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curso de saneamientoprocesos de tratamiento de aguas residuales plantas tratadoras de aguas residuales
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Curso
Procesos de Tratamiento de
Aguas Residuales
Septiembre 2014
M.C. Jos de Jess Rodrguez Padilla
ropj66@gmail.com
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Contenido1. Generalidades
2. Objetivos del tratamiento de aguas residuales
3. Tratamiento preliminar
4. Tratamiento primario
5. Tratamiento secundario
6. Tratamiento terciario
7. Desinfeccin
8. Tratamiento de lodos
8.1 Espesamiento
8.2 Estabilizacin
8.3 Desaguado
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
1. Generalidades
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Antecedentes histricosAglomeracin de poblacin en grandes ciudades
(Londres, Chicago, Hamburgo).
Brotes de epidemias. Se reportan miles de personas
muertas por contaminacin de fuentes de agua. (
1900).
Muerte de peces en ros (Tmesis) y lagos (Grandes
Lagos).
Prdida de especies nativas y crecimiento malezas en
cuerpos de agua.
Inicio del tratamiento de aguas residuales en Europa y
Norteamrica ( 1900 1930).
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Antecedentes histricosImportante incremento del tratamiento en EE.UU. (Clean
Water Act, 1972).
Ley de Aguas Nacionales (1992)
Normatividad vigente en Mxico sobre calidad de las
aguas residuales (1996 1998)
Normatividad vigente en Mxico sobre residuos (lodos)
de las plantas de tratamiento (2003).
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
2. Objetivos del tratamiento
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Contaminantes Presentes en Aguas
Residuales Municipales
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Contaminante Nombre del parmetro Efectos / Importancia Origen
Impiden los usos del cuerpo de aguaResiduos domsticos
Deficiencia en los sistemas de
recoleccin de basura
Arrastres pluviales
Producen azolves
Erosin de equipo mecnico
Impiden el paso de luz y oxgeno Residuos domsticos
Se adhieren a superficies de tanques
y equipos
Residuos de restaurantes,
mercados, industrias, etc.
Produccin de azolves Residuos domsticos (materia
fecal)
Se descomponen generando oloresResiduos de restaurantes,
mercados, industrias, etc.
Agotan el oxgeno disuelto,
impidiendo la vida acutica
Residuos domsticos (materia
fecal, comida)
En ausencia de oxgeno disuelto
generan olores (septicidad)
Residuos de restaurantes,
mercados, industrias, etc.
Microorganismos
patgenos
Coliformes fecales Transmiten enfermedades (clera,
hepatitis, diarrea, amibiasis, etc.)
Residuos fecales de humanos y
animales
Nitrgeno:
Orina, materia fecal, fertilizantes
Fsforo:
Detergentes, fertilizantes
Material
suspendido
Slidos suspendidos
totales (SST)
Materia orgnica
Nutrientes Nitrgeno (N) y Fsforo
(P)
Crecimiento de especies no deseadas
en cuerpos de agua (algas, lirio,
malezas) conocida como
eutroficacin
Demanda bioqumica
de oxgeno (DBO5) y
Basura Basura
Efectos estticos
Arenas Arrastres pluviales
Grasas y aceites Grasas y aceites
Arenas
Principales contaminantes presentes en aguas residuales municipales
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Generacin de caudal y contaminantes en aguas residuales municipales
Fuente: - Comisin Nacional del Agua
- Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering
ND Informacin no disponible
Parmetro Unidades Generacin
Mxico
Generacin
EE.UU.
Notas
Caudal (l/hab.)/da 120 - 225 190 - 460
Basura ND ND Muy variable
Arenas ND ND Muy variable
Grasas y aceites (g/hab.)/da ND 31
SST (g/hab.)/da 52 95
DBO5 (g/hab.)/da 54 85
DQO (g/hab.)/da 110 198
Coliformes fecales ND ND
Nitrgeno (N) (g/hab.)/da 8 13.3
Fsforo (P) (g/hab.)/da 3.28 4.6
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Concentracin de contaminantes en aguas residuales municipales crudas
Fuente: - Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering
Nota: En Mxico predominan las concentraciones entre Media y Alta
Baja Media Alta
Basura Muy variable
Arenas Muy variable
Grasas y aceites mg/l 50 90 100
SST mg/l 120 210 400
DBO5 mg/l 110 190 400
DQO mg/l 250 430 800
Coliformes fecales NMP/100 ml 103 - 105 104 - 106 105 - 108
Nitrgeno (N) mg/l 20 40 70
Fsforo (P) mg/l 4 7 15
Parmetro Unidades Concentracin Notas
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Normatividad mexicana relativa a
Aguas Residuales Municipales
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Norma mexicana de descarga a cuerpos receptores
NOM-001-SEMARNAT-1996
NI No se indica PM Promedio mensual PD Promedio diario
- La clasificacin de los cuerpos de agua aparece en la Ley Federal de Derechos
- En la NOM-001-SEMARNAT-1996 aparecen otros parmetros. No debe haber
problema para su cumplimiento en descargas municipales.
