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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
INDUSTRIALES Y DOMÉSTICAS
TRATAMIENTO TERCIARIOREMOCION DE PARTICULAS FINAS
Las aguas residuales también puedencontener altos niveles de material particuladofino y nutrientes (nitrógeno y fósforo) que enciertas formas pueden ser tóxicos para pecese invertebrados debido a que altas cantidadesde estos producen lo que se llamaEutrofización. El retiro del nitrógeno o delfósforo de las aguas residuales se puedealcanzar mediante la precipitación química opor acción biológica. La remoción delnitrógeno se efectúa con la oxidaciónbiológica del nitrógeno del amoníaco a nitrato(nitrificación que implica bacterias de losgéneros, Nitrobacter y Nitrosomonas), yposteriormente mediante la reducción elnitrato es convertido al gas del nitrógeno(desvitrificación), que se lanza a la atmósfera.
COAGULACION – FLOCULACION
Es el proceso que permite separar los sólidos en suspensión:coloides y/o grasas y aceites emulsionados o finamente divididos. Lapequeña dimensión (10-6 – 10-9 m)de las partículas coloidalespresentes en el agua residual, así como la existencia de cargasnegativas repartidas en su superficie, proporcionan una granestabilidad a las suspensiones coloidales. Por tanto tienen unavelocidad de sedimentación extremadamente lenta, por lo que untratamiento mecánico clásico no es viable. Para romper estassuspensiones y producir la aglomeración de partículas, se recurre altratamiento de coagulación-floculación. Son dos procesosclaramente diferenciados.
COAGULACION
Es el fenómeno de desestabilización delas partículas coloidales, que puedeconseguirse especialmente a través dela neutralización de sus cargaseléctricas con la adición de uncoagulante (reactivo químico). Esfundamental en este proceso conseguiruna distribución rápida y homogéneadel coagulante (agitación fuerte), paraaumentar las oportunidades de contactoentre las partículas y el reactivoquímico. El tiempo de residencia es <de 3 minutos. Los principalescoagulantes utilizados son las sales dealuminio y de hierro.
FLOCULACION
Es la agrupación de las partículas descargadas, alponerse en contacto unas con otras. Esta agrupación esfavorecida por algunos productos químicos llamadosfloculantes. Los flóculos son retenidos en una faseposterior del tratamiento (decantación o flotación). Enesta etapa, a diferencia de la anterior, es necesaria unaagitación también homogénea y muy lenta, con objetode no romper los flóculos que se forman. El tiempo deresidencia es de 10-30 min.
INFLUENCIA DEL PH
INFLUENCIA DE LA DOSIS DEL COAGULANTE
INFLUENCIA DE LA DOSIS DEL COAGULANTE
INFLUENCIA DE LA MEZCLA
INFLUENCIA DE LA TURBIDEZ
PRECIPITACION QUIMICA - FOSFATO
Se usa para eliminar las formas inorgánicas del fosfato mediante la adición de un reactivo coagulante. Los iones de metales multivalentes más frecuentemente usados son calcio, aluminio y hierro.
Calcio:Se añade en forma de Ca(OH)2. Reacciona con el agua residual para producir carbonato:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ↔ 2CaCO3 ↓+ 2H2O
Como el valor del pH del agua residual aumenta hasta 10, el exceso de iones calcio reaccionan con el fosfato para precipitar como hidroxiapatito:
10 Ca2+ + 6 PO43- + 2 OH- ↔ Ca10(PO4)*6(OH)2 ↓
Desde el momento en que tiene lugar la reacción entre la caliza y la alcalinidad del agua residual, la cantidad requerida será en general independiente de la cantidad de fosfato presente. Dependerá principalmente de la alcalinidad del agua residual. Se requerirá la neutralización para reducir el pH antes de un posterior tratamiento.
