SANEAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN MUNICIPIOS DEL …

GESTIÓN Y OPERACIÓN DE

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES

GESTIÓN Y OPERACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

TEMA 1. Introducción al Tratamiento de Aguas Residuales.

Introducción al Tratamiento de Aguas Residuales.

1. COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES

1.4 Criterios para el análisis y selección de alternativas

Objetivos de una Planta de Tratamiento

Objetivo

Reutilización

Industrial

Agrícola

Saneamiento

Negocio

Municipal

Industrial

Municipal

En la elaboración de un Proyecto de Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, existen seis etapas básicas para su elaboración:

Proyecto de una Planta de Tratamiento

1. Estudios básicos.

2. Ingeniería conceptual.

3. Ingeniería básica.

4. Ingeniería de detalle.

5. Construcción, montajes

e instalaciones.

6. Arranque del sistema de

tratamiento.

Estudios Básicos para una PTAR

• Período de vida útil.

• Caudal promedio, mínimo y máximo.

• Calidad del agua afluente promedio y máximos.

• Calidad requerida para el efluente.

• Climatología.

• Topografía.

• Geotecnia.

• Nivelación para interconexión con colector.

• Distancia a conexión CFE y capacidad disponible.

Químicas

Materia inorgánica

Materia orgánica

Gases

Metales pesados

Nutrientes

Grasas y aceites

Detergentes

Orgánicos sintéticos

Físicas

Biológicas

Sólidos

Olor

Temperatura

Densidad

Color

Turbiedad

pH

Bacterias

Protozoarios

Hongos

Virus

CARACTERÍSTICAS DE

LAS AGUAS RESIDUALES.

De acuerdo con los contaminantes orgánicos por remover sedetermina el tipo de tratamiento.

Esquema General de Descontaminación

SOLUBLES COLOIDALES SUSPENDIDOS

PROCESOS

BIOLÓGICOS:

-AEROBIOS

-ANAEROBIOS

ADSORCIÓN

OXIDACIÓN

QUÍMICA

COAGULACIÓN

SEDIMENTACIÓN

FLOTACIÓN

CRIBADO

De acuerdo con los contaminantes inorgánicos por remover sedetermina el tipo de tratamiento.

Esquema General de Descontaminación

SOLUBLES COLOIDALES SUSPENDIDOS

INTERCAMBIO

IÓNICO

ÓSMOSIS

INVERSA

PRECIPITACIÓN

QUÍMICA

COAGULACIÓN

SEDIMENTACIÓN

FLOTACIÓN

FILTRACIÓN

EVAPORACIÓN

CRIBADO

Existen varias clasificaciones para los métodos de tratamiento, una de las más aceptadas es por el tipo de parámetros a remover del agua:

Métodos de Tratamiento

Físicos

Químicos

Biológicos

Clasificación de métodos de tratamiento.

Físicos.- Los métodos de tratamiento en los quepredomina la acción de fuerzas físicas se conocencomo operaciones físicas unitarias.

El cribado, mezclado, floculación, sedimentación,flotación, trasferencia de gases y filtración sonoperaciones físicas unitarias típicas.

Químicos.- Los métodos de tratamiento en loscuales la eliminación o conversión de loscontaminantes se consigue con la adición deproductos químicos y/o por el desarrollo deciertas reacciones químicas, se conocen comoprocesos químicos.

Ejemplos de estos procesos son:

Coagulación, Precipitación, Adsorción, Oxidación,Intercambio Iónico.

Biológicos. – Los procesos de tratamiento en los quela eliminación de los contaminantes se lleva a cabogracias a la actividad biológica se conocen comoprocesos biológicos.

La principal aplicación de los procesos biológicos es laeliminación de sustancias orgánicas biodegradablespresentes en el agua residual, tanto coloidal como endisolución.