PM PD PM PD PM PD
Basura NI NI NI NI NI NI
Arenas NI NI NI NI NI NI
Grasas y aceites mg/l 15 25 15 25 15 25
SST mg/l 150 200 75 125 40 60
DBO5 mg/l 150 200 75 150 30 60
DQO mg/l NI NI NI NI NI NI
Coliformes fecales NMP/100 ml 1,000 2,000 1,000 2,000 1,000 2,000
Nitrgeno (N) mg/l 40 60 40 60 15 25
Fsforo (P) mg/l 20 30 20 30 5 10
Cuerpo tipo CParmetro Unidades Cuerpo tipo A Cuerpo tipo B
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Ejemplo de remocin requerida en una planta municipal
Cuerpo
tipo C
PM
Basura NI
Arenas NI
Grasas y aceites mg/l 100 15 85.0%
SST mg/l 350 40 88.6%
DBO5 mg/l 350 30 91.4%
DQO mg/l 700 NI
Coliformes fecales NMP/100 ml 1 x 108 1,000 99.9990%
Nitrgeno (N) mg/l 60 15 75.0%
Fsforo (P) mg/l 13 5 61.5%
Remocin
requerida
Parmetro Unidades Concentracin
agua cruda
NI No se indica PM Promedio mensual
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Norma mexicana para reso de agua residual tratada
NOM-003-SEMARNAT-1997
NI No se indica PM Promedio mensual
- En la NOM-003-SEMARNAT-1997 aparecen otros parmetros. No debe haber
problema para su cumplimiento en descargas municipales.
Contacto
indirecto
Contacto
directo
PM PM
Basura NI NI
Arenas NI NI
Grasas y aceites mg/l 15 15
SST mg/l 20 30
DBO5 mg/l 20 30
DQO mg/l NI NI
Coliformes fecales NMP/100 ml 240 1,000
Nitrgeno (N) mg/l NI NI
Fsforo (P) mg/l NI NI
Parmetro Unidades
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Otros contaminantes
Hay otros contaminantes que son propios de descargas
industriales. Entre otros:
pH extremos
Metales pesados, cianuros
Sustancias txicas (plaguicidas, compuestos clorados)
Etc.
Las aguas residuales municipales no deben presentar
valores importantes de estos contaminantes.
Se deben monitorear peridicamente para verificar que
no estn presentes.
En caso de presencia se debe identificar el origen y
hacer un control en la fuente que los genere.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Elementos de una planta de tratamiento
de aguas residuales municipales
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
En base al alcance, las etapas de tratamiento se clasifican en:
Clasificacin de las etapas de un sistema de
tratamiento
Etapa Objetivos de tratamiento
Remocin de basura
Remocin de arenas
Regulacin de caudal
Tratamiento primario Remocin de material suspendido
Tratamiento secundario Remocin de materia orgnica biodegradable
Mejorar el efluente de un tratamiento secundario:
- Remocin de material suspendido
- Remocin de nutrientes (N y/o P)
- Remocin de otros contaminantes
Desinfeccin Eliminacin de microorganismos patgenos
Producir lodo apto para su disposicin final:
- Remocin de contenido de agua
- Produccin de lodo que no se descomponga
(lodo estabilizado)
Tratamiento preliminar
(pretratamiento)
Tratamiento terciario
Tratamiento de lodos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Esquema de un tren de tratamiento
InfluenteTratamiento
preliminar
Tratamiento
primario
Tratamiento
secundario
Tratamiento
terciario (avanzado)Desinfeccin
Tratamiento
de lodos
Efluente
tratado
Lodos
estabilizados
Basura y arenas
Lodos
no estabilizados
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Ejemplo Tratamiento secundario
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Ejemplo tratamiento terciario
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento de lodos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
3. Tratamiento preliminar
(Pretratamiento)
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento preliminarSu objetivo es la proteccin del resto de las etapas de tratamiento
Principales etapas del tratamiento preliminar:
Cribado (eliminacin de basura)
eliminacin de arena
reduccin de tamao
homogeneizacin del flujo y ajuste de pH
El efluente de estos sistemas tiene aproximadamente los mismos contaminantes que el influente.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento preliminar. CribadoObjetivo: Separacin de material suspendido de gran
tamao (basura)
El tamao del material separado puede ser muy variable
(desde troncos, botellas, trapos, etc. hasta semillas,
colillas de cigarro, hojas de rbol, etc.)
La separacin del material se realiza al hacer pasar la
corriente de agua a travs de una estructura tipo coladera
(criba).
