Aguas Residuales Parte2

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Universidad de Los AndesFacultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería QuímicaDpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos

Tratamiento de Aguas Residuales. Parte 2/2

CONTAMINACIÓN DEL AGUA

Prof. Yoana Castillo

[email protected]

Web:http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/yoanacastillo/

CONTENIDO

1 Tratamiento de aguas residuales:1. Tratamiento de aguas residuales:Secundario.Terciario.

2. Tratamiento de lodos generados.3. Esquema general de una planta de

tratamiento de aguas residual industrialtratamiento de aguas residual industrial.

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TRATAMIENTO SECUNDARIO O BIOLÓGICO[1-4]

Objetivos:

Coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables yCoagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables yestabilización de la materia orgánica, gracias a la acción de una variedadde microorganismos, principalmente bacterias.

En el caso de las aguas residuales industriales, el principal objetivo es lareducción de la concentración de compuestos tanto orgánicos comoinorgánicos.

Los microorganismos se utilizan para convertir la materia orgánica coloidaly disuelta en diferentes gases y tejido celular. Dado que el tejido celulartiene un peso especifico ligeramente superior al del agua, se puedeeliminar por decantación.

TRATAMIENTO SECUNDARIO

Actividades bioquímicas de los microorganismos [1-4]

Requerimientos nutricionales

• Carbono.

• Nitrógeno.

• Fósforo.

• Azufre.

• Iones inorgánicos: K, Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Co.g , g, , , , ,

• Oxígeno, según mecanismo.

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Metabolismo bacteriano [1-4]

Para llevar a cabo los procesos metabólicos, las bacterias obtienen energía apartir de compuestos del medio circundante: carbono orgánico y nutrientes,luego la convierten en energía química útil para la célula generando productosfinales y un residuo orgánico más simple.


Crecimiento bacteriano [3]

S id i i d l bi l ú d él l di t t jSe mide siguiendo los cambios en el número de células mediante un contaje total y de viables o con medidas de peso de la biomasa celular y turbidez.

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Factores que afectan el crecimiento bacteriano [3]

• Temperatura.

• pH.

• Disponibilidad de agua.

• Oxígeno

TRATAMIENTO SECUNDARIO[1-5]

Mecanismo Tipo

Aerobio:Microrganismos aerobios o facultativosconsumidores de oxígeno.

Lodos activados

Filtros biológicos

Biodiscos

Lagunas de oxidación

UASB Reactor anaeróbico de flujo ascendente

Anaerobio: Microorganismos anaerobios, sistemas cerrados sin oxígeno.

Reactor de contacto

Lecho de relleno. Lecho fluidizado

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1. Lodos activados [1-6]Desarrollado en Inglaterra en 1914 por Andern y Lockett, involucra la producciónuna masa activa de microorganismos capaces de estabilizar un residuo por víauna masa activa de microorganismos capaces de estabilizar un residuo por víaaerobia.

Uso de aireación por medio de difusoreso sistemas mecánicos, bajo estascondiciones, los organismos oxidan unaparte del desecho orgánico a dióxido decarbono y agua, para obtener energía ysintetizar la otra parte en forma decélulas microbianas nuevas utilizando laenergía obtenida de la oxidaciónenergía obtenida de la oxidación.

productosotrosNOHCNHCONutrientesOCOHNS bacterias +++→++

• Oxidación y síntesis:

TRATAMIENTO SECUNDARIO[1]

1. Lodos activados. Reacciones:

células orgánicaNuevas Materia

productosotrosNOHCNHCONutrientesO COHNS 275322 +++⎯⎯⎯ →⎯++

CélulasenergíaNH02H5CO5ONOHC 322

bacterias2275 +++⎯⎯⎯ →⎯+

• Respiración endógena:

Tipos de microorganismos presentesp g p• Bacterias, géneros Alcaligenes flavobacterium, Bacillus y Pseudomonas. Enel proceso de purificación son importantes las bacterias nitrificantes; tales comoNitrosomas y Nitrobacter, al igual que la Zooglea ramigera.

• Protozoos y rotíferos que actúan como depuradores de los efluentes. Losprotozoos consumen las bacterias dispersas que no han floculado y los rotíferosconsumen cualquier partícula biológica pequeñas que no se haya sedimentado.

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1. Lodos activados. Formas de operación• Convencional

• Período de aereación de 5 a8 horas.• Remociones > 90% DBO.

• Aereación por pasos o escalonado.

A ió t


1. Lodos activados. Formas de operación

• Aereación por etapas.• Mezcla completa. Altas cargas. Tiempos de aereación de 1.5 a 3 horas.

• Aereación prolongada

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2. Filtros biológicos [4-5]

• Uso de material de relleno plástico sobre el cual crece una película dei i bimicroorganismos aerobios.

• El agua residual a tratar se distribuye en la parte superior, luego entra en contacto conaire y microorganismo y la materia orgánica se descompone para generar CO2 y máscélulas.• Alturas de filtro hasta 12m.• No reducen más allá del 85% de la materia orgánico.• Más fáciles de operar que los lodos activados.•Producción de sólidos finales mínima.•Para aumentar los rendimientos se puede trabajar en 2 etapas.


