TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

CATEDRA INTERNACIONAL 2008

ING. CARLOS JULIO COLLAZOS

CONTENIDO

2.1. Introduccin2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamiento2.3. Tratamientos preliminares2.4. Tratamientos primarios2.5. Tratamientos secundarios2.6. Tratamiento de lodos

2.1. Introduccin

2.1.1 Situacin del sector en Colombia, Amrica Latina y El Caribe

Porcentaje de Porcentaje de pobreza urbana pobreza urbana por pas en ALCpor pas en ALC

Porcentaje de pobres en reas urbanasPorcentaje de pobres en reas urbanasMs de 60%Ms de 60%

Entre 40 y 60%Entre 40 y 60%

Menos de 40%Menos de 40%

No disponibleNo disponible

POBREZA URBANA Y SANEAMIENTO

Fuente: OMS/OPS

Diagnstico (Fuente: Latinosan 2007)

9 Se estima que el 41% de la poblacin mundial (2600 millones de habitantes) no tiene acceso al saneamiento bsico

9 En Amrica Latina en el 2004, el 14% de la poblacin urbana (60 millones de personas) y el 51% de la poblacin rural (65 millones de personas) carecan de sistemas de saneamiento

9 El ao 2008 ha sido declarado por las naciones Unidas como el ao internacional del saneamiento

9 La meta del milenio, busca reducir a la mitad el nmero de habitantes sin acceso al saneamiento bsico para el ao 2015

Disposicin urbana de aguas residuales en Amrica Latina (1998)

Disposicin in situDisposicin in situ 27%27%Alcantarillado ( 600 mAlcantarillado ( 600 m33/s)/s) 63%63%Sin servicio 10%Sin servicio 10%

Agua residual tratada 14%Agua residual tratada 14%(con tratamiento aceptable 6%)(con tratamiento aceptable 6%)

86%86%sinsin

tratamientotratamiento516 m516 m33/s/s

600 m600 m33/s/s

ros, ros, agricultura y agricultura y

maresmaresOPS, 2001

BALANCE EN LA PRODUCCIN DE AGUAS RESIDUALES MUNCIPALES EN COLOMBIA

20% conducidas a PTARs.

8% efectivamente tratadoPRODUCCIN DIARIA DE

AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS

SEIS (6) MILLONES DE M3.

PRODUCCIN DIARIA DEPRODUCCIN DIARIA DEAGUAS RESIDUALES DOMESTICASAGUAS RESIDUALES DOMESTICAS

SEIS (6) MILLONES DE MSEIS (6) MILLONES DE M33.. 80% vertidos sin tratamiento al suelo, ros, quebradas, lagos y el mar.

Fuente: MAVDT

Esquema de uso tradicional del agua en Amrica Latina

Recurso hdricoRecurso hdrico

AguasResiduales

CEPIS/OPS

AGROAGRO CIUDADCIUDAD

Esquema tendencia actual en Amrica Latina

CIUDADCIUDAD

AguasAguasResidualesResiduales

Recurso hdrico

Reuso

AGROAGRO

TRATAMIENTO ADECUADOTRATAMIENTO ADECUADOCEPIS/OPS

2.1. Introduccin

2.1.2 Objetivos y gradualidad del tratamiento

PROPOSITOS DEL TRATAMIENTO

Dependen del destino final y pueden ser, bsicamente:

9 Separar o remover del vertimiento los constituyentes indeseables

9 Modificar las propiedades fisicoqumicas o biolgicas del residuo con el fin de alcanzar niveles compatibles con los requerimientos de la descarga

GRADUALIDAD

Dentro de una concepcin racional del tratamiento es lgico contemplar un proceso de gradualidad en la implementacin de las soluciones (etapas):

Inicialmente podra considerarse:

- Acondicionamiento- Remocin de Slidos Suspendidos- Remocin de DBO soluble- Remocin de patgenos

GRADUALIDAD

Posteriormente:- Remocin de Nitrgeno- Remocin de fsforo

Finalmente:- Remocin de metales pesados- Remocin de sustancias refractarias- Remocin de otras sustancias disueltas

