2011 aguas y desechos

Universidad Autónoma de Nuevo LeónFacultad de Ciencias Biológicas

Tratamiento de aguas y desechos

Dr Hugo LunaInstituto de Biotecnología

FUENTES NOPUNTUALES

CIUDAD

SUBURBIOS

PLANTA DE TRATAMIENTO

RURAL

PARCELA

ESTABLOS

FABRICA

FUENTESPUNTUALES

Fuentes de contaminación del agua

Sólidos suspendidos

Orgánicosbiodegradables

Patógenos yparásitos

Nutrientes

Contaminantesprioritarios

Orgánicosrefractarios

Metales pesados

Inorgánicos disueltos

Contaminantes de interésen aguas residuales

F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

Planta de tratamiento de aguas


11

11

11

11

2

2

2 2

22

33

33

33

33

4

Entradade agua

Reciclajede lodo

Lodo

Desechos

Salidade agua

1.- Clarificadores primarios

2.- Tanques de lodos activados

3.- Clarificadores finales

4.- Tanques de cloración


Tamizaje, separacióny molido de deschos

1

Sedimentaciónde materiaorgánica

2

Drenaje

Tanque desedimentaciónprimaria

TRATAMIENTO PRIMARIO TRATAMIENTO PRIMARIO(Oxidación Biológica)

Efluente primario se sujetaa aireación; los microorga-nismos oxidan la materiaorgánica.

3

Sistema delodos activados

Tanque desedimentación

Efluentesecundario

Efluente

Clorinador

El efluente es desinfectadopor clorinación y liberadoal ambiente,

4

DESINFECCION Y LIBERACION

Lodo primario

DIGESTION DE LODO

Lodo resultante sese digiere anaerobicamentecon la producción de metano.

5

Digestor anaeóbico de lodos

Lodo secundariodel tanque de

sedimentación

Lodoefluente

El lodo efluentees secado

6 El lodo esremovido arellenos otierras agrí-colas

7

Rejilla

ClarificadorPrimario

ReactorBiológico Clarificador

Secundario

Tanque deContacto de

Cloro

SifónArenas

Cárcamo deBombeo

BombasTornillo

Desarenador

RíoPesquería

FiltroBanda

DisposiciónFinal

DigestorAnaeróbico

Espesadorde BandasEspesador

Primario

Proceso de Tratamiento deAguas Municipales


Etapa del tratamiento

Principales etapas en el tratamiento de aguas de desecho

Procesos

Remoción del material particulado insoluble

mediante sedimentación, tamizaje, adición

de alumina, diversos agentes de coagulación

y otros procedimientos físicos.

Remoción biológica de materia orgánica di-

suelta mediante sistemas de filtros rodantes.

lodos activados, lagunas de oxidación, siste-

mas de aireación extendidos y digestores

anaeróbicos.

Remoción biológica y química de nutrientes

inorgánicos e inactivación de virus.Terciario

Primario

Secundario


Salmonella

Shigella

Escherichia coli

Vibrio cholerae

Campylobacter

Giardia lamblia

Crytosporidium

Entamoeba coli

Ascaris

Virus de hepatitis

4 710 - 101 210 - 10

6 810 - 10310

3 610 - 101 210 - 10110 quistes

110 quistes

1 - 10

1 - 10 UFP

Organismos Dósis

Dósis infectivas mínimas de algunos patógenos


Bacterias

Aeromonas hydrophila

Campylobacter

Helicobacter pylori

Legionella pneumophila

Leptospira

Mycobacterium

Pseudomonas aeruginosa

Salmonella enteritidis

Vibrio cholerae

Vibrio parahaemoliticus

Protozoarios

Yersinia enterocolitica

Acanthamoeba

Cryptosporidium

Giardia lamblia

Naegleria fowleri

Gastroenteritis y otras patologías

Diarrea principalmente, común en avícolas

Gastritis, úlceras pépticas y carcinomas gástricos

Fiebre de los legionarios

Efectos hemorrágicos

Tuberculosis

Infecciones cutáneas

Diarrea y fiebres

Cólera

Diarrea en consumidores de mariscos

Gastroenteritis

Encefalitis granulomatosa amibiana

Enterocolitis aguda

Diarreas

Meningoencefalitis amibiana

Organismos Enfermedades relacionadas

Patógenos humanos en aguas de desechoF.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

Composición típica de aguas de desecho domésticas no tratadas

Sólidos totales

Disueltos

Volátiles

Sólidos Suspendidos

Volátiles

Sólidos Sedimentables

Demanda Bioquímica de O2

Demanda Química de O2

Carbono Orgánico Total

Nitrógeno (Total como N)

Orgánico

Amonio

Nitritos

Nitratos

Fósforo (Total como P)

Orgánico

Inorgánico

350

250

105

100

80

5

110

250

80

20

8

12

0

0

4

1

3

720

500

200

220

165

10

220

500

160

40

15

25

0

0

8

3

5

1200

850

325

350

275

20

400

1000

290

85

35

50

0

0

15

5

10

ContaminantesBaja Moderada Alta

Concentración (mg/l)


Sedimentación desólidos en aguasresiduales


Rotor con propelasajustables

Salida delodos

Salida deespuma

BaflesTambor giratorio

PasamanosUnidad

de controlVálvula dedrenaje

Válvula depurgado


Esquema de filtros trampa

Brazo aspersorrotatorio

Cama de piedrasrecubierta con

bacterias y hongosaeróbicos

Desechoslíquidos

Salida


Tratamiento Secundario Aeróbico - Filtro trampa


Roca del filtro trampa cubierta por una biopelícula


Tratamiento Secundario Aeróbico - Tanque de lodos activados


Baja carga orgánica Microthrix parvicellaNocardia sp.

Haliscomenobacter hydrossis

Bajo oxígeno disuelto Sphaerothilus natansThiothrix sp

Presencia de sulfuros Thiothrix spBeggiatoa sp

Bajo pH Hongos

Causas Microorganismos

Deficiencia de nutrientes Thiothrix sp

Tipos de microorganismos indicadores de problemas en operaciones de lodos activados.

Efluentprimario

Tanque deaereación

Tanque desedimentación

Efluenteclaro

Adigestiónde lodos

Excesode lodos

secundarios

Aire

Retornode lodosactivados

Sistema de lodos activados


Sales minerales

Materia orgánica degradada

Desechos orgánicos solubles

Sólidos orgánicos muertos

Bacterias y hongos heterotrofos;protozoarios saprófitos

Protozoariosholozóicos

Rotíferos,Nemátodos

Insectos,Gusanos

Moscas

sacifórtotua

sairetcaB

INFLUENTE

EFLUENTE

HUMUS,LODO

Pirámide deEnergía


Influente

Reactoranaeóbico

Reactoraeróbico

Tanquesed.

Efluente

Recirculación de lodosDesechode lodos

Reactoraeróbico

Tanquesed.

EfluenteInfluente

Reciclamiento de lodos

Desecho de lodos

Reactoranaeróbico

FTcon pH

alto

Cal

Componentes básicos requeridos

Procesos “PhoStrip”


Efluente

Zona 1anaeróbica

Zona 2anóxica

Zona 3rica en oxígeno

Clarificadorsecundario

Aguaclara

Lodoactivado

Consumo defosfato

O2

+Bacterias Creci-

miento

PO4NO3- -3PO4

- 3

NO3-

NH4+ +NH4

Acidosorgánicos

+ Aireación

Bacterias Creci-mientoBacterias

Del tratamientoprimario

Creci-miento

Materia orgánicadisuelta y coloidal

Acidosorgánicos

NH4+

Mezclador

Retornode lodosactivados

Retorno de lodos activados

Remociónde lodos con

fosfatosorgánicos

excedentes

Tratamientode lodos

Remoción biológica de fosfatos y nitratos


Gas Metano

Capa de Espuma

Sobrenadante

Lodo en Digestión Activa

Lodo Estabilizado

Entradade Lodo

Remociónde Espuma

Remoción delSobrenadante

Digestor anaeróbico de lodos


Sedimentaciónprimaria

Sedimentaciónsecundaria

Agua

cruda

Agua

tratada

Lodos paratratamientoo disposición

Detalles del disco

Unidad de Biodisco


Atrapamiento:

Alginato

Carragenano

Poliacrilamida

Agarosa

Acarreadores epóxicos

Quitosano

Celulosa

Gelatina

Adsorción

Capa de arena

Ladrillo poroso

Virutas de madera

Enlace Covalente

Técnica / Soporte

Hidroxietil Acrilato

Técnicas de inmovilizaciónde microorganismospara tratamiento deaguas residuales

1) Continua operación del reactor sin problemas de lavado celular.

2) Facilidad de separación celular a partir de la mezcla de reacción .

3) Alta densidad celular.

4) Facilidad de reutilizar células .

5) Facilidad de mezclar células con diferentes capacidades biológicas .

6) Eficiencia en la productividad debido a un incremento en la concentración celularpor un volumen dado.

7) Aumento en la estabilidad de microorganismos o sus enzimas.

8) Disminución en los volúmenes de reactores

9) Protección de los microorganismos del estrés ambiental

10) Bajos costos de operación

Ventajas de usar células inmovilizadasen el tratamiento de aguas residuales

Zooglea ramigera Cobre

Saccharomyces cereviseae Uranio y otros metales

Rhizopus arrhizus Uranio

Chlorella vulgaris Oro, Zinc, Cobre, Mercurio

Aspergillus orhizae Cadmio

Aspergillus niger Cobre, Cadmio, Zinc

Penicillum spinolosum Cobre, Cadmio, Zinc

Microorganismos Metal

Trichoderma viridae Cobre

Algunos microorganismos involucrados en la remoción / recuperación de metales a partir de aguas residuales

CompuestosFenólicos

Achromobacter, Alcaligenes , Acinetobacter , Arthrobacter, Azotobacter, Bacillus, Flavobacterium , Pseudomonas putida, Pseudomonas aeruginosa , Nocardia .

Benzoatos y compuestos relacionados

Arthrobacter, Bacillus, Micrococcus, Moraxella, Miycobacterium , P. putida, P. fluorescens

Hidrocarburos Escherichia coli, P. putida, P. aeruginosa , Candida.

Detergentes Alcaligenes , Achromobacter, Bacillus , Citrobacter, Clostridiumresinae, Corynebacterium , Flavobacterium , Nocardia, Pseudomonas , Candida, Cladosporium

Contaminantes Microorganismos

Plaguicidas :DDT2,4 D2,4,5-TParathion

P. aeruginosaB. sphaericusArthrobacter, P. cepaciaPseudomonas , P. stutzeri , E. coli

Tipos de microorganismos involucrados en la degradación de compuestos recalcitrantes

1) Eliminación del abultamiento de lodos activados.

2) Mejoramiento en la adhesión de la biopelícula

3) Estabilización de la nitrificación.

4) Prevención del taponamiento de filtros trampa.

5) Reducción de la limitación de O 2 en procesos aeróbicos.

6) Reducción del consumo de energía.

7) Disminución de las cantidades de lodos producidos.

8) Incremento en la remoción de fósforo.

9) Biodegradación de compuestos recalcitrantes.

10) Prevención de malos olores.

11) Simplificación de procesos para uso en pequeñas comunidades

Uso potencial de la biotecnología en eltratamiento de aguas residuales

Microtox RM Inhibición de la bioluminiscencia de Vibrio fisheri

Toxi-Chromotest RM Inhibición de la sintesis de B-galactosidasa por E. coli.

Spirillum volutans Tóxicos causan perdida de movilidad de flagelos.

Nitrobacter Perdida de capacidad nitrificantes

Aeromonas y Pseudomonas Inhibición del crecimiento medido por absorbancia.

Ensayos de viabilidad Cultivos bacterianos en placas de agar

Respirometria Disminución de la actividad respiratoria de cultivos.

Microorganismos Fundamento de la prueba

Microcalorimetría Disminución de la producción de calor por cultivos.

Ensayos rápidos de toxicidad de efluentesbasados en microorganismos

Tejidos

Células

Organelos

Membranas

Enzimas

Membranas

Receptores

Anticuerpos

Acidos Nucleicos

Elementos Biológicos

Moléculas Orgánicas

Componentesde losbiosensores

Deshidrogenasas

ATPasas

Esterasas

Fosfatasas

Fosfolipasas

Ureasas

Luciferasas

B-galactosidasa

Glucosidasa

Enzimas

Tiptofanasa

Ensayos rápidos detoxicidad de efluentesbasados en actividadesenzimaticas

1) Baratas.

2) Rapida ejecución

3) Adaptables a procesos automatizados .

4) Libres de mantenimiento

5) Requieren mínimo espacio

6) Insignificante trabajo postexperimental

7) Requieren bajo volumen de muestra.

8) Alta y rápida sensibilidad a toxicos

9) Respuesta precisa y reproducible a tóxicos .

10) Portabilidad

Ventajas de las “microbiopruebas”en análisis de toxicidad deaguas residuales

Sistema de secado de lodos


Planta de secado de biosólidos


Proceso de secado de lodos


Biosólidos

Residuos sólidos, semisolidos y/o líquidos generados durante el tratamiento

de aguas residuales, domésticas, industriales o urbanas. De acuerdo a la

presencia de microorganismos patógenos y metales, se les clasifica en:

Clase “A” - Virtualmente libres de patógenos

Clase “B” - Se tratan para remover la mayoría de estos.


Reciclaje(68 millones de toneladas)

29.7 % Combustión(34 millonesde toneladas)

14.7 %

Rellenos Sanitarios(128 millonesde toneladas)

55.7 %

Total de residuos municipales desechados por año


Papel35.7 %

Hojarasca de jardín12.2 %

Metales7.9 %

Plásticos11.1 %

Desechosalimenticios

11.4 %

Vidrio5.5 %

Madera5.7 %

Otros3.4 %

Textiles, cuero, hule7.1 %

Distribución porcentual de los residuos municipales


Destino de los biosólidos

Disposición:

1) Rellenos sanitarios

2) Incineración

Reciclaje:

1) Aplicación agrícola

Estabilización química

Composteo

Peletización

2) Reclamación de tierra

3) Biocombustibles

4) Materiales de construcción


Transportación

Compactación Cobertura

Celdas deconfinamiento

Lagocolector delixiviados

PlásticoSistema para

drenaje delixiviados

Manto acuífero

22 m

A ci la mp ar l co actad(20 - 30 cm)

Tierra compactada(15 a 20 cm)

Manto acuífero

Pozo demonitoreo

Características del relleno sanitarioF.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna

Planta de producción de metano


Presión positiva

Filtro de olor decompost tamizado

Trampa de condensado

Tubo perforadoBase porosa

Material crudobien homogenizado

Cubierta delcompost preparado

Presión negativa(succión)

Válvula

Composteo en una pila aireada estática


Sistema de pilas aireadas


Biosólidos en el campo


Estructura del suelo fertilizado con biosolidos

sin biosólidos con biosólidos


Area fertilizada con biosólidos

Cultivos generados con biosólidos


Efectos de la fertilización orgánica con biosólidossobre el rendimiento del cultivo


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