El tamao de los huecos (claro libre) determina el material
que es retenido.
Si el material es de dimensin mayor al claro libre queda
atrapado, separndose de la corriente principal. Debe ser
retirado peridicamente.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento preliminar. CribadoLas cribas se clasifican dependiendo de:
El claro libre (cribas gruesas, finas, microcribas)
La forma de limpieza (manual / mecnica)
Clasificacin Claro libre
(mm)
Notas
Gruesas 6 - 150 Puede haber varias etapas en
serie
Finas 0.5 - 6 Generalmente van precedidas
de cribas gruesas
Microcribas < 0.5 Muy poco usadas en
tratamiento preliminar
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Cribas gruesas con limpieza automtica
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Cribas gruesas con limpieza manual
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Criba fina con limpieza mecnicaCribas finas con limpieza manual
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento preliminar. CribadoEl cribado es una operacin indispensable en una planta
de tratamiento municipal.
Como mnimo debe haber un cribado grueso de 20-25 mm
de claro libre para proteccin de equipo de bombeo.
Es deseable que se incluya un cribado de 6 mm de claro
libre o menor.
Se recomienda que se prevea sacar de operacin una
criba sin interrumpir la operacin de la planta de
tratamiento.
En cribas con limpieza mecnica se incluyen equipos para
compactacin y lavado para disminuir la generacin de
olores en su manejo.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento preliminar. Desarenacin
Objetivo: Eliminacin de arenas
La arena es un material de muy alta densidad (2,600
kg/m3 vs 1,000 kg/m3 del agua) y dimetro < 1 mm.
Proviene de material que ingresa por arrastres al
sistema de alcantarillado, principalmente en poca
pluvial.
Sedimenta con mucha facilidad, produciendo
azolvamiento.
Es muy abrasiva, produciendo desgaste de partes
metlicas en movimiento (bombas, mezcladores, etc.).
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento preliminar. Desarenacin
Todos los mtodos de eliminacin de arena aprovechan
que la arena sedimenta mucho ms rpido que el resto
del material suspendido.
Los principales sistemas de desarenacin son:
Canales paralelos (ms frecuente en plantas pequeas)
Desarenadores tipo vrtice
Desarenadores aerados
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Desarenadores tipo canal
Se busca en el diseo que:
V = Q/A 0.2 0.4 m/s
Tr = V/Q 45 90 s
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Desarenador tipo vrtice
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Desarenador aerado
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento preliminar. DesarenacinLa desarenacin es una operacin indispensable en una
planta de tratamiento municipal.
Se recomienda que se prevea sacar de operacin un
desarenador sin interrumpir la operacin de la planta de
tratamiento.
En desarenadores de gran caudal se incluyen equipos
para lavado de arena para disminuir la generacin de
olores en su manejo.
Por problemas en la desarenacin, muchas plantas en
Mxico exhiben problemas de azolve en unidades
subsecuentes de proceso.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento preliminar. Regulacin
Objetivo: Disminuir las variaciones de caudal
El caudal que ingresa a una planta de tratamiento
presenta amplias variaciones.
En plantas pequeas, el caudal mximo (Qmax) puede
ser cuatro veces o ms el caudal medio (Qmed) y el
caudal mnimo (Qmin) puede ser cercano a cero.
Esto complica tanto la construccin (tuberas, equipos
de medicin, tanques, etc.) como la operacin
(dosificacin, suministro de aire, etc.).
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tanque regulador
Caudalvariable
Caudalconstante
Usualmente se requiere un tiempo de retencin (tr = V/Qmed) entre
4 y 8 horas.
Se debe incluir aeracin y mezclado para evitar sedimentacin y
generacin de olores.
Se recomienda incluir regulacin de caudal en plantas pequeas
(Qmed < 10 20 l/s).
En plantas muy grandes (Qmed > 500 l/s) puede ser difcil su
inclusin por los costos en obra civil y equipamiento.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
4. Tratamiento primario
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento primarioObjetivo: Eliminacin de slidos suspendidos
Una parte importante de los slidos suspendidos tiene
densidad ligeramente mayor a la del agua (1,050 kg/m3
vs 1,000 kg/m3).
Esto permite su separacin de la corriente principal
mediante sedimentacin (decantacin) simple.
La separacin puede mejorarse aadiendo sustancias
que aglomeren los slidos suspendidos (coagulantes o
floculantes).