Niveles de

Tratamiento

Pretratamiento

Primario

Secundario

Terciario o

Avanzado

Eliminación de materia flotante

Desarenado

Homogeneización y almacenamiento

Separación de grasas y aceites

Neutralización

Sedimentación

Flotación

Tratamiento primario avanzado

Físicoquímicos

Biológicos

Coagulación química

Oxidación

Precipitación

Anaerobios

Aerobios

Medio fijo

Medio suspendido

Medio fijo

Medio suspendido

Coagulación

Adsorción

Intercambio iónico

Filtración

Nitrificación y Desnitrificación

Oxidación

Ósmosis Inversa

Desinfección

Cloración

Ozonación

Radiación ultavioleta

Otros

TRATAMIENTO PRELIMINAR .

Es la acción o conjunto de acciones que mejoran las

condiciones de operación, mantenimiento y proceso en

un sistema de tratamiento, protegiendo los equipos y los

procesos, así como reduciendo la cantidad de reactivos.

A continuación se describen los principales sistemas de

pretratamiento:

▪Cribado.

▪Tamizado.

▪Desarenado.

▪Igualación y homogeneización.

▪Ajuste de pH.

▪Desgrasado.

TRATAMIENTO PRIMARIO.

Es la acción o conjunto de acciones que mejoran la

calidad del agua por medio de la eliminación por

operaciones físicas de los sólidos suspendidos, de tal

manera que reducen la carga de contaminantes del

tratamiento secundario.

A continuación se enlistan los principales sistemas de

tratamiento primario:

▪Sedimentación.

▪Flotación.

▪Primario Avanzado.

TRATAMIENTO SECUNDARIO.

Es la acción o conjunto de operaciones físicas o

procesos químicos o biológicos que mejoran la calidad

del agua eliminando los principales contaminantes del

agua.

El tratamiento secundario puede conformarse por

procesos fisicoquímicos, químicos o biológicos.

Procesos Fisicoquímicos: Coagulación, Adsorción.

Procesos Químicos: Oxidación, Precipitación.

Procesos Biológicos: Aerobios, Anaerobios.

Clasificación de Métodos Biológicos

BIOLÓGICOS

ANAEROBIOS

AEROBIOS

MEDIO FIJO

MEDIO

SUSPENDIDO

FILTROS ANAEROBIOS

LECHO FLUIDIZADO

MEDIO FIJO

MEDIO

SUSPENDIDO

PROCESOS DE CONTACTO ANAEROBIOS

LAGUNAS ANAEROBIAS

PROCESO DE CONTACTO EN 2 ETAPAS

REACTOR DE FLUJO ASCENDENTE

FILTROS ROCIADORES

CONTACTORES BIOLÓGICOS ROTATORIOS

FILTROS BIOLÓGICOS

LODOS ACTIVADOS

NITRIFICACIÓN

LAGUNAS AEREADAS

REACTOR SECUENCIAL POR LOTES (SBR)

NATURALES

HUMEDALES SUMERGIDOS

HUMEDALES SUPERFICIALES

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

TRATAMIENTO EN SUELO

TRATAMIENTO AVANZADO.

El tratamiento avanzado es un proceso dedepuración mas refinado que los anteriores, es lacontinuación del tratamiento de los efluentesproducidos por el tratamiento secundario.Puede tener el objetivo de disminuir más lasconcentraciones de los componentes orgánicos queno alcanzaron a eliminarse.Los principales contaminantes inorgánicos de interésambiental que también se pueden controlar en estenivel de tratamiento, son los nutrientes ycompuestos tóxicos.

Ejemplos de Sistemas de Tratamiento Avanzado.

◦Biológicos:

Nitrificación.

Desnitrificación.

Remoción de fósforo

◦Fisicoquímicos:

Coagulación.

Electrocoagulación.

Adsorción.

Intercambio iónico

• Químicos:

Precipitación química.

Oxidación.

Reducción.

• Físicos:

Filtración.

Ósmosis inversa.

Arrastre (stripping).

DESINFECCCIÓN.

En esta etapa del tratamiento, se controla elcontenido de microorganismos patógenos.No es lo mismo que esterilización.

Algunos procesos de desinfección son:

▪Cloración (gas, hipocloritos).

▪Dióxido de cloro.

▪Ozonación.

