Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales

7/18/2019 Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales

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Tecnológico de Estudios Superiores del Oriente delEstado de México.

(TESOEM)

INGENIERÍA AMBIENTAL.

DISEÑO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DEAGUAS RESIDUALES.

Realizó: Miriam Vega Loyola.

EDO. MÉXICO. MARZO, 2010.

Gobierno del

SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA



INDICE

Contenido Página

UNIDAD I Aguas Residuales.

Introducción.

1.1 Historia. 1

1.2 Orígenes y cantidades. 7

1.3 Comportamiento de caudales contra tiempo. 10

1.4 Medición de caudales y análisis del comportamiento. 12

1.5 Métodos para medición de caudales. 15

1.6 Características químicas, físicas, fisicoquímicas y biológicas. 27

1.7 Muestreo de Aguas residuales. 46

1.8 Determinación de gastos másicos. 53

1.9 Aguas residuales de origen industrial 57

.

UNIDAD II Procesos para Separación de Contaminantes.

2.1 Procesos físicos. 64

2.2 Procesos químicos. 69

2.3 Procesos fisicoquímicos.

2.4 Diseño conceptual de una planta.

UNIDAD III Procesos Físicos de Separación.

3.1 Cribado (rejillas y cribas). 77

3.2 Almacenamiento de excedentes (“igualación”). 83

3.3 Mezclado. 86

3.4 Floculación. 89

3.5 Sedimentación (desarenación y clarificación) 91

3.6 Flotación. 102

3.7 Filtración en medio granular (filtros de arena). 111



UNIDAD IV Tratamiento de Lodos.

4.1 Orígenes y formas de tratamiento (posibles combinaciones) 117

4.2 Cantidades y características. 118

4.3 Espesamiento. 120

4.4 Digestión aerobia y anaerobia. 123

4.5 Deshidratación. 127

4.5.1. Filtración.

4.5.2. Centrifugación.

4.5.3. Lechos de secado.

4.5.4. Estanques.

4.6 Composteo.

4.7 Acondicionamiento químico y térmico.

Bibliografía 128



ÍNDICE DE TABLAS

No. Tabla Contenido Página

1.1 Composición Típica de las ARD 7

1.2 Conservantes y métodos de conservación para las muestras

de agua.

52

2.1

2.2

Aplicaciones de l as oper aciones físicas uni tarias en el

tratamiento de A.R.

Productos químicos empleados en el tratamiento del AR

66

70

3.1 Características del tipo de rejas. 78

3.2

3.3

3.4

Propósitos del cribado.

Tipos de sedimentación que intervienen en el tratamiento del

agua residual.

Solubilidad del aire a P=1 atm y diferente Temperatura

80

92

106

4.1 Características de los lodos 118



ÍNDICE DE FIGURAS

No. de Figura Contenido Página

1.1 Variación típica horaria del caudal de AR. 10

1.2 Sección transversal para el método área-velocidad 19

1.3 Inyección de un volumen conocido de trazador. 20

1.4

1.5

1.6

Vertedor rectangular.

Vertedor triangular.

Vertedor Cipolletti

23

24

25

3.1 Rejas inclinadas. 79

3.2

3.3

3.4

4.1

4.2

Diagrama de flujo de una PTAR con igualamiento en

línea.

Diagrama de un sistema de flotación sin recirculación

Diagrama de un sistema de flotación con recirculación

Espesador

Filtro Banda

85

107

109

122

128



ÍNDICE DE CUADROS

No. de Cuadro Contenido Página

1.1 Cronología del tratamiento de agua a nivel mundial. 4

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

Cronología del tratamiento de Agua en México.

Clasificación de sólidos.

Tamaño de los sólidos.

Características Físicas.

Características Químicas.

Características Biológicas.

5

28

29

32

39

45



UNIDAD I

AGUAS RESIDUALES.

OBJETIVO.

El estudiante podrá identificar y analizar la problemática de los cuerpos de agua

en el paí s, por medio d e muestreos y s us c aracterísticas físicas, q uímicas y

biológicas del vital líquido, con el fin de proponer un proceso de tratamiento de

agua residual.



Ing. Miriam Vega Loyola.

1

1.1 Historia.

Aunque l a captación y drenaje de aguas pluviales datan de t iempos ant iguos, el

almacenamiento de aguas residuales tiene su primer precedente en el siglo XIX.

El tratamiento sistemático de las aguas residuales surgió a finales del siglo pasado

y principios del presente. El desarrollo de la teoría del germen en la segunda mitad

del s iglo pas ado por Koch y P asteur m arcó el i nicio de u na n ueva er a en el

saneamiento. A ntes de es ta ép oca l a r elación de ent re contaminación y

enfermedades habí a s ido es tudiada t an sólo l igeramente, y la bac teriología, en

aquel entonces en sus inicios no h abía sido aplicada al tratamiento de l as aguas

residuales.

El t ratamiento y l a el iminación de l as ag uas r esiduales n o r ecibió demasiada

atención a finales del siglo XIX porque la magnitud de los daños causados por las

descargas no t ratadas, no er a i mportante y por que s e di sponía de g randes

cantidades de terreno para su evacuación. A principios del siglo XX, sin embargo,

los daños y las condiciones sanitarias trajeron consigo una creciente demanda de

que el t ratamiento de las aguas residuales tuviera más eficacia. La imposibilidad

de disponer de zonas suficientes para la evacuación en la tierra de agua residual

no t ratada, es pecialmente e n l as g randes c iudades, l levó a l a ad opción demétodos de tratamiento más intensos.

A lo largo de la historia, la calidad del agua potable ha sido un factor determinante

del bi enestar hu mano. Las en fermedades pr opagadas p or ag ua “ potable”

contaminada c on m ateria f ecal di ezmaron a l a pobl ación de c iudades ent eras.

Incluso actualmente, el ag ua i nsalubre c ontaminada p or fuentes nat urales o

humanas sigue causando grandes problemas a las personas que se ven obligadas

a usarla, tanto para b eber c omo p ara l a i rrigación de h ortalizas y ot ras pl antas

comestibles crudas.

Aunque hay todavía epidemias ocasionales de enfermedades bacterianas y virales

causadas p or ag entes i nfecciosos transportados en el agua pot able, como el




2

cólera, l a pol iomielitis y ot ras, l as en fermedades propagadas po r el la es tán, e n

general, bi en c ontroladas y el ag ua p otable en l os países t ecnológicamente

desarrollados es tá ahora notablemente l ibre d e l os agentes c ausantes de

enfermedades que er an c ontaminantes m uy c omunes del ag ua hace s olo u nas

décadas.

Los seres humanos han almacenado y distribuido el agua durante siglos.

En la época en que el hombre era cazador y recolector utilizaba agua de río para

beber, y l os pr imeros as entamientos h umanos s e l levaron a cabo de m anera

continua cerca de lagos y ríos. Cuando no existían estos recursos las personas

aprovechaban agua subterránea que extraían mediante la construcción de pozos.

El crecimiento de las capitales antiguas, centros religiosos y comerciales se dan

alrededor de cuerpos de agua, la construcción de acueductos y drenajes se dio en

la antigua Roma.

Alrededor del a ño 3 00 A.C. l a c iudad d e P akistán ut ilizaba i nstalaciones y

necesitaba un suministro de agua muy grande, esta ciudad contaba con servicios

de baño público, instalaciones de agua caliente y baños.