Otra opcin es adicionar aire que reduzca la densidad del
material suspendido y separarlo por flotacin.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento primarioSedimentacin simple Sedimentacin con
sustancias qumicas
Flotacin con aire disuelto
(DAF)
Sustancias aadidas Ninguna Coagulantes y floculantes
- sulfato de aluminio
- cloruro frrico
- polmeros catinicos
Aire a alta presin
Coagulantes y floculantes
Remocin de contaminantes
- Slidos suspendidos 40 - 60% 70 - 90% 70 - 90%
- Grasas y aceites 60 - 80% > 90% > 90%
- Materia orgnica (DBO5) 20 - 40% 50 - 60% 50 - 60%
- Fsforo Despreciable > 90% No hay datos
Costos
- Costos de inversin Medios Medios Altos
- Costos de operacin Bajos Altos Altos
Requerimiento de superficie Altos Altos Bajos
Tiempo de retencin (V/Qmed) 2 - 3 h 2 - 3 h < 30 min
Usos principales Plantas medias y grandes Plantas que no incluyen
tratamiento secundario
- Plantas con limitacin de
espacio
- Presencia de material
flotante
Tipo de tratamientoConcepto
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento primarioEl tratamiento primario no es obligatorio en una planta
municipal.
El tratamiento primario ms utilizado en efluentes
municipales es la sedimentacin simple.
El tratamiento primario reduce el esfuerzo de tratamiento
en los procesos posteriores (tratamiento secundario).
Los residuos producidos (lodos primarios) no se
encuentran estabilizados, producen olores
desagradables y atraen moscas y otros vectores de
enfermedades.
Necesitan procesarse antes de su disposicin final.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentadores primarios de geometra circular
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Detalles de Sedimentadores primarios de geometra circular
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentadores primarios de geometra rectangular
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
5. Tratamiento secundario
(Tratamientos biolgicos)
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento secundarioObjetivo: Eliminacin de la materia orgnica disuelta.
Los tratamientos previos (preliminar, primario) slo
eliminan contaminantes que se encuentren suspendidos.
No tienen capacidad de eliminar ningn contaminante
que est disuelto en agua.
Entre los contaminantes disueltos se incluyen (por lo
menos en parte):
Materia orgnica
Nutrientes (nitrgeno y fsforo)
Los tratamientos que usan microorganismos
(tratamientos biolgicos) son los ms utilizados para
eliminar estos contaminantes.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Qu son los tratamientos biolgicos?
Tratamientos que utilizan microorganismos para laeliminacin de contaminantes o su conversin encompuestos inocuos.
La gran mayora de los tratamientos son adaptacionesen condiciones controladas de fenmenos que ocurrenen la naturaleza:
Aeracin y depuracin de una corriente
Crecimiento de pelculas en rocas
Conversin de materia orgnica en embalses
Transformacin de nitrgeno y fsforo en lagos y pantanos.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
HistoriaLos tratamientos biolgicos son muy antiguos comoprocesos formales de tratamiento.
Ao Proceso Ubicacin
1901 Filtro percoldor EE.UU.
1907 Tanque Imhoff Alemania
1913 Lodos activados Inglaterra
1920's Lagunas facultativas EE.UU.
1930's Digestin anaerobiaAlemania,
Francia
1960's Biodiscos Alemania
Pantanos artificiales EE.UU.
Remocin biolgica de nitrgeno EE.UU.
1970's Remocin biolgica de fsforo EE.UU.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Microorganismos involucrados
El principal grupo de microorganismos aprovechadoen el tratamiento es el de las bacterias.
Algunos tratamientos utilizan bacterias y algas(lagunas facultativas y maduracin)
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamientos biolgicos
Materia
orgnicaReactor
biolgicoSeparacin
O2 (2)
CO2
Residuos
(lodos)
Efluente
tratado
Nutrientes
(N, P)
Metano (1)
(1) Slo en tratamientos anaerobios
(2) Slo en tratamientos aerobios
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Aspectos generalesPara el desarrollo adecuado de las bacterias (y con ello
un buen tratamiento del agua residual) se requiere:
Fuente de materia orgnica biodegradable.
Presencia de nutrientes (nitrgeno y fsforo)
Temperatura adecuada (depende del tipo de
bacterias)
pH adecuado (cerca de la neutralidad)
Ausencia de sustancias txicas
Medio ambiente adecuado (Ausencia / presencia de
oxgeno disuelto)
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Aspectos generales
Se aplican desde la descarga de una vivienda hasta
la de una gran ciudad.
Contaminantes eliminados:
Materia orgnica biodegradable (uso principal)
Slidos suspendidos (atrapados en flculos biolgicos)
Nitrgeno y fsforo (procesos terciarios)
Microorganismos patgenos (de forma indirecta)
Aplicaciones principales
Tratamiento de agua residual municipal
Tratamiento de agua residual industria de alimentos
Estabilizacin de lodos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Ubicacin de los tratamientos biolgicos
InfluenteTratamiento
preliminarTratamiento
primario
Tratamiento
secundario
Tratamiento
terciario (avanzado)Desinfeccin
Espesamiento
Efluente
tratado
Lodos
estabilizadosEstabilizacinDesaguado
Tratamientos biolgicos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento secundario
Los sistemas biolgicos usualmente son los procesos utilizados con este fin.