▪Luz UV

3. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

3.1 Pretratamiento

Niveles de

Tratamiento

Pretratamiento

Primario

Secundario

Terciario o

Avanzado

Eliminación de materia flotante

Desarenado

Homogeneización y almacenamiento

Separación de grasas y aceites

Neutralización

Sedimentación

Flotación

Tratamiento primario avanzado

Físicoquímicos

Biológicos

Coagulación química

Oxidación

Precipitación

Anaerobios

Aerobios

Medio fijo

Medio suspendido

Medio fijo

Medio suspendido

Coagulación

Adsorción

Intercambio iónico

Filtración

Nitrificación y Desnitrificación

Oxidación

Ósmosis Inversa

Desinfección

Cloración

Ozonación

Radiación ultavioleta

Otros

PRETRATAMIENTO

▪ Cribado.

▪ Tamizado.▪ Desarenado.▪ Igualación y homogeneización.▪ Ajuste de pH.▪ Remoción de grasas y aceites.

CRIBADO.

Es la primera operación unitaria en las plantas

de tratamiento de aguas residuales, su objetivo

es la reducción de sólidos en suspensión

(principalmente gruesos) en el sistema de

tratamiento, mediante un arreglo de barras o

rejillas.

Los sistema de cribado son empleados como

elementos de protección, para evitar que sólidos

de grandes dimensiones dañen u obstruyan los

equipos mecánicos (bombas, válvulas,

agitadores, tuberías etc.).

Esquema de rejillas de limpieza manual.

CONCEPTO LIMPIEZA

MANUAL

LIMPIEZA

MECÁNICA

Tamaño de barras:

Ancho, mm 5-15 5-15

Profundidad, cm 25-75 25-75

Separación, mm 10-50 5-20

Pendiente respecto a la horizontal 45°-60° 60°-90°

Velocidad de aproximación, m/s 0.3-0.6 0.6-1.0

Pérdida de carga admisible, mm 150 150

Datos básicos de diseño para rejillas de limpieza manual y

mecánica

Desarenadores.

Son equipos empleados para separar el materialabrasivo del tipo arena, arenilla, cenizas o gravilla.Pueden ser canales alargados en donde se reduce lavelocidad de la corriente (0.3 m/s) para permitir eldepósito de los sólidos.Al extremo final de la cámara se colocan losdispositivos para el control y medición de loscaudales.Se remueven partículas mayores de 0.1 mm ydensidad específica de 2.65.

Esquema de canal desarenador de flujo horizontal.

Relación entre diámetro de partícula y velocidad de sedimentación para desarenadores

Material Límite de las

partículas (cm)#

ReynoldsVs (cm/seg) CHS (m3/m2 día) Régimen

Grava >1.0 >10 000 100 86 400 Turbulento

Arena

Gruesa

0.100

0.080

0.0500.050

0.040

0.030

0.020

0.015

1 000

600

18027

17

10

4

2

10.0

8.3

6.45.3

4.2

3.2

2.1

1.5

8 640

7 171

5 530

4 579

3 629

2 765

1 814

1 296

Transición

Arena

Fina

0.010

0.008

0.006

0.005

0.0040.003

0.002

0.001

0.8

0.5

0.24

1.0

1.01.0

1.0

1.0

0.8

0.6

0.4

0.3

0.20.13

0.06

0.015

691

518

346

259

173

112

52

13

Laminar

CHS (m3/m2 d) =

Q (m3/d)

A sup (m2)

Carga Hidráulica Superficial

Velocidad de flujo en el canal:

v = Q / At

v = velocidad del caudal en el canal m/s

Q = Caudal de agua residual m3/s (máximo instantáneo)

At = Área transversal m2 (ancho*tirante)

Lt = largo total del canal m (L*1.6)

Desarenadores aireados.

Son tanques que cuentan con dispositivos de aireación

para provocar, mediante el control de la cantidad de

aire inducido, que se mantenga en suspensión la

materia orgánica y sedimenten las arenas.

Estas unidades requieren de compresores de aire y

equipo asociado, cuyas características y

especificaciones son proporcionadas por los

proveedores.

Están formados por tanques de sección transversal

para la circulación en espiral en los tanques, teniendo

canales para recoger las arenas mediante sistemas de

bombeo air-lift.

Desarenadores aireados.

Desarenadores aireados.

Desarenadores aireados.

Desarenadores aireados.

IGUALACIÓN Y HOMOGENIZACIÓN.