PRECIPITADOR QUIMICO
El precipitador es en esencia unreactor - sedimentador. Paraproducir una eficiente separacióndel contaminante debe elegirse unreactivo que forme un compuestode baja solubilidad. El diseño eneste caso e similar a unsedimentador convencional,donde debemos tener comoinformación el tamaño departícula y la densidad paracalcular la velocidad desedimentación. Para acelerar laseparación se emplean agentescoagulantes, floculantes quepermite eficiencias cercanas al100%.
TRATAMIENTO TERCIARIOSISTEMAS DE FILTRACION
El tratamiento terciario proporciona unaetapa final para aumentar la calidad delefluente al estándar requerido antes de queéste sea descargado al ambiente receptor(mar, río, lago, campo, etc.)Más de un proceso terciario del tratamientopuede ser usado en una planta detratamiento.Algunas de las alternativas más importantesen el tratamiento terciario son los sistemasde filtración, que pueden ir desde lautilización de material granulométrico, carbónactivado hasta la utilización de micromembranas o por medio de osmosis inversa.Estos métodos de filtración retiran en granparte y de forma eficiente sólidos que puedenhaber quedado después del tratamientosecundario.
FILTROS MULTIMEDIA
Los filtros multimedia/multicapa tienen lafunción de remover material suspendidoque causa la turbidez en el agua. Laturbidez es causada por la presencia desolidos en suspensión que no hansedimentado en las etapas previas deltratamiento.Los filtros multimedia constan de trescapas de materiales filtrantes de diferentecomposición y granulometría, lo quepermite una remoción gradual de lossedimentos.En la parte superior se remueven lossedimentos de mayor tamaño, en lasiguiente capa los de tamaño intermedio yen la parte inferior los de menor tamaño.Los materiales filtrantes que se puedenutilizar son: Antracita, Arena Silica, FilterAg, Granate, Arena Verde, Zeolita.
FILTROS DE CARBON ACTIVADO
La filtración por carbón activo se empleaen la industria azucarera, química,farmacéutica etc. así como en eltratamiento de agua potable y aguaresidual, debido a su gran capacidad deadsorción de diversos elementos.
El carbón activo se compone en un 75-80% de carbono y un 5-10% de cenizas.Físicamente se presenta en polvo o engrano. Existen varios tipos de carbónactivo, según la materia prima, el tipo deactivación y la duración del proceso deactivación, pero, en cualquier caso, secaracteriza por su pequeño y homogéneocalibre y su estructura interna, formadapor un gran número de poros de tamañossimilares que puede alcanzar unasuperficie interna entre 500 y 1.500 m2/g.
LA FILTRACION
La filtración consiste en la remoción de partículas
suspendidas y coloidales presentes en una suspensión
acuosa que escurre a través de un medio poroso. En
general, la filtración es la operación final de clarificación
que se realiza en una planta de tratamiento de agua y,
por consiguiente, es la responsable principal de la
producción de agua de calidad para ser emitida al cuerpo
receptor.
El avance logrado por la técnica de filtración es el
resultado de un esfuerzo conjunto dirigido a lograr que la
teoría exprese los resultados de las investigaciones
experimentales, de tal modo que sea posible prever, en
el diseño, cómo va a operar la unidad de filtración en la
práctica.
MECANISMOS DE LA FILTRACIÓN
Como las fuerzas activas que mantienen a las partículas
removidas de la suspensión adheridas a las superficies de
los granos del medio filtrante se presentan a distancias
relativamente pequeñas (algunos angstroms), la filtración
usualmente es considerada como el resultado de dos
mecanismos distintos pero complementarios:
TRANSPORTE y ADHERENCIA
El transporte de partículas es un fenómeno hidráulico,
afectado
principalmente por los parámetros que gobiernan la
transferencia de masas.
La adherencia entre partículas y granos es básicamente un
fenómeno de acción superficial, que es influenciado por
parámetros físicos y químicos.
Los mecanismos que pueden realizar transporte son los siguientes:
a) cernido;
b) sedimentación;
c) intercepción;
d) difusión;
e) impacto inercial;
f) acción hidrodinámica, y
g) mecanismos de transporte combinados.