2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamiento

2.2.1 Criterios de seleccin

Criterios de seleccin

Para la seleccin de los procesos de tratamiento es necesario observar las siguientes consideraciones:

9 Caractersticas del agua a tratar9 Grado de tratamiento requerido segn el destino final9 Disponibilidad de espacio9 Costos: Capital y O & M

2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamiento

2.2.2 Tipos de tratamiento

Clasificacin por el tipo de proceso

En general, los procesos de tratamiento estn categorizados como transporte de momento, masa o calor o una combinacin de los mismos. Por esa razn se clasifican en:

Procesos Fsicos

Procesos Fsicos

Procesos QumicosProcesos Qumicos

Procesos BiolgicosProcesos Biolgicos

Clasificacin por el grado de tratamiento

En atencin a un orden de gradualidad, un proceso de tratamiento se puede implementar secuencialmente de la siguiente manera:

PreliminarPreliminarPreliminar

E = 5% PrimarioPrimarioPrimario

SecundarioSecundarioSecundarioE = 30 50%%

Terciario o avanzado

Terciario o Terciario o avanzadoavanzado

E = 80 95%%

2.3. Tratamientos preliminares

2.3.1 Cribado

Cribado Funcin y caractersticas

Rejas o rejillas de barras metlicas paralelas e igualmente espaciadas

Su funcin es retener slidos gruesos que floten o que se encuentren suspendidos en el agua

Pueden ser de limpieza manual (gruesas) o de limpieza mecnica (finas)

Fuente: COMARCO

Cribado Especificaciones de las rejas

TIPO DE REJATIPO DE REJA ESPACIAMIENTO ENTRE ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS (m.m.)BARRAS (m.m.)

GruesaGruesa 40 hasta 10040 hasta 100

MediaMedia 20 hasta 4020 hasta 40

FinaFina 10 hasta 2010 hasta 20

Muy fina (rotatoria)Muy fina (rotatoria) 0,25 hasta 2,50,25 hasta 2,5

C A R A C TER S T IC A S D E L IM P IE ZA M A N U A L D E L IM P IE ZA

M EC N IC A Espacia m iento entre barras de la rejilla (m m )

15 - 50 3 - 70

V elocidad m nim a de aproxim acin (m /s) 0 .3 0 .6 0 .3 0 .9

V elocidad m nim a en tre barras (m /s)

0 .3 0 .6 0 .3 1 .2

Fuente : M inisterio de D esarrollo

2.3. Tratamientos preliminares

2.3.2 Desarenadores

Desarenadores Caractersticas y funcin

Estructuras destinadas a remover arenas y otros guijarros presentes en las aguas residuales

Los desarenadores pueden ser rectangulares o circulares; de flujo horizontal o helicoidal; aireados o no; de limpieza manual o mecnica

Foto: PTAR Breda, Holanda

Tienen como funcin prevenir la abrasin de equipos mecnicos, evitar la sedimentacin de arenas en tuberas, canales y tanques ubicados aguas abajo

Foto: PTAR El Salitre, Bogot - Colombia

Desarenadores Especificaciones

Parmetros de diseo para desarenadores rectangulares de flujo horizontal

FUENTE: CRITES Y TCHOBANOGLOUS (2000)

3025 - 50%Longitud adicional por aumento en turbulencia a la entrada y la salida

0,750,60 - 0,90m/s- Material tamiz # 100 (0,15 mm)

2,92,80 - 3,10m/s- Material tamiz # 50 (0,30 mm)

Velocidad de sedimentacin para remover:

0,30,24 - 0,40m/sVelocidad horizontal

6045 - 90sTiempo de retencin hidrulico

TIPICOINTERVALO

VALORUNIDADPARMETRO

Desarenadores Especificaciones

Parmetros de diseo para desarenadores aireados

TIPICOINTERVALO

FUENTE: CRITES Y TCHOBANOGLOUS (2000)

0,460,28 - 0,74m3/min*mSuministro de aire por m de longitud

4:13:1 a 5:1RaznRelacin largo - ancho

1,5:11:1 a 5:1RaznRelacin ancho - profundidad

3,72,4 - 7,0m- Ancho

12,27,6 - 19,8m- Longitud

3,02,1 - 4,9m- Profundidad

Dimensiones:

