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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCIONFACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION

DEPARTAMENTO DE HIDRÀULICA Y MEDIO AMBIENTEDEPARTAMENTO DE HIDRÀULICA Y MEDIO AMBIENTE

Ing. María Elena Baldizón AIng. María Elena Baldizón A.

Managua, Junio 2010Managua, Junio 2010

Tratamiento de Aguas ResidualesTratamiento de Aguas ResidualesPARTE IPARTE I

Ingeniería Sanitaria IIIngeniería Sanitaria II

Objetivo General:

Diseñar Sistemas de Tratamiento de aguas residuales Domésticas, para de reducir o eliminar los riesgos en la salud, acorde a las características socioeconómicas del país, tomando en cuenta los Criterios de Diseño y Normas de Vertido Nacionales.

Objetivos Específicos:

Crear conciencia sobre los niveles de contaminación físico química y bacteriológica de las aguas superficiales, producto de la descarga de aguas residuales sin tratamiento previo y los riesgos en la salud de la población.

Analizar las características del agua residual doméstica y aplicar los criterios y parámetros de diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Evaluar a nivel preliminar la eficiencia del tratamiento de aguas residuales por medio de lagunas de estabilización, desde el punto de vista bacteriológico y reducción de carga orgánica.

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OBJETIVOS

ALIMENTO

COMBUSTIBLE

SOLIDOS

AGUA

HUMOS

BASURA

LIQUIDOS RESIDUALES

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ACTIVIDAD HUMANA

AGUA

AGUA RESIDUAL

Restos de Comida

Jabones

Excretas

Inertes

Minerales Toxicos

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DEGRADACION DEL AGUA

AGUAS RESIDUALESAGUAS RESIDUALES

Domésticas y ComercialDomésticas y Comercial

De Hogares,De Hogares,

Comercios, InstitucionesComercios, Instituciones IndustrialIndustrial InfiltraciónInfiltración

A través de juntas defectuosas / rupturasA través de juntas defectuosas / rupturas

Colapso de tuberíasColapso de tuberías Agua de lluviaAgua de lluvia

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Aguas Residuales: Son todas las aguas de desechos que resultan de las diversas actividades del hombre y los cuáles no pueden volver a ser usadas sino para otros fines, con un previo tratamiento. Pueden ser de origen doméstico o de origen industrial.

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Aguas Residuales Domésticas o Aguas Servidas: Son aquellas provenientes de inodoros, lavaderos, cocinas y otros elementos domésticos. Esta agua están compuestas por sólidos suspendidos (generalmente materia orgánica biodegradable), sólidos sedimentables (principalmente materia inorgánica), nutrientes (nitrógeno y fósforo) y organismos patógenos.

Las aguas negras: se refieren a aquellas aguas que contienen excretas o han sido contaminadas por ellas.

Tipo de producto Tecnología de producción Recirculacion interna Reciclaje Condiciones de las descargas con respecto a la leyes y reglamentos

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Aguas Residuales Industriales: Se originan de los desechos de procesos industriales o manufactureros y debido a su naturaleza, pueden contener, además de los componentes citados anteriormente, elementos tóxicos tales como plomo, mercurio, níquel, cobre u otros dependiendo del tipo de industria, estos requieren ser removidos (tratamiento) antes de ser vertidos al sistema de alcantarillado.

