TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERIA

CATEDRA INTERNACIONAL 2008

ING. CARLOS JULIO COLLAZOS

CONTENIDO

2.1. Introducción2.2. Clasificación de los sistemas de tratamiento2.3. Tratamientos preliminares2.4. Tratamientos primarios2.5. Tratamientos secundarios2.6. Tratamiento de lodos

2.1. Introducción

2.1.1 Situación del sector en Colombia, América Latina y El Caribe

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

Porcentaje de pobres en áreas urbanasPorcentaje de pobres en áreas urbanasMás de 60%Más 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

Diagnóstico (Fuente: Latinosan 2007)

Se estima que el 41% de la población mundial (2600 millones de habitantes) no tiene acceso al saneamiento básico

En América Latina en el 2004, el 14% de la población urbana (60 millones de personas) y el 51% de la población rural (65 millones de personas) carecían de sistemas de saneamiento

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

La meta del milenio, busca reducir a la mitad el número de habitantes sin acceso al saneamiento básico para el año 2015

Disposición urbana de aguas residuales en América Latina (1998)

Disposición in situDisposición 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

ríos, ríos, agricultura y agricultura y

maresmaresOPS, 2001

BALANCE EN LA PRODUCCIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNCIPALES EN COLOMBIA

20% conducidas a PTARs.

8% efectivamente tratadoPRODUCCIÓN DIARIA DE

AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS

SEIS (6) MILLONES DE M3.

PRODUCCIÓN DIARIA DEPRODUCCIÓN DIARIA DEAGUAS RESIDUALES DOMESTICASAGUAS RESIDUALES DOMESTICAS

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

Fuente: MAVDT

Esquema de uso tradicional del agua en América Latina

Recurso hídricoRecurso hídrico

AguasResiduales

CEPIS/OPS

AGROAGRO CIUDADCIUDAD

Esquema tendencia actual en América Latina

CIUDADCIUDAD

AguasAguasResidualesResiduales

Recurso hídrico

Reuso

AGROAGRO

TRATAMIENTO ADECUADOTRATAMIENTO ADECUADOCEPIS/OPS

2.1. Introducción

2.1.2 Objetivos y gradualidad del tratamiento

PROPOSITOS DEL TRATAMIENTO

Dependen del destino final y pueden ser, básicamente:

Separar o remover del vertimiento los constituyentes indeseables

Modificar las propiedades fisicoquímicas o biológicas del residuo con el fin de alcanzar niveles compatibles con los requerimientos de la descarga

GRADUALIDAD

Dentro de una concepción racional del tratamiento es lógico contemplar un proceso de gradualidad en la implementación de las soluciones (etapas):

Inicialmente podría considerarse:

- Acondicionamiento- Remoción de Sólidos Suspendidos- Remoción de DBO soluble- Remoción de patógenos

GRADUALIDAD

Posteriormente:- Remoción de Nitrógeno- Remoción de fósforo

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

2.2. Clasificación de los sistemas de tratamiento

2.2.1 Criterios de selección

Criterios de selección

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

Características del agua a tratarGrado de tratamiento requerido según el destino finalDisponibilidad de espacioCostos: Capital y O & M

2.2. Clasificación de los sistemas de tratamiento

2.2.2 Tipos de tratamiento

Clasificación por el tipo de proceso

En general, los procesos de tratamiento están categorizados como transporte de momento, masa o calor o una combinación de los mismos. Por esa razón se clasifican en:

Procesos Físicos

Procesos Físicos

Procesos QuímicosProcesos Químicos

Procesos BiológicosProcesos Biológicos

Clasificación por el grado de tratamiento

En atención 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 – Función y características

Rejas o rejillas de barras metálicas paralelas e igualmente espaciadas

Su función es retener sólidos gruesos que floten o que se encuentren suspendidos en el agua

Pueden ser de limpieza manual (gruesas) o de limpieza mecánica (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 ÍS 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 Á N IC A

Espacia m iento entre barras de la rejilla (m m )

15 - 50 3 - 70

V elocidad m ínim a de aproxim ación (m /s) 0 .3 – 0 .6 0 .3 – 0 .9

V elocidad m ínim 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 – Características y función

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 mecánica

Foto: PTAR Breda, Holanda

Tienen como función prevenir la abrasión de equipos mecánicos, evitar la sedimentación de arenas en tuberías, canales y tanques ubicados aguas abajo

Foto: PTAR El Salitre, Bogotá - Colombia

Desarenadores – Especificaciones

Parámetros de diseño 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 sedimentación para remover:

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

6045 - 90sTiempo de retención hidráulico

TIPICOINTERVALO

VALORUNIDADPARÁMETRO

Desarenadores – Especificaciones

Parámetros de diseño 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 5:1RazónRelación largo - ancho

1,5:11:1 a 5:1RazónRelación 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 retención para caudal pico

VALORUNIDADPARÁMETRO

2.3. Tratamientos preliminares

2.3.3 Homogenización (igualación)

Homogenización – Función

Son tanques que sirven para regular o disminuir los efectos de la variación del flujo o de la concentración 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 igualación es un depósito 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 Sedimentación

Sedimentación Primaria – Función y características

La sedimentación es un proceso físico que aprovecha la diferencia de densidad y peso entre el líquido y las partículas suspendidas

Los sólidos, más pesados que el agua, precipitan produciéndose su separación del líquido

La sedimentación primaria aplica para partículas floculentas (con o sin coagulación previa)

Los sedimentadores pueden ser circulares o rectangulares

Sedimentadores Primarios – Criterios

Parámetros de diseño 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 retenciretencióónn

(h)(h)