Los mecanismos de adherencia son los siguientes:
a) fuerzas de Van der Waals;
b) fuerzas electroquímicas;
c) puente químico.
DIFERENTES MECANISMOS DE TRANSPORTE
Cinética de la Filtración
No obstante el extenso conocimiento de los
mecanismos de la filtración, no se ha podido llegar a
encontrar un modelo matemático que describa con
precisión el comportamiento de los diferentes
parámetros de operación de los filtros.
No existe, hasta ahora, ninguna fórmula o conjunto de
fórmulas con las cuales, asumidos determinados
valores, se puedan calcular los diferentes parámetros
que inciden en el funcionamiento de un filtro.
Obviamente, esta dificultad no limita el hecho de
poder determinar los parámetros del proceso de
filtración experimentalmente.
Balance de masas
El balance de masas tiene una doble finalidad en el análisis de la filtración.En primer lugar, conjuntamente con la ecuación que describe la remoción de partículas suspendidas, permite determinarla distribución de los depósitos en elmedio filtrante en función de la posicióny del tiempo. En segundo lugar, el balancede masas conduce a una expresiónque hace posible conocer la cantidadde sólidos removidos por unidad devolumen del medio filtrante.
La figura adjunta
representa un elemento del medio filtrante de área A y espesorΔL. La variación de la concentración de la suspensión está dada por:
- ΔC = (C2 – C1 )Donde:ΔC = Variación de la concentración de partículas (volumen de partículas suspendidas por volumen de suspensión).C1 = Concentración de partículas suspendidas en el afluente (L3/L3).C2 = Concentración de partículas suspendidas en el efluente (L3/L3).
Si se considera que Q es el caudal que escurre a través del elemento y se admite que el depósito específico aumenta una cantidad Δσ, al transcurrir un intervalo del tiempo Δt, se tiene que el volumen de partículas removidas de lasuspensión es:
-ΔC . Q . Δ t
y el volumen de partículas acumuladas es:
-Δσ . A . Δ L
Igualando ambas expresiones, se obtiene:
-ΔC . Q . Δ t = Δ σ . A . Δ L
Donde:
Q = caudal (L3T-1)
t = intervalo de tiempo (T)
a = variación del depósito específico absoluto (volumen de
sólidos/volumen de medio filtrante, L3/L3)
A = área, en planta, del elemento de volumen del medio filtrante
(L2)
L = espesor del elemento de volumen del medio filtrante (L)
Reordenando la ecuación, en su forma diferencial, la ecuación
Donde:V = velocidad de filtración o tasa de filtración (Q/A)
Muchas veces se considera al depósito específico efectivo (σ),
que refleja el volumen que efectivamente ocupan las partículas
removidas, para tener en cuenta de ese modo la porosidad de
los depósitos.
σ = β . σa
Donde:
σa = Depósito específico absoluto (volumen de
depósito/volumen de medio filtrante).
β = Relación entre el volumen de los depósitos y el volumen
de sólidos removidos.
De este modo, la porosidad local estará dada por:
ε = εo - σ
Donde:
εo = porosidad inicial (volumen de vacíos/volumen total del
medio filtrante)
ε = porosidad del medio filtrante
De la combinación de las ecuaciones anteriores se obtiene:
Pérdida de carga en un medio filtrante
Al pasar un fluido Q a través de un lecho filtrante
granular de profundidad L, la fricción que el fluido
sufre al atravesar los poros produce una pérdida de
carga h.
Al comenzar la operación de un filtro, los granos del
lecho están limpios y la pérdida de carga se
deberá solamente al tamaño, forma y porosidad del
medio filtrante, a la viscosidad y velocidad del agua.
Si el fluido no tuviera partículas en suspensión, esta
pérdida de carga inicial será constante a través de
toda la carrera de filtración.
Pero, como ordinariamente contiene sólidos en suspensión,
estos irán recubriendo los granos del lecho, incrementarán
su diámetro y disminuirán su porosidad inicial, con lo que la
pérdida de carga irá incrementándose por la disminución del
área de paso del flujo.
Resulta de aquí que deben considerarse dos clases de
pérdida de carga:
• Una pérdida de carga inicial, que es la mínima que puede
producir el filtro, ho.
• Una pérdida de carga por colmatación, que será función
del tiempo hϕ(t).
Esto es:
hf = ho + hϕ( t )
Pérdida de carga inicial
La pérdida de carga inicial puede calcularse a partir de la ecuación de Kozeni, que solo es aplicable para esferas con flujo laminar, el cual solo se presenta cuando el número de Reynolds es menor que 10.
SELECCIÓN DE FILTRO DE CARBON Y FILTRO MULTIMEDIA EN FUNCION DEL GASTO
TRATAMIENTO TERCIARIO
Desinfección
El propósito de la desinfección en el
tratamiento de las aguas residuales
es reducir sustancialmente el número
de organismos vivos en el agua que
se descargará nuevamente dentro del
ambiente. La efectividad de la
desinfección depende de la calidad
del agua que es tratada (carga
microbiana), del tipo de desinfección
que es utilizado, y la dosis de
desinfectante (concentración y
tiempo).
Desinfección
El agua turbia será tratada con menor éxito puesto que la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta y principalmente si los tiempos del contacto son bajos. Generalmente, tiempos de contacto cortos, dosis bajas y altos flujos influyen en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de desinfección incluyen el ozono, el cloro y la luz ultravioleta (UV).
EQUIPO DE RADIACION UV
Desinfección
El agua turbia será tratada con menor éxito puesto que la materia sólida
puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta y
principalmente si los tiempos del contacto son bajos.
Generalmente, tiempos de contacto cortos, dosis bajas y altos flujos
influyen en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de
desinfección incluyen el ozono, el cloro y la luz ultravioleta (UV). Dentro
de la desinfección, el método más usado es el de la cloración del
efluente que sale de la planta de tratamiento, principalmente debido al
bajo costo que éste tiene y al nivel de eficacia que presenta, sin
embargo el cloro al contacto con material orgánico puede producir
compuestos organoclorados que son muy peligrosos.
CALCULO DE UN FILTRO
CALCULO DEL AREA DE FILTRACION: A
Q = 80 m3/día
Q = 0.0555 m3/minuto
Tasa de filtración: Tf
Tf = 0.145 m3 /m2 – minuto
Luego:
A = Q/Tf
A = 0.0555/0.145
A = 0.383 m2
CALCULO DEL DIAMETRO DE FILTRO: D
A = 0.7854 x D2
D = 0.6983
D = 0.70 m
CALCULO DE LA ALTURA DEL LECHO FILTRANTE: H
HL = 3 x D
HL = 3 x 0.50
HL = 1.5 m
CAMARA DE CONTACTO DE CLORO
VOLUMEN DEL TANQUE: V
Q = 80 m3/día
Q = 3.333 m3/hora
Tiempo de contacto = 15 min
V = 3.33 x 0.25 m3
V = 0.83 m3
V = 1.0 m3
Determinación de la concentración
de hipoclorito de calcio
Los cálculos:
Concentrac de Cl x Flujo Cl = Concentrac Cl Agua Tratada x Flujo Agua
Concentración de Cl: Es el valor que se va a calcular
Flujo Cl: Corresponde a los GPD de la solucion preparada. Consideramos un
tacho de 100 litros (26 Gal) que se consuman en 4 dias. Entonces la dosificacion
debe ser 7 GPD (1.1 L/H)
Concentración Cl Agua Tratada: Se recomienda se mantenga en 1 ppm, para
alcanzar un valor residual de 0,5 ppm. Es decir 1 ppm = 1 gr/m3
Flujo de Agua: 2 L/S
Se obtiene Concentración Cl = 6.5 kg/m3 = 0.65 Kg Cloro/ 100 Litros
Pero el cloro esta al 65%,
Entonces la preparación de la solución es 1 Kg de hipoclorito/ 100 litros