Adems, los sistemas biolgicos tienen la ventaja adicional de remover slidos suspendidos remanentes (principalmente el proceso de lodos activados).
En la actualidad casi nicamente se utilizan procesos biolgicos en el tratamiento secundario de aguas residuales municipales.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Aspectos generales
Las bacterias no tienen boca!
El material disuelto pasa a travs de su membrana celular.
No pueden procesar directamente material suspendido.
No hay canibalismo.
Todos los tratamientos biolgicos generan residuos.
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
ClasificacinExisten mltiples formas de clasificar a los tratamientos
biolgicos:
Por el tipo de bacterias involucradas:
Aerobios (Presencia de oxgeno disuelto)
Anaerobios (Ausencia de oxgeno disuelto y nitratos)
Anxicos (Ausencia de oxgeno / presencia de nitratos)
Por la forma como se mantienen a las bacterias en el
reactor:
Medio fijo (estn adheridas a superficies)
Medio suspendido (mediante agitacin se evita que
sedimenten).
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Clasificacin
Por el grado de mecanizacin
Naturales (bajo consumo energa / alta superficie)
Mecanizados (alto consumo energa /baja superficie)
Por la forma de aeracin (sistemas aerobios)
Mecnica superficial
Aeracin difusa
Por el tipo de patrn de flujo
Continuos
Por lote
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de lodos activados
Influente
Tanque de
oxidacin biolgica Sedimentador
secundario
Oxgeno
Efluente
Exceso de lodos
(Purga)
Nutrientes
Recirculacin
de lodos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de lodos activados
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de filtro percolador (biofiltro)
Influente
Biofiltro
Sedimentador
secundario
Efluente
Exceso de lodosNutrientes
Bombeo
Recirculacin
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de filtro percolador
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de discos biolgicos rotatorios
(biodiscos)
Influente
Sedimentador
secundario
Efluente
Exceso de lodos
Nutrientes
Biodiscos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de biodiscos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de lagunas de estabilizacin
Influente Efluente
Laguna
anaerobia
Laguna
facultativa
Laguna
de
maduracin
Laguna
de
maduracin
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Lagunas de estabilizacin
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tendencias en el tratamiento biolgico
Los tratamientos biolgicos continan en evolucin.
Algunos de los avances ms recientes incluyen:
Sistemas por lotes SBR
Uso de membranas de ultrafiltracin, MBR
Uso combinado de medio fijo / medio suspendido
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Reactor biolgico por lotes (SBR)
Llenado
Reaccin
Sedimentacin
Descarga
Purga de lodos
Aire
S/ No
S
No
No
No
20 min
120 min
20 min
15 min
5 min
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Reactor por lotes (SBR)
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema biolgico de membranas
(MBR)
Influente
Tanque de
oxidacin biolgica
Membranas
ultra-filtracin (UF)
Oxgeno
Efluente
Exceso de lodos
Nutrientes
Recirculacin
de lodos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema biolgico de membranas
(MBR)
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de lodos activados con
medio fijo
Influente
Tanque de
oxidacin biolgica Sedimentador
secundario
Oxgeno
Efluente
Exceso de lodos
Nutrientes
Recirculacin
de lodos
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de lodos activados con
medio fijo
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Comparacin de sistemas
Proceso DBO5
mg/l
SST
mg/l
Ventajas Desventajas Aplicaciones tpicas
Agua municipal cruda 300 - 400 300 - 400
Lagunas de estabilizacin 60 - 100 60 - 100 - No requieren energa elctrica
- Bajos requerimientos de mano
de obra
Gran requerimiento de
superficie
Presencia de algas en el
efluente (color verdoso)
- Comunidades pequeas
'- NOM-001 Cuerpo tipo A
Filtros percoladores 45 - 60 45 - 60 - Consumo intermedio de
energa elctrica
- Proceso de operacin simple
- Generacin de olores,
moscas
- Turbiedad en el efluente
'- Presencia de olor en el
efluente
- NOM-001 Cuerpo tipo A y B
Biodiscos 30 - 40 30 - 40 - Consumo intermedio de
energa elctrica
- Proceso de operacin simple
- Turbiedad en el efluente
'- Presencia de olor en el
efluente
- NOM-001 Cuerpo tipo A y B
Lodos activados 20 - 30 20 - 30 - Buena calidad en el efluente
(color, olor, aspecto)
- Alto consumo de energa
elctrica
- Mayor complejidad de
operacin
- NOM-001 Cuerpo tipo A , B y C
- NOM-003 reuso contacto
indirecto
Sistema biolgico de
membrana (MBR)
< 5 < 5 - Excelente calidad del efluente
- Tecnologa de punta
- Alto costo de inversin
- Alto costo de operacin
- NOM-001 Cuerpo tipo A , B y C
- NOM-003 reuso contacto
directo
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
6. Tratamiento terciario
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamientos terciariosObjetivo: Mejorar la calidad del efluente de los
tratamientos secundarios.