COLECTAR + TRANSPORTARSISTEMA DE DESAGUES

CU

ER

PO

DE

AG

UA

RE

CE

PT

OR

PLANTA DE TRATAMIENTO

Separado Combinado

TRATAMIENTO FANGOS AGUAS

TRATADASREUSO8

CARACTERIZACION DE LAS AGUAS CARACTERIZACION DE LAS AGUAS RESIDUALESRESIDUALES

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COMPOSICIONFísica

QuímicaBiológica

LMP

CAUDAL

ECA

CANTIDAD DE AGUAS RESIDUALES (CAUDAL)CANTIDAD DE AGUAS RESIDUALES (CAUDAL)CONSUMO PER CAPITACONSUMO PER CAPITA

CANTIDAD DE AGUAS RESIDUALES (CAUDAL)CANTIDAD DE AGUAS RESIDUALES (CAUDAL)CONSUMO PER CAPITACONSUMO PER CAPITA

Disponibilidad de fuentesDisponibilidad de fuentes Clima y temperatura de la zonaClima y temperatura de la zona Hábitos higiénicos y culturales de la poblaciónHábitos higiénicos y culturales de la población Ingreso familiarIngreso familiar Equipos domésticos que utilizan agua (Lavadora)Equipos domésticos que utilizan agua (Lavadora) Intensidad y tipo de actividad comercial e industrialIntensidad y tipo de actividad comercial e industrial Regularidad del abastecimiento de aguaRegularidad del abastecimiento de agua Valor de la tarifa y existencia de subsidios Valor de la tarifa y existencia de subsidios Control ejercido sobre el consumoControl ejercido sobre el consumo

Disponibilidad de fuentesDisponibilidad de fuentes Clima y temperatura de la zonaClima y temperatura de la zona Hábitos higiénicos y culturales de la poblaciónHábitos higiénicos y culturales de la población Ingreso familiarIngreso familiar Equipos domésticos que utilizan agua (Lavadora)Equipos domésticos que utilizan agua (Lavadora) Intensidad y tipo de actividad comercial e industrialIntensidad y tipo de actividad comercial e industrial Regularidad del abastecimiento de aguaRegularidad del abastecimiento de agua Valor de la tarifa y existencia de subsidios Valor de la tarifa y existencia de subsidios Control ejercido sobre el consumoControl ejercido sobre el consumo

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Orgánicos (70%) Inorgánicos (30%)

Proteinas (65%)

Lípidos (10%)

Carbohidratos (25%)

Detritos MineralesPesados

Metales

Sales

Agua Residual Doméstica

Agua (99,9%) Sólidos (0,1%)

COMPOSICIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS

Fuente: Tebbutt (1977)

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Origen de Contaminantes del AguaOrigen de Contaminantes del Agua

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Importancia de los Contaminantes.Importancia de los Contaminantes.

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Contaminantes Razón de la importancia

Sólidos en suspensión. Los sólidos en suspensión pueden dar lugar al desarrollo de depósitos de fango y de condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno acuático

Materia orgánica. biodegradable

Compuesta principalmente por proteínas, carbohidratos, grasas animales, la materia orgánica biodegradable se mide, en la mayoría de las ocasiones, en función de (demanda bioquímica de oxígeno) y de (demanda química de oxígeno). Si se descargan al entorno sin tratar su estabilización biológica puede llevar al agotamiento de los recursos naturales de oxígeno y al desarrollo de condiciones sépticas

Patógenos Pueden transmitirse enfermedades contagiosas por medio de los organismos patógenos presentes en el agua residual.

Nutrientes Tanto el nitrógeno como el fósforo, junto con el carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento. Cuando se vierten al entorno acuático, estos nutrientes pueden favorecer el crecimiento de una vida acuática no deseada. Cuando se vierten al terreno en cantidades excesivas, también pueden provocar la contaminación del agua subterránea

Contaminantes prioritarios Son compuestos, orgánicos o inorgánicos determinados en base a su carcinogenicidad, mutagenicidad, teratogenicidad o toxicidad aguada conocida o sospechada. Muchos de estos compuestos se hallan presentes en el agua residual.

Materia orgánica refractaria Esta materia orgánica tiende a resistir los métodos convencionales de tratamiento. Ejemplos típicos son los agentes tensoactivos, los fenoles y los pesticidas agrícolas.

Metales pesados Los metales pesados son, frecuentemente, añadidos al ,agua resi dual en el curso de ciertas actividades comerciales e industriales, y puede ser necesario eliminarlos si se pretende reutilizar el agua residual.

Sólidos inorgánicos disueltos

Los constituyentes inorgánicos tales como el calcio, sodio y los sulfatos se añaden al agua de suministro como consecuencia del uso del agua, y es posible que se deban eliminar si se va a reutilizar el agua residual.

CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALESCARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

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La demanda bioquímica de oxígeno es una medida indirecta de la cantidad de materia orgánica del agua residual.

Es el parámetro de polución orgánica más utilizado. Valora la cantidad de oxígeno utilizado por las bacterias (microorganismos) necesario para provocar la oxidación biológica de la materia orgánica carbonácea en la muestra a una temperatura de 20 grados centígrados, durante un determinado tiempo que usualmente se fija en 5 días en incubadora ( oxidación de un 60-70 %).

La DBO5 es importante para determinar la carga orgánica que entra en la planta de tratamiento, en los sistemas biológicos de tratamiento y en el cuerpo receptor.

• DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO5) y DQO

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DQO : Valora la cantidad de oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica e inorgánica presente en una muestra de agua a través de reacciones y determinaciones químicas.

El ensayo de la DQO se emplea para medir el contenido de materia orgánica e inorgánica en Aguas residuales industriales.

La DQO > DBO porque es mayor el número de compuestos que pueden oxidarse, la relación aproximada entre la DBO/DQO es 0.60 a 0.75.

CARGAS ORGÁNICAS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE CARGAS ORGÁNICAS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESAGUAS RESIDUALES

Las cargas orgánicas de las plantas de tratamiento de aguas residuales son generalmente expresas en kg de DBO por día o kg de sólidos suspendidos por día, y el caudal, en L/s o m3/día. Son calculadas de acuerdo a la siguiente ecuación:

)/)(/(10

)/()/()/(

33

3

Lmkgmg

díamxcaudalLmgiónconcentracdíakgCO

CONTAMINANTES BIOLÓGICOSCONTAMINANTES BIOLÓGICOS

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Alteraciones biológicas del agua Contaminación que indican

Bacterias coliformes Desechos fecales

Virus Desechos fecales y restos orgánicos

Animales, plantas, microorganismos diversos

Eutrofización

AGENTES PATOGENOSAGENTES PATOGENOS

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VIRUS

BACTERIAS

PROTOZOARIOS

HELMITOS

ENFERMEDADESENTERICAS

AGUAS RESIDUALES

CLASIFICACION DE LOS MICROORGANISMOS.CLASIFICACION DE LOS MICROORGANISMOS.

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Protistas: no se puede no se puede distinguir entre tejidos y células.distinguir entre tejidos y células.

Plantas: paredes celulares rígidas, inmóviles y fotosintéticos.

Animales: paredes celulares flexibles, requieren materia orgánica como alimento y pueden moverse independientemente

Procariotas Generalmente unicelulares, (bacterias) núcleos no definidos,

reproducción por fisión binaria.

Eucariotas De mayor tamaño con

núcleos bien definidos. (algas, hongos y protozoarios)

Virus

Microorganismos más comunes en el Microorganismos más comunes en el tratamiento de aguas residuales.tratamiento de aguas residuales.

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La clasificación de las bacterias es en base a su forma como cocos, bacilos y espiroquetas. Las bacterias patógenas provenientes de las excretas humanas pueden provocar enfermedades como disentería, diarrea, cólera, gastroenteritis, tifoidea, etc.

Pseudomona

Bacterias

Organismos unicelulares. La mayoría son inofensivos ya que consumen la materia orgánica y como productos extracelulares generan inhibidores de organismos patógenos.

Microorganismos más comunes en el Microorganismos más comunes en el tratamiento de aguas residuales.tratamiento de aguas residuales.

Hongos

No requieren de luz solar para existir, son tanto unicelulares como multicelulares, requieren de oxígeno y pueden sobrevivir en condiciones de bajo pH, pocos nutrientes y escasa humedad.

Algas

Estos microorganismos producen su propio alimento a través de la luz solar. Contienen clorofila y pueden causar problemas de turbidez, coloración y sabor en los efluentes de aguas tratadas. Interfieren con muchos procesos unitarios de tratamiento.

