, ya que de esta manera si se puede determinar la cantidad de oxigeno consumido, restando el oxigeno disuelto al !nal de la prueba con el oxigeno inicialmente presente.
Facterias V B2 V Gustrato W Facterias V Gustrato C1D Facterias V B2 V Gustrato W Facterias V B2 C2D La &abla ) indica la cantidad de muestra que se requiere tomar como alícuota en un recipiente de 3;; ml., para tener un valor adecuado de oxigeno disuelto al !nal de la prueba.
DEMANDA U=MICA DE O@=GENO
La :B se obtiene por medio de la oxidación del agua residual en una solución cida de permanganato o dicromato de %otasio C+r2BXY2D. Este proceso oxida casi todos los compuestos orgnicos en gas carbónico C+B2D y en agua. La reacción es completa en ms de =J Z de los casos. La venta$a de las mediciones de :B es que los resultados se obtienen rpidamente C3 horasD, pero tienen la desventa$a de que no ofrecen ninguna información de la proporción del agua residual que puede ser oxidada por las bacterias ni de la velocidad del proceso de biooxidación. III& DEFINIR EL LUGAR DE INSTALACION , SUS CONDICIONES TOPOGRAFICAS& UBICACI?N
La instalación se lo har en el +aserío de Ganta (osa. Coor#!"a#as N[J2S31.;>\G XR[ XSJ1.XR\B
To2o$ra;a& %resenta un relieve poco ondulado Las pendientes ms empinadas, entre 2 y RZ. .
H#ro%o$;a& %resenta una quebrada cerca a la ubicación de la %&'(, que solamente tiene agua cuando llueve. IV&
DETERMINAR LA POBLACION DE DISEO , APORTE PERCAPITA&
La población que se bene!ciara de la %&'( es de N personas. Gu aporte per cpita es de0
.˙ percapita = 60
V&
l l + 3 × 8 + 15 = 99 p . d p . d
DIMENSIONAMIERNTO DE LA PTAR&
C%'u%os P%a"ta #! Tratam!"to #! A$uas R!s#ua%!s U"am%ar& 1& Cau#a% m!#o* m!#
ada un promedio familiar de N personas : 8 otación de agua ] MU de habitantes
Qmed =
A ⋅ P 86,400 otación de agua en zona rural 81;; l7hab.7día
' 8 ;.R]ot^^^^^^^^^^^^^. 80 l/hab.× día Qmed =
80 × 6 86,400
=0.005555556
/& Cau#a% m;"mo* m"
:min 8 ;.J ] :med ónde0 :min 8 _asto mínimo, en l7s :med 8 _asto medio, en l7s :min 8;.;;2XXXXXRl7s 82>; l7día
9& Cau#a% m7mo "sta"t"!o* m
:mi 8 ]:med ónde0 :mi 8 _asto mximo instantneo, en l7s :med 8 _asto medio, en l7s 8+oe!ciente de variación mxima instantnea :mi8;.;21111111l7s 81R2>l7dia : 8;.;1R;JJJJNl7s 81JN;l7dia El valor de Ccoe!ciente de OarmonD, se lo calcula asi0
M = 1 +
14 4 + P
Este valor debe estar entre 2.17 y 3.8 M =4.439202908=3.8
VI&
DIBUJO DE LA PTAR&
VII& DESCRIPCI?N DEL PRODUCTO TECNOL?GICO
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES UNIFAMILIAR HIBRIDO – CULTIVO SUSPENDIDO + CULTIVO ADHERIDO + DESINFECCION&
La %lanta de &ratamiento de 'guas (esiduales HIBRIDO – CULTIVO SUSPENDIDO + CULTIVO ADHERIDO + DESINFECCION, es una planta que realiza un tratamiento completo de las aguas residuales provenientes de una vivienda unifamiliar de N personas en un único sistema compacto, que contiene un reactor biológico, un sedimentador y un sistema de desinfección. Este sistema contribuye a la me$ora de la calidad de vida y la conservación del ambiente. 'provechando los lodos y el agua tratada para los cultivos.
