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caracterización de aguas residuales
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Contenido Caractersticas de las aguas residuales
Fuentes
Caractersticas fsicas
Caractersticas Qumicas
Caractersticas Biolgicas
Composicin de las aguas residuales
Contenido Prevencin de la contaminacin : Disminucin de
consumo y reduccin de aguas residuales
Mtodos de tratamiento
Parmetros de diseo de sistemas de tratamiento
Clasificacin de los mtodos
Niveles de tratamiento
Aplicacin de las operaciones y procesos unitarios
Elementos de diseo
Fuentes de las aguas residuales Agua residual domstica
Agua residual Industrial
Infiltraciones y conexiones erradas
CARACTERISTICAS de las Aguas Residuales industriales Caracteristicas Fisicas
Caracteristicas quimicas
Caracteristicas biologicas
Caractersticas Fsicas
Slidos totales
Voltiles orgnico
Fijos inorgnico
Suspendidos retenido
Disueltos filtrado
Filtracin Temperatura
Caractersticas Fsicas Color
Causado por slidos suspendidos (aparente), material coloidal y sustancias en solucin (verdadero).
Fuentes de color: infiltracin, aportes por conexiones erradas, descargas industriales, y descomposicin de compuestos orgnicos.
Caf claro, gris claro, gris oscuro o negro.
Caractersticas Fsicas Olor:
Agua residual fresca: olor inofensivo
Generadores de olores: indol, eskatol, mercaptanos, sulfuro de hidrgeno.
Mtodos de medicin: mtodos sensoriales e instrumentales.
Nombre delcompuesto
Frmula qumica Pesomolecular
Volatilidad a25CPpm (v/v)
Umbral dedeteccin deolorppb (v/v)
Umbral dereconocimiento de olorppb (v/v)
Carcter opalabradescriptiva delolor
Compuestos con azufre
Methylmercaptan
CH3SH 48 Gas 0.5 1.0 rotten cabbage
Hydrogensulfide
H2S 34 Gas 0.5 4.7 rotten eggs
SulfurDioxide
SO2 64 Gas 2700 4400 pungent, irritating
Compuestos con Nitrgeno
Ammonia NH3 17 Gas 17000 37000 pungent, irritating
Indole C6H4(CH)2NH 117 360 0.1 fecal, nauseating
Trimethylamine
(CH3)3N 59 Gas 0.4 pungent, fishy
Skatole C9H9N 131 200 1.0 50 fecal,nauseanting
Otros compuestos
Acetaldehyde CH3CHO 44 Gas 67.0 210 pungent, fruity
Ozone O3 48 Gas 500 pungent, irritating
Chlorine Cl2 71 Gas 80 310 pungent,suffocating
Principales compuestos olorosos
Caractersticas Fsicas Temperatura: Regiones clidas: 13C - 30C
Regiones fras: 7C - 18C
Afecta las reacciones qumicas, velocidades de reaccin, uso del agua, vida acutica.
T ptima vida bacteriana: 25C - 35C
Detencin de procesos aerbicos y de nitrificacin: 50C
Detencin produccin de metano: 15C
Detencin procesos nitrificantes: 5C
Caractersticas Fsicas Conductividad
Capacidad de una solucin para conducir la corriente elctrica.
Indicador de la concentracin de slidos disueltos totales
Caractersticas Qumicas Constituyentes orgnicos
Protenas
Grasas y aceites
Carbohidratos
Constituyentes inorgnicos
Elementos individuales (Ca, Cl, Fe, Cr, Zn, etc.)
Compuestos (NO3, SO4)
Caractersticas Qumicas pH:
Intervalo existencia vida biolgica: 5 - 9
Parmetros importante para el tratamiento
Medicin: pH metro
Caractersticas Qumicas Nitrgeno:
Nutriente esencial - eutrofizacin
En aguas residuales: nitrgeno amoniacal, nitritos, nitratos y nitrgeno orgnico.
Nitrgeno amoniacal:
Ion amonio: pH9.3
Medicin: mtodos colorimtricos, titulacin, electrodos
Caractersticas Qumicas Fsforo:
Nutriente esencial
Aguas residuales domsticas pueden tener entre 4 - 12 mg/L como P.
Formas comunes: ortofosfatos, polifosfatos (sufren hidrlisis en soluciones acuosas y se convierten en ortofosfatos) y fsforo orgnico (en aguas industriales).
Caractersticas Qumicas Alcalinidad:
Neutralizar cidos
Presencia de hidrxidos, carbonatos y bicarbonatos
En sistemas anaerobios o de nitrificacin amortigua cidos
Caractersticas Qumicas Otros constituyentes inorgnicos: Azufre:
Ion sulfato en aguas de abastecimiento y residuales
Sulfatos se reducen biolgicamente a sulfuros
Metales
Todos los organismos los requieren.