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Rhizopus stolonifer

Spirogyra Euglena

Microorganismos más comunes en el Microorganismos más comunes en el tratamiento de aguastratamiento de aguas

Protozoarios

Organismos unicelulares, no fotosintéticos que requieren oxígeno para subsistir. Son considerados como las “algas” con estructura “animal”

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Cryptosporidium

OstracodDaphnia pulex

Plantas y animales

En los procesos biológicos naturales se utilizan plantas acuáticas de gran tamaño (carrizos, etc.). Entre los animales microscópicos presentes en los lodos y aguas residuales se encuentran los crustáceos, los rotíferos y los gusanos de Guinea. Estos animales controlan el crecimiento de las otras especies y ayudan a reducir los solutos de gran peso molecular.

Otras clasificacionesOtras clasificaciones

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Fuentes de energía:

Fotosintéticos Utilizan la luz del sol como energía para realizar la transformación de la materia prima en alimento.

Quimiotrofos Utilizan reacciones de óxido-reducción para realizar la transformación de la materia prima en

alimento.

Materia prima o fuente de carbono:Heterótrofos Utilizan carbono orgánico como materia prima para la

síntesis celular .Autótrofos Utilizan carbono inorgánico como materia prima para la

síntesis celular (Ej: CO2)

Cedente de electrones (lo que se va a oxidar):Organotrofos Utilizan sustancias orgánicas como cedente de electrones. Litótrofos Utilizan sustancias inorgánicas como cedente de

electrones.

COMPOSICIÓN TÍPICA DE AGUAS RESIDUALES COMPOSICIÓN TÍPICA DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS CRUDASDOMÉSTICAS CRUDAS

Fuente: Metcalf & Eddy (1991) 23

ECA : Estándares de Calidad Ambiental ECA : Estándares de Calidad Ambiental

LMP : Límites Máximos Permisibles LMP : Límites Máximos Permisibles

Uso Fuente

Preservación

ECA

Cuerpo receptor

LMP

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ESTÁNDAR DE CALIDAD AMBIENTAL – ECA

Concentración o grado de elementos, sustancias o parámetros físicos, químicos y biológicos, en el aire, agua o suelo en su condición de cuerpo receptor, que no representan riesgos significativos para la salud de las personas ni del ambiente..

LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE - LMP

Concentración o grado de elementos, sustancias o parámetros físicos, químicos y biológicos, que caracterizan a un efluente o a una emisión, que al ser excedido causa o puede causar daños a la salud, bienestar humano y al ambiente.

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DEFINICIONESDEFINICIONES

CARACTERIZACION LAS AGUAS RESIDUALESCARACTERIZACION LAS AGUAS RESIDUALES

IDENTIFICACIÓN

CAUDAL (Q) COMPOSICION

FísicaQuímicaBiologica

DomésticaDomésticaIndustrialIndustrial

ECAECA

LMPLMP

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IMPACTO AMBIENTAL DE LOS PROYECTOS IMPACTO AMBIENTAL DE LOS PROYECTOS DE AGUAS RESIDUALESDE AGUAS RESIDUALES

-Evitar la contaminación de cuerpos de aguas superficiales debido al vertimiento directo de las aguas residuales en ríos, lagos o mares. De esta manera, se reducen significativamente algunos problemas de contaminación ambiental, tales como el agotamiento del oxígeno disuelto y la eutrofización, entre otros.

-Conservar o emplear de manera más racional los recursos de agua dulce, sobre todo en zonas áridas y semi áridas. Esto posibilita que el agua dulce se destine a satisfacer la demanda urbana y que el agua residual convenientemente tratada se aplique al uso agropecuario.

-Reducir la necesidad de fertilizantes artificiales, con la consiguiente disminución de gastos en energía y de la contaminación industrial.

- Conservar el suelo por enriquecimiento con humus y prevenir la erosión del terreno.

-Luchar contra la desertificación y recuperar zonas áridas mediante el riego y la fertilización de bosques.