En la antigua Grecia el agua de escorrentía, agua de pozos y agua de lluvia eran

utilizadas en épo cas muy t empranas. D ebido al c recimiento de l a po blación s e

vieron obl igados al almacenamiento y di stribución ( mediante l a c onstrucción d e

una r ed). Los g riegos f ueron de l os pr imeros en t ener interés e n la calidad del

agua. Ellos utilizaban embalses de aireación.

Los r omanos fueron los m ayores ar quitectos en c onstrucciones de r edes de

distribución de agua que han existido a l o largo de la historia. Utilizaban recursosde ag ua s ubterránea, r íos y ag ua de es correntía par a s u aprovechamiento,

construían pr esas p ara el almacenamiento r etención ar tificial del ag ua. Ellos

consideraban que el agua de m ejor c alidad er a aquella proveniente de l as

montañas.




3

Desde el año 500 al 1500 D.C. hubo poco desarrollo en relación con los s istemas

de tratamiento del agua. Durante la edad media se manifestaron gran cantidad de

problemas de higiene, a causa de que a los sistemas de distribución del plomo, se

vertían residuos y excrementos.

El pr imer s istema de s uministro de agua pot able fue c onstruido e n E scocia,

alrededor del año 1804 por John Gibbs.

En 1806 en Paris empieza a funcionar la mayor planta de tratamiento de agua. El

agua sedimentaba durante 12 horas antes de su filtración. Los filtros consistían de

arena, carbón.

En 1827 el Ingles James Simplón construye un filtro de arena para la pur ificación

del agua potable. Hoy en día se considera el primer sistema efectivo utilizado con

fines de salud pública.

En 1830 el nuevo continente da inicio a los primeros tratamientos.

En 1849-1853, Londres, las aguas residuales convirtieron al Támesis en una masa

de desechos y 20000 humanos murieron por cólera.

1903, Filadelfia se proponen otros métodos de desinfección alterna como ozono

(O3) y rayos ultravioleta (uv).

1908 se utiliza el cloro por primera vez como desinfectante en E.U.

1972 un estudio revela 36 sustancias químicas en diferentes cuerpos de agua y seda inicio a la legislación.

2010 dr enaje pr ofundo d e ag uas r esiduales q ue pretende c ontrolar l a

contaminación.




4

Algunos de los antecedentes en materia del tratamiento de agua a nivel mundial y

nacional, se presentan en los siguientes cuadros No.1.1 y No.1.2 respectivamente.

Cuadro No.1.1 Cronología del tratamiento de agua a nivel mundial.

3000 A.C.

Aparecen losprimerossuministros deagua. Pakistán

1300 A.C.

Se emplean losprimerostratamientos depurificación deagua. Egipto

500 A.C.

Se emplean los primerosmétodos de separaciónde residuos. Grecia-Asia

250 A.C.

Se crean las primerasredes de suministro deagua. Grecia

1804 D.C.

Se transportaagua filtrada aciudades deEscocia

1800 D.C.

Problemas dehigiene en elagua.Europa

1500 D.C.

Se construyen lasprimeras tuberías deplomo. Europa

1806

Se construye laprimera planta detratamiento de agua

en Paris

1827

Se construye un filtrode agua potable parala purificación.

1992

La asamblea generaldeclaro que el díaMundial del agua se

celebrara el 22 de marzode cada año.

500 al 1500 D.C.

Se implementan lasprimeras letrinas enEuropa Central

2009

UNICEF apoya programas deagua, saneamiento e higiene enmás de 90 países del mundo

2003

La asamblea general proclamó el periodo2005 a 2015 decenio internacional para laacción “el agua fuente de vida”




5

Cuadro No.1.2 Cronología del tratamiento de Agua en México.

2000Población fronteriza nocuenta con plantas detratamiento de agua.

1997Se crea un programasobre la construcciónde las más grandesplantas de T.A.R.

2001México no recibiráuna gota de agua ytendrá que darse lasuspensión dellíquido en colonias.

2002Se reforma un sistema depotabilización detratamiento de agua queayudara a la población

2003Cámara de diputados otorgafinanciamiento para problemasde contaminación del agua enMéxico.

1996La Sociedad Mexicana de aguas(SMA) y la Water EnviromentFederation s e reúnen para l aoperación de sistemas de aguapotable y T.A.R.

1928Se reúne el secretario de obrasy servicios del D.F conrepresentantes de la ComisiónNacional del Agua.

1987La USDA(1) aprobó eltratamiento de agua caliente entodos los es tados exportadoresde México excepto Chiapas.

1989Primeros acuerdos ent reestados que c onforman l acuenca Ler ma-Chápalasobre l a i mportancia delagua.

2007CNA afirmó que México hallegado al límite de lo permisibleen el tratamiento de aguasresiduales.

2006El Banco mundial se refirió a lasituación del agua en México ysu contaminación

2005Se emite una norma para eltratamiento de aguasresiduales en la zonametropolitana de la ciudad

de México NODF/003- AGUA-2002

2009En la ciudad de Méxicose generan casi24m3 /s de aguaresiduales

2008Los Mexicanos nocuidamos el agua porquenos cuesta pocoCONAGUA

2009CNA afirmó que Méxicorequiere cambios en la políticahídrica del país, se planteaconstruir más de 100 plantas detratamiento

2009Marcelo Ebrard subrayo quese debe garantizar elabastecimiento del líquido ala Ciudad

(1) Departamento de Agricultura de Estadosunidos




6

El tratamiento de aguas residuales es esencial para garantizar el ciclo de agua y

contribuir a la limpieza de los ríos, humedales, acuíferos y demás cuerpos de agua

que se ven expuestos a l os efectos de la contaminación por descargas de ag uas

residuales sin tratar. La CONAGUA recordó que en 2012, se espera haber logrado

que el 60 por ciento de las aguas residuales de México reciban tratamiento dentrodel problema del recurso hídrico.




7

1.2 Origen y Cantidades.

La determinación de la cantidad de aguas residuales a eliminar de una comunidad

es fundamental p ara el pr oyecto de i nstalaciones d e almacenamiento, bombeo,

tratamiento y evacuación. Además dada la reciente tendencia de la agrupación demunicipios par a el t ratamiento y ev acuación, es i mportante poder di sponer d e

datos precisos sobre las cantidades actuales y las previstas en un futuro.

La cantidad y concentración de las aguas residuales es función de su origen y de

sus componentes, por lo que las cargas equivalentes o contribuciones per-cápita

por día varían de una ciudad a otra y de un país a otro. Para ciudades grandes se

pueden us ar la t abla N o.1.1, como v alores de r eferencia; par a c omunidades

pequeñas o ár eas rurales l as ag uas r esiduales s on p redominantemente

domésticas.

Parámetro Magnitud mg/l

Sólidos totales 720

Sólidos disueltos 500

Sólidos disueltos volátiles 200

Sólidos suspendidos 220

Sólidos suspendidos volátiles 165

Sólidos sedimentables 10

DBO 220

COT 160

DQO 500

Nitrógeno total 40

Nitrógeno orgánico 15

Nitrógeno amoniacal 25

Fósforo orgánico 3

Fósforo inorgánico 5

Cloruros 50

Alcalinidad 100

Grasas 100

Tabla No.1.1 Composición Típica de las ARD Fuente. Metcalf, 1994

Los componentes de un caudal pueden incluir:




8

a) Agua r esidual do méstica ( procedente de r esidencias, i nstalaciones

comerciales o públicos).

b) Agua residual industrial (predominan residuos industriales).

c) Infiltración y conexiones i ncontroladas ( es e l agua que entra de forma no

controlada en l a r ed del al cantarillado pr ocedente del s ubsuelo). O bi enagua pluvial que es descargada a la red (alcantarillado).

d) Agua pluvial resultante de la escorrentía superficial.

