RALCEA: Eje Calidad de Agua y Saneamiento Curso “Tecnologías de Tratamiento de Aguas Residuales para Reuso Módulo 1: Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales y Reuso

Selección de plantas de tratamiento de agua residual

Alvaro Mercado Guzman

Santa Cruz, agosto 2013

Métodos de tratamiento 

¿Qué es el tratamiento del agua?

Es someter al liquido a una serie procedimientos, que en el ámbito de la ingeniería de procesos se denominan operaciones y procesos unitarios, los cuales permiten modificar las características físicas, químicas y biológicas, para llevarlas a un estándar de calidad.

Operaciones y procesos unitarios

OPERACIONES UNITARIAS: Cada una de las acciones necesarias de transporte, separación y/o transformación que solo impliquen cambios físicos. SEPARACIÓN TAMIZADO SEDIMENTACIÓN FLOTACIÓN FILTRACIÓN DESORCIÓN

PROCESOS UNITARIOS. Mecanismos de transformación de los componentes moleculares, que implican cambios en su estructura química, los cuales solo pueden ocurrir dentro de un sistema con condiciones termodinámicas e hidrodinámicas especificas. Al equipo donde se desarrollan estas reacciones químicas se le denomina reactor. Las reacciones químicas mas utilizadas son: oxidación, nitración, polimerización, esterificación, etc. OXIDACIÓN QUIMICA BIOQUIMICA

Características físicas químicas y biologicas del agua residual Clasificación Actividad que la incorpora doméstica Caracteristicas físicas Arenas y arcillas

Lavado de patios y arrastre por agua de lluvia

Sólidos flotantes

Arrastre de basura

Características químicas Orgánicos Materia orgánica Detergentes Grasas y aceites Orgánicos sintéticos

Descarga de inodoros, lavados de cocinas Lavado de ropa y de lavado de utensilios de cocina Higiene personal, y de cocina Derrame de artículos de sustancias de limpieza y medicinas

Inorgáncos Sales disueltas Metales pesados Compuestos de nitrogeno Compuestos de fósforo

Lavado de utensilios y vertido de alimentos Pueden venir de baterias, y residuos de limpieza Descarga de inodoros Lavado de ropa y de lavado de utensilios de cocina

Gases Oxigeno

Disuelto en forma natural

Aácido sulfúrico

Descomposición de la materia orgánica

Metano

Descomposición de la materia orgánica

Nitrogeno amoniacal

Descomposición de la materia orgánica

Bioxido de carbono

Descomposición de la materia orgánica

Caracteristicas biológicas Bacterias

Descarga de heces fecales

Virus

Descarga de heces fecales

Protozoarios

Descarga de heces fecales

Nemátodos

Descarga de heces fecales

Características físicas, químicas y biológicas Caracteristica

Componentes moleculares

Carbohidratos, proteinas, ácidos orgánicos Materia orgánica

Forma de medición global e indirecta, parámetros analíticos DQO

Demanda quimica de oxigeno

DBO5

Demanda bioquimica de oxigeno

COT

Carbon orgánico total

SSV

Sólidos suspendidos volatiles

SDV

Sólidos disueltos volátiles

Detergentes

Dodecil benceno, sulfato alquil benceno lineal

SAAM

Sustancias activas al azul de metileno

Grasas y Aceites

Hidrocarburos, ácidos grasos

Gy A

Grasas y aceites

Dureza

Dureza total: calcio y magnesio

Alcalinidad

Alcalinidad total

Conductivida d

Conductividad electrica

SDT

Sólidos disueltos totales

SDF

Sólidos disueltos fijos

NTK

Nitrogeno total kjeldal

NH3

Nitrogeno amoniacal

NO2

Nitritos

NO3

Nitratos

CT

Coliformes totales

CF o CTT

Coliformes fecales o termotolerantes

Virus

Partículas virales

Sales disueltas

Carbonatos, bicarbonatos, cloruros

Compuestos de nitrogeno Amoniaco, nitritos y nitratos

Biologicas

Patógenos como, Protozoarios Bacterias, virus, protozarios, y nemátodos Helmintos