Se requieren para contrarrestar las fluctuaciones de caudal

y carga en el afluente a tratar. Consiste en el

almacenamiento del líquido en un tanque o cárcamo, de tal

forma que al extraer el líquido por bombeo, se amortigüen

las variaciones de flujo.

Variaciones que presentan los gastos o flujos:

Horarias.

Estacionales.

Industriales.

Se realiza en tanques de retención, los cuales,

dependiendo de su tipo de operación, se clasifican en:

tanques de nivel constante y tanques de nivel variable.

Formas de incorporar la homogenización al proceso.

Homogenización en línea.

Tanque de

Homogeneización Desarenación

Medición de Flujo

y Unidad de

Control

Flujo de Retorno

de Procesamiento Arena.

Afluente

A Planta de

Tratamiento

Estación de Bombeo

Servicios y Consultoría Manrique y Asociados S.A de C.V.

Separación de grasas y aceites.

Este proceso se fundamenta en la diferencia de

densidades.

Se realiza en un depósito dispuesto de tal manera que

la materia con menor densidad ascienda y permanezca

en la superficie para su recolección y eliminación, de

manera que el líquido salga de forma continua a través

de una estructura situada en el fondo, o por debajo de

los elementos de retención. en la superficie.

Esquema de separadores API.

Condiciones para el diseño de separadores API.

Diámetro teórico de las gotas de aceite retenidas:

d > 0.015 cm.

Superficie horizontal calculada para una velocidad ascensional

entre 0.9 y 3.6 m/h.

Sección transversal calculada para una velocidad de flujo

horizontal comprendida entre 18 y 55 m/h, e igual a 15 veces la

velocidad ascensional.

Ancho: máximo 6.0 m, mínimo 2.0 m.

Altura de líquido: máxima 2.5 m, mínima 1.0 m.

Esquema de separadores CPI.

Desnatador

.

Trampas de Grasas y Aceites.

Son dispositivos usados para separar y retener la grasa que se

arrastra con el agua al momento de lavar los recipientes en donde

se preparan alimentos, ya que las grasas y los aceites que

penetran al sistema de drenaje desde los hogares, industrias y

comercios, son constituyentes usados comúnmente en la

elaboración de alimentos y éstos mismos son los que encontramos

en el agua descargada a los colectores.

La acumulación de éstos puede generar taponamientos en las

líneas de drenaje, provocando derrames, tanto en el interior del

inmueble, como en la calle.

Una trampa retiene, por sedimentación, los sólidos en suspensión

y, por flotación, el material graso, al reducir la turbulencia del agua

procedente de los desagües, con lo que las grasas y el agua tienen

tiempo para enfriarse.

Este enfriamiento hace que las grasas se coagulen y floten en la

superficie, mientras que otros sólidos más pesados se depositan en

el fondo de la trampa y con ello se evita que el sistema de drenaje

se tape.

AJUSTE DE pH

La neutralización es el tratamiento que da al

agua valores de pH neutro o próximo al

equilibrio, cuando inicialmente el agua residual

sea ácida o alcalina.

Las aguas residuales de un gran número de

industrias son alcalinas ó ácidas, en este tipo

de agua es importante efectuar un ajuste del

pH antes de pasar a los tratamientos

secundarios de la planta de tratamiento, para

lograr una mayor eficiencia, reduciendo costos

y tiempos en estos sistemas.Servicios y Consultoría Manrique y Asociados S.A de C.V.

Los reactivos más comunes usados para

ajustar el pH, son:

1. Para aguas ácidas: Carbonato de

calcio, piedra caliza, sosa, amoníaco,

aguas alcalinas, etc.

2. Para aguas alcalinas: Acido sulfúrico,

acido muriático, dióxido de carbono,

gases de combustión, aguas ácidas, etc.

Factores que se consideran en la selección de

un reactivo.

Costos de adquisición.

Velocidad de reacción.

Capacidad de neutralización.

Facilidad de preparación y dosificación.

Almacenamiento del reactivo.

Generación de subproductos.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

ING. EMILIO JAVIER MANRIQUE RAMÍREZ

ejmanriquer@yahoo.com.mx

Cel y whats: 55 2109 9862