Gestion de Las Aguas Residuales

Caracterizaciòn y Tratamiento de Aguas

Residuales

Luis Mejia .Escuela de Ingenierìa Quimica

Evaluación y Selección de Sistemas de Tratamiento de

Residuos Industriales

Índice de Contenido

1. Caracterización de Aguas Residuales

1.1 Contaminantes prioritarios

1.2 Otras Características

2. Métodos de tratamiento de Aguas Residuales Industriales

2.1 Métodos de tratamiento biológico

2.2 Métodos de tratamiento químicos

Objetivos del Capítulo

En este capítulo se presenta se tiene como objetivos son:

Entender los estándares de calidad de los efluentes necesarios tanto para aguas residuales urbanas como industriales

Ser capaz de cuantificar las cargas hidráulicas y las concentraciones que llegan a una planta de tratamiento


Ser capaz de determinar la composición y las concentraciones de los aportes a una planta de tratamiento

Ser capaz de diseñar un sistema de tratamiento primario (sedimentación) y cuantificar su rendimiento


Entender el proceso de tratamiento biológico secundario y ser capaz del diseñar un sistema de tratamiento secundario y clarificador final



Entender el proceso de tratamiento biológico secundario y ser capaz del diseñar un sistema de tratamiento secundario y clarificador final


Entender cuáles son los procesos necesarios en un tratamiento terciario y avanzado

Características de los Residuos Industriales

Los desechos industriales son clasificados como aguas residuales, residuos sólidos, o descarga al aire.

Las características físicas de las sustancias tienen coincidencias con las tres clasificaciones de los desechos, ya que las aguas residuales pueden contener gases disueltos y en suspensión y los sólidos sedimentables, corrientes de desechos sólidos pueden incluir gases comprimidos.

Características de las Aguas Residuales Industriales

Los contaminantes prioritarios se asociacian con los componentes de las aguas residuales que son de carácter peligrosos. En este curso se consideran 126 sustancias, que se agrupan en las siguientes cinco categorías: (1) Metales

(2) Pesticidas/PCBs

Contaminantes Prioritarios

(3) Orgánicos semivolatiles

(4) Orgánicos Volátiles, y

(5) La lista de químicos señalados por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos ( EPA) en la tabla 1.


Las características de las aguas las residuales industriales se determinan de acuerdo con las normas, conjuntos de leyes y reglamentos que rigen la calidad de las aguas de los cuerpos receptores, tanto superficiales como subterráneos


Lista de químicos prioritarios



PQL: Limite practico de cuantificación


PQL: Limite practico de cuantificación


Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)La prueba estándar de la DBO5 de los cinco

días es el método de uso mas común para estimar la cantidad total de materia orgánica biodegradable en aguas residuales. La prueba de la DBO de los cinco días (DBO5) es considerada para estimar la cantidad de oxígeno que puede ser consumida por los microorganismos en el proceso de utilizar los materiales orgánicos contenidos en una agua residual como alimentos para el crecimiento y la energía.


Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)La prueba estándar de la DBO5 de los cinco

días es el método de uso mas común para estimar la cantidad total de materia orgánica biodegradable en aguas residuales. La prueba de la DBO de los cinco días (DBO5) es considerada para estimar la cantidad de oxígeno que puede ser consumida por los microorganismos en el proceso de utilizar los materiales orgánicos contenidos en una agua residual como alimentos y energía para el crecimiento.


Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)El oxigeno es demandado por tres propósitos que se ponen de manifiesto en la siguiente ecuación:

Materia orgánica + Microorganismos

Microorganismos + CO2 +H2O


Demanda Química de Oxigeno (DQO)

La Demanda Química de Oxígeno (DQO) es un segundo método de estimación de la cantidad de oxígeno que se agotaría en un cuerpo de agua receptor como resultado de la acción bacteriana. Es de nivel de contaminación de las aguas residuales al igual que la DBO.



Mientras que el ensayo de DBO se realiza utilizando una población de bacterias y otros microorganismos para tratar de duplicar lo que sucedería en un corriente natural durante un período de cinco días, la prueba COD utiliza un producto químico fuerte (dicromato de potasio o permanganato de potasio) para oxidar químicamente la materia orgánica en la muestra de aguas residuales en condiciones de calor y ácido fuerte.



La prueba DQO tiene la ventaja de no ser sujeta a interferencias de materiales tóxicos, así como que requieren sólo dos o tres horas para realizar de pruebas, en lugar de cinco días para la prueba de DBO.



La DQO tiene la desventaja de ser totalmente artificial, pero es considerada, sin embargo un resultado que puede ser utilizado como la base sobre la cual se calcula una estimación razonablemente precisa y reproducible de las propiedades de demanda de oxígeno de un agua residual.



La prueba de DQO es de uso frecuente en conjunto con la prueba de DBO para estimar la cantidad no biodegradables de material orgánico en el agua residual. En el caso de los orgánicos biodegradables, la DQO está normalmente en el rango de 1,3 a 1,5 veces el de DBO. La DQO mide el carbono orgánico total con excepción del carbono del benceno. La DQO determina la cantidad de oxigeno necesaria para oxidar químicamente las sustancias orgánicas presentes.