1& COMPOSICI?N DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES UNIFAMILIAR
5igura M[ ;1. Esquema de la %&'(
La %lanta de &ratamiento de 'guas (esiduales HIBRIDO – CULTIVO SUSPENDIDO + CULTIVO ADHERIDO + DESINFECCION, se confeccionar a partir de materiales fabricados y prefabricados, los que se consideran como la materia prima siendo los principales0 el reactor biológico, sedimentador o decantador, sistema de difusión de aire, y el tanque de desinfección. ' continuación se describen las partes y funcionamiento de la PTARUNIFAMILIAR a partir de la 5igura M[ ;1. C1D)ngreso del a#uente +onstituido por codo de %9+ de > de dimetro, el que va instalado al sistema de desag`e de la vivienda unifamiliar. %ermite el ingreso del agua residual cruda hacia el reactor biológico. C2D(eactor biológico Es el componente ms importante de la %&'(, principalmente de polietileno o !bra de vidrio cilíndrico o cúbico, alberga al decantador, super!cie atrapabiomasa y difusor de aire4 la base del tanque en forma cónica para facilitar la distribución de las burbu$as de aire del difusor. En "l se llevan a cabo todas las reacciones metabólicas en el proceso de estabilización biológica de la materia orgnica. %or medio de procesos aerobios de un sistema de tratamiento hibrido entre un cultivo suspendido con mezcla completa sin retorno de lodos y un sistema de cultivo adherido.
C3Difusor de aire Est constituido por un 3 platos Ccada plato es de un envase de pasta para zapatos con $ebeDestos platos son materiales altamente poroso Cpequeas !suras o porosD, dispuestos en la base del reactor, para difundir el aire en microburbu$as y permitir la mezcla con el agua presente en el reactor biológico. C>DFomba compresora de aire +onectada a un sistema de alimentación de electricidad capta el aire de la atmosfera y lo comprime, de$ando pasar a trav"s de una manguera hacia los difusores de aire, permitiendo el ingreso de las microburbu$as de aire4 proveyendo la su!ciente concentración de oxígeno para el metabolismo biológico. +onvirtiendo al contenido
del reactor en una mezcla homog"nea al que se conoce como licor mezclado.
CJD+omponentesatrapa biomasa +omo su nombre lo dice es una super!cie de un material semiporoso Ccorrospun, silicona u otroD y unos espirales de plstico o botellas esto es con la !nalidad,en el caso del corrospun, de albergar en sus poros las colonias de microorganismos4 y en los espirales para que se adhieran los microorganismos, encargados de la descomposición de la materia orgnica presente en las aguas residuales durante la estabilización biológica. ' este sistema de tratamiento se le conoce como película adherida, los microorganismos forman una biopelículaen las super!cies de los materiales, de esta manera se est asegurando la presencia de biomasa en el licor mezclado del reactor biológico4 no necesitando del retorno de lodos. El sistema de biopelícula no requiere de limpieza y mantenimiento4 las biopelículas son renovadas cuando el grosor de la misma es tal que vence la gravedad y cae para formar el lodo del tanque. CND)ngreso al decantador +onstituido por tubería y un codo de %9+ de 2 de dimetro, con la !nalidad de facilitar el ingreso del agua del reactor biológico Clicor mezcladoD hacia el decantador por una de las zonas laterales a est". La cantidad de agua que ingresa hacia el decantador es proporcional a la cantidad de agua que ingresa de la vivienda hacia el reactor biológico. CXDecantador o sedimentador
(eferido al depósito que est formado por dos conos uno vertical y el otro invertido Cde polietileno, !bra de vidrio u otro no corrosivoD, realiza el sedimentado de los lodos presentes en el licor mezclado dirigi"ndolos hacia el fondo del decantador y el agua clari!cada con ba$as concentraciones de sólidos suspendidos asciende a la super!cie del decantador por diferencia de densidades.
CRD)ngreso a tanque de desinfección +onstituido por un codo de 2 acoplado al decantador, tubería Q codo de 2 de %9+ suministrando el ingreso del agua clari!cada del decantador hacia el tanque de desinfección. C=D&anque de desinfección epósito de polietileno, de forma cilíndrica organizado a continuación del reactor biológico, su !nalidad es disminuir la concentración de organismos patógenos en el agua clari!cada que ingresa desde el reactor biológico4 para lo cual contiene al dosi!cador de cloro y pantallas para facilitar la mezcla.