Ejemplos:Eliminacin de nitrgeno (nitrificacin- desnitrificacin biolgica)
Eliminacin de fsforo (procesos biolgicos, precipitacin qumica)
Filtracin en medio granular
Procesos de membrana (microfiltracin, ultrafiltracin, smosis inversa)
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Efluente
secundario
Efluente
terciario
20 - 30 2 - 5 Filtracin en medio granular
20 - 30 < 1 Microfiltracin (MF)
Nitrgeno 20 - 50 5 - 10 Proceso biolgico anxico - xico
5 - 15 < 1 Precipitacin qumica
5 - 15 1 - 5 Proceso biolgico anaerobio - xico
20 - 30 5 - 10 Filtracin en medio granular
20 - 30 2 - 10 Microfiltracin (MF)
20 - 30 < 5 Ultrafiltracin (UF)
Slidos disueltos
(sales)400 - 600 10 - 20 smosis inversa (OI)
Concentracin (mg/l)
Slidos
suspendidos
Fsforo
Materia orgnica
(DBO5)
Parmetro a
eliminar
Tipo de tratamiento
Tratamientos terciarios ms frecuentes
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Tratamientos terciarios o avanzados
En Mxico la legislacin implica tratamientos terciarios
slo en los siguientes casos:
NOM-001 Cuerpo Tipo C (Nitrgeno y fsforo)
NOM-003 Contacto Directo (Slidos suspendidos)
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Filtracin en medio granular
Se utiliza para eliminar slidos suspendidos
Frecuente su uso en riego de reas verdes
Mejora el aspecto visual del efluente (reduce turbiedad)
Puede requerir adicin de floculantes (polmeros)
El medio filtrante usualmente es arena o arena y
antracita.
En flujos pequeos se usan unidades a presin. En
flujos grandes se usa filtracin por gravedad.
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InfluenteEfluente
filtradoFiltro
granular
Cisterna
Agua de
retrolavado
Agua de
Retrolavado sucia
ESQUEMA DE UN SISTEMA DE FILTRACIN EN MEDIO GRANULAR
Floculantes
(opcional)
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Remocin de nitrgeno
Se utilizan tratamientos biolgicos que remueven el
nitrgeno en conjunto con la materia orgnica.
La remocin biolgica consta de dos pasos
1. Conversin del nitrgeno amoniacal a nitratos (nitrificacin)
2. Conversin de los nitratos a nitrgeno gas (desnitrificacin)
Nitrificacin
Ocurre en condiciones aerobias y una edad de lodos de 7 das o
superior.
La nitrificacin consume oxgeno adicional al que requieren las
bacterias que remueven la materia orgnica.
Produce cidos, lo que puede generar un descenso del pH.
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Remocin de nitrgeno
Desnitrificacin
Ocurre en condiciones de ausencia de oxgeno y presencia de
materia orgnica y nitratos (condiciones anxicas).
Requieren de sistemas que mezclen el agua residual sin
introducir oxgeno.
Durante la desnitrificacin el nitrgeno de los nitratos se
convierte a nitrgeno gas (N2) que se escapa a la atmsfera.
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ESQUEMA DE UN SISTEMA DE
REMOCIN BIOLGICA DE NITRGENO
Influente
Efluente
Recirculacin
de lodos
Purga
de lodos
Recirculacin
interna
Aire
Reactor
anxico
Reactor
xico (aerobio)
Sedimentador
secundario
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Precipitacin qumica de fsforo
El fsforo reacciona con sales metlicas formando sales
insolubles.
Los compuestos ms utilizados son
Sales de aluminio (sulfato de aluminio)
Sales de fierro (cloruro frrico)
Sales de calcio (cal)
Se pueden obtener concentraciones de fsforo en el
efluente por debajo de 1 mg/l.
La adicin de sales se puede realizar
antes del sedimentador primario
antes del sedimentador secundario
antes de un sedimentador posterior al tratamiento secundario
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Precipitacin qumica de fsforo
Es un sistema muy confiable.
Genera una masa de lodos adicionales que aumenta los
costos de disposicin.
El costo de la adicin de las sales metlicas puede ser
importante.
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ESQUEMA DE UN SISTEMA DE
PRECIPITACIN QUMICA DE FSFORO
Influente
Efluente
Lodos precipitados
con fsforo
Sedimentador
Sal metlica
con Al, Fe o Ca
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Remocin biolgica de fsforo
Se utilizan tratamientos biolgicos que remueven el
fsforo en conjunto con la materia orgnica.