Quistes de protozoarios Huevos de helmintos

Operaciones y procesos unitarios Característica

Forma de asociación con el agua

Operaciones y procesos unitarios para su remoción

Arenas y arcillas

Sedimentable

Sedimentacion

Material flotante

Suspendida

Tamizado por rejillas

Grasas y aceites

Emulsión

Flotación

Suspendida

Sedimentación y o filtración Química

Materia orgánica Disuelta

Oxidación Bioquímica Química

Detergentes

Disuelta

Oxidación

Bioquímica Química Oxidación Compuestos de nitrogeno

Bioquímica

Disuelta Desorción

Biologicas

Patogenos

Bacterias

Química Oxidación

Virus Protozoarios

Bioquímica Suspendida

Oxidación

Química

Ultrafiltración Nemátodos Sedimentación y o filtración

Conversión biológica - Oxidación bioquímica Degradación de sustrato

Materia orgánica en el agua (= substrato)

Sustancias minerales, CO2, CH4, H2, PO4-3, NH4+, energía

Energía

Decaimiento

Nuevas células (lodo) Síntesis

Oxidación bioquímica – Metabolismo aerobio Residuos oxidables Materia orgánica

Energía

Oxígeno Bacterias aerobias

Residuo de bacterias

CO2 + H2O + NH3 + Energía Nuevas células (biomasa)

Productos finales

Respiración endógena

Residuo orgánico

Nuevas bacterias

Biomasa

Síntesis Residuo no biodegradable

Oxidación bioquimica con bacterias aerobias OXIDACIÓN BIOQUIMICA CON BACTERIAS AEROBIAS La materia orgánica biodegradable es usada como sustrato para el crecimiento bacteriano.

DQO/DBO + O2 = nuevas células + CO2, H2O, PO4-3, NH4+, energía

Ej., 3C6H12O6 + 8O2 + 2 NH3 = 2 C5H7NO2 +8CO2+ 14H2O

El sustrato como DBO soluble e insoluble es convertido en masa microbiano nueva a una tasa específica de: rSu = dS/dt =µ*X/Y

Oxidación química metabolismo anaerobio Materia orgánica donante de hidrógeno

BacteriaS anaerobiaS CH4 + CO2 NO-3 SO=4

B -anaerobia B -anaerobia

N2 H2S

B -anaerobia CO2

Materia orgánica particulada

Enzimas extracelulares

CH4 + H2O

Materia orgánica disuelta

Bacterias Formadoras de ácidos

Biomasa

Ácidos orgánicos Alcoholes, H2, CO2

Biomasa del metano CH4 + CO2 + H2O + H2S

Biomasa

Ácidos orgánicos Alcoholes, H2, CO2

Reacciones bioquimicas

Reductor

Oxidante (aceptor final de e)

Productos

H2

O2

H2O

H2

SO4=

H2O + S=

Compuestos orgánicos

O2

CO2 + H2O

Bacterias, plantas y animales

NH3

O2

NO-2 + H2O

Bacteria nitrificante

NO-2

O2

NO-3 + H2O

Bacteria nitrificante

Compuestos orgánicos

NO-3

N2 + CO2

Fe++

O2

Fe+3

Ferrobacillus

S=

O2

SO=4 + H2O

Thiobacillus

Organismo

Bacteria del hidrógeno Desulfovirbio

Bacteria desnitrificante

Condición oxido - reducción Condición

Donador de electrón

Aceptor final de electrón

Aerobia

Materia orgánica o inorgánica

O2

Anóxica

Materia inorgánica

NO3-, NO2-

Anaerobio

Materia orgánica o inorgánica

Materia orgánica, HCO3-. SO4-2

Métodos de tratamiento Característica

Operaciones y procesos unitarios para su remoción

Sistema a ser empleado en el tratamiento del agua

Material flotante

Tamizado por rejillas

Rejillas

Arenas y arcillas

Sedimentación

Desarenadores

Grasas y aceites

Flotación

Trampas de grasa

Materia orgánica suspendida

Sedimentación

Sedimentación primaria

Materia orgánica disuelta

Carbonacea Química

Cloración, ozonación

Nitrogenada Oxidación

Detergentes

Aerobia Bioquimica

Anaerobia Anoxica

Biologicas

Patogenos

Bacterias

Química

Cloración

Bioquimica

Digestión endógena

Química

Cloración

Oxidación Oxidación

Virus Ultrafiltación Protozoarios

Ultrafiltración Sedimentación

Sedimentación y /o filtracióni Nemátodos

Filtración en arena

Sistemas empleados en el Característica Métodos de tratamiento tratamiento de agua