% de remoci% de remocióónn

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 Flotación

Flotación – Función y características

Es un proceso utilizado para la separación de partículas sólidas o líquidas en un medio líquido

En el tratamiento de las aguas residuales se utiliza para remover aceites y grasas y también para aglutinar sólidos suspendidosLa separación se consigue por

flotación simple o introduciendo burbujas muy finas de aire en la masa líquida para que arrastren las partículas suspendidas hacia la superficie (DAF)

Flotación con recirculaciónFuente: FAO

Flotación sin recirculación

La flotación con aire se puede aplicar con o sin recirculación

Flotación DAF – Parámetros de diseño

Sistema de presión: 3 a 5 atm

Caudal de recirculación: 15 – 120%

Carga superficial: 60 – 230 m3/m2.d

Tiempo de retención: 20 – 40 minutos

Relación aire/sólidos: 0.005 – 0.08 kg/kg

2.5. Tratamientos secundarios

2.5.1 Sistemas de biomasa en suspensión – Lodos activados

Lodos activados – Características

Desarrollado por Ardern y lockett en Inglaterra en 1914

El nombre del proceso se deriva de la formación de una masa de ¨microorganismosactivos¨ capaz de estabilizar un desecho orgánico bajo condiciones aerobias Esquema básico reactor - sedimentador

El ambiente aerobio se logra mediante aireación difusa o mecánica en un tanque de aireación

Fuente: Toprak

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

Lodos activados – Tanque de aireación

Aireación difusa Aireación mecánica

Variantes del proceso y sus aplicaciones

Bajo en nitrógeno, residuos de elevada concentraciónProceso Kraus

Pequeñas comunidades, plantas compactas, flexible, aereadores superficiales

Aereación Extendida

Ampliación de sistemas existentes, Plantas compactas, flexible

Estabilización por Contacto

Aplicación general para un amplio rango de desechosAireación por Pasos

Aplicación general, resistente a cargas de choqueMezcla Completa

Aguas residuales domésticas de baja o media concentración, admite cargas de choque, aunque con algunas restricciones.

Convencional

APLICACIONMODALIDAD

Parámetros de diseño (típicos)

75 - 15018-363.0 – 6.00.01 – 0.050.05 – 0.3010 - 30Zanjas de oxidación

50 - 15018-363.0 – 6.00.01 – 0.040.05 – 0.1520 - 30Aireación 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[%]

θ[h]

X[g/l SSV]

COV[kg DBO/m3.d ]

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

θc[ d ]

PROCESOVARIANTE

Convenciones:

• Edad de lodos: θc ; F/M: Relación Alimento/Microorganismos

• Carga Orgánica Volumétrica: COV ; X = SSVLM (sólidos suspendidos en licor mezclado

• Tiempo de Retención Hidráulico: θ ; Tasa de Recirculación (%): R

Diagrama básico de una planta convencional de lodos activados

MANEJO DE SÓLIDOS

7

TRATAMIENTOSECUNDARIO

TRATAMIENTOPRELIMINAR

TRATAMIENTOPRIMARIO

Basuras

Recuperaciónde Energía

Gas Metano

Influ

ente

Inte

rcep

tor

Eflu

ente

Río

Med

ellín

Espesamiento

Deshidratación

Biosólid os

Rejas Bomb eo Desa renad orSedimentador

Pr imarioTanques deAireación

SedimentadorSecundario

DigestorAnaeróbico

LodosA ctivados

Línea de A guasLínea de LodosBasuras

Procesos bioló gicosInhibidos por tó 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 plástico, 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 aplicación

Filtro percolador

Fuente: IWKBiorotores o biodiscos

Filtros percoladores – Parámetros de diseño

10 - 200 - 240 - 70Piedra o plástico

> 1.540 - 2000.9 – 6.0Desbaste

6 – 101 – 260 – 90Plástico0.6 – 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

REFICIENCIARemociónDBO (% )

TIPO DE RELLENO

CARGAORGANICA

kg DBO/m3.d

CARGA HIDRAULICA

m3/m2.d

H(m)

TIPO

Fuente: Metcalf & Eddy

Biorotores – Parámetros de diseño

< 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 máxima en la 1ª etapa

5 – 168 – 20g DBOt/m2.d

2.5 – 84 – 10g DBOs/m2.dCarga orgánica

0.03 – 0.080.08 – 0.16m3/m2.dCarga hidráulica

REMOCION DE DBO Y NITROGENO

REMOCION DE DBO UNICAMENTE

UNIDADPARAMETRO

2.6. Tratamiento de lodos

2.5.2 Origen y características

Generación de lodos

Generación de lodos en una planta convencional

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

Las características de los lodos varían con la composición del agua residual y con el tipo de tratamiento

Fuente: Toprak

Composición típica de los lodos

PARAMETRO

LODO PRIMARIOSIN TRATAR

LODO PRIMARIODIGERIDO

LODO ACTIVADOSIN TRATAR

Rango Típico Rango Típico 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

Nitrógeno, % de ST 1.5 – 4.0 2.5 1.6 – 3.0 3.0 2.4 – 5.0

Fósforo, % 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 básico de tratamiento de lodos

ESPESAMIENTO

DIGESTIÓN DIGESTIÓN AEROBIA ANAEROBIA

ACONDICIONAMIENTOQUIMICO

DESHIDRATACIÓN

ERAS DE FILTROS CENTRIFUGA FILTROS FILTROS SECADO DE VACÍO PRENSA BANDA

EVACUACIÓNDISPOSICIÓN FINAL

Tratamiento de lodos

Tanque de espesamiento por gravedad Digestores PTAR El Salitre

Deshidratación (filtro prensa) Lechos de secado de lodos