3,02 - 3minTiempo de retencin para caudal pico

VALORUNIDADPARMETRO

2.3. Tratamientos preliminares

2.3.3 Homogenizacin (igualacin)

Homogenizacin Funcin

Son tanques que sirven para regular o disminuir los efectos de la variacin del flujo o de la concentracin de las aguas residuales

Estos tanques son indispensables en el tratamiento de las aguas residuales industriales y a veces se utilizan en las instalaciones municipales

Un tanque de igualacin es un depsito de cualquier forma con capacidad suficiente para contener el flujo de agua que sobrepasa un determinado valor.

El procedimiento de calculo se basa en establecer un balance de masa a intervalos regulares de tiempo

Fuente: Toprak

2.4. Tratamientos primarios

2.4.1 Sedimentacin

Sedimentacin Primaria Funcin y caractersticas

La sedimentacin es un proceso fsico que aprovecha la diferencia de densidad y peso entre el lquido y las partculas suspendidas

Los slidos, ms pesados que el agua, precipitan producindose su separacin del lquido

La sedimentacin primaria aplica para partculas floculentas (con o sin coagulacin previa)

Los sedimentadores pueden ser circulares o rectangulares

Sedimentadores Primarios Criterios

Parmetros de diseo para sedimentadores rectangulares

TIPO DE TIPO DE TRATAMIENTOTRATAMIENTO

CARGA SUPERFICIAL, CARGA SUPERFICIAL, m/dm/d ProfundidadProfundidad

(m)(m)

Carga sobre Carga sobre el vertedero el vertedero

(L/s.m)(L/s.m)

Tiempo de Tiempo de retenciretencinn

(h)(h)

% de remoci% de remocinn

Caudal Caudal promediopromedio Caudal picoCaudal pico DBODBO SSSS

Primario seguido de Primario seguido de tratamiento tratamiento secundariosecundario

3232--4949 8181--122122 33--55 1,4 1,4 -- 5,85,8 1,51,5--2,52,5 3535-- 4545 5050--7070

Primario con lodo Primario con lodo activado de desechoactivado de desecho 24 24 3333 48 48 -- 7070 3 3 -- 55 1,4 1,4 5,85,8 1,51,5--2,52,5 3535--4545 5050--7070

PrimarioPrimario 24 24 -- 3333 4545 2,1 2,1 -- 3,63,6 1,4 1,4 -- 5,25,2 1 1 -- 22 35 35 -- 4040 50 50 -- 7070

Fuente: Romero, 2005

2.4. Tratamientos primarios

2.4.2 Flotacin

Flotacin Funcin y caractersticas

Es un proceso utilizado para la separacin de partculas slidas o lquidas en un medio lquido

En el tratamiento de las aguas residuales se utiliza para remover aceites y grasas y tambin para aglutinar slidos suspendidosLa separacin se consigue por flotacin simple o introduciendo

burbujas muy finas de aire en la masa lquida para que arrastren las partculas suspendidas hacia la superficie (DAF)

Flotacin con recirculacinFuente: FAO

Flotacin sin recirculacin

La flotacin con aire se puede aplicar con o sin recirculacin

Flotacin DAF Parmetros de diseo

9Sistema de presin: 3 a 5 atm

9Caudal de recirculacin: 15 120%

9Carga superficial: 60 230 m3/m2.d

9Tiempo de retencin: 20 40 minutos

9Relacin aire/slidos: 0.005 0.08 kg/kg

2.5. Tratamientos secundarios

2.5.1 Sistemas de biomasa en suspensin Lodos activados

Lodos activados Caractersticas

Desarrollado por Ardern y lockett en Inglaterra en 1914

El nombre del proceso se deriva de la formacin de una masa de microorganismosactivos capaz de estabilizar un desecho orgnico bajo condiciones aerobias Esquema bsico reactor - sedimentador

El ambiente aerobio se logra mediante aireacin difusa o mecnica en un tanque de aireacin