Material flotante

Rejillas

Arenas y arcillas

Desarenadores

Aceites y grasas

Trampas de grasa

Materia orgánica suspendida

Sedimentación primaria

Clasificación convencional

Pre tratamiento Primario

Aerobia Materia orgánica disuelta

Oxidación bioquimica

Anaerobia

Secundario

Anoxica Cloración

Biologicas

Patogenos

Bacterias

Virus Protozoarios Nemátodos

Oxidación bioquimica

Digestion endógena

Desinfección

Cloración Ultra filtración Filtración en arena

Terciario

Métodos de tratamiento Clasificación convencional

Nombres convencionales de los procesos y operaciones unitarias mas usadas en el tratamiento de agua

Operación manual Rejas o tamices

Operación mecánica

Pretratamiento

Flujo horizontal Con areación Centrífugos

Desarenadores Tanques sépticos Tanques Inhoff Sedimentador primario

Primario

Reactores de medio fijo

Biodiscos

Aerobio Reactores de biomasa suspendida Secundario

Anaerobio

Reactor de lodos activados Laguna anaerobia

Reactores anaerobios

Reactor anaerobio de flujo ascendente

Lagunas de estabilización

Lagunas facultativas

Humedales

Flujo superficial Flujo sub superficial

Consorcio bacteriano

Desinfección

Filtros percoladores

Lagunas de maduración Tanques de contacto de cloro

Eficiencias esperadas Característica

Materiales flotantes, arcillas y arenas

Materia orgánica suspendida

Materia orgánica disuelta

Organismos patógenos

Remocio n Remocio Nombres convencionales de los procesos y operaciones esperada n de esperada unitarias mas usados en el tratamiento de agua materia de orgánica patogeno (%) s (%) operación manual Rejas o tamices operación mecánica Flujo horizontal Desarenadores Con aireación Centrífugos Tanques sépticos 25 - 30 Tanques Imhoff 25-30 Sedimentador primario 30-40 Reactores de medio Filtros percoladores 65-85 fijo Biodiscos 80-85 Aerobio Reactores de Reactor de lodos biomasa suspendida activados 80-95 Laguna anaerobia 30-40 Reactores Anaerobio Reactor anaerobio anaerobios de flujo ascendente 50-70 Lagunas de Lagunas facultativas estabililzacion 40-50 Consorcio Flujo superficial bacteriano 60-80 Humedales Flujo subsuperficial 80-90 Lagunas de maduración 90 99 Tanques de contacto de cloro 99 99

Costos estimados de operación y mantenimiento Nombres convencionales de los procesos y operaciones Costos de operación y unitarias mas usados en el tratamiento de agua mantenimiento $/m3 operación manual Rejas o tamices operación mecánica Materiales flotantes, Flujo horizontal arcillas y arenas Desarenadores Con aireación Centrífugos Tanques sépticos Materia orgánica Tanques Imhoff suspendida Sedimentador primario 0,86 Reactores de medio Filtros percoladores fijo Biodiscos 0,86 Aerobio Reactores de Reactor de lodos biomasa activados suspendida 1,49 Laguna anaerobia 0,21 Materia orgánica Reactores Anaerobio disuelta Reactor anaerobio anaerobios de flujo ascendente 0,1 Lagunas de Lagunas facultativas estabililzacion 0,21 Consorcio Flujo superficial bacteriano Humedales Flujo subsuperficial 0,2 Lagunas de maduración 0,21 Organismos patógenos Tanques de contacto de cloro

Característica