Medicin: absorcin atmica, plasma acoplado por induccin o colorimetra.
Clases de metales: disueltos, suspendidos, totales, extractables en cido (en solucin, cido mineral en caliente).
Caractersticas Qumicas Constituyentes orgnicos agregados:
Materia orgnica en las AR: protenas (40 - 60%), carbohidratos (25 - 50%) y grasas y aceites (8 - 12%). Urea (mayor constituyente de la orina)
Anlisis: caracterizar AR, eficiencias STAR, comportamiento fuentes receptores.
Mtodos: DBO5, DQO, COT.
Caractersticas Qumicas Demanda Bioqumica de Oxgeno:
Si hay suficiente oxgeno disponible, la descomposicin del desecho continua hasta que se ha consumido.
Tres actividades ocurren:
Oxidacin: desecho oxidacin a productos finales, generan energa.
Sntesis: desecho a tejido celular usando la energa liberada
Respiracin endgena: cuando se acaba la MO, las nuevas celular consumen su propio tejido celular para obtener energa.
Demanda Bioqumica de Oxgeno Desechos orgnicos : COHNS
Tejido celular: C5H7NO2.
Reacciones qumicas:
Oxidacin
COHNS + O2 + bacterias CO2 + H2O + NH3 + energa
Sntesis
COHNS + O2 + bacterias + energa C5H7NO2
Respiracin endgena
C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3
Demanda Bioqumica de Oxgeno Oxidacin Carbono orgnico: DBOltima
Prueba estndar:
Botella de DBO (300 ml)
Agua saturada con oxgeno y nutrientes
Medir [O2] inicial (D1), incubar a 20C por 5 das y medir [O2] final (D2).
DBO (mg/L) = (D1 - D2) / P
P es la fraccin de agua residual contenida en la muestra
Demanda Bioqumica de Oxgeno Limitaciones: perido de 5 das, consumo de oxgeno.
Demanda adicional de oxgeno para oxidacin del amonio a nitrato (Demanda Nitrogenada de Oxgeno). Las reacciones del proceso de nitrificacin son:
Conversin de amonio a nitrito (Nitrosomonas)
Conversin de nitrito a nitrato (Nitrobacterias)
Esta demanda ocurre 5 a 8 das despus de iniciada la prueba de DBO. Ojo si hay muchos nitrificantes.
Demanda Qumica de Oxgeno Medir material orgnico de las AR, susceptible de ser
oxidado qumicamente.
Se oxidan sustancias orgnicas difciles de oxidar biolgicamente (lignina)
Hay sustancias inorgnicas que se oxidan
Algunas sustancias pueden ser txicas para los microorganismos.
Se realiza en 3 horas.
DBO5 / DQO
DBO5/DQO entre 0.3 y 0.8 = ARD.
DBO5/DQO > 0.5, tratamiento biolgico
DBO5/DQO < 0.3 constituyentes txicos y/o aclimatacin.
Caractersticas Qumicas Grasas y aceites
Liquidos a T ambiente: aceites
Slidos a T ambiente: grasas
Esteres compuestos de cidos grasos, alcohol y glicerol.
Caractersticas Qumicas Tensoactivos:
Agentes de actividad superficial
Molculas orgnicas grandes compuestas de un grupo hidroflico y uno hidrofbico.
En AR provienen de descargas de detergentes, lavanderas industriales, etc.
Causan aparicin de espumas
Medicin: cambio de color de una muestra estndar de azul de metileno.
SAAM - Sustancias Activas al Azul de Metileno
Caractersticas Biolgicas Importancia: enfermedades, descomposicin y
estabilizacin.
Microorganismos presentes en Aguas superficiales y subterrneas:
Bacterias, hongos, algas, protozoos, plantas y animales vivos, virus.
Clasificacin: eucariotas, eubacterias y arqueobacterias.
Eucariotas : ncleo recubierto, varias molc. de ADN. Procariotas (bacterias y arqueobacterias).
Caractersticas Biolgicas Fuente de carbono: hetertrofos (requieren carbono
orgnico) y auttrofos (carbono celular se deriva del CO2).
Requerimientos de oxgeno: aerobios obligados, anaerobios facultativos, anaerobios aerotolerantes y anaerobios obligados.
Requerimientos ambientales:
por T: psicroflicas (-10 - 20C), mesoflicas (10 - 50C), termoflicas (40 - 70C) e hipertermoflicas (70 - 95C)
pH ptimo para crecimiento bacterial: 6.5 - 7.5
Caractersticas Biolgicas Uso de microorganismos indicadores:
Se emplean los organismos coliformes (fcil identificacin y presencia abundante).