Fuente: Toprak

Despus de tratado el residuo en el tanque de aireacin, la biomasa es separada en un sedimentador secundario. Parte de la misma se recircula al reactor

Lodos activados Tanque de aireacin

Aireacin difusa Aireacin mecnica

Variantes del proceso y sus aplicaciones

Bajo en nitrgeno, residuos de elevada concentracinProceso Kraus

Pequeas comunidades, plantas compactas, flexible, aereadores superficiales

Aereacin Extendida

Ampliacin de sistemas existentes, Plantas compactas, flexible

Estabilizacin por Contacto

Aplicacin general para un amplio rango de desechosAireacin por Pasos

Aplicacin general, resistente a cargas de choqueMezcla Completa

Aguas residuales domsticas de baja o media concentracin, admite cargas de choque, aunque con algunas restricciones.

Convencional

APLICACIONMODALIDAD

Parmetros de diseo (tpicos)

75 - 15018-363.0 6.00.01 0.050.05 0.3010 - 30Zanjas de oxidacin

50 - 15018-363.0 6.00.01 0.040.05 0.1520 - 30Aireacin extendida

25 - 1003 - 52.5 4.00.07 0.180.2 0.65 - 15Mezcla completa

25 - 754 - 81.5 3.00.03 0.060.2 0.45 - 15Convencional

R[%]

[h]

X[g/l SSV]

COV[kg DBO/m3.d ]

F/M[kg DBO/kg SVLM.d]

c[ d ]

PROCESOVARIANTE

Convenciones:

Edad de lodos: c ; F/M: Relacin Alimento/Microorganismos Carga Orgnica Volumtrica: COV ; X = SSVLM (slidos suspendidos en licor mezclado

Tiempo de Retencin Hidrulico: ; Tasa de Recirculacin (%): R

Diagrama bsico de una planta convencional de lodos activados

MANEJO DE SLIDOS

7

TRATAMIENTOSECUNDARIO

TRATAMIENTOPRELIMINAR

TRATAMIENTOPRIMARIO

Basuras

Recuperacinde Energa

Gas Metano

I

n

f

l

u

e

n

t

e

I

n

t

e

r

c

e

p

t

o

r

E

f

l

u

e

n

t

e

R

o

M

e

d

e

l

l

n

Espesamiento

Deshidratacin

Bioslid os

Rejas Bomb eo Desa renad orSedimentador

Pr imarioTanques deAireacin

SedimentadorSecundario

DigestorAnaerbico

LodosA ctivados

Lnea de A guasLnea de LodosBasuras

Procesos biol gicosInhibidos por t xicos

Retorno de Lodos

Fuente EPM, PTAR San Fernando

2.5. Tratamientos secundarios

2.5.2 Sistemas de biomasa adherida

Sistemas de biomasa adherida -fundamentos

En los sistemas de tratamiento con biomasa adherida los microorganismos se encuentran pegados a un medio de soporte que puede ser de plstico, piedra o cualquier otro material inerte

Diferentes medios

Dependiendo de las condiciones ambientales que rodean el medio de soporte, los sistemas de biomasa adherida pueden ser aerobios o anaerobios

Sistemas de biomasa adherida Ejemplos de aplicacin

Filtro percolador

Fuente: IWKBiorotores o biodiscos

Filtros percoladores Parmetros de diseo

10 - 200 - 240 - 70Piedra o plstico

> 1.540 - 2000.9 6.0Desbaste

6 101 260 90Plstico0.6 3.210 753.0 - 12Alta carga

6 101 250 90Piedra0.4 2.410 401.8 2.4Alta carga

2 80 - 150 80Piedra0.24 0.484 - 101.8 2.4Carga intermedia

2 4080 90Piedra0.07 0.221 - 41.8 - 2.4Baja carga

POTENCIAKw/103 m3

REFICIENCIARemocinDBO (% )

TIPO DE RELLENO

CARGAORGANICA

kg DBO/m3.d

CARGA HIDRAULICA

m3/m2.d

H(m)