Toda ag ua residual (A.R.) afecta en alguna m anera l a c alidad del ag ua de l a

fuente o c uerpo d e agua receptor. S in embargo, se dice q ue un ag ua r esidual

causa c ontaminación solamente c uando i ntroduce c ondiciones o c aracterísticas

que hac en el ag ua de l a f uente o c uerpo r eceptor i naceptable par a el us o

propuesto de l a misma, por ejemplo, n o se pu ede d ecir q ue l as ag uas de l a

alcantarilla domiciliaria contaminan las aguas del alcantarillado sanitario municipal.

La mayoría de las A.R. son de origen doméstico urbano por lo tanto los métodos

de t ratamiento t radicionales i ncluían g randes d epósitos d e hormigón d onde s e

llevó a cabo la sedimentación, filtración y cloración, en la actualidad el tratamiento

de A.R. lleva varios procesos de tratamientos, equipos y operaciones unitarias en

el futuro hay que considerar nuevas tecnologías, nuevos procesos y por lo tantonuevas líneas de tratamiento así como la modificación de los antiguos.

En al gunos c asos p ara el ab astecimiento, se pue de c lasificar d e ac uerdo a su

origen en:

a) Aguas superficiales

b) Aguas subterráneas

c) Aguas meteorológicas o meteóricas

Aguas s uperficiales: son aq uellas pr ovenientes d e l as corrientes naturales c omo

ríos, arroyos, lagos, embalses que están contaminados en su mayoría, por lo tanto

existe una v ariación en l a l ocalidad. Al es currir por l a s uperficie l as c orrientes

naturales se contaminan convirtiéndolas en muchos casos en aguas nocivas.




9

Aguas subterráneas: son las que penetran por las porosidades del suelo mediante

infiltración, provocan poca turbidez y se divide en agua freática y artesiana.

Agua freática: están suspendidas entre la superficie de la t ierra y la primera capa

impenetrable se mueve libremente, se encuentra a presión atmosférica.

Agua artesiana: es la que está contenida entre dos estratos impermeables no se

mueve libremente, está confinada y tiene una presión diferente a la atmosférica.

En la eliminación de aguas residuales y pluviales se utilizan tres t ipos de redes de

alcantarillado: s anitarias, pl uviales y uni tarias. C uando ut ilizan s istemas

independientes par a r ecolectar l as ag uas r esiduales ( redes s anitarias) y a guas

pluviales ( redes pl uviales), l os c audales d e ag ua r esidual en l as al cantarillas

sanitarias se componen de tres grandes elementos: 1) agua residual doméstica; 2)

agua residual industrial, y 3) infiltración y conexiones incontroladas.

Donde ex iste un s istema de alcantarillado único, l os c audales d e agua residual

incluyen l os c uatro c omponentes m encionados an teriormente, en es te caso el

porcentaje d e l os c omponentes del ag ua residual v aría s egún l as c ondiciones

locales y la época del año.

En ár eas q ue t ienen alcantarillado, l os c audales d el ag ua r esidual s e pueden

determinar normalmente a par tir de datos procedentes de a foros existentes por

medición directa. En zonas de nueva construcción, los caudales correspondientes

se obt ienen del an álisis de l os dat os de pobl ación y s us c orrespondientes

dotaciones de agua previstas, o bi en a partir de estimaciones de los caudales de

agua residual per cápita en poblaciones similares.

1.3 Comportamiento de los Caudales contra tiempo.




10

Dadas l as c aracterísticas y variaciones en l a des carga de ag uas r esiduales, a l

sistema de alcantarillado, el tipo o sistema de alcantarillado usado, la diferencia en

las c ostumbres de l a c omunidad a portante, el r égimen de operación d e l as

industrias t ratadoras, el c lima, et c., l os c audales de ag uas r esiduales oscilan

ampliamente durante el año, cambian de un día a otro y f luctúan de una hora aotra, todos los factores anteriores entre ot ros deben de t enerse en c uenta en l a

predicción de las variaciones del c audal y, por consiguiente, de l a concentración

de las aguas residuales afluentes a una planta de tratamiento. Una curva típica de

descarga de aguas residuales, para un alcantarillado separado, puede observarse

en la figura 1.1.

Fig. No.1.1 Variación típica horaria del caudal de AR.

Los caudales mínimos ocurren en las primeras horas de la mañana, entre las 2:00

y las 5:30; durante dichas horas el consumo es mínimo y el flujo es básicamente

por infiltración y pequeñas cantidades de AR. El caudal máximo ocurre entre las

7:00 y l as 10: 00, c uando se pr esenta el consumo m áximo, ex iste, además, u n

segundo caudal máximo entre l as 15:00 y las 16: 00 horas. Entre las 7:00 y l as

19:00 el caudal de AR, es m ayor que el caudal promedio, y durante la noche es

menor que el promedio.

Cuando la infiltración es alta o existen conexiones de aguas pluviales, el régimen

de lluvias puede influir notablemente sobre el caudal y, por consiguiente, sobre las




11

características de ag ua r esidual. E l c onocimiento d e l as c argas hi dráulicas d e

DBO y ot ros c ontaminantes, es esencial p ara ev aluar l os factores de diseño y

operación d e una planta de t ratamiento. Generalmente las variaciones d e DBO

siguen l as del c audal, per o deb en det erminarse en c ada c aso par ticular. E n

alcantarillados c ombinados s e pr esenta u na m ayor c oncentración de m aterialinorgánico que en al cantarillados sanitarios o separados, debido a la introducción

de aguas pluviales; así m ismo las variaciones del c audal y de concentración del

AR son más extremas.

El régimen de caudales de una corriente de agua durante un período determinado,

es el único término del balance hidrológico de una cuenca que puede ser medido

directamente con una buena precisión. Los otros elementos de ese balance, como

las precipitaciones, la evaporación, etc., no pueden ser sino estimados a partir demediciones observadas en distintos puntos de la cuenca o d educidos de fórmulas

hidrológicas, los cuales son siempre estimativos muy aproximados. El régimen de

caudales es un da to básico, i ndispensable, para todos los diseños hidráulicos y

para m uchas obr as civiles en l os q ue el los s on parte i mportante c omo l as

carreteras, pue ntes, acueductos, pr esas, etc. A sí l a i nstalación de m uchas

"estaciones de aforo" que permitan observar, en una serie de años tan larga, como

sea posible, los caudales escurridos en puntos característicos del río principal y, si

fuera oportuno, de s us di versos af luentes, es el pr eámbulo d e t odo es tudio

hidráulico de una cuenca. Sin embargo en países como el nuestro las estaciones

de a foro de c audales s on i nexistentes en muchos s itios, l o q ue ha o bligado a

recurrir a métodos ap roximados p ara l a estimación de l os c audales de diseño,

como son los métodos de regionalización. Sin embargo jamás debe olvidarse que

ningún método por bueno que sea reemplaza la medida directa.

Todos los ríos de cierto tamaño en una región se deben medir cerca de sus bocaslo m ismo q ue un c ierto nú mero de a fluentes. L as c orrientes que s e pi ensen

aprovechar en un futuro deben ser instrumentadas.

1.4 Medición de Caudales y Análisis de Comportamiento.




12

Para el diseño de estructuras hidráulicas y en g eneral obras relacionadas con el

agua s e t rabaja c on una s erie de t érminos r elacionados c on el c audal q ue es

necesario conocer. Los principales son:

Caudal medio diario. Es la tasa promedio de descarga en m

3

/s para un períodode 24 horas. Se puede m edir mediante un l imnígrafo (dispositivo que permite el

registro continuo de los niveles en el tiempo).