Siempre presentes en el tracto intestinal; c/persona evacua entre 100.000 - 400.000 millones de bacteria coliformes por da.
Indicador de posible presencia de organismos patgenos.
No son efectivos para indicar presencia de virus y protozoos.
Se est analizando el uso de bacterifagos como indicador de virus entricos (virus que pueden infectar clulas procaritas).
Caractersticas Biolgicas Microorganismos patgenos: Bacterias, parsitos
(protozoos y helmintos) y virus
Mtodos de conteo: conteo directo, cultivo de placa, filtro de membrana, fermentacin en tubos mltiples.
COMPOSICION DE LAS AGUAS RESIDUALES
Composicin de las AR Valores comunes de la cantidad total de
contaminantes por habitante (Tabla 4.11 y 4.14).
Valores comunes de ARD (RAS Res 1096/00)
Parmetro Intervalo
DBO5 (gr/hab-da) 25 - 80
SST (gr/hab-da) 30 100
Nitrgeno total Kjeldahl (gr/hab-da) 9.3 13.7
Coliformes totales (#/hab-da) 2X108 2X1011
Variaciones Variaciones:
en la concentracin en el caudal en la carga msica:
Concentracin media integrada: proporcional al caudal, se obtiene de la sumatoria del producto de los valores de caudal y concentracin del constituyente de inters (para muestras horarias de 24 horas), dividida por la sumatoria del caudal.
Calcular la concentracin media integrada y la concentracin media aritmtica y comparar los resultados. Ejercicio (10)
Arsnico 0.5 mg/L
Bario 5.0 mg/L
Cadmio 0.1 mg/L
Cromo 0.5 mg/L
Mercurio 0.02 mg/L
Plomo 0.5 mg/L
Cianuro 1.0 mg/L
Normas de vertimiento
Prevencin de la Contaminacin Objetivo:
Reducir el uso de agua potable
Minimizar la generacin de aguas residuales
Programa recomendado:
Reduccin en el flujo de agua y aguas residuales
Reciclado
Recuperacin de subproductos
Reuso
Beneficios vs. Restricciones
Area Beneficio potencial Restriccin potencial
Tcnica Recuperacin de subproductos
comerciables
Necesidad adicional de tratamiento para
cumplir con requisitos de reutilizacin.
Econmica Ahorros en gastos por consumo de agua y
materia prima
Ahorro en inversiones futuras
Mayores costos de operacin y
mantenimiento de sistemas de tratamiento
Requerimiento de disposicin de residuos
Reglamentaria Simplificacin en procesos de obtencin
de licencias y permisos.
Planeacin del Programa Paso 1: Evaluacin de toda la planta: (cmo se usa el
agua, generacin de AR) Incluye revisin registros histricos, muestreos y anlisis de
laboratorio, identificacin de fuentes de suministro y descargas).
Paso 2: Areas potenciales para conservar, reciclar y reutilizar el agua:
Incluir aguas de uso sanitario, proceso productivo, otros
Planeacin del Programa P2 Factores a tener en cuenta:
Identificar posibles fuentes
Determinar los requisitos de calidad para el agua.
Comparar los requisitos de calidad del agua con los valores actuales o que podran obtenerse mediante algn tipo de tratamiento.
Estimar los flujos de aguas residuales producidas y requeridas y volmenes a ser almacenados.
Analizar las objeciones de los usuarios en relacin con el uso de agua reciclada.
Realizar estimaciones de costos actuales del agua y del agua residual tratada y costos previstos.
Planeacin del Programa P2 Paso 3: Definir las metas de reduccin de agua de
suministro y agua residual.
Metas: especficas, cuantificables, asignables, realistas y tiempo necesario para alcanzarlas.
Ejm: reducir el consumo de agua en (rea) en (%) para (fecha)
Paso 4: Poner en marcha el programa (ojo flexible, monitoreo)
Tcnicas para reducir las AR dentro de la planta
Objetivo: minimizacin de uso de agua.
Areas relacionadas:
Capacitacin de personal
Modificacin y/o cambios operacionales en proceso productivo.
Minimizacin de uso de agua en servicios sanitarios, mediantes dispositivos para restringir el flujo y dispositivos de cierre automtico.
Capacitacin de personal - Promover la concientizacin del personal respecto a la
necesidad de reducir el consumo
- Establecer metas cuantificables para dicha reduccin.
- Capacitar al personal en las diversas tcnicas de reduccin del agua residual y mtodos de minimizacin.
- Vigilar el avance del programa (grficos mensuales de consumo) y reajustar los objetivos del programa si se observa necesario
En el proceso productivo Modificaciones en el proceso:
Cambios en el equipo, por ejemplo:
Usar enjuagues de roco a alta presin en lugar de tanques de inmersin.
Sistemas de enfriamiento con aire en lugar de agua.