TIPO

Fuente: Metcalf & Eddy

Biorotores Parmetros de diseo

< 2mg/LEfluente NH4-N

7 1515 - 30mg/LEfuente de DBO

1.5 40.7 1.5hTRH

0.75 1.5g N/m2.dCarga de NH3

24 3024 30g DBOt/m2.d

12 1512 15g DBOs/m2.dCarga mxima en la 1 etapa

5 168 20g DBOt/m2.d

2.5 84 10g DBOs/m2.dCarga orgnica

0.03 0.080.08 0.16m3/m2.dCarga hidrulica

REMOCION DE DBO Y NITROGENO

REMOCION DE DBO UNICAMENTE

UNIDADPARAMETRO

2.6. Tratamiento de lodos

2.5.2 Origen y caractersticas

Generacin de lodos

Generacin de lodos en una planta convencional

Los lodos son un subproducto del tratamiento de las aguas residuales. Puede ser primario, secundario o digerido

Las caractersticas de los lodos varan con la composicin del agua residual y con el tipo de tratamiento

Fuente: Toprak

Composicin tpica de los lodos

PARAMETRO

LODO PRIMARIOSIN TRATAR

LODO PRIMARIODIGERIDO

LODO ACTIVADOSIN TRATAR

Rango Tpico Rango Tpico Rango

ST, % (materia seca) 5 - 9 6 2 - 5 4.0 0.8 - 1.2

STV, % de ST 60 - 80 65 30 - 60 40 59 - 88

Nitrgeno, % de ST 1.5 4.0 2.5 1.6 3.0 3.0 2.4 5.0

Fsforo, % ST (P2O5) 0.8 2.8 1.6 1.5 - 4.0 2.5 2.8 11

Alcalinidad (mg/L CaCO3) 500-1500 600 2500-3500 3000 580 - 1100

Fuente: Metcalf & Eddy

Esquema bsico de tratamiento de lodos

ESPESAMIENTO

DIGESTIN DIGESTIN AEROBIA ANAEROBIA

ACONDICIONAMIENTOQUIMICO

DESHIDRATACIN

ERAS DE FILTROS CENTRIFUGA FILTROS FILTROS SECADO DE VACO PRENSA BANDA

EVACUACINDISPOSICIN FINAL

Tratamiento de lodos

Tanque de espesamiento por gravedad Digestores PTAR El Salitre

Deshidratacin (filtro prensa) Lechos de secado de lodos

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALESCONTENIDO2.1. IntroduccinPOBREZA URBANA Y SANEAMIENTODiagnstico (Fuente: Latinosan 2007)Disposicin urbana de aguas residuales en Amrica Latina (1998)BALANCE EN LA PRODUCCIN DE AGUAS RESIDUALES MUNCIPALES EN COLOMBIAEsquema de uso tradicional del agua en Amrica LatinaEsquema tendencia actual en Amrica Latina2.1. IntroduccinPROPOSITOS DEL TRATAMIENTOGRADUALIDADGRADUALIDAD2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamientoCriterios de seleccin2.2. Clasificacin de los sistemas de tratamientoClasificacin por el tipo de procesoClasificacin por el grado de tratamiento2.3. Tratamientos preliminaresCribado Funcin y caractersticasCribado Especificaciones de las rejas2.3. Tratamientos preliminaresDesarenadores Caractersticas y funcinDesarenadores EspecificacionesDesarenadores Especificaciones2.3. Tratamientos preliminaresHomogenizacin Funcin2.4. Tratamientos primariosSedimentacin Primaria Funcin y caractersticasSedimentadores Primarios Criterios2.4. Tratamientos primariosFlotacin Funcin y caractersticasFlotacin DAF Parmetros de diseo2.5. Tratamientos secundariosLodos activados CaractersticasLodos activados Tanque de aireacinVariantes del proceso y sus aplicacionesParmetros de diseo (tpicos)Diagrama bsico de una planta convencional de lodos activados2.5. Tratamientos secundariosSistemas de biomasa adherida - fundamentosSistemas de biomasa adherida Ejemplos de aplicacinFiltros percoladores Parmetros de diseoBiorotores Parmetros de diseo2.6. Tratamiento de lodosGeneracin de lodosComposicin tpica de los lodosEsquema bsico de tratamiento de lodosTratamiento de lodos