La remocin biolgica consta de dos pasos
1. Liberacin de fsforo de los microorganismos aerobios al
someterlos a condiciones de ausencia de oxgeno
(anaerobias)
2. Asimilacin de fsforo en exceso por los microorganismos
aerobios en condiciones aerobias.
Los sistemas biolgicos no requieren de sustancias
qumicas.
Las reacciones de los microorganismos no se conocen
con precisin. Esto produce remocin variable de
fsforo.
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ESQUEMA DE UN SISTEMA DE
REMOCIN BIOLGICA DE FSFORO
Influente
Efluente
Recirculacin
de lodos
Purga
de lodos
Aire
Reactor
anaerobio
Reactor
xico (aerobio)
Sedimentador
secundario
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7. Desinfeccin
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Contaminacin microbiolgicaLas aguas residuales domsticas contienen microorganismos
(patgenos) responsables de enfermedades.
Entre las enfermedades producidas se encuentran:
Gastroenteritis (diarrea)
Salmonelosis
Tifoidea
Clera
Amibiasis
Tenia (solitaria)
Hepatitits A
Histricamente las aguas residuales municipales han
provocado la muerte de decenas de miles de personas.
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Contaminacin microbiolgicaLos microorganismos patgenos presentes en las aguas
residuales son muy diversos:
Bacterias (Escherichia coli, Salmonella, Vibrio cholerae, etc.)
Protozoarios (Giardia lamblia, Entamoeba histolytica (amiba),
etc.)
Virus (Virus de hepatitis, rotavirus, enterovirus, etc.)
Huevos de helmintos (Taenia solium, Ascaris lumbricoides, etc.)
La concentracin en aguas residuales con frecuencia
supera la requerida para transmitir enfermedades.
Ejemplo. Se encuentran entre 103 a 104 enterovirus/100 ml. La
dosis infecciosa es de 1 a 10 virus.
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Origen y determinacin de
microorganismos patgenos
Provienen de las descargas sanitarias (materia fecal) de
humanos y algunos animales.
Su identificacin y cuantificacin es difcil debido a la
diversidad de microorganismos presentes.
Se han buscado microorganismos que sirvan como
indicadores de contaminacin fecal y por lo tanto de
riesgo de presencia de patgenos.
El grupo ms utilizado es el denominado coliformes
(coliformes totales).
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ColiformesBacterias (Bacilos aerobios, anaerobios, facultativos).
Fermentan la lactosa produciendo cido y gas.
Los gneros principales son Escherechia y
Aerobacter.
No todos los coliformes provienen del intestino de
animales.
Hay un subgrupo de los coliformes que viven
estrictamente en el intestino de animales (coliformes
fecales).
La Escherechia coli s proviene de origen fecal.
Los coliformes tienden a ser ms resistentes a la
accin de desinfectantes que el resto de patgenos.
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Enumeracin de coliformesUna persona desecha al da 100 - 400 miles de millones
de coliformes.
Hay dos tcnicas principales:
Fermentacin en tubos mltiples (determinacin de
produccin de gas)
Tcnica de filtro de membrana (conteo de grupos de
coliformes).
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Fermentacin en tubos mltiplesSe hacen diluciones en tubos (1:10, 1:100, 1:1000, etc.).
Se toma 1 ml de cada muestra y se transfiere a 5 tubos
con una solucin de lactosa. Se incuba a 35 C durante
un da.
El desprendimiento de gases indica presencia de
coliformes.
Se reporta el nmero de frascos donde hubo produccin
de gases.
El resultado se reporta en coliformes por 100 ml
(NMP/100 ml).
En aguas residuales crudas el intervalo tpico es 106 a
109 NMP/100 ml
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Fermentacin en tubos mltiples
(continuacin)Coliformes fecales
Los coliformes fecales siguen una tcnica similar,
cambiando el medio de cultivo y la temperatura (3 h a 35
C y 21 h a 44 C).
En aguas residuales crudas el intervalo tpico es 105 a
108 NMP/100 ml
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Interpretacin, normatividad y valores tpicos
Coliformes totales Coliformes fecales
Riesgo de
contaminacin fecal
Certeza de
contaminacin fecal
106 - 109 105 - 108
No aplica < 1,000
Contacto indirecto No aplica < 1,000
Contacto directo No aplica < 240
Cero Cero-NOM-127-SSA1
(agua potable)
- NOM-003-
SEMARNAT
(reuso de agua)
IndicadorConcepto
Interpretacin
Valores tpicos
(NMP/100 ml)
Normatividad (NMP/100 ml)
- NOM-001-SEMARNAT
(descargas a cuerpos de agua)
Para reducir de 1x108 NMP/100 ml a 1,000 NMP/100 ml se requiere una
remocin del 99.999% de los coliformes.
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Desinfeccin.Objetivo: Eliminacin de organismos patgenos.