Reemplazar la torre de enfriamiento por sistema de enfriamiento a base de refrigerante.
Ponderar costo vs beneficio.
En el proceso productivo Cambios en las operaciones:
Mejorar operaciones de limpieza del equipo:
Dispositivos mecnicos de limpieza, limpieza en seco, cortina de aire, enjuague a contracorriente.
Maximizar la vida efectiva del agua de produccin:
enjuague a contracorriente, medicin de conductividad.
Optimizacin del consumo:
Evitar sellos defectuosos en tubos y equipos, equipos de control automtico, reductores de flujo, cubiertas, control de nivel del agua.
En servicios sanitarios Uso de dispositivos y sistemas para reducir el consumo
(Tabla No.36-4)
Fuentes de generacin de aguas residuales: lavadoras, bebederos, duchas, grifos, inodoros.
Tcnicas para reciclar AR no tratada Reciclado de aguas residuales industriales
Depende de los requisitos del proceso que recibe las aguas.
Tabla 36-5
Purga de torres de enfriamiento para lavado.
Agua de enfriamiento de 1 uso (sin contacto) para intercambiador de calor y almacenamiento para enfriamiento sin contacto.
Reciclado de aguas de uso sanitario:
Agua residual gris (agua de lavado de duchas, lavadoras de ropa o vajillas) para inodoros o riego.
Reutilizacin del agua residual Criterios: calidad requerida, tecnologa disponible
Irrigacin agrcola: cultivos o viveros
Irrigacin de jardines: parques, patios, cementerios.
Reutilizacin en la industria: aguas para sistemas de enfriamiento, de proceso.
Usos recreativos/ambientales: recarga de lagos, acuiferos.
Usos urbanos: proteccin contra incendios, inodoros Tabla 36-8
Mtodos de tratamiento Clasificacin:
Operaciones fsicas unitarias: floculacin, sedimentacin, flotacin, filtracin, tamizado.
Procesos qumicos unitarios: Precipitacin, adsorcin y desinfeccin.
Procesos biolgicos unitarios: mtodos donde la remocin se realiza gracias a la actividad biolgica. Se usan principalmente para remocin constituyentes orgnicos biodegradables y nutrientes.
Niveles de tratamiento Nivel de tratamiento Descripcin
Preliminar Remocin de constituyentes que puedan causar problemas operacionales o de
mantenimiento en los procesos de tratamiento y sistemas auxiliares
Primario Remocin de parte de slidos y de materia orgnica suspendidos.
Primario avanzado Remocin intensiva de slidos suspendidos y materia orgnica, en general llevada
a cabo mediante la adicin de insumos qumicos o filtracin
Secundario Remocin de compuestos orgnicos biodegradables y slidos suspendidos. Se
incluye la desinfeccin.
Secundario con
remocin
Remocin de compuestos orgnicos biodegradables, slidos suspendidos y
nutrientes.
Terciario Remocin de slidos suspendidos residuales, en general por filtracin en medio
granular. Se incluye la desinfeccin y la remocin de nutrientes
Avanzado Remocin de materiales disueltos o en suspensin que permanecen despus del
tratamiento biolgico convencional. Se aplica cuando se requiere reutilizar el
agua tratada o para el control de eutroficacin en fuentes receptoras.
Aplicacin de las operaciones y procesos unitarios
Constituyente Operacin unitaria, proceso unitario o sistema de tratamiento
Slidos suspendidos Sedimentacin, filtracin, adicin de polmeros qumicos,
coagulacin/sedimentacin, procesos naturales (humedales artificiales,
tratamiento en el suelo)
Compuestos
orgnicos
biodegradables
Lodos activados, filtros de lecho empacado, lagunas de estabilizacin, procesos
naturales, reactores de pelcula adherida (filtros percoladores, contactores
biolgicos rotatorios), sistemas fsico-qumicos.
Patgenos Cloracin, Radiacin UV, procesos naturales, Ozonacin.
Nitrgeno Nitrificacin/denitrificacin (procesos biolgicos de pelcula adherida, en
suspensin), procesos naturales
Fsforo Remocin biolgica, adicin de sales metlicas, coagulacin con
cal/sedimentacin, procesos naturales
Metales pesados Precipitacin qumica, procesos naturales
Tabla 4.29 y 4.30
Eficiencias tpicas de tratamiento (%)
Unidad de tratamiento DBO DQO SST
Sedimentacin primaria 30-40 30-40 50-65
Lodos activados
convencionales
80-95 80-95 80-90
Filtros percoladores 65-80 60-80 60-85
Sistemas anaerobios 65-80 60-80 60-70
Lagunas de
estabilizacin
- Anaerobias- Facultativas- Aerobias
50 7080-90
80-95
-
-
-
20-60
60-75
85-95
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