C1;D
osi!cador de cloro
Es un depósito con pequeos agu$eros conteniendo el cloruro de calcio y ubicado sobre el primer tabique del tanque de desinfección4 el agua clari!cada ingresa existiendo un desnivel hacia el primer tabique Cdosi!cadorD el contacto agua y dosi!cador genera la disolución del cloro hacia el agua. C11D
%antallas o tabiques
Las pantallas se colocan a manera de un serpentín una frente de la otra pudiendo ser de %9+, madera, !bra de vidrio4 su !nalidad es disminuir la velocidad del agua y mezclarla con el cloruro de calcio. C12D
E#uente !nal
&ubería de %9+ de 2 de dimetro facilita la salida !nal del agua tratada, que constituye el producto de la %&'(. C13D
Galida de lodo
Ge re!ere a un codo y tubo de %9+ > conectado hacia una llave compuerta, con la !nalidad de extraer los lodos desde la parte ba$a del decantador como un subproducto del proceso para composta$e y empleo como fertilizante. C1>D principal
Limpieza
de
tanque
El reactor biológico en la parte ba$a esta adosado de una tubería y llave compuerta con la !nalidad de drenar sólidos en forma de
lodos que hayan quedado sedimentados, restando el volumen efectivo del tanque.
C1JD desinfección
Limpieza del tanque de
+on la !nalidad de realizar la limpieza de sedimentos que queden atrapados al fondo del tanque de desinfección, regulado con una llave compuerta. C1ND
&ubo de gases
&ubería de %9+ de 2 de dimetro terminado en una capucha con la !nalidad de evacuar los gases producto de la digestión biológica. ' parte se ha construido un tanque de concreto para tratar los lodos. CONSTRUCCI?N DE LA PTAR 1& Co"stru''4" #! %os SS&HH
%lataforma para GG.OO medidas 2 por 1.J m
uro de GG.OO
)nstalación de inodoro /& Co"stru''4" ! "sta%a'4" #! %a PTAR&
GG.OO
Ooyo para colocar el tanque de la %&'(
Ge le da la forma
Ooyo para la construcción de tanque de lodos
Fase del tanque de lodos
%reparacion de la mezcla
+onstrucción del tanque de lodos
+onstrucción del tanque de lodos
I"sta%a'4" #! %a tu.!r;a
)nstalación de la comprensora de aire
%&'( terminada
PROCESO DE TRATAMIENTO EN LA PTAR Sst!ma #! arra"u!& El sistema de arranque consiste en introducir bacterias aerobias de otra fuente y esperar su aclimatacion y su reproduccion. %ara nuestra planta se ha introducido 2; l de cultivo traidos de la planta de gloria. %ara el sistema de arranque han hecho uso de los servicios higienicos 2 personas, esto es para que el tanque no se llene rapidamente y las bacterias puedan aclimatarse al tratamiento y tambien puedan reproducirce. Ana ves que las bacterias esten estables, se hara uso de los servicios higienicos con toda la poblacion de la casa que son N personas.
Tratam!"to #! %as a$uas r!s#ua%!s& El tratamiento que se propone es un tratamiento biológico en un reactor llevndose a cabo un proceso hibrido de tratamiento en cultivo suspendido con mezcla completa y #u$o continuo, similar al proceso de lodos activados, pero en este caso no habr una recirculación de lodos purgados. %ara asegurar la presencia de la biomasa inoculada en el digestor, el sistema se combina con el cultivo adherido para lo cual se cuenta con super!cies atrapadoras de biomasa alrededor del tanque. %ropiciando el crecimiento de la biomasa en el rea de contacto con el agua residual4 de esta manera me$ora la e!ciencia en la remoción de materia orgnica disuelta y sólidos suspendidos.