Cuando el resultado de una prueba de DQO es más del doble que la DBO, esto significa que hay una porción significativa de material orgánico en la muestra que no es biodegradable por microorganismos comunes. Es importante tener en cuenta en este caso que el frasco de la muestra resultante puede contener mercurio COD lixiviable por encima de los límites reglamentarios. Si tal es el caso, la muestra debe ser gestionada como residuo peligroso tóxico.


DBO Ultimo

El término "DBO ultimo", se designado por DBOu, se refiere a la cantidad de oxígeno quesería utilizado por los microorganismos en la conversión de la cantidad total de materia orgánica en un determinado volumen de aguas residuales a dióxido de carbono, con el tiempo ilimitado, en un plazo de cinco días. La DBOU de una sustancia conocida se puede estimar como se muestra en el ejemplo siguiente.

Características Generales Controladas

DBO último

Ejemplo1:

Estimar la BODu de un flujo de residuos que contienen 100 mg / L de etanol puro

Solución

El primer paso es escribir la ecuación del balance de una ecuación representa la oxidación completa,con el oxígeno, de una molécula correspondiente a la sustancia (el etanol, en este caso):


DBO último

C2 H5 OH + 2O2 2 CO2 +3 H2O

A continuación, utilizando la relación molar de oxígeno a etanol, calculada por la ecuación de balance, empleando los respectivos pesos moleculares de cada sustancia, se multiplica la concentración en mg /L de etanol en las aguas residuales por la razón molar por molecular el peso de oxígeno molecular dividido por el peso de etanol, para obtener la DBOU deque las aguas residuales:


DBO último

relación molar, el oxígeno / etanol = 2/1 = 2.0Peso molecular etanol = 38Peso molecular oxigeno oxígeno = 16

DBOu = 100 mg/L X 2 mol O2/mol Etanol X 16/38

DBOU 84 mg/L


pH, Acidez y Alcalidad

El término pH se refiere a la concentración de

iones de hidrógeno en solución acuosa, donde “la solución acuosa", ya sea agua pura o agua en pequeñas cantidades (en términos de cantidades molares) de sustancias disueltas en la misma. Las soluciones fuertes de productos químicos, tales como ácido sulfúrico molar o una solución saturada de cloruro de sodio, no califican como soluciones acuosas.


pH, Acidez y Alcalidad En las soluciones acuosas, el rango normal del pH es 0 a 14, que es igual a la logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno en moles por litro, no tiene sentido. Dado que el pH de una solución acuosa es numéricamente igual al logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno (en moles por litro), puede calcularse fácilmente mediante la siguiente ecuación:


pH, Acidez y Alcalidad

La Alcalinidad y la acidez se definen como la

capacidad de una solución acuosa para resistir una cambio en el pH. La alcalinidad y acidez se determinan midiendo la cantidad de una solución de ácido o base, según proceda, de concentración conocida que se requiere para neutralizar por completo la acidez o alcalinidad de la solución acuosa.


Oxido Disuelto (DO)

Es la cantidad de oxígeno que está disuelta en el agua y que es esencial para los ríos y lagos libre de contaminación. El nivel de oxígeno disuelto puede ser un indicador cuanto está el agua contaminada y cuanto puede dar soporte a la vida acuàtitica. Generalmente, un nivel alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad. Si los niveles de oxígeno disuelto son demasiado bajos, algunos peces y otros organismos no pueden sobrevivir.


Oxido Disuelto (DO)

El oxígeno es poco soluble en agua, y su solubilidad disminuye al aumentar temperatura. El aumento de concentraciones de sólidos disueltos también disminuye la solubilidad del oxígeno. La concentración de saturación de oxígeno en agua desionizada a 1.00C y estándar la presión del aire es de 14,2 partes por millón (ppm); esto es equivalente a alrededor de un descenso de una gotero en un galón.


Sólidos Totales (ST)

El residuo que queda después de evaporar una muestra de agua a 103oC se conoce como el valor de sólidos totales de la muestra. Por lo general, se considera como todo lo que estaba en el muestra que no era agua



Es el residuo que queda después de evaporar una muestra de agua a 103oC se conoce como el valor de sólidos totales de la muestra. Por lo general, se considera como todo lo que estaba en el muestra que no era agua.




Sólidos suspendidos (SS)

Los sólidos que no pasan a través de un filtro de 0.45-micrones se refiere al total de los Sólidos suspendidos Totales (SST). Dado que la norma del método de medición de los SST consiste en sacudir perfectamente la muestra antes de la filtración, el TSS en realidad incluye todas los sólidos no disueltos, en lugar de simplemente los sólidos disueltos que no se conforman bajo la influencia de la gravedad.


Sólidos Sedimentables (SS)

Son sólidos no disueltos que se depositan en el fondo de un recipiente bajo la influencia de la gravedad. El dispositivo estándar para medir los sólidos sedimentables es el cono Imhoff, ilustrado en la figura.