Caudal medio mensual Qm. S e c alcula hal lando par a c ada m es l a m edia

aritmética de los caudales promedios diarios.

Caudal promedio mensual interanual. E s l a m edia de l os c audales medios

mensuales para un mes dado durante un período de n años.

Caudal medio anual. Es l a media de l os caudales promedios diarios durante un

año.

Caudal máximo instantáneo anual. Es el máximo caudal que se presenta en un

año det erminado. Para su determinación es nec esario q ue l a es tación de aforo

tenga limnígrafo. Si no es así se habla de caudal máximo promedio anual el cual

es menor que el máximo instantáneo anual.

Caudal mínimo anual. Es el m enor c audal q ue s e pr esenta durante un añ o

determinado.

El an álisis de l os c audales medios diarios g eneralmente pr esentan v alores

variables, m ostrando, por un l ado, t endencias de ac uerdo con l as es taciones o

épocas de l luvia o de sequía, como por ejemplo valores mayores de caudales en

las ép ocas de l luviosas q ue en l as de e stiaje. P or ot ro l ado, m uestran u na

aleatoriedad en l a oc urrencia d e es tas v ariaciones, q ue d ependen d e u n g ran

número de variables, posiblemente la l luvia y los factores geológicos son los más

importantes.

Se pue de d efinir que el per iodo c onsiderado los caudales: máximo, m edio y

mínimo, d e c uyos v alores dep ende g ran par te del pl anteamiento r elativo a l a

utilización de los recursos hídricos.




13

También es i mportante dentro de l os recursos hídricos de una hoya hidrográfica

destacar el hecho de que el caudal mínimo puede ser alcanzado apenas durante

un cierto t iempo; en el c aso de q ue el período de estiaje sea más extenso, los

caudales es tarán pr óximos al m ínimo. Lo m ismo s e pu ede d ecir del c audal

máximo.

De acuerdo al problema que se desee resolver, se debe conocer las variaciones

de los caudales medios diarios y hasta horarios para un cuerpo de agua grande, si

se requiere estudiar estiajes, por ejemplo, el conocimiento de los caudales medios

mensuales puede ser suficiente.

Los factores m ás i mportantes q ue c ontribuyen a l a variación del c audal en u na

corriente de agua son los siguientes:

Factores geológicos. Un cuerpo de agua bastante permeable, al recibir una c ierta

lluvia, da or igen a una escorrentía con un pico achatado y bastante retrasado en

relación c on el i nicio de en esa l luvia. E sto se de be a q ue hay un a infiltración

inicial, con la consiguiente acumulación de aguas subterráneas que contribuirán

posteriormente al hidrograma. Un cuerpo de agua relativamente impermeable, al

recibir una cierta lluvia, da origen a una escorrentía superficial con pico agudo y nomuy retrasada con respecto al inicio de esa lluvia.

Factores pluviométricos. Lluvias m uy i ntensas provocan c recientes en peq ueños

cuerpos de agua. Las lluvias de menor intensidad pero con duración y cubrimiento

grande provocan crecientes en grandes cuerpos de agua.

Es claro que lo que más interesa en relación con la escorrentía superficial es el

volumen de lluvia total precipitada. El área del cuerpo de agua ésta asociada con

la al tura de l luvia pr ecipitada para producir un a es correntía s uperficial

determinada.

Humedad del suelo. Depende a su vez de precipitaciones antecedentes.




14

Temperatura. Influye en la escorrentía de aguas subterráneas, la evaporación y la

escorrentía s uperficial. E sta úl tima principalmente al c omienzo de s u pr oceso

cuando el agua escurre en finas capas sobre grandes áreas hasta llegar al curso

de agua.

Topografía. Influye en la infiltración y la escorrentía superficial. Un cuerpo de agua

con bastante i nclinación d a origen a m ayor es correntía s uperficial y menor

infiltración. En una cuenca plana el proceso rige de modo inverso.

Tipo de vegetación. Influye en la infiltración y la detención superficial.

Forma d e l a c uenca. U na c uenca r elativamente c ircular es más pr opensa a

crecientes que cuenca alargada, dado que el t iempo de recorrido del agua desde

los sitios más lejanos hasta el sitio de interés en esta última es similar, y se puede

producir una mayor concentración de escorrentía superficial.

Finalmente, cuando una lluvia se dirige en el sentido de aguas arriba hacia aguas

debajo de una cuenca alargada, da or igen a m ayores picos de c reciente del que

daría s i se dirigiese en el s entido i nverso. Si se cuenta con datos históricos delcaudal, por ej emplo, de 30 añ os, l a el ección del per iodo más c rítico de s equía,

esto es de caudales m ínimos, durante el m ayor intervalo del tiempo t endrá un

valor estadístico de 30 años de periodo de retorno. Cuando se cuenta apenas con

5 años de datos, el periodo más crítico de sequía puede no ser el adecuado para

el dimensionamiento de la planta de t ratamiento. En este caso se puede estudiar

por análisis de frecuencias, esto es extrapolando la curva de probabilidades de los

periodos de sequía. Cuando se cuenta con un pequeño número de datos se puede

recurrir a la generación estadística de datos del caudal.




15

1.5 Métodos para Medición de Caudales.

Un caudal se define como la cantidad de agua que corre en determinado lugar por

unidad de tiempo. En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa

por el r ío en una u nidad de tiempo. N ormalmente s e i dentifica c on el flujovolumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos

frecuentemente, s e identifica c on el flujo m ásico o masa q ue pa sa por un área

dada en la unidad de tiempo.

El régimen de c audales es un dat o básico, indispensable, para todos los diseños

hidráulicos y para muchas obras civiles en los que ellos son parte importante como

las carreteras, puentes, acueductos, presas, etc.

La medición de caudales es importante para los siguientes proyectos:

a) Instalación de recolección

b) Bombeo

c) Tratamiento

d) Evacuación

Existen una diversidad de métodos y estructuras para medir caudales, algunos de

los cuales se describen brevemente a continuación:

Tobera de Flujo

Hace uso del principio de Venturi, pero utilizan una tobera que se inserta en una

tubería en lugar del tubo venturi para producir la presión diferencial.

Orificio

Es una a bertura c ilíndrica o pr ismática a t ravés de l a c ual f luye el líquido ydetermina el chorro en una salida que no toca de n uevo la pared del orificio. Se

basa en el teorema de Torricelli.




16

Medidores Magnéticos

Se induce una fuerza electromotriz o voltaje que es proporcional a la velocidad del

conductor. Se b asa en l a l ey de F araday y es s imilar a m edidores

electromagnéticos.

Placa de Orificio

Se inserta en una conducción cerrada una placa que tiene una abertura cilíndrica

en el c entro. E l c audal s e det ermina a partir de l as l ecturas de pr esiones

diferenciales.

Tubo Venturi

Se utiliza para medir caudales en conducciones cerradas, consta de 3 partes:

a. Cono de entrada e n el c ual, el di ámetro de la t ubería s e r educe

gradualmente.

b. La garganta o sección contraída.

c. Cono de salida, en el cual el diámetro aumenta gradualmente hasta el de la

tubería en la que se inserta el medidor.

Molinetes

Se utilizan par a l a determinación pr ecisa de l a v elocidad d e flujo e n g randes

alcantarillas o canales, siempre y cuando no haya demasiada materia flotante que

puedan obturar el medidor.