El producto tecnológico funciona ba$o el principio bsico de una planta de tratamiento de aguas residuales Cpara grandes ciudadesD pero a pequea escala4 en la cual el agua residual de la vivienda unifamiliarQN personasQ ingresa hacia un reactor aerobio,
por acción de la gravedad y dispuesto en "l un sistema de aireación arti!cial para propiciar el crecimiento de bacterias aeróbicas y la mezcla completa, en el interior del reactor se cuenta con un cultivo de bacterias adheridas en super!cies para acelerar la biodegradaciónQsuper!cies atrapabiomasaQ, manteniendo un tiempo de retención para el consumo de la materia orgnica del agua residual4 luego el agua aireada, digerida y con alta concentración de biomasa, es conducida hacia el cono de sedimentación que se encuentra anclado en el interior del reactor aeróbico, en un nivel superior, el agua ingresa por la tubería y va disminuyendo la velocidad, propiciando la sedimentación de la biomasa formada4 este decantador tiene la forma de un cono trunco invertido terminando en un codo, una tubería y llave compuerta para la extracción del lodo digerido CbiomasaD. El agua residual tratada y clari!cada es evacuada del cono de sedimentación dirigiendo el nivel de agua hacia la campana de#ectora, que se encuentra acoplada al cono de sedimentación para conducir hacia el tercer tanque o unidad de tratamiento para la desinfección4 el que consiste en un deposito separado por tabiques y un sistema de inyección de cloruro de calcio al inicio del tanque del tal manera que el agua realiza un movimiento tipo serpentín para propiciar la mezcla con el desinfectante y un tiempo de retención de J minutos el e#uente debe tener una concentración de ;.3 ppm de cloro residual. Este e#uente puede ser vertido a un curso de agua o usado para el riego de plantas de tallo alto. %revio a un anlisis de contenido de FBJ, coliformes fecales y nitratos. Cara't!r;st'as: El producto ser fabricado principalmente de %9+ de alta resistencia y durabilidad, con una capacidad de volumen de N;; litros, tiene un mecanismo de e!ciencia de tratamiento de aguas residuales de acuerdo a los estndares de calidad ambiental del agua C'gua +ategoría 3D, apto para riego de plantas de tallo alto o para ser vertido en cauces naturales como quebradas o ríos.
En cuanto a la instalación del producto se requiere contar con aspectos mínimos previos en la vivienda0 instalación de luz el"ctrica, sistema de agua para consumo humano, un bao convencional, y desag`e conduciendo las aguas residuales en un único tubo de > hacia la %&'(, que se ubica en la parte inferior de
la red de desag`e, a un desnivel mínimo de ;.J m4 pudiendo instalarla enterrada, semienterrada en el suelo según la con!guración topogr!ca de la vivienda, se realiza las instalaciones pertinentes de electricidad, captación de lodos digeridos, tanque de desinfección y salida del agua tratada. La disposición !nal del agua tratada depende del uso que desee el usuario0 en tiempo de estia$e puede utilizarla para riego de plantas de tallo alto y en "poca de lluvias conducirla hacia un receptor Cacequia, drena$e, ríoD. Los lodos van al tanque de tratamiento de lodos los cuales sern tratados con cal y luego se dispondr como abono para plantas de tallo alto. E% 2ro#u'to t!"! %as s$u!"t!s !"ta8as: %roducto compacto, que se puede llevar a cualquier parte del país. 5cil instalación Cse adapta a sistemas convencionales de desag`eD. Mo ocupa mucho espacio Cse puede colocar sobre la super!cie del suelo, semienterrado y enterradoD. Mo emite olores fuertes. Oace ba$o consumo de energía Cigual a un foco de 2; D. Ge adapta en uso dom"stico en viviendas unifamiliares rurales y periurbanas. Ge adapta tambi"n al uso en zonas recreativas, restaurantes, hoteles y hospeda$es. antenimiento fcil, el cual consiste en la disposición de los lodos digeridos composteras, así como para lombricultura que puede ser usado como abono para plantas de tallo alto, así como #ores de corte.
F)FL)B_('5'. http077???.guiaambiental.com.ar7conocimientoQcalidadQdeQaguaQlodosQ activados.html http077???.capac.org7?eb7%ortals7;7biblioteca@virtual7doc;;37+'%)&ALB1 >.pdf http077???.cricyt.edu.ar7enciclopedia7terminos7FB.htm http077???.oocities.org7edrochac7residuales7dboydqo2.pdf