Sólidos Totales Volátiles Suspensión (STVS)El método estándar para estimar la

cantidad de materia orgánica no disuelta en una muestra de agua residual es realizada en una prueba de TSS, se coloca el filtro de 0.45 micrones filtro con los sólidos depositado al respecto en un horno a 600oC con un tiempo suficiente tiempo para "quemar" todo el material que se oxida a dióxido de carbono a dicha temperatura.

Caracterización de las Aguas Residuales

Domesticas Las características del agua residual se pueden dividir en físicas, químicas y microbiológicas.


Domesticas Características de los contaminantes mas típicos


Domesticas Composición de los compuestos orgánicos de aguas residuales urbanas

Caudales de aguas residuales industriales y sus características

Se pueden determinar caudales más precisos en la industria que utiliza procesos continuos que en las que emplean procesos discontinuos o por lotes.

Muchas industrias químicas y farmacéuticas operan con procesos discontinuos en períodos tan cortos como de una semana.


Intervalos de DBO5 para algunas industrias típicas


Ejemplo 12.1. Determinar el caudal diario de aguas residuales y la concentración de DBO5 para un área urbana compuesta por:a) Población = 150.000b) Hospital (1.000 camas)c) 40 restaurantes que atienden a 40 clientes por día (cada uno)d) Un centro universitario de 15.000 estudiantes con cafeteríae) Un instituto equivalente a 30.000 estudiantes sin cafetería


Valores aproximados de Caudales de Agua Residual y DBO5/día


Solución utilizando, resulta lo siguiente:

Procesos de Tratamiento de Aguas Residuales

Las aguas residuales urbanas son originariamente orgánicas en su composición y de la misma manera un número significativo de industrias en las que se incluyen químicas, farmacéuticas y agroalimentarias poseen una alta carga orgánica. Los métodos de tratamiento incluyendo: • Pretratamiento: físico y/o químico

• Tratamiento primario: físico• Tratamiento secundario: biológico• Tratamiento avanzado: físico y/o químico y/o biológico

Procesos de Tratamiento de Aguas Residuales

Procesos unitarios en una depuradora de aguas residuales

Pretratamiento de Aguas Residuales

El pretratamiento es el proceso o procesos que preparan las condiciones del agua residual que puede someterse a posteriores procesos de tratamiento secundario biológicos convencionales. En aguas residuales urbanas, el pretratamiento significa la separación de materia flotante, arena y manchas de aceites

Estas materias inhibirían el proceso biológico y posiblemente dañarían el resto de los equipos mecánicamente.


Pretratamiento químico típico de efluentes industriales.


Equipos empleados en el Pretratamiento

Rejillas

Canales desarenado

Flotación

Homogenización

Tratamiento Secundario

En la remoción de contaminantes del agua urbana se incluyen

•Sólidos totales: en suspensión (40 por 100), coloidales (10 por 100) o disueltos(50 por 100); orgánicos (50 por 100), inorgánicos (50 por 100)• Demanda bioquímica de oxígeno• Demanda química de oxígeno• Nutrientes: nitrógeno y fósforo

Tratamiento Primario

Este tratamiento generalmente se denomina clarificación. Sedimentación o decantación. Los beneficios del tratamiento primario incluyen: • Reducción de los sólidos en suspensión• Reducción de la DBO5 ;• Reducción de la cantidad de fango activado en exceso en la planta de lodos activados• Separación del material flotante• Homogeneización parcial de" los caudales y carga orgánica


En la remoción de contaminantes del agua urbana se incluyen:

•Sólidos totales: en suspensión (40 por 100), coloidales (10 por 100) o disueltos(50 por 100); orgánicos (50 por 100), inorgánicos (50 por 100)• Demanda bioquímica de oxígeno• Demanda química de oxígeno• Nutrientes: nitrógeno y fósforo


Esquema típico de un sistema de fangos activados.

Asignación

1. Describa cuales son los contaminantes prioritarios en las aguas residuales

2. Resuelta el ejemplo de la diapositiva 26 para el Metanol (CH3OH)

3. Usando la tabla de la diapositiva 46 determine el flujo de aguas residuales que genera un almacén donde trabajan 100 personas

4. Cite los equipos que se usan en el pretratamiento

5. Cite los contaminantes que se remueven los tratamientos primarios y segundarios 6. Explique en que consiste el proceso de tratamiento de Lodos o Fangos Activados. Describa cada uno de los componentes 7. Identifique las normas ambientales que deben cumplir las industrias lácteas, de cervecería y de destilería para la producción de etanol basado en la ley General de Medio Ambiente y Recursos Naturales.

8. Establecer la diferencia entre los tratamientos biológicos aeróbicos y anaeróbicos convencionales. Haga una comparación con el tratamiento de aguas residuales por los diferentes tipos de membranas, incluyendo los biorreactores y las membranas liquidas. Usar como fuente de información el capitulo de tecnología de membrana desarrollada por el profesor Mejia en operaciones.

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