Un desinfectante es una sustancia que se aade para
eliminar microorganismos patgenos.
Formas de accin de un desinfectante.
Dao de la pared celular.
Alteracin de la permeabilidad de la clula (detergentes).
Alteracin del estado coloidal del protoplasma (calor, soluciones
a pH extremos).
Inhibicin de la actividad enzimtica (cloro, ozono, UV).
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Eficiencia de desinfeccin en diferentes
unidades de tratamientoEtapa de tratamiento Remocin
coliformes (%)
Cribado grueso 0 - 5
Cribado fino 10 - 20
Desarenacin 10 - 25
Sedimentacin primaria 10 - 25
Sedimentacin primaria con
adicin de sustancias qumicas40 - 80
Lodos activados 90 - 98
Desinfeccin (cloro, UV) > 99.9
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Sistemas de desinfeccin
Compuestos de cloro
cloro gas Cl2
hipoclorito de sodio NaClO
Hipoclorito de calcio Ca(ClO)2
Luz ultravioleta (UV)
Ozono O3
Otros sistemas se aplican a volmenes pequeos de
agua
Halgenos (yodo, bromo)
Calor
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Factores generales que afectan la
desinfeccin
En todos los tipos de desinfeccin, la eficiencia depende
de dos variables:
El producto (Dosis o concentracin del agente
desinfectante) x (tiempo de contacto)
Patrn de flujo en la unidad de contacto.
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Patrn de flujo en la unidad de contactoLa geometra del tanque debe asegurar un tiempo de
residencia mnimo de los microorganismos.
La geometra ideal es un tanque tipo flujo pistn, en
donde todas las partculas tienen el mismo tiempo de
retencin.
El peor caso es un tanque completamente mezclado,
donde hay una distribucin de tiempos de residencia.
Geometras adecuadas Geometra no adecuada
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Desinfectantes (continuacin)El ms usado es el cloro (cloro gas, hipoclorito de sodio
o de calcio).
Bajo costo
Muy eficiente desinfectante.
Tiene accin residual.
Elimina color y olor en el agua residual
La eficiencia en la eliminacin de virus es menor para
los diferentes desinfectantes.
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Parmetros bsicos de un sistema de
desinfeccin con cloroUnidad de contacto
Tiempo de retencin (tr = V/Q)
A flujo medio > 30 min
A flujo pico > 15 min
Relacin Largo/Ancho (L/A)
L/A > 10 o preferentemente L/A > 40
Velocidad en los canales (v)
v > 2 m/min
Se recomiendan dos unidades de
contacto
Cloro en el efluente 0.5 1 mg/l
Solucin
con cloro
Efluente
desinfectado
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Parmetros bsicos de un sistema de
desinfeccin con cloroDosis de cloro
1,000 240
Agua residual cruda 107 - 109 15 - 40
Efluente primario 107 - 109 10 - 30 20 - 40
Efluente lodos
activados105 - 106 2 - 10 5 - 15
Efluente filtracin
en medio granular104 - 106 4 - 8 5 - 15
Efluente
microfiltracin101 - 103 1 - 3 2 - 4
Dosis de cloro (mg/l)
Efluente buscado (NMP/100 ml)
Tipo de
agua residualEntrada
a desinfeccin
NMP/100 ml
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Esquemas desinfeccin con cloro
Tanque de
cloro gas
Evaporador
Clorador
Inyector
Agua a
presin
Influente a
desinfeccin
Efluente
desinfectado
Tanque solucin
Hipoclorito de sodio
(10 15%)
Opcin gas cloro Opcin
Hipoclorito
de sodio
Unidad de
contacto
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Problemas con la desinfeccin con cloroAunque el cloro sigue siendo el principal desinfectante
presenta algunos problemas:
El cloro gas es muy txico y combustible. Su manejo
requiere de instalaciones apropiadas.
Como alternativa, se pueden utilizar otros compuestos
de cloro. Los ms usados son hipoclorito de sodio y de
calcio.
El exceso de cloro en el efluente tratado es txico a la
vida acutica. En algunos pases se elimina el cloro
con dixido de azufre (SO2) previo a su descarga.
El cloro reacciona con la materia orgnica produciendo
trihalometanos. Estos compuestos estn considerados
como posibles cancergenos.
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Desinfeccin con luz ultravioletaLa luz de baja longitud de onda es absorbida por los
microorganismos.
La luz UV con longitud de onda entre 250 y 270 nm
produce daos importantes al DNA, produciendo
mutaciones que impiden la reproduccin.
El mtodo de desinfeccin consiste en exponer el agua
residual a una fuente de luz ultravioleta.
El vapor de mercurio contenido en las lmparas produce
cerca del 30 - 40% de la luz emitida a una longitud de
onda de 253.7 nm.
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