Medidas con Flotadores.

Son r aramente ut ilizados, ex cepto en c anales r ectangulares o par a l a

determinación aproximada de l a velocidad del f lujo entre dos pozos de r egistro,existen tres tipos:

1. Superficial: Mide la velocidad en la superficie.




17

2. Sumergido: Son más pesados que el agua, conectados con alambres finos

a flotadores superficiales.

3. Varilla: M iden c on mucha pr ecisión de flujo, ut ilizados pr incipalmente e n

canales.

Existen métodos eléctricos que son utilizados para medir el caudal de ag ua que

fluye en u na c orriente, s uponen el us o d e un eq uipo q ue i ncluye pi las de

conductividad, anemómetros de hilo caliente y anemómetros de película caliente.

Aunque no son muy utilizados por la materia orgánica que trae el agua residual.

Tubo de Pitot

Útil en aforos de tubería de agua, no se aplica en aforos de alcantarilla debido a la

materia en suspensión del agua residual, ya que existe la tendencia a obturarlo.

Trazadores Químicos y Radiactivos

Cuando se usa la s al como t razador, el t iempo de r ecorrido entre los puntos de

control es m edido con electrodos conectados a un a mperímetro o r egistrador. El

tiempo recorrido se registra mediante contadores de radiactividad conectados enel exterior del tubo.

Trazadores con colorantes

Sirven para medir la velocidad en tuberías pequeñas, es uno de los métodos más

utilizados y de m ayor éx ito, ent re l os colorantes ut ilizados es tán: eos ina,

fluoresceína, rojo de congo, per manganato de pot asio, s adamina B y pont acil

brillante B.

A continuación se describirá con más detalle algunos de estos métodos.

Los métodos para medir caudales pueden clasificarse en dos grandes categorías:

métodos directos y métodos indirectos. En estas dos categorías los más utilizados

son:




18

a. Métodos directos:

a.1 Método área velocidad

a.2 Dilución con trazadores

b. Métodos indirectos:

b.1 Estructuras hidráulicas.

b.2 Método área pendiente.

Con muy pocas excepciones las medidas de caudal continuas en el t iempo s on

muy costosas, por lo que se relaciona el caudal con el nivel del agua, el c ual se

puede m edir m ucho más fácilmente q ue e l c audal. Las c urvas q ue relacionan

estos niveles con el caudal son las llamadas curvas de calibración.

a. Métodos directos

a.1Método área velocidad.

Este método consiste básicamente en medir en un área transversal de la corriente,

previamente d eterminada, l as v elocidades de flujo c on l as c uales s e puede

obtener l uego el c audal. El l ugar el egido para hacer el aforo o m edición debe

cumplir los siguientes requisitos:

La sección t ransversal debe es tar bien definida y que en l o posible no se

presente degradación del lecho.

Debe tener fácil acceso.

Debe estar en un sitio recto, para evitar las sobreelevaciones y cambios en

la profundidad producidos por curvas.

El s itio debe es tar l ibre de efectos de controles aguas abajo, que puedan

producir remansos que afecten luego los valores obtenidos.

Una de l os pr ocedimientos más c omunes em pleados e n es te m étodo es e l

descrito a c ontinuación. En el s itio q ue s e dec idió hac er el a foro, s e hac e un

levantamiento topográfico completo de la sección transversal, el cual dependiendo




19

de su ancho y profundidad, puede hacerse con una cinta métrica o con un equipo

de topografía. La sección escogida se divide en t ramos iguales, como s e puede

observar en la figura No.1.2.

Fig. No.1.2 Sección transversal para el método área-velocidad

En cada vertical, de las varias en que se divide la sección, se miden velocidades

con el cronómetro a 0.2, 0.6 y 0.8 de l a profundidad total. Cada vertical tiene su

respectiva área de influencia (sombreada en la gráfica). Las verticales deben tener

las siguientes características:

El ancho entre ellas no debe ser mayor que 1/15 a 1/20 del ancho total de la

sección.

El caudal que pasa por cada área de influencia Ai no debe ser mayor que el10% del caudal total.

La diferencia de velocidades entre verticales no debe sobrepasar un 20%.

Cuando las profundidades de la sección son pequeñas, menores de 0.6 m, solo se

mide l a v elocidad a 0. 6 de l a profundidad, v elocidad q ue s e considera

representativa de la velocidad media de la vertical.

a.2 Dilución con trazadores

Esta t écnica s e us a en aq uellas c orrientes q ue pr esentan di ficultades par a la

aplicación del método área velocidad o medidas con estructuras hidráulicas, como

en c orrientes muy anchas o en r íos t orrenciales. Se pu ede i mplementar de dos

maneras:




20

1. Inyectar rápidamente un volumen de trazador . Este método es llamado

también método de integración. Supóngase que en una sección 1 de un río

se adiciona un peq ueño volumen de trazador (V1) con una concentración

alta C 1. Si ex iste en el r ío una c oncentración (Co), en el r ío, el perfil deconcentraciones se comporta con el tiempo, como lo muestra la figura 1.3.

Fig. No.1.3 Inyección de un volumen conocido de trazador.

2. Inyección a caudal constante. Se i nyecta un t razador en u na s ección

dada a un caudal constante, con una concentración de trazador Co.

Es importante an otar que par a a plicar es te m étodo s e s upone q ue el flujo e s

permanente. Los trazadores deben tener las siguientes propiedades:

No de ben s er a bsorbidos por l os s edimentos o v egetación, ni de ben

reaccionar químicamente.

No deben ser tóxicos.

Se deben detectar fácilmente en pequeñas concentraciones.

No deben ser costosos




21

Los trazadores son de 3 tipos:

1. Químicos: de esta clase son la sal común y el dicromato de sodio

2. Fluorescentes: como la rodamina3. Materiales radioactivos: lo s m ás us ados son el y odo 1 32, bromo 82,

sodio.

La sal común puede detectarse con un er ror del 1% para concentraciones de 10

ppm. El dicromato de sodio puede detectarse a concentraciones de 0.2 ppm y los

trazadores fluorescentes c on c oncentraciones d e 1/ 1011. Los t razadores

radioactivos se detectan en c oncentraciones muy bajas (1/1014), sin embargo su

utilización requiere personal muy especializado.

b. Métodos indirectos

Los métodos indirectos más utilizados son las estructuras hidráulicas y el método

área -velocidad.

b.1Estructuras hidráulicas:

El principio de funcionamiento de todas las estructuras hidráulicas es establecer

una s ección d e c ontrol, d onde a p artir de l a pr ofundidad s e p ueda estimar e l

caudal. Las estructuras hidráulicas más comunes para este tipo de medidas son

usar vertederos, canaletas y compuertas.

b.2 Método área-pendiente.

A v eces s e pr esentan c recientes en s itios do nde n o ex iste n ingún t ipo de

instrumentación y c uya es timación s e r equiere p ara el diseño de estructurashidráulicas t ales c omo pue ntes o c anales. Las c recientes d ejan huel las q ue

permiten hac er una es timación apr oximada d el c audal, determinando l as

propiedades geométricas de 2 secciones diferentes, separadas una distancia L y

el coeficiente de rugosidad en el tramo.




22

Métodos generales para medir caudales

a) Instalación de v ertederos o c anales P arshall ( canales abi ertos o

alcantarillado principalmente llenos).

b) Métodos de l lenado d e r ecipientes par a caudales pequeños o d escargasintermitentes (medición del tiempo en que el caudal permanece).

c) Estimación d e l os c audales de bo mbeo ( se es tima a par tir de l as

características de la bomba).

d) Cronometrando el d esplazamiento de u n ob jeto flotante entre dos puntos

fijos a lo largo de s u recorrido, se ut iliza para al cantarillados parcialmente

llenos, se tiene que medir la profundidad y estimar una velocidad media.

e) Examen de los registros de uso de agua de la planta ( tomando en cuenta

las pérdidas del agua debidas a la evaporación).

Vertederos

Se emplean para medir el gasto del agua que fluye libremente (flujos relativamente

pequeños), como se muestran en la figuras 1.4, 1.5 y 1.6.

Características:

a) Es un dispositivo hidráulico que consiste de una escotadura, a través de la

cual s e hac e c ircular ag ua, pued en ser r ectangulares, t rapeciales,

triangular o circular

b) son de pared delgada.

Se requiere conocer algunos parámetros para determinar el gasto:

a) cresta: es l a altura del chorro de ag ua desde el nivel de la cresta hasta la

superficie medida a una distancia (d) antes de la crestas.




23

b) Carga sobre la cresta; es el espesor del chorro de ag ua medida desde la

crestas en el plano del vertedero y tiene un valor aproximado del 31% de la

carga.

Vertedor Rectangular

Fig. No. 1.4 Vertedor rectangular.

Las siguientes ecuaciones se aplican para calcular el gasto.

Con contracción.

Q= 3.33 (L- n 0.1H)H3/2 Sistema Ingles

Q= 1.84 (L- n 0.1H)H3/2 Sistema Métrico

Sin contracción.

Q= 1.84 LH3/2 Sistema Métrico.

Q= 3.33 LH3/2 Sistema Ingles




24

Donde:

Q= Caudal (m3/s)

n= Número de contracciones (en un lado o en los dos)

L= Longitud de la cresta del vertedero (vertedor) (m)

H= Carga del vertedor (m)

Nota: Cuando el agua no tiene concentraciones laterales (n=0)

Triangular

Es el m ás utilizado principalmente es el del ángulo 90º en su vértice inferior, s in

embargo presenta u na g ran pérdida de c arga por l o t anto s e r ecomienda para

caudales pequeños (menores a 110 l/s) y se muestra en la figura 1.5.

Fig. No.1.5 Vertedor triangular.


Q= 2.54 H5/2 Sistema Inglés

Q= 1.40 H5/2 Sistema MétricoQ= 1.4 tg α H5/2 Sistema Métrico

Ángulo diferente a 90°




25

Trapezoidal (vertedor Cipo l lett i )

Es un v ertedor que requiere que el t alud de sus lados estén en la proporción de

1:4, como se muestra en la figura 1.6

Fig. No.1.6 Vertedor Cipolletti


Q= 3.36 LH3/2 Sistema Ingles

Q= 1.859 LH3/2 Sistema Métrico

Dónde:

L= Largo cresta (m)H= Carga (cm)

Ejemplo.

En un curso de agua está colocado un vertedor rectangular con dos contracciones,

con una longitud de c resta 1.2 m y una carga de 0 .4 m. Calcular el gasto en el

sistema métrico e inglés.

Datos:

n= 2

L= 1.2 m

H= 0.4 m




26

Sustituyendo para sistema ingles.

Q= 3.33 ((L- n 0.1H)H3/2

Q= 3.33 (3.9369 ft-(2*0.1*1.3124ft))(3.3124ft)

3/2

Q= 18.3963 ft3 /s

1.2 m 3.2808 ft = 3.9372 ft

1 m

Sustituyendo para sistema métrico

Q= 1.84 (L-n0.1H)H3/2

Q= 1.84 (1.2- (2/0.1*0.4)*0.4)) 3/2

Q= 0.5213 m3 /s




27

1.6 Características Químicas, Físicas, Fisicoquímicas y Biológicas.

El conocimiento de la naturaleza del agua residual es esencial para el proyecto de

las instalaciones de almacenamiento, tratamiento y evacuación, y para la gestión

de calidad del ambiente. Las propiedades físicas y l os constituyentes químicos ybiológicos de l as aguas residuales se encuentran, junto con sus procedencias en

los cuadros No.1.5, No.1.6 y No.1.7 respectivamente.

La c aracterística f ísica m ás i mportante del ag ua r esidual es s u c ontenido de

sólidos t otales, el c ual es tá c ompuesto por materia flotante y m ateria e n

suspensión, en dispersión coloidal y en disolución, otras características físicas son

la temperatura, color y olor. La procedencia de estos pueden ser; aguas residuales

domésticas e i ndustriales, des integración nat ural d e c ontaminantes or gánicos,

agua r esidual en d escomposición, v ertidos i ndustriales, er osión del s uelo,

infiltración y conexiones incontroladas. A continuación se describirán algunos de

estos parámetros:

Características Físicas.

Sólidos totales.

Analíticamente, el c ontenido de s ólidos t otales de un ag ua r esidual, s e d efine

como l a materia q ue queda c omo r esiduo después de la evaporación a 103°C-

105°C. La materia total, sólidos y l íquidos – a veces se utiliza el t érmino no del

todo correcto, de sólidos totales -, existentes en un agua, se puede clasificar de la

siguiente forma, ver cuadro No.1.3.

El término fijo engloba habitualmente materia de n aturaleza inorgánica, m ientras

que el término volátil se incluyen compuestos, en general, de naturaleza orgánica.

Dentro de todos estos t ipos d e s ustancias, l a materia en suspensión es

responsable de los siguientes efectos.




28

Produce color aparente en el agua.

Disminuye el pas o d e ener gía s olar, por l o q ue es r esponsable de u na

menor actividad fotosintética.

Ocasiona de pósitos s obre l as plantas ac uáticas y l as br anquias de l os

peces. Ocasiona depósitos por sedimentación, con lo que favorece la aparición de

condiciones a naerobias y di ficulta l a al imentación de l os s eres v ivos

acuáticos.

Cuadro No.1.3 Clasificación de sólidos

Las sustancias filtrables son las responsables de:

Aumentar la salinidad.

Variar la solubilidad de oxígeno.

Pueden i nducir t oxicidad por l a presencia ent re ellas d e de terminados

compuestos.

Materia en suspensión

Sustancias filtrables

Sedimentables

No sedimentables

Coloides

Disueltas

Fija

Volátil

Fija

Volátil

Volátil

Volátil

Fija

Fija




29

A causa de las di ferentes formas en que pueden encontrarse las sustancias en el

agua, s e m iden diversos par ámetros q ue hacen r eferencia a l as m ismas, entre

estos se encuentran:

Sólidos sedimentables. Sólidos en suspensión.

Sólidos disueltos.

Sólidos fijos

El tamaño de dichos sólidos se puede observar en el siguiente cuadro No.1.4.

Cuadro No.1.4 Tamaño de los sólidos.

Temperatura.

Es una v ariable f ísica q ue i nfluye not ablemente e n l a c alidad d el ag ua, af ecta

parámetros o características como:

Solubilidad de gases y sales (Ley de Henry y curvas de solubilidad).

Cinética de l as r eacciones q uímicas y bi oquímicas ( Aumento d e l avelocidad de reacción con la temperatura, ley de Arrhenius).

Desplazamientos de equilibrios químicos (Un aumento de la temperatura los

desplaza en el sentido en que son endotérmicos, principio de Le-Chatelier).

Tensión superficial.

Desarrollo de organismos presentes en el agua.

´

´ ´

´´




30

La influencia más interesante va a ser la disminución de la solubilidad del oxígeno

al aumentar la temperatura y la aceleración de los procesos de putrefacción.

La c ontaminación por c alor s e debe, fundamentalmente, al us o del ag ua c omo

medio de refrigeración en pr ocesos industriales. Se deben de aportar solucionescomo la aplicación de torres de refrigeración o la construcción de albercas o lagos

de retención del agua caliente, antes de la devolución al cauce receptor.

Conductividad.

Es una medida d e l a r esistencia q ue o pone el ag ua al pas o de l a c orriente

eléctrica, la conductividad proporciona la concentración de los iones en disolución,

una c onductividad el evada s e t raduce en una s alinidad el evada o en v alores

anómalos d e pH . L a temperatura es u na v ariable q ue m odifica sensiblemente

estos valores.

Color.

Hay que distinguir lo que se llama color aparente, que es el que presenta el agua

bruta, del denominado color verdadero, que es el que se presenta cuando se ha

eliminado la materia en suspensión.

El or igen del c olor pu ede s er de tipo interno ( debido a l os materiales di sueltos,

dispersos o suspendidos) o de tipo externo (absorción de las radiaciones de mayor

longitud de onda).

La coloración de un agua natural “no contaminada” es causada principalmente por:

sustancia húmicas, ácidos t ánicos, hojas, fitoplancton, s ales d e h ierro, et c. L os

colores de las aguas residuales pueden ser debidos a una multitud de compuestos

orgánicos e inorgánicos, que pueden estar en elevadas concentraciones: sales de

cromo, c olorantes i ndustriales, ac eites; l as ag uas r esiduales ur banas r ecientes

tienen color gris, que va pasando a oscuro e incluso negro.




31

Olor y Sabor.

El ol or y s abor es tán, en g eneral, í ntimamente relacionados. E xisten solamente

cuatro sabores f undamentales: ácido, s alado, a margo y dul ce. J unto a ellos s e

suele hablar de sabores metálico, a tierra, a moho, a farmacia, etc., en estrecha

relación c on l os ol ores. L as fuentes de olor y s abor pu eden s er nat urales oartificiales. En general, los compuestos inorgánicos no producen olor, excepto el

cloro, s ulfuro de hidrógeno, amoniaco y der ivados. Los c ompuestos or gánicos

suelen producir tanto olores como sabores, entre estos, se destacan, los fenoles,

clorofenoles, alquitranes, aldehídos, detergentes, ácidos g rasos, índoles, también

organismos vivos producen olores y sabores: algas, bacterias, hongos, así como

la descomposición de vegetales y animales. Especialmente tienen malos olores y

sabores las aguas residuales domésticas e industriales.

Turbidez.

La turbidez de un ag ua es provocada por l a materia i nsoluble, en s uspensión o

dispersión coloidal. Es un fenómeno ópt ico que consiste, esencialmente, en una

absorción de luz combinada con un proceso de difusión. Las partículas insolubles

responsables d e es ta t urbidez pued en s er apor tadas t anto por pr ocesos d e

arrastre c omo de r emoción de tierras y t ambién p or v ertidos ur banos e

industriales.




33

Características Químicas.

Con respecto a los compuestos orgánicos, debido a su gran variedad, procedentes

del hombre y la naturaleza, sus componentes moleculares no s uelen expresarse

individualmente en u n anál isis de ag ua. Aunque s e pu eden determinar por

separado, p or ejemplo, uno muy c onocido: el al quil benc il s ulfonato ( ABS). Esposible que en el caso de no tener una información precisa, se puede recurrir a

una serie de pruebas no específicas.

Estas pruebas n o hacen distinción entre los c ompuestos orgánicos, pero dan la

evidencia q ue ellos e xisten o es tán presentes e n el ag ua. Entre l os pr incipales

parámetros que caracterizan la materia orgánica presente en un agua están:

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): Mide l a c apacidad de l as

bacterias comunes p ara di gerir l a m ateria or gánica bi odegradable. S e

expresa como ppm de 02.

Extraíbles de Carbón - Cloroformo (CCE): Determina l os pr oductos

orgánicos absorbidos en c artuchos de carbón ac tivado que s on extraídos

con cloroformo.

Extraíbles de Carbón - Alcohol (CAE): Determina los productos orgánicos

absorbidos en cartuchos de carbón activado que son extraídos con alcohol

etílico. Esta extracción se realiza después de la de cloroformo.

Demanda Química de Oxígeno (DQO): Mide la capacidad en disoluciones

calientes de ác ido c rómico para ox idar l a m ateria or gánica. A naliza l a

materia or gánica biodegradable y l a no biodegradable o r efractaria. S e

expresa en ppm de O2.

Oxígeno Disuelto (OD): Determina la presencia de sustancias fuertemente

reductoras en l as aguas residuales, que p ueden disminuir rápidamente el

nivel de ox ígeno en las c orrientes r eceptoras. S e d etermina midiendo l a




34

pérdida de oxígeno, 15 minutos después de di luir un a muestra con agua

saturada en oxígeno. Se expresa en ppm de O2.

Oxígeno consumido por el permanganato (O2): Mide l a s usceptibilidad

de la materia orgánica de una muestra a la oxidación por el permanganatopotásico. Se expresa como ppm de O2.

Extraíbles en disolvente: Determina l a materia or gánica q ue s e pu ede

extraer directamente del agua. C omo agente par a la extracción se ut iliza

hexano, tetracloruro de carbono o cloroformo.

Carbón Orgánico Total (TOC): Mide el CO2 producido por los compuestos

orgánicos cuando s e introduce una muestra de ag ua e n una c ámara d e

combustión. Se de be eliminar pr eviamente el C O2 de l a al calinidad o s e

resta del CO2 total para así determinar el carbón orgánico. Se expresa en

ppm como C.

El c omponente or gánico de l as m uestras de ag uas r esiduales es es timado

generalmente en términos de l as demandas de ox ígeno ut ilizando l a Demanda

Bioquímica de O xígeno (DBO), l a D emanda Q uímica de Oxígeno ( DQO) y l aDemanda Total de O xígeno ( DTO) o en t érminos d el C arbono O rgánico T otal

(COT), dos de los principales parámetros, se describen a continuación:

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

La DBO5 es la cantidad de ox ígeno empleado por los microorganismos a lo largo

de un período de cinco días, para descomponer la materia orgánica de las aguas

residuales a una temperatura de 20 °C.

La D BO5 suele e mplearse para c omprobar l a c arga or gánica de l as ag uas

residuales municipales e i ndustriales bi odegradables, s in t ratar y t ratadas. La

DBO5, la cual es un estimativo de la cantidad de oxígeno requerido para estabilizar

los m ateriales or gánicos bi odegradables por u na población h eterogénea de




35

microorganismos, es un par ámetro no bi en de finido q ue ha s ido ut ilizado po r

muchos años, al asignar una demanda de oxígeno a las aguas residuales.

La pr ueba d e l aboratorio es tá i nfluenciada por muchas v ariables y l imitaciones

como son:

a) Aclimatación de la semilla.

b) La temperatura y el pH.

c) La presencia de compuestos tóxicos.

d) El tiempo de incubación.

e) Nitrificación.

a) Ac limatación de la Semil la: El us o d e u na s emilla bi ológica q ue no es té

aclimatada al agua residual es un factor muy común responsable de resultados

erróneos de DBO5. La semilla a utilizar en esta prueba debe ser preparada en

un reactor continuo a es cala de l aboratorio, al imentado con disoluciones d el

desecho. La composición del desecho puede ser incrementada y se considera

la semilla como aclimatada una vez que la remoción de orgánicos y el oxígeno

alcanzan un nivel máximo y llegan a estabilizarse.

b) Temperatura y pH: Los resultados de la DBO5 pueden ser afectados sí el pH

de la muestra es menor de 6. 5 o mayor de 8. 3 unidades. Aunque la DBO5 se

lleva a cabo a una temperatura estándar de 20 °C, las condiciones del campo

necesitan la incubación a otras temperaturas. Se requiere entonces un factor

de corrección para compensar la diferencia de temperatura.

c) Toxic idad: La pr esencia de s ustancias t óxicas en una muestra de ag ua

residual p uede t ener un e fecto bi otóxico o bi oestático s obre l a s emilla d e

microorganismos. Este efecto se manifiesta por disminución de los valores de

DBO5 donde, el r esultado de la DBO5 aumenta con el aumento de la dilución

de la muestra. Una vez se detecte la presencia de materiales tóxicos se debe




36

tomar m edidas par a i dentificarlos y r emoverlos o us ar diluciones don de l os

resultados de la DBO5 den valores consistentes.

d) Tiempo de incub ación: La importancia de la variable tiempo de incubación es

indicada en la ecuación básica de la DBO5. El tiempo de incubación usual esde 5 dí as, a unque el tiempo usual r equerido par a l a completa estabilización

ocurre (DBO5 última) dependiendo de la biodegradabilidad de los compuestos

presentes y la capacidad depuradora de los microorganismos.

e) Nitr i f icación: Aunque al go de ni trificación oc urre a t ravés del per íodo d e

incubación, un efecto de dos etapas es generalmente observado. Esto resulta

del hecho de que las constantes de velocidad de nitrificación son mucho más

bajas que las de la demanda carbonácea y la demanda nitrificante; no se inicia

hasta que la demanda carbonácea esté completamente satisfecha. La medida

de l a demanda de ox ígeno ej ercida p or l a fracción carbonácea d el desecho

puede s er medida, r etardando el pr oceso de ni trificación e n l a bot ella,

adicionando inhibidores de la nitrificación o dejando que ella ocurra y sustraerla

de la demanda total.

Demanda Química de Oxígeno (DQO)

La DQO mide el ox ígeno eq uivalente de s ustancias orgánicas e i norgánicas en

una muestra acuosa que, es s usceptible a l a oxidación por dicromato de p otasio

en una solución de ácido sulfúrico. Este parámetro ha s ido usado por m ás de un

cuarto de s iglo par a es timar el c ontenido d e orgánicos e n aguas y ag uas

residuales. Sin embargo, la correcta interpretación de los valores de D QO puede

presentar pr oblemas por lo cual s e debe e ntender l as v ariables que a fectan los

resultados de este parámetro.

El valor de la DQO es s iempre superior al de la DBO5 porque muchas sustancias

orgánicas pueden oxidarse químicamente, pero no biológicamente.




37

Generalmente, s e po dría es perar q ue l a D BO5 última d el ag ua r esidual s e

aproximara a l a DQO. S in embargo, ex isten muchos factores que afectan estos

resultados especialmente en desechos industriales complejos. Estos factores son

los siguientes:

1. Muchos compuestos orgánicos que son oxidables por el dicromato no s on

bioquímicamente oxidables.

2. Ciertas s ustancias i norgánicas, t ales c omo s ulfuros, s ulfatos, t iosulfatos,

nitritos y el i on ferroso, son oxidados por e l dicromato creando una D QO

inorgánica, l o cual entorpece l os datos c uando l a DQO s e m ide como e l

contenido de materia orgánica en un agua residual.

3. Los resultados de la DBO5 pueden ser afectados por pérdida de semilla por

aclimatación, d ando resultados er róneos. Los r esultados de DQO s on

independientes de esta variable.

4. Los cloruros interfieren en el análisis de la DQO. Se puede obtener lecturas

más altas resultantes de la oxidación de cloruros por dicromato.

En l a c aracterización de l as ag uas residuales, de ac uerdo c on l a i ndustria, es

necesario el análisis de otros compuestos orgánicos, como son ácidos orgánicos,

alcoholes, al dehídos, f enoles y ac eites específicamente e n l a i ndustriapetroquímica.

En un agua residual de concentración media, un 75% de los sólidos suspendidos y

un 40% de l os s ólidos f iltrables s on de naturaleza or gánica pr ocedentes de l os

reinos animal y vegetal y de las actividades humanas relacionadas con la síntesis

de c ompuestos or gánicos. Los c ompuestos or gánicos es tán formados

generalmente por un a c ombinación de c arbono, hidrógeno y ox ígeno, j unto con

nitrógeno en al gunos c asos. O tros el ementos i mportantes t ales c omo az ufre,

fósforo y hierro pueden también estar presentes.




38

Los s ólidos i norgánicos es tán formados p rincipalmente por nitrógeno, fósforo,

cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y al gunas s ustancias tóxicas como

arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc.

Los sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los

nitrogenados, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula, son proteínas,

ureas, aminas y aminoácidos. Los no ni trogenados son pr incipalmente celulosa,

grasas y jabones. La concentración de orgánicos en el agua se determina a través

de la DBO5, la cual mide material orgánico carbonaceo principalmente, mientras

que la DBO20 mide material orgánico carbonaceo y nitrogenado.

Las pr opiedades q uímicas de l as ag uas r esiduales s on pr oporcionadas p or

componentes q ue se pue den agrupar en t res categorías, según s u naturaleza:

materia or gánica, c ompuestos i norgánicos y c omponentes g aseosos. Tanto el

grupo de s uspensión como di solución, pr esenta una composición más o menos

homogénea, en l a que se encuentran, en forma predominante, las proteínas, los

hidratos de carbono y algunos aceites y grasas.

El nitrógeno orgánico puede aparecer como amonio, en los nitratos orgánicos y en

los nitritos, siendo las dos pr imeras formas mayoritarias. La pr esencia de ni tratos

es muy i mportante cuando se apl ican s istemas de vertidos a suelos. Y a demás,por l a c apacidad de eut roficación q ue d esarrollan es tos c ompuestos c uando

aparecen en concentraciones elevadas en la parte superficial de los suelos.

Otros el ementos c omo el z inc el c obre y el ní quel s on l os metales que m ás

contribuyen a acrecentar las cifras de elementos pesados, siendo el zinc el metal

usado como referencia de toxicidad.

El boro es el otro elemento que puede afectar mucho a los sistemas biológicos detratamientos de aguas. Es esencial en la micronutrición vegetal, pero puede ser

tóxico para muchos sistemas de fauna y flora que están presentes en los procesos

de las aguas residuales. En los siguientes cuadros se resumen algunos de es tos

parámetros y su procedencia.

http://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo_%28elemento%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro

http://es.wikipedia.org/wiki/Sulfato

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato

http://es.wikipedia.org/wiki/Bicarbonato

http://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%B3xico

http://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Cianuro

http://es.wikipedia.org/wiki/Cadmio

http://es.wikipedia.org/wiki/Cromo

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Mercurio_%28elemento%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Plomo

http://es.wikipedia.org/wiki/Zinc

http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula

http://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna

http://es.wikipedia.org/wiki/Urea

http://es.wikipedia.org/wiki/Amina

http://es.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido

http://es.wikipedia.org/wiki/Celulosa

http://es.wikipedia.org/wiki/Grasa

http://es.wikipedia.org/wiki/Jab%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Jab%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Grasa

http://es.wikipