AGUAS RESIDUALES

AGUAS RESIDUALES

6.1. ASPECTOS GENERALES.-

Las aguas residuales son vertidos o efluentes lquidos (biomasa) que resultan despus de que el agua de consumo humano ha sido utilizada para satisfacer las necesidades, ya sean domsticas, agrcolas o industriales.

Las aguas residuales contienen altas concentraciones de compuestos y micro organismos patgenos. Estos microorganismos que se encuentran en el agua consumen el oxigeno disuelto y el parmetro que se utiliza para medir esta caracterstica es la demanda bioqumicas de oxigeno (DBO) que nos sirve tambin para medir la carga de materia orgnica que entra en las plantas de tratamiento.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan gran variedad de mtodos para remover los contaminantes. Los ms comunes son una combinacin de mtodos fsicos, qumicos y biolgicos. Existen tres niveles de tratamiento de aguas residuales en plantas: primario, secundario y terciario.

6.1.1. Origen de las aguas residuales.- Una idea de comprender el origen de las aguas residuales es mostrar como la actividad humana general produce desechos. Se muestra un balance de materiales de una ciudad tipo de 106 habitantes.

En general, el origen de las aguas residuales se resume en la figura adjunta.

6.1.2. Clasificacin de las Aguas Residuales.- De acuerdo a su procedencia las aguas residuales se clasifican en: aguas agrarias, aguas urbanas y aguas industriales.

a. AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES.-

Tambin llamadas aguas residuales domsticas o aguas negras son una mezcla `compleja que contiene agua mezclada con contaminantes orgnicos e inorgnicos, tanto en suspensin como disueltos: a continuacin la composicin tpica de aguas negras.

Los componentes de las aguas residuales domsticas son: los microorganismos slidos totales (orgnicos + inorgnicos), los componentes inorgnicos y la materia orgnica. En la tabla adjunta se incluye la composicin de un agua negra sanitaria con tres niveles posibles de concentracin:

a. AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES.-El problema caracterstico de las aguas residuales industriales es que, debido a su gran diversidad (dependiente del proceso, productivo), necesitan de una investigacin propia para cada tipo de industria, y la aplicacin de tratamiento especfico. En la tabla adjunta se resume algunos antecedentes de carga contaminantes de efluentes de la industria de alimentos.

6.1.3. Clasificacin de Slidos presentes en las Aguas Residuales.-

Cerca del 75% de los slidos en suspensin y del 40% de los slidos filtrables de un agua residual de concentracin media son de naturaleza orgnica, tal como se puede apreciar en el cuadro adjunto. Son slidos que provienen de los reinos animal y vegetal, as como de las actividades humanas relacionadas con la sntesis de compuestos orgnicos.

6.2. MEDIDA DE LA CALIDAD DE LAS AGUAS RESIDUALES:6.2.1. Anlisis del pH.-

La concentracin del ion hidrogeno es un importante parmetro de calidad tanto para aguas naturales como aguas residuales. El intervalo de concentracin para la existencia de la mayora de la vida biolgica es muy estrecho y critico. El agua industrial con una concentracin adversa de ion de hidrogeno es difcil de tratar con mtodos biolgicos y si la concentracin no se altera antes de la evacuacin, el efluente puede alterar la concentracin de las aguas naturales.

El pH de los sistemas acuosos puede medirse convencionalmente con un pH-metro, as como se pueden utilizar indicadores que cambian de color a determinados valores de pH. pH= log [H+]La alcalinidad en el agua residual se debe a la presencia de hidroxilo, carbonatos y bicarbonatos de elementos tales como calcio, magnesio, sodio, potasio o amoniaco, esta alcalinidad la va adquiriendo del agua de suministro, del agua subterrnea y de materias aadidas durante el uso domestico. La concentracin de alcalinidad en el agua residual es importante, debe efectuarse un tratamiento qumico a las muestras en las que se deba eliminar el amoniaco. 6.2.2. Ensayos Biolgicos.-

Otra forma de medir la toxicidad de las aguas residuales en lo que respecta a la vida biolgica son los ensayos biolgicos. La finalidad de estos especifica es:

Determinar la concentracin de un agua residual dada que se produzca la muerte de un 50% de los organismos de ensayo en un periodo de tiempo especificado.

Determinar la concentracin mxima que no causa efecto aparente sobre los organismos de ensayo durante 96 horas.

Se consiguen estos objetivos introduciendo peces u otros animales adecuados en acuario conteniendo distintas concentraciones del agua residual en cuestin y observando seguidamente su supervivencia a lo largo del tiempo. 6.2.3. Contenido Orgnico.-En la medicin del contenido orgnico (la materia orgnica) del agua residual se utilizan varios parmetros (DTO, DQO, DBO, DNO y COT), cada uno de ellos no es estrictamente comparable con los dems, debido a que cada parmetro mide una cantidad diferente de materia orgnica en el mismo desecho. Las definiciones de estos parmetros y la representacin de la figura que a continuacin se exponen ayudarn a comprender mejor las diferencias bsicas que hay entre ellos. El desarrollo de cada parmetro obedece a la necesidad de medir material orgnico en desechos de orgenes diversos.

DTO: Demanda terica o demanda total de oxgeno, es la cantidad estequiomtrica de oxgeno para la oxidacin complete de una sustancia a CO2, H2O, HNO3, H3PO4, H2SO4, etc, se mide con instrumentos o se hace el clculo estequiomtrico. Por ejemplo: NH3 + 2O2 HNO3 + H2O esa cantidad de oxgeno, en gramos de O2 por gramo de NH3 es la DTO.

DQO: Demanda qumica de oxgeno, es la cantidad de oxgeno necesaria para oxidar contaminantes (orgnicos e inorgnicos) por reacciones puramente qumicas, se mide mediante anlisis qumicos. Hay compuestos orgnicos que no son oxidados en la prueba de la DQO. DBO: Demanda bioqumLca de oxgeno, es la cantidad de oxgeno utilizado en la oxidacin biolgica de la materia orgnica carboncea en los deseches, a 20C durante un perodo de tiempo especfico. La demanda bioqumica de oxigeno se usa como una medida de la cantidad de oxigeno requerido para la oxidacin de la materia orgnica biodegradable presente en la muestra de agua y como resultado de la accin de oxidacin bioqumica aerbica; es por ello, que este parmetro de contaminacin sea tan utilizado en el tratamiento de las aguas residuales , ya que con los datos arrojados se pueden utilizar para dimensionar las instalaciones de tratamiento, medir el rendimiento de algunos de estos procesos. Con los datos de la DBO podr as mismo calcularse la velocidad a la que se requerir l oxigenoDNO: Demanda nitrogenosa de oxgeno, es el oxgeno necesario para oxidar completamente el nitrgeno presente en los desechos se mide en ensayos biolgicos y se puede calcular s se conoce el contenido de compuestos nitrogenados.

COT: Carbono orgnico total, es la medida del carbono orgnico en los desechos, es una prueba instrumental. Los resultados son parecidos a los de la DBO.

Figura . Relacin entre las Medidas de La Materia Orgnica.6.3. MEDIDA DEL CONTENIDO ORGNICO EN AGUAS RESIDUALES.-La medida de la concentracin de materia orgnica produce resultados diferentes para cada mtodo o medida, sin embargo, existe cierta interrelacin para un mismo desecho y en general para diferentes desechos. La medida del contenido orgnico de las aguas residuales se determina por mtodos diferentes clasificados en dos grupos: G1. Mtodos empleados para determinar altas concentraciones del contenido orgnico > 1mg/L. En este grupo se incluye los ensayos que se utilizan frecuentemente en aguas residuales:

Oxigeno disuelto (OD)

Demanda bioqumica de oxigeno (DBO)

Demanda qumica de oxigeno (DQO)

Carbono orgnico total (COT)

Demanda terica de oxigeno (DTeO)

Determinacin de nitrgeno total (NT)

G2. Mtodos empleados para determinar las concentraciones a nivel de traza, intervalos de 0.001 mg/L a 1 mg/L. 1. Oxigeno Disuelto (OD).-

El Oxigeno disuelto es necesario para la respiracin de los microorganismos aerobios.

El oxigeno es solo ligeramente soluble en el agua. La solubilidad del 02 atmosfrico en aguas frescas varan de 14.6 ppm. (a 0 C) a 7ppm (a 35C).

La cantidad real de oxigeno que puede estar presente en una solucin, esta condicionada por su: solubilidad, presin parcial en la atmsfera, temperatura y pureza del agua (salinidad, ss,etc.) En procesos de tratamiento aerbicos biolgicos, es de gran importancia la solubilidad limitada de 02 porque ella indica:(a) Las cantidades adecuadas de OD para la vida de peces y otros organismos acuticos = 4 ppm.

(b) La concentracin de OD que se relaciona con: la corrosividad de las aguas, la actividad fotosinttica y con el grado de septicidad.

(c) La determinacin de OD como base para la determinacin de la DBO, por el procedimiento de diluciones. Debido a que la velocidad de las reacciones bioqumicas que consumen oxigeno aumenta con la temperatura, los niveles de OD tienden a ser ms crticos en pocas de verano. Los caudales de los cursos de agua es menor y por tanto la cantidad de O2 disponible es menor.

El O.D se determina por dos mtodos:

Mtodo directo, usando equipos especiales y por el mtodo de WINKLER o sus modificaciones que son los procedimientos estndar (std). El mtodo WINKLER se basa en las siguientes reacciones: Para determinar el OD.

(a) Si no hay oxigeno presente:

Muestra + MnSO4 + NaOH + KI Ppdo. Blanco

Mn2+ + 2OH- Mn(OH)2 (b) Si hay oxgeno presente, la reaccin es:(c) Si hay oxigeno, al lquido claro se aade H2SO4 (baja pH) para oxidar el yodo y completar la reaccin.(d) La muestra lista para titularse, se hace con Na2S2O3. N/40, sobre su peso equivalente de I2.

(e) El uso de N/40 tiosulfato se basa en la premisa que 200 mL de muestra debe usarse para titular. Si se utilizan botellas de 300 mL para la prueba se aaden 2mL de MnSO4 + 2 mL de KI alcalino y se hace la correccin para tomar un volumen a titular de:

(f) La titulacin de la muestra de un tamao equivale a 200mL de la muestra original con tiosulfato N/40 da el resultado en mL; que deben interpretarse directamente en trminos de mg/L de OD.

Donde: v : Volumen de tiosulfato gastado (mL)

N : Normalidad de tiosulfato de sodio (1/40)

V : Volumen de muestra titulada (mL)

VfcoBOD : Volumen de frasco BOD = 300 mL

(g) Si la medida del oxgeno disuelto (OD) no se ajusta a tomar volmenes usando los frascos BOD de 300 mL, se puede calcular el OD con la siguiente ecuacin:

2. Demanda Bioqumica de Oxigeno (DBO).- El parmetro de contaminacin orgnica mas ampliamente empleado, aplicable tanto aguas residuales como a aguas superficiales, es la DBO a 5 das (DBO5) El oxigeno que se consume o DBO, es proporcional a la materia orgnica biolgicamente degradable (materia orgnica transformada u oxidada) presente en el sistema. Cuanto mayor es la DBO, esto es, cuanto ms materia orgnica esta presente, mayor es el problema que crea la descomposicin de la misma en el sistema.

Puesto que la oxidacin biolgica continua indefinidamente, cuando se ha consumido aproximadamente el 95% o mas del oxigeno necesario, la prueba de la DBO se ha limitado de manera arbitrara a 20 das. Este perodo es demasiado largo para que la medicin de la DBO sea til, por lo cual una prueba a 5 das, la DBO5, que se lleva a cabo a 20C se ha convertido en la norma. Los resultados de los ensayos de DBO se emplean para:(a) Determinar la cantidad aproximada de oxgeno que se requerir para estabilizar biolgicamente la materia orgnica presente.

(b) Dimensionar las instalaciones de tratamiento de aguas residuales.

(c) Medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento.

(d) Controlar el cumplimiento de las limitaciones a que estn sujetos los vertidos.2.1. PRUEBA DE LA DBO:La DBO es una prueba biolgica y qumica. Para comprender mejor la manera como se ejerce la demanda de oxgeno es til discutir las reacciones bioqumicas generales, el papel de los microorganismos en la prueba y los aspectos que pueden alterar los resultados de la prueba en el laboratorio

(a) Reacciones bioqumicas:En la oxidacin de la materia orgnica por microorganismos se distinguen tres fases o etapas durante las cuales suceden reacciones bioqumicas que se describen a continuacin:i) Oxidacin: Loa compuestos orgnicos son oxidados por los microorganismos utilizando oxgeno disuelto para producir energa que es utilizada en la etapa de sntesis celular, la reacci6n general se puede representar por la siguiente ecuacin: CHONS + O2 bacterias CO2 + H2O + energa

comp. estables

ii) Sntesis: Durante la sntesis los microorganismos utilizan energa de la oxidacin de materia orgnica en la formacin de nueva materia celular, esta etapa se representa en la figura y en la ecuacin: CHONS + O2 + energa bacterias C5H7NO2 (Tejido celular) iii) Respiracin Endgena o autooxidacin: Una vez que se ha agotado la materia orgnica disponible a los microorganismos en la oxidacin, se produce la muerte da algunos microorganismos y la oxidacin de esta materia celular muerta por otros microorganismos. Esta fase esta representada en la figura y en la ecuacin: C5H7NO2 + 5O2 bacterias 5CO2 + 2H2O + NH3 + energa

(b) Procedimiento Experimental:La prueba es muy utilizada en aguas residuales y aguas naturales para determinar la cantidad de oxgeno consumido en la oxidacin de la materia orgnica biodegradable y en plantas de tratamiento para conocer su eficiencia en la remocin de material orgnico. La prueba fue ideada y perfeccionada en Inglaterra por la Royal Commission hacia el ao 1900 y en 1909 Phelps propuso una formulacin terica.Inicialmente se incub la muestra de agua como tal, mas tarde se ide la dilucin de la muestra con agua destilada a la que se han agregado sales y nutrientes esenciales a los microorganismos, esta innovacin hizo posible la prueba en aguas con cualquier concentracin de materia orgnica biodegradable.

Inicialmente se midi la demanda de oxgeno a los cinco das de incubacin, se adoptaron cinco das debido a que el tiempo de flujo de los ros mas largos en Inglaterra es de cinco das.

La prueba de la DBO esta sujeta a numerosas limitaciones, tales como la temperatura de incubacin, los microorganismos y el inculo en las botellas, la naturaleza de los compuestos a ser degradados y otras que se describen adelante. De esta manera, la DBO es una medida aproximada del oxgeno necesario para oxidar la materia orgnica, dimensionar plantas de tratamiento de aguas residuales, medir la eficiencia de procesos de tratamiento biolgico y el grado de polucin de cuerpos de agua.

En general se hacen diluciones en duplicados, de manera que despus del perodo de incubacin a temperatura constante exista un oxgeno disuelto residual y un consumo mnimo de 2 mg/L. A continuacin se ilustra como se deben seleccionar las diluciones para botellas de 300 mL.

a) Mida el OD en el agua de dilucin, por ejemplo 8 mg/Lb) El OD en la botella llena de agua de dilucin = 300 x 8/1000 = 2.4mg de O2c) Se estima que la DBQ del desecho es del orden da 200 mg/L a 500 mg/L.

d) Para DBO = 200 mg/L. 1 mL de muestra demanda 200/1000 = 0.2 mg de O2e) Para DBO 500 mg/L. 1 mL de muestra demanda 500/1000 = 0.5 mg de O2.

S se siembran 2 y 5 mL de muestra, los consumos de oxgeno probables seran de 1.0 mg para las DBO esperadas de 500 y 200 mg/L respectivamente. Se acostumbra a preparar cuatro botellas con cada dilucin y se mide el. O,D de donde ellas y las otras dos se llevan a la incubadora, de esta manera el calculo de la D80 se hace segn la ecuacin:

Donde: DBO: Demanda bioqumica de oxgeno a los t das

ODo: Oxgeno disuelto inicial en la dilucin antes de incubar

ODf: Oxgeno disuelto final en la botella despus de incubar

X: Mililitros de muestra incubados en la botella

300: Volumen de la botella de DBO, en ocasiones se mide el volumen de cada botella pesndola vaca y llena.

(c) Resultados de la Prueba:Los resultados de la prueba son una medida arbitraria que permite estimar la cantidad de oxgeno necesario para oxidar la materia orgnica biodegradable.

Durante la prueba de la DBO la materia orgnica se esta oxidando, cada da que transcurre hay menos material biodegradable, a su vez aumenta el material celular sintetizado hasta un mximo cuando se agota el material orgnico biodegradable, entonces se inicia la autooxidacin del material sintetizado y continua la demanda de oxgeno. En la figura (abajo) se representa el ejercicio general de la DBO en el tiempo. Es necesario destacar un receso en el ejercicio de la demanda de oxgeno que se presenta cuando se agota la materia orgnica y se inicia la autooxidacin, este receso es bien marcado en ensayos con sustratos solubles, no as en las pruebas con aguas residuales donde hay varios compuestos orgnicos sujetos a oxidaci6n simultnea y/o secuencial.

Fig. Relacin entre DBO, material orgnico y sntesis en el tiempo

(d) Limitaciones de la prueba de la DBO:Los resultados de la DBO estn sujetos a una serie de limitaciones relacionadas con la poblacin microbial durante la prueba, la nitrificacin de compuestos nitrificables, la presencia de compuestos txicos, la presencia de algas y la temperatura de incubacin. En esta seccin se discuten estas limitaciones.1. Concentracin de Microorganismos en el Inculo: En la siembra de las muestras para determinar la DBO, generalmente en la muestra hay microorganismos que oxidaran la materia orgnica durante la prueba. En ocasiones es necesario preservar las muestras agregando cido sulf1rico concentrado u otro compuesto que mata los microorganismos, en estos casos es necesario agregar un inculo, igual sucede con algunos desechos industriales. En general el incu1o puede oxidar la materia orgnica siguiendo varios patrones que responden a: i) la concentracin de microorganismos; ji) el que estn adaptados o no a oxidar los compuestos orgnicos del desecho y iii) adaptados o no a la temperatura de incubacin. En la figura adjunta se representan las alteraciones de la DBO con referencia al inculo.

2. Compuestos Txicos en el Desecho: Iones de Cu++ , Cr+6, Pb+ , Ni, Zn, As, CN, Hg y compuestos como el cloruro de mercurio y cloraminas inhiben o retardan la accin microbial. En esta forma los compuestos txico en aguas y desechos conducen a resultados alterados de la DBO, es posible aclimatar ciertos microorganismos a concentraciones dadas en txicos. En la figura se representan los resultados de la DBO, s se mide durante una secuencia de varios das.

Fig. Curvas tpicas de la DBO con inculos no alimentados o compuestos t6xicos.

3. Nitrificacin de Compuestos Nitrificables: La nitrificacin de compuestos nitrificables lleva a resultados mas altos de la DBO y dificulta la evaluacin de la constante degradacin K. En climas clidos de demanda nitrogenosa se ejerce desde el principio del perodo de descomposicin de la materia orgnica en aguas naturales. Ejemplo: California y el trpico Para evitar la nitrificacin es comn hoy da usar productos qumicos para eliminar la accin de las bacterias nitrificadoras. Algunos mtodos de suprimir la nitrificacin son: i) pasteurizacin de la muestra seguida de inoculacin, ii) acidificacin y neutralizacin seguida de inoculacin, ii) uso de compuestos qumicos como triclorometil piridina que inhibe las nitrosomas y iv) agregar amonaco como fuente de nitrgeno, Ejemplo: Cloruro de amonio.

Las siguientes reacciones ilustran la nitrificaci6n:

2 NH3 + 3 O2 Nitrosomas 2 NO2 2 NO2 + 2 O2 Nitrobacteria 2 NO3

Fig. Demanda Carboncea y Nitrogenosa de oxgenoOtros productos qumicos que se usan para eliminar la nitrificacin son:

Thiourea, allil Thiourea.

4. Presencia de Algas en las Botellas de DBO: Las algas sintetizan oxgeno en la luz y consumen oxgeno en la oscuridad para respiracin y no oxidan materia orgnica, su presencia en las botellas de DBO altera los resultados de la DBO. Se han hecho estudios sobre el efecto de las algas en las mediciones de la DBO . La Figura abajo ilustra las desviaciones producidas por algas en las botellas de DBO.

Fig. Curvas de la DBO en Presencia de Algas.

5. La Temperatura de Incubacin: Aunque en el tiempo la DBO total de un compuesto orgnico o desecho es la misma sea cual fuere la temperatura a que se produce la oxidacin, la velocidad conque se oxida el desecho es diferente para cada temperatura. Esto nos lleva a considerar que en el laboratorio se obtienen resultados de incubar las muestras a 20C y que en la naturaleza las demandas de oxgeno son mas altas si las temperaturas son mayores o menores si la temperatura es mas baja. Estas variaciones se ilustran en la figura y obedecen a los mismos principios de las reacciones qumicas a diferentes temperaturas. Fig. Resultados de DBO a diferentes temperaturasPhelps y Streeter encontraron experimentalmente que la velocidad de la reaccin vara con la temperatura segn la expresin:

es una constante trmica que es igual a 1,047 para temperaturas entre 10 y 37 C. Estudios mas recientes proponen otros valores para as: = 1,135 para T de 4 a 20 C

= 1,056 para T de 21 a 30 C

Adems vara segn el tipo de aguas a analizar. Moore encontr:

= 1,2026 para agua de ro

= 1,145 a 1,065 para aguas servidas.2.2. MTODOS DE DETERMINACIN DE LA DBO.-

Los mtodos son: por instrumentacin y por dilucin mediante el OD.A. MTODOS INSTRUMENTALES.-

Se mide la DBO por dilucin mediante un oximtro de laboratorio. Ino Lab Oxi Level 2. Se mide la DBO por autocontrol, es un procedimiento prctico mediante el desarrollo del sistema OXITOP que mide la DBO sin mercurio. Ejem. Oxitop IS-6B. MTODO DE DILUCIN POR EL OD.-

(a) Procedimiento Directo.-

Se lleva la muestra a temperatura de 20C y airearla con aire para incrementar o decrecer el contenido de gas disuelto de la muestra. Luego dos o ms botellas de DBO se llenan con la muestra; por lo menos en una se analiza el OD inmediatamente y las otras se incuban por 5 das a 20 C. Despus de 5 das se determina la cantidad de OD que permanecen en las muestras incubadas y se calcula la DBO5 por diferencia de resultados del 5 da, de aquel obtenido el O da.

Con muestras en que la DBO a 5 das no exceda a 7 ppm no es necesaria diluirla,

(b) Ensayos de Dilucin (normal).-

1. Se preparan diversas soluciones para cubrir todo intervalo de posibles valores de la DBO. El la tabla adjunta se indican los intervalos de valores de la DBO que puedan ser medidas con varias diluciones basadas en mezclas porcentuales y pipeteo directo en botellas de 300 mL de capacidad. DBO MEDIBLE CON DIFERENTES DILUCIONES DE LA MUESTRA

2. Para cada botella de DBO se debe utilizar otra de control (BLANCO O TESTIGO), botella nicamente de agua de dilucin que puede contener la siembra y los nutrientes si se han requerido, pero no la muestra. Cada 24 horas, se debe sacar la botella muestra y el blanco correspondiente de la incubadora y determinar el OD. en mg/L 3. Para todos los propsitos prcticos, el clculo de la DBO por el mtodo de dilucin puede ser hecho por las siguientes formulas:

ODb : Oxigeno disuelto del blanco, al fin del perodo de incubacin. ODfs : Oxigeno disuelto en la dilucin de muestra, al fin de perodo de incubacin

ODis : Oxigeno disuelto presente en la muestra no diluida.

Ecuacin (1) : Para diluciones en %

Ecuacin (2) : Para diluciones por pipeteo. Ejm.1. Se trata de determinar la DBO de un agua residual. En una botella de 300 mL se colocan 10 mL de agua residual, procediendo luego a rellenar la botella con agua de dilucin que contiene la siembra bacteriana y los nutrientes. En paralelo se llena otra botella de control de 300 mL con agua de dilucin. Ambas botellas se incuban durante 5 das a 20 C. Las lecturas de OD son las siguientes:(1) Concentracin de OD en la muestra inicial ODis = 2,0 mg/L

(2) Concentracin final de OD en el agua de dilucin (blanco) ODfb = 8,0 mg/L

(3) Concentracin final de OD en la botella muestra ODfs = 3,2 mg/L

Determinar la DBO de esta muestra de agua despus de 5 das de incubacin (denominado en adelante como DBO5).

Solucin :

Partiendo de la ecuacin (2) para una dilucin por pipeteo, se tiene:

2.3. MEDIDA DE LA DBO EN FUNCIN DEL TIEMPO Y DE LA TEMPERATURA.- En un perodo de 5 das que dura el ensayo de la DBO se llega a oxidar entre el 60 y 70% de la materia carbonosa. Sin embargo la oxidacin bioqumica es un proceso lento, cuya duracin es en teora infinita, en un perodo de 20 das, se completa la oxidacin del 95 99% asumiendo que la temperatura es de 20C como un valor medio representativo.

Los resultados obtenidos a diferentes temperaturas sern distintos, debido a que las velocidades de las reacciones bioqumicas son funcin de la temperatura. Phelps propuso un modelo terico de ejercicio de la DBO que se ajusta satisfactoriamente a resultados experimentales. En base al principio de que en un tiempo dt se ejerce una demanda dLt que es proporcional a la demanda remanente o que no se ha ejercido, se obtiene la expresin:

* Esta es una reaccin de primer orden en la que la cantidad de DBO (consumo de oxgeno) que se ejerce en un intervalo de tiempo es proporcional a la materia orgnica remanente o DBO que no se ha ejercido. Integrando la ecuacin (a) desde el tiempo t = 0 correspondiente a la concentracin inicial de materia orgnica Lo y el tiempo t que corresponde a la concentracin Lt., se tiene:

Donde: K es la constante de biodegradacin en base e y k es la constante en base 10. * Al hacer la representacin grfica de la DBO ejercida durante una secuencia de das se observa que, cada da se ejerce una cantidad que resulta proporcional a la DBO por ejercer o materia orgnica biodegradable remanente.

Demanda carbonosa mas nitrogenosa de oxigeno Demanda carbonosa ltima de oxgeno

Lo

Lt Lo L : demanda carbonosa de oxigeno

Lt

L = DBO carbonosa restante. t

t (das) L : Demanda carbonosa restante en el tiempo t = t (O2 necesario para oxidar la materia orgnica restante)

Lo : Demanda carbonosa ltima (DBO ltima necesario para oxidar la materia orgnica presente al principio)

Lo L : Demanda carbonosa de oxigeno (DBO satisfecha; O2 utilizado para oxidar la materia orgnica en el tiempo t =t)

En la figura ., se representa en una curva la DBO (yt) ejercida en el tiempo (t) y en la otra curva la DBO (Lt) remanente en el tiempo (t). Considerando a yt como la materia orgnica oxidada hasta el tiempo t, se tiene:

yt = Lo Lt

(c)

* Teniendo en cuenta las ecuaciones (b) y (c ) obtenemos:

* Las curvas L y Lo L indican la oxidacin del carbono (DBO carbonosa) de la materia orgnica a CO2 y agua. Sin embargo, despus de 5 a 10 das los compuestos nitrogenados comienzan a ser oxidados. La lnea punteada de la curva en la figura indica el efecto en la demanda de oxgeno cuando el nitrgeno presente en los residuos se oxida en la conversin (nitrificacin) del amoniaco en nitratos. Este ejercicio de la DBO en una segunda etapa se puede inhibir en la prueba de DBO con la adicin de agentes qumicos apropiados. (ref. Glynn, pag. 426)

* En la tabla adjunta se presenta valores para la constante K (base10) a 20 C para la oxidacin carbonosa. Fuente de contaminacin k (dia-1)

orgnica

(base 10)

Agua fluvial

0.10

Aguas negras domstica

0.17

Solucin de glucosa

0.25* Como se ve en la tabla los valores de la constante k es aplicable a 20C, para otras temperaturas se puede utilizar la expresin de Vant Hoff-Arrhenius para modificar k.

Ejm 2. Se ha medido la DBO de un desecho y la constante de degradacin a 20 C , los resultados han sido los siguientes: DBO5 = 180 mg/L, K = 0,25 d1 . Si = 1,047 determine:a) La DBO ltima

b) La DBO despus de 3 dasc) La DBO5 en la naturaleza, si la temperatura media del agua es de 25 C. Solucin:a) Clculo de la DBO ltima (Lo):

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

b) La demanda (DBO) a los 3 das:

c) La DBO5 en la naturaleza a 25 C

Ejem. 3. Determinar la DBO de 1 da y la DBO litma de la primera fase para un agua residual cuya DBO a los 5 das a 20C es de 200 mg/L. La constante de reaccin K (base e) = 0.23 d-1Solucin:

Ejem. 4. Se ha medido la demanda bioqumica (DBO) de una muestra de agua residual a 2 y 8 das y los resultados obtenidos para la DBO fueron de 125 y 225 mg/L respectivamente. Determinar el valor de la DBO a 5 das aplicando el modelo cintico de primer ordenSolucin:

Los datos: DBO2 = 125 mg/L

at = 2 d DBO8 = 225 mg/L

a t = 8 d

DBO5 = ?

at = 5 d

(a) Aplicando el modelo cintico para la DBO en 2 y 8 das se tiene:

DBO2 = Lo L2 = Lo(1 e 2K) ; DBO2 = 125 mg/L (1) DBO8 = Lo L8 = Lo(1 e 8K) ; DBO8 = 225 mg/L

(2) Sustituyendo los valores de DBO en ambas ecuaciones y reordenando trminos se obtiene una nueva relacin:

Lo(1 e 2K) = 125

Lo(1 e 8K) = 225(b) La solucin de la ecuacin (3), permite encontrar el valor de la constante de biogradacin (K). Un clculo aproximado para K se puede realizar mediante un cambio de variable en dicha ecuacin:

Si e 2k = y ; e 8K = y4 y la ecuacin (3) se transforma en:

(c) La ecuacin (4) es una ecuacin cbica que tiene tres races de solucin y slo una ser vlida para hallar el valor de K. Por lo tanto, la solucin por esta va resulta un tanto compleja e inadecuada. (d) Se puede realizar aproximaciones, tomando valores para K dentro los intervalos que corresponden para las aguas residuales. Por ejemplo, con la referencia de Kiely (pag.416) se tiene la siguiente informacin para los valores de K:

K (base)(d 1)

Agua residual tratada .. 0,10 0,25

Agua residual no tratada. 0,35 0,70

(e) Asumiendo valores para K, dentro de estos intervalos, se obtiene Lo para ambos perodos de tiempo (2 y 8 d) buscando las aproximaciones mas cercanas posibles:

Diferencia de Lo2 Lo8 = 689,46 408,35 = 281,11 (grande)

Diferencia de Lo2 Lo8 = 339 267,48 = 71,52 (significativa)

Diferencia de Lo2 Lo8 = 318 260 = 58 (significativo)(f) Como se puede observar en el anlisis, la tendencia de que Lo tenga valores ms prximos entre si, es cuando el valor de K aumenta. Por lo tanto el valor de Lo mas cercano a su valor real, ser cuando K tenga un valor entre [0,35 y 0,40] es decir, K = (0,35 + 0,40)/2 = 0,375

Diferencia Lo2 Lo8 = 236,92 236,79 = 0,13 (pequea) Por consiguiente: Lo = (236,92 + 236,79)/2 = 237 mg/L

(g) Con Lo = 237 mg/L y K = 0,375 d1 calculamos la DBO a 5 das (DBO5): DBO5 = Lo L5 = Lo(1 e 5K)

= 237 (1 2,7183 5 x 0,375)

= 237 ( 1 2,7183 1, 875)

= 237 ( 1 0,1534) = 237 (0,8466) DBO5 = 201 mg O2/L

(h) Se puede intentar resolver este ejercicio utilizando una interpolacin para la DBO en 5 das entre los dos perodos de tiempo (2 y 8 das) con las DBO conocidas. Sin embargo ste es un mtodo alternativo confiable cuando la variacin de la cintica en el tiempo es lineal y no exponencial como lo que ocurre realmente en la biodegradacin de residuos lquidos. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Hoy en da, la gran mayora de pases desarrollados cuentan con una legislacin que obliga a las industrias a realizar un tratamiento a sus aguas residuales para evitar la contaminacin de los causes receptores. Por lo tanto, en un proceso de tratamiento es importante tipificar a las aguas residuales, en la que se debe incluir: La determinacin de sus caudales, su caracterizacin fsica qumica y biolgica y la evaluacin de su poder contaminante, antes de ingresar a una Planta para sus diversas etapas de tratamiento.

Las Plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan gran variedad de mtodos para remover los contaminantes, los mas comunes son una combinacin de mtodos fsicos, qumicos y biolgicos, Existen tres niveles de tratamiento de aguas residuales en plantas: Primario, Secundario y Terciario.

En general la instalacin completa corresponde a la que tiene los tres tipos de tratamiento.

Los niveles de remocin de los contaminantes segn sea el tratamiento son:

7.1. TRATAMIENTO PRIMARIO

Ejem.3. Un flujo medio diario de un ro pequeo durante el mes ms seco es de 100 L/s. Si una planta de tratamiento de aguas residuales siempre pudiera producir un efluente con una DBO5 de 20 mg/L o menos. A que poblacin pudiera dar servicio, si la DBO5 en el ro despus de la dilucin no debe ser mayor a 4 mg/L?. Suponga que no hay contaminacin ro arriba y que el consumo de agua por volumen unitario es de 400 L/da x persona

Solucin:

7.2. TRATAMIENTO SECUNDARIO

7.2.2. Lodo Activo (LA) .-

El sistema de LA se usa preferentemente, en el tratamiento de aguas servidas municipales, dando a este tipo de TS una mayor relevancia, por cuanto permite tratar grandes caudales de agua en espacios relativamente pequeos. 7.2.3. Filtros Biolgicos (FB).-Los filtros biolgicos o biofiltros, son reactores de lecho fijo de operacin contina, donde el agua a tratar es esparcida sobre la superficie del lecho y filtrada a travs de l, siendo recolectada por el fondo. Al escurrir sobre el lecho cataltico, el agua contaminada entra en contacto con la biopelcula adherida al material de soporte y es depurada.

Los biofiltros, se conocen tambin como FILTROS PERCOLADORES ya que no filtran en realidad las aguas residuales, sino que actan como lechos de contacto, en donde las aguas negras son extendidas por un distribuidor rotatorio sobre lechos circulares que contienen medios inertes con una alta relacin de huecos.

7.2.4. Los Contactores Biolgicos Rotatorios (RBC).-

Llamados frecuentemente como BIODISCOS, son sistemas que fueron desarrollados para obtener el tratamiento biolgico aerobio de las aguas residuales. Estos discos se mantienen paralelos entre si y se disponen en tanques divididos por paredes. La alimentacin de agua residual pasa a travs de stos tanques en serie, de forma tal que los ejes de los discos se mantienen ligeramente por encima de la superficie del lquido.

Los microorganismos contenidos en el agua a tratar, se adhieren sobre toda la superficie de los discos, los que han sido mecnicamente trabajados para disponer de una gran rea por unidad de volumen. La biopelcula crece hasta un espesor de 2 a 4 mm y luego se va desprendiendo para mantener los slidos en suspensin.

Los FB y los RBC son dos de los procesos mas comunes del tratamiento secundario de PELICULA FIJA para aguas residuales en contacto con microorganismos adheridos a un medio slido (lecho fijo), cuyos parmetros comparativos se muestran en la tabla adjunta.

EL SISTEMA DE FILTROS: consta de los componentes en el orden que sigue: Cribas, tanques de remocin de arena, clarificador primario, filtro, clarificador secundario, sistema de desinfeccin y tratamiento y disposicin de lodos.Este sistema puede ser utilizado para tratamiento aerbico de aguas residuales industrial y domsticas y su efectividad es de 85% para reducir la DBO y los SST.

7.3. TRATAMIENTO TERCIARIO (TT).-El tratamiento terciario (al que se conoce tambin como tratamiento avanzado es la serie de procesos destinados a conseguir una calidad del efluente superior a la del tratamiento secundario. En el tratamiento terciario se realiza los procesos de: Separacin de slidos en suspensin, adsorcin en carbn activado (separacin de compuestos orgnicos), intercambio inico, smosis inversa, oxidacin qumica (cloracin y ozonacin), mtodos de eliminacin de nutrientes (de N y P) y procesos para la purificacin de aguas residuales (Sonozome)

En el TT el propsito es reducir contaminantes ambientales como compuestos fosforados y nitrogenados, as como reducir el nivel de microorganismos en el agua por consideraciones sanitarias. En el caso de ASM la desinfeccin es una operacin clave debido a la alta carga de bacterias fecales (coliformes fecales), potencialmente patgenos que son insuficientemente removidas en los tratamientos previos.

TRATAMIENTO TRATAMIENTO

TRATAMIENTOPRIMARIO

SECUNDARIO

TERCIARIO

(Desinfeccin)7.4. DISPOSICIN DE LODOS.-

De los tratamientos de aguas se obtienen como productos secundarios de lodos residuales que deben ser tratados para su disposicin final. Sin embargo antes deben estabilizarse para remover organismos patgenos y reducir el contenido de materia orgnica.

La estabilizacin de lodos se hace por digestin aerbica / anaerbica o aumentando el valor del pH a mas de 12, lo cual reduce los organismos patgenos.

Algunos lodos limpios se pueden utilizar como acondicionadores del suelo ya que contienen nutrientes como N, P y K.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS2.1. La DBO a 20 C y 5 das de un agua residual es de 210 mg/L. Cul ser la DBO ltima?. Cul ser la demanda a los 10 das. Si la botella hubiera sido incubada a 30 C, Cul hubiera sido la DBO a cinco das?; k = 0,23 da1.2.2. Se ha medido la DBO de una muestra a 2 y 8 das, y los resultados obtenidos son de 125 y 225 mg/L respectivamente. Determinar el valor de la DBO a 5 das aplicando el modelo cintico de primer orden.

2.3. Los siguientes datos se obtuvieron de un anlisis de desechos industriales despus de 5 das de incubacin a 20 C. el oxgeno disuelto residual del blanco fue 7,8 mg/L y a una dilucin de 0,1 %, el desage tena 2,8 mg/L.

(a) Cul es la DBO del desage industrial?

(b) Cuntos kilogramos de DBO5 contiene 100 m3 de ese desage.

2.4. Un agua con una alcalinidad de 200 mg/L como CaCO3, tiene una concentracin de iones Ca2+ y Mg2+ de 160 y 40 mg/L respectivamente. Calcular la dureza total, carbonatada y no carbonatada.2.5. Se ha analizado el agua de un circuito de refrigeracin, obtenindose los siguientes valores, Temperatura: 47C, Alcalinidad: 130 mg/L, pH: 7,9, Sales disueltas: 150 mg/L, Calcio: 80 mg/L. Indicar si el agua presenta tendencias incrustantes o corrosivas, y en caso positivo, qu medidas deben tomarse para evitarlo?

2.6. En el anlisis de una muestra de agua con un pH de 7,5 se han obtenido los siguientes resultados en mg/L:

Cationes: Ca+2: 80, Mg+2: 30, Na+: 72, K+: 6

Aniones: Cl-: 100, SO4 2-: 201, HCO3 -: 165

Calcular (en mg CaCO3/L) la dureza total, dureza al carbonato, dureza no carbonatada y la alcalinidad. Calcular los slidos disueltos totales en mg/L

2.7. En una muestra de agua residual se lleva a cabo un anlisis de slidos segn el siguiente procedimiento:

1. Se seca un filtro hasta peso constante de 0,1258 g.

2. Se filtran 100 mL de muestra de agua residual bien homogeneizada.

3. Se seca el filtro con los slidos hasta peso constante de 0,2288 g.

4. Se colocan 50 mL del filtrado en una cpsula de peso 95,348 g.

5. La muestra del apartado 4 se evapora a sequedad y el peso de cpsula y residuo es de 95,752g.

6. Tanto el filtro como la cpsula se colocan en una mufla a 600C durante 1 h. Tras enfriarse el peso del filtro es de 0,1568 y el de la cpsula de 95,610 g.

Determinar en mg/L: Slidos totales (ST), Slidos filtrables, Slidos suspendidos (SST), Fraccin orgnica de los slidos filtrables, Fraccin orgnica de los slidos suspendidos (SSV).

2.8. Para la determinacin de la DBO ltima y la constante cintica para la DBO de un agua residual se ha realizado un ensayo obtenindose los siguientes datos:

Da: 0 1 2 4 6 8

DBO (mg/L): 0 32 57 84 106 111Determinar la constante k y la DBOu.2.9. En algunas plantas de tratamiento de aguas residuales se emplea oxgeno enriquecido en lugar de aire como fuente de oxgeno. Si se emplea un gas con un 95% de oxgeno, a la presin de 1 atmsfera. Cunto valdr la solubilidad del oxgeno a 20 C?

Si la planta se encuentra ubicada en Villamara del Triunfo. Cul ser la solubilidad del oxgeno?

2.10. Un agua residual contiene: 150 mg/L de etilenglicol, 100 mg/L de fenol, 40 mg/L de sulfuro y 125 mg/L de etilendiamina hidratada (no biodegradable). Calcular DQO, COT y DBO5 si K= 0,2 d-1.

2.11. Determinar el pH del agua de lluvia si la concentracin de CO2 en la atmsfera es de 330 ppm a 25C y 1 atm.

2.12. Si la composicin media de la fraccin orgnica de los microorganismos (biomasa) puede representarse en la mayor parte de los casos mediante la frmula C5H7NO2. Determinar la demanda terica de oxgeno de 1 kg de biomasa.2.13. Una industria lctea descarga el agua residual a un ro. Las caractersticas del agua residual y de la corriente se muestran en la Tabla.

a) Si no se trata el agua residual, cual ser la mnima concentracin de oxgeno en el ro como resultado de la descarga?

b) Si en el ro existe una factora de truchas y la concentracin de oxgeno en la corriente no debe ser inferior a 5,0 mg/L, cual es el mximo valor de DBO5 que puede ser descargado por la industria?

Agua residual

Corriente

Flujo (m3/d)

1000

19 000

DBO5 (mg/L)

1250

2,0

Oxgeno Disuelto (mg/L) 0

10

Temperatura (C)

50

10

K (d-1)

0,30 (20 C)

Velocidad (m/s)

0,5

Profundidad (m)

3,0

Actividad del lecho

0,2

6

Agua

(625 000 ton)

Alimentos

(2 000 ton)

Combustibles

Carbn (400 ton)

Petrleo (2 800 ton)

Gas Natural (2 700 ton)

Gasolinas (1 000 ton)

Agua residuales

(500 000 ton)

Residuos slidos

(2 000 ton)

Polucionantes del aire

Partculas slidas (150 ton)

SO2 (150 ton)

NOX (100 ton)

Hidrocarburos (100 ton)

CO2 (150 ton)

Ciudad

106 hab.

Precipitaciones

(Continentes)

Vuelven a la atmsfera

Aguas subterrneas

Corrientes superficiales

Secano

Monte bajo

Urbano

Se emplean

Cursos no utilizados

Agrarios

Industria

Urbano

Ocanos

CLASIFICACION DE AGUAS RESIDUALES

Metales

Materia orgnica

Slidos en suspensin

Muy variable

Orgnicos

Inorgnicos

Mixto

Industriales

Grasas y aceites

Materia Orgnica

Grmenes patgenos

Residuos orgnicos

Fecales

Domsticos

Productos de lavado

Urbana

Slidos macroscpicos

Material en suspensin

Materias disueltas

Estircol

Restos de abonos

Restos aditivos

Agraria

Contaminantes mas importantes

Componente

Tipo de agua

99.9 % Agua

Protenas

Agua 70 % orgnicos Carbohidratos

Residual Grasas

% slidos

Arenas

30 % Inorgnicos Sales

Metales

350

100

100

250

20

12

6

50

700

200

200

500

40

25

10

100

1200

350

300

1000

85

50

20

150

Slidos totales

Slidos en suspensin

DBO5

DQO

Nitrgeno total

Amoniaco

Fsforo

Grasas

Dbil

Media

Fuerte

Concentracin (mg/L)

200 357

500 620

5 12

1 37

2 210

9 25

1

3

5 -18

1 - 35

1 - 175

6 - 15

Lcteas

Azucarera

Carnea

Conservas vegetales

Productos marinos

Cervecera

Carga Contaminante

(kg DBO/ton.producto)

Efluentes Generados

(m3/ton.producto)

Tipo de Industria

Total

720 mg/L

Suspendidos

220 mg/L

Filtrable

500 mg/L

Sedimentables

160 mg/L

No sedimentables

60 mg/L

Coloidal

50 mg/L

Disuelto

450 mg/L

Orgnicos

120 mg/L

Mineral

40 mg/L

Orgnicos

45 mg/L

Mineral

15 mg/L

Orgnicos

40 mg/L

Mineral

10 mg/L

Orgnicos

160 mg/L

Mineral

290 mg/L

DQO En algunos casos igual a DTO 90 a 95 % de DTO en aguas residuales

DTO Instrumental (en muchos casos igual al clculo)

COT- medida instrumental

DTO

DQO

DBO5

COT

DTO

DQO

Valor calculado 100 % DTO

DBO5

ppdo

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Etapa de oxidacin

DESECHO ORGNICO

NUEVAS CLULAS

ENERGA

PRODUCTOS FINALES

CO2, H2O, NO3 , etc

Respiracin endgena

Sustancias orgnicas

estables

Sntesis

Fig. Oxidacin y sntesis en el crecimiento biolgico

EMBED Equation.3

Sntesis

Material Orgnico

Remanente

Sntesis

Material Orgnica

Oxidada

Todo el desecho

orgnico se consume

DBO

OXIGENO EQUIVALENTE DEL DESECHO

Y PUEDE EXPRESARSE COMO DBO

EMBED Equation.DSMT4

TIEMPO EN DAS

TIEMPO EN DAS

5

Fase de retardo o aclimatacin

DBO

Etapa de crecimiento rpido

Concentracin alta de txicos

Curva obtenida con inculos

bajos o no aclimatados

Curva binomial

Con txicos en

pequea cantidad

0 5 10 15 20

TIEMPO EN DAS

DBO

Demanda nitrogenosa de O2

Demanda carbonacea de O2

Curva en el caso que hubieran

organismos nitrificadores en

concentraciones altas

DBON

DBOC

Con algas en presencia de luz

Con algas en la oscuridad

DBO normal

TIEMPO EN DAS

0

5

DBO

T > 20 C

DBO a menos de 20 C

TIEMPO EN DAS

0

5

DBO

DBO a 20 C

EMBED Equation.3

30 000 105 000

12 000 42 000

6 000 21 000

3 000 10 500

1 200 4 200

600 2 100

300 1 050

120 420

60 210

30 105

12 42

6 21

0 7

0,02

0,05

0,1

0,20

0,50

1,0

2,0

5,0

10,0

20,0

50,0

100,0

300,0

20 000 70 000

10 000 35 000

4 000 14 000

2 000 7 000

1 000 3 500

400 1 400

200 700

100 350

40 140

20 70

10 35

4 14

0 - 7

0,01

0,02

0,05

0,1

0,2

0,5

1,0

2,0

5,0

10,0

20,0

50,0

100,0

mL Intervalos de valores

de la DBO

% mezcla Intervalos de

valores de la DBO

Por pipeteo directo a botellas de 300 mL

Empleando mezclas porcentuales

EMBED Equation.3

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.3

Lt : Concentracin de materia orgnica en un tiempo t (mg/L)

K : Constante de biodegradacin (d-1)

: Velocidad de desaparicin de la materia orgnica por oxidacin

biolgica aerobia.

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

l l 5 l l l l l l l l

4 8 12 16 20

yt = DBOt= Lo(1 e .K.t)

yt

Lt

DBO5

DBO ejercida o remanente

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.3

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

EMBED Equation.DSMT4

7

AGUA A TRATAR

PRE-TRATAMIENTO

TRATAMIENTO PRIMARIO

TRATAMIENTO SECUNDARIO

TRATAMIENTO TERCIARIO

Lodos Agua tratada

80

Variables

60

10

P

99.5

50

20

N

--

90

60

SS

99.8

30

DQO

99.99

90

35

DBO

Terciario

Secundario

Primario

TRATAMIENTO (%)

PARAMETRO

Como tratamiento primario se entiende el proceso o conjunto de procesos, que tienen como objetivo la separacin por medios fsicos de las partculas en suspensin. Hay que incluir tambin aqu, tratamientos que requieren la utilizacin de productos qumicos o coagulantes que rompen el estado coloidal de las partculas y forman flculos de gran tamao y que se decantan ms rpidamente.

El tratamiento primario es el primer paso que involucra tratamientos fsicos como la FILTRACION y la SEDIMENTACION que se utilizan para remover slidos de gran tamao. Por ejemplo en la sedimentacin se reduce la DBO en 35% y 50% de los slidos suspendidos (SS).

En la tabla adjunta se muestra los procesos y operaciones de tratamiento primario de agua residual industrial:

APLICACIN

DESCRIPCION Operaciones Fsicas Unitarias

Dilisis smosis

Destilacin

Filtracin

Flotacin

Transferencia de gases

Sedimentacin

Separacin de grasas

Extraccin de solventes

Recuperacin de materiales del proceso, eliminacin de slidos disueltos.

Eliminacin de slidos disueltos, separacin de residuos lquidos para su recuperacin o evacuacin.

Eliminacin de slidos suspendidos.

Eliminacin del lquido suspendido o en flotacin de partculas slidas

Adicin y eliminacin de gases, eliminacin de aceites voltiles.

Eliminacin de materia particulada, flculos biolgicos, flculos qumicos, concentracin de lodos.

Eliminacin de grasa,aceite y materias en flotacin

Eliminacin de constituyentes residuales solubles, recuperacin de material soluble en el proceso

DESCRIPCION Operaciones Qumicas Unitarias

Adsorcin

Coagulacin floculacin

Intercambio inico

Neutralizacin

Reduccin

Sorcin

Eliminacin de compuestos orgnicos solubles

Eliminacin de materia coloidal

Recuperacin de compuestos e iones especficos, eliminacin de compuestos ionizados orgnicos e inorgnicos.

Control del pH.

Conversin de compuestos solubles a forma voltil o precipitada para su eliminacin.

Eliminacin de compuestos orgnicos solubles y de ciertos inorgnicos solubles.

Se entiende por tratamiento secundario (TS) a la degradacin de la materia orgnica presente en el agua residual, mediante un bioproceso llevado a cabo por microorganismos que utiliza dicha materia orgnica como nutrientes. En el TS el objetivo es reducir la DBO de las aguas residuales, ya sea industrial o urbana.

Bsicamente es un tratamiento biolgico que utiliza microorganismos para llevar a cabo un proceso de DIGESTION AEROBIA o ANAEROBIA de la materia orgnica y eliminar este tipo de residuo.

Los procesos de digestin mas utilizados son: Las lagunas de estabilizacin, sistemas de lodos activados, filtros biolgicos y contactores biolgicos rotatorios.

7.2.1. Las Lagunas de Estabilizacin (LE).-

Son depresiones de terreno impermeabilizado en su fondo y limitadas por taludes en su permetro, las que son inundadas y alimentadas con el agua a tratar por uno de sus extremos, obtenindose el agua depurada en el extremo opuesto.

Las LE pueden clasificarse en: Lagunas aireadas, lagunas aerobias, lagunas anaerobias y las lagunas facultativas:

El mtodo de las LAGUNAS AIREADAS: utilizan las propiedades naturales de las bacterias o las algas para reducir el contenido de materia orgnica, en las aguas residuales. Durante el da, la fotosntesis de las algas proveen el oxgeno necesario para la respiracin de las bacterias. Por ejemplo las lagunas aireadas de estabilizacin que tienen una profundidad no mayor de 1,8 m trabajan con bacterias AEROBIAS y se llevan ms de 30 das en destruir los residuos.

En la tabla adjunta aparecen las principales caractersticas de los distintos tipos de LE.

0,6 1,5

7 30

20 60

75 85

10 50

2,4 3,0

30 50

300 800

50 70

0

0,18 0,3

2 6

100 225

80 95

~ 100

1,8 4,5

2 10

--

80 99

0

Profundidad (m)

Tiempo de retencin (d)

Carga orgnica

(kg DBO/Ha-d)

Eficiencia de remocin

de DBO (%)

Concentracin de algas (mg/L)

Facultativa

Anaerobia

Aerobia

Aireada

Caracterstica

El lodo activo es un sistema de tratamiento secundario, aireado mecnicamente, en el cual, una parte de los slidos biolgicos producidos en un tanque de oxidacin (fermentador) es reciclado luego de separarse el lquido clarificado (agua tratada) en un sedimentador secundario. El agua a tratar que usualmente proviene del tratamiento primario, es alimentado al tanque de oxidacin donde se provee del oxgeno suficiente (inyeccin a travs de difusores) para asegurar condiciones de aerobiosis.

En el sistema de lodos activados el O2 adicional es utilizado para activar las bacterias aerobias. Estos lodos activados se adicionan en los slidos residuales sedimentados que sern tratados.

* La mezcla se agita utilizando aire comprimido del centro del tanque la cual maximiza la absorcin del oxigeno de la atmsfera. Los microorganismos en los lodos activados oxidan la materia orgnica soluble y captura partculas slidas para convertirlas en otras de mayor tamao en presencia de O2 molecular disuelto.

Reciclo

Qr

Xr

S

Afluente

Q,

So

TK

OXIDACION

X, S Q + Qr

SEDIMENTADOR SECUNDARIO

Efluente

QS

XS

S

Purga de lodo

QP, Xr, S

L

R

L : Lodos devueltos

: Filtro percolador

R : Flujo recirculado

: Clarificador: : Clarificador final primario

Etapa 2

Clarificador Secundario

- Divisiones -

Clarificador primario

Etapa 1 Etapa 3

Agua

residual

cruda

Efluente

Efluente

final

Lodo

Lodo

Sistema de RBC

Proceso sencillo y estable con baja eficiencia.

Una proporcin de espacios vacos ms alta (92% contra 42%) de menor obstruccin

Proceso estable y confiable con bajas necesidades de energa.

560

1 600

500

2m

6m

3h

Filtro percolador de alta velocidad

Torre biolgica

(plstico)

CBR a 13 C

(polietileno)

COMENTARIO

CARGA: DBO (g/m3.da)

PROFUNDIDAD o tiempo

PROCESO

DIGESTOR ANAEROBIO (biolgico)

Lodos

Tamizado y separacin de arenilla

(fsicos)

Sedimentacin primaria

(fsica)

Oxidacin aerobia (biolgica)

sedimentacin final

(fsica)

Coloracin

(qumica)

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