3. Biodiscos: Contactor biológico rotativo [4-5]

• Es tan eficaz como los lodos activados.• Requiere menos espacio y fáciles de operar.• Estructura plástica de diseño especial , dispuesta alrededor de un eje horizontal.• El cuerpo típico es de polietileno de alta densidad y gran superficie especifica.• Puede estar sumergido de un 40 a un 90% en el agua a tratar.• Desarrollo de una película de microorganismos, cuyo espesor se autorregula por elrozamiento con el agua.•Producción de sólidos finales mínima.• Pueden usarse varias unidades en serie o paralelo.

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4. Lagunas de oxidación [4-5]

• Grandes lagunas aereadas con tiempos de retención de 3 a 6 días.• Insensibles a las variaciones de carga• Insensibles a las variaciones de carga.• Requieren de grandes extensiones de terrenos.• En zonas frías son poco eficientes.• Sin aereación artificial podrían se anaerobias.

Criterios de diseño se desarrollarán en clases

TRATAMIENTO SECUNDARIO ANAEROBIO[1-6]

Digestión anaerobia

• Procesar aguas residuales con alta carga orgánica DBOde 2000 a 30000mg/L.• Industrias alimentarias.• Es un reactor cerrado sin oxígeno.•La materia orgánica soluble y coloidal se transforma enácidos volátiles que a su vez se transforman en CH4 yCO2. Biogás con alrededor de 65% de metano que puedeser usado.

El i t á id l UASB (U fl A bi• El sistema más conocido es el UASB (Upflow AnaerobicSludge Blanket) mostrado en la figura.• Altos tiempo de retención 30 a 60 días.• Temperaturas: 30-38ºC• pH: 6.6 y 7.6 metano bacterias

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TRATAMIENTO TERCIARIO O QUÍMICO[1,5]

Proceso final en la purificación de efluentes donde se emplean agentesquímicos y físicos con el objeto de eliminar los microorganismos

Tipo Descripción del proceso.

Filtración. Eliminar sólidos que se han arrastrado del sedimentador secundario. Medio filtrante usado: arena, grava, antracita ó combinación.

Adsorción. Eliminar materia orgánica residual del tratamiento biológico, olor, sabor, color. Uso de carbón activado forma granular, que puede regenerarse con vapor o aire a altas T (850ºC)

Oxidación química. Adición de un oxidante fuerte como Oxígeno, ozono, cloro, hipoclorito sódico.

patógenos contenidos en el agua. Los más usados son:

q g , , , p

Electrodiálisis Proceso con membranas selectivas.

Intercambio iónico. Proceso de intercambio con resinas. Elimina iones disueltos.

Ósmosis Inversa. Proceso con membrana selectiva, flujo con presión osmóticas elevadas.

TRATAMIENTO DE LODOS GENERADOS

¿Qué hacer con los lodos provenientes de pretratamientos, sedimentadores primarios y secundarios?

• Proceso de espesado y deshidratación.• Traslado a una zona final de depósito oincineración.

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Espesado de lodos [1,5]

Por gravedad Por flotación


Estabilización de lodos de origen biológico.Evitar descomposición incontrolada posterior, puede realizarse por digestión anaerobia.gPuede agregarse cal.

Deshidratación de lodos.• Por centrifugación.• Filtración al vacío.• Filtros prensa de bandas con acondicionamiento previo del lodo con polielectrolito, cal y/o cloruro férrico para obtener sequedad del orden de 45%.férrico para obtener sequedad del orden de 45%.

Disposición final.• Vertedero.• Incineración.

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Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Industria Alimenticia: Maíz 0 Oficina

1 Tanque de descarga general

2 Tamiz

3 Tanque de acondicionamiento

4 Reactor Anaerobio4 Reactor Anaerobio

5 Unidad Anóxica

6 Tanque de aereación lodos activados

7 Sedimentador 1

8 Tanque de espuma del sed 1.

9 Tanque de lodos del sed 1.

10 Biodiscos (fuera de servicio)

11 Sedimentador 2

12 Tanque de espuma del sed 2.

13 Tanque de lodos del sed 2.

14 Unidad de Cloración

15 Tanque de almacenamiento de lodos.

16 Filtro prensa

18 Quemador de Gas Metano

19 Sopladores

20 Centro de Control Maestro.

DQO 12000-40000ppm

Decreto 833

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Industria Alimenticia: Maíz

Análisis realizados en la planta

• Demanda Química de Oxígeno.• Sólidos sedimentables, totales y volátiles.• Fósforo.• Cloro Residual.• Oxígeno Disuelto.• Nitritos y Nitratos.• Cloruros.• Sulfatos.

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REFERENCIAS

[1] METCALF & EDDY. “Ingeniería de las aguas residuales, tratamiento, vertido y reutilización” Tercera edición McGraw Hill Madrid 1995reutilización . Tercera edición, McGraw-Hill. Madrid. 1995

[2] MADIGAN M, MARTINKO J, PARKER J. “Brock Biología de los microorganismos”. Octava edición, Prentice Hall. Madrid. 1998.

[3] TCHOBANOGLOUS, G. “Sistema de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados”. Primera edición, McGraw-Hill. Bogotá. 2007

[4] MONTOYA, R. “Contaminación de Aguas”. Universidad de Los Andes. Venezuela. 2000

[5] RIGOLA PEÑA. M. “ Tratamiento de aguas industriales” Alfaomega grupo editor. [ ] g g g pMéxico. 1999

[6] ROMERO, J. “Tratamiento de aguas residuales”. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá. 2000

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