-Mejorar las zonas recreativas de las ciudades, mediante el riego y la fertilización de espacios verdes (parques, campos deportivos), así como incrementar su atractivo visual mediante entornos ecológicos alrededor de las zonas urbanas.

- Las plantas de tratamiento de aguas residuales se construyen con el propósito de proteger el ambiente y la salud, por consiguiente, su impacto ambiental debería ser positivo. Sin embargo, al hacer el análisis de este impacto, debe considerarse la posibilidad de que se presenten aspectos negativos.

IMPACTOS AMBIENTALES POSITIVOS CON EL IMPACTOS AMBIENTALES POSITIVOS CON EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y REUSO.TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y REUSO.

Reciclaje de nutrientes.

Rehabilitación de tierras degradadas por la agricultura.

Generación de entornos ecológicos y mantenimiento de la capacidad de reproducción del ecosistema; y mejora del paisaje. 29

• Disminución de la carga orgánica y microbiológica descargada al ambiente.

• Reduce riesgos a la salud por el manejo adecuado de las aguas residuales.

• Reduce la contaminación de las fuentes de agua.

• Conversión de tierras agrícolas y reducción del uso de agroquímicos (sustituye los fertilizantes químicos)

- Contaminación del agua subterránea a causa de elementos contaminantes no removidos por el sistema de tratamiento, en caso el acuífero sea vulnerable y no exista una impermeabilización adecuada

-Presencia de elementos potencialmente fitotóxicos que pueden acumularse en los cultivos y transmitirse a lo largo de la cadena alimenticia, si se permite la descarga de efluentes industriales sin tratamiento previo;

-Generación de malos olores por diseño, operación y mantenimiento inadecuados;

-Presencia de vectores de enfermedades, si no hay control adecuado;

- Deterioro del suelo por incremento de la tasa de salinización y saturación del agua, si no se presta la debida atención a las necesidades de filtración y drenaje.

IMPACTOS AMBIENTALES NEGATIVOS CON EL IMPACTOS AMBIENTALES NEGATIVOS CON EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y REUSO.TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y REUSO.

Impactos Sociales POSITIVOSImpactos Sociales POSITIVOS

-Disminución de enfermedades.- Empleos generados por la construcción, operación y mantenimiento de la planta.- Empleos generados por la ampliación de la frontera agrícola.- Protección de las comunidades aguas abajo de las descargas de aguas residuales.- Protección de la salud de los consumidores de los productos generados con el uso de aguas residuales.- Educación de los pobladores sobre la importancia del saneamiento y la justificación del gasto, tomando en cuenta que las comunidades aguas arriba también están tratando sus aguas residuales para protegerlos.- Mejora en la calidad de vida de la población por la generación de espacios recreativos, áreas

Impactos Sociales NEGATIVOSImpactos Sociales NEGATIVOS- Pérdida de valor de los terrenos aledaños si se presentan malos olores o molestias por el diseñoincorrecto o inadecuada operación y mantenimiento de la planta de tratamiento;

- Efectos adversos a la salud de los agricultores por la falta o inadecuada aplicación de medidas de protección; y

- Efectos adversos a la salud de los consumidores de los productos generados.

Impactos Económicos POSITIVOSImpactos Económicos POSITIVOS

- Menos gasto en tratamiento médico.- Ampliación de la frontera agrícola.- Conservación de los nutrientes para los cultivos.- Conservación del agua para los períodos de estiaje.- Fertilización de suelos agrícolas con lodos tratados que contienen materia orgánica y minerales.- Disponibilidad de alimentos en zonas cercanas a las ciudades que producen las aguas residuales.- Sustitución del empleo de agua subterránea en lugares donde es la única fuente de riego.- Más áreas dedicadas a la recreación, turismo, silvicultura, riego y acuicultura..

- Disminución de terrenos para la producción agrícola (cuando los agricultores tienen que ceder parte de sus terrenos para el tratamiento).- Pérdida de agua por evaporación e infiltración.

Impactos Económicos NEGATIVOSImpactos Económicos NEGATIVOS

MUCHAS GRACIAS POR SU MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION !!!!!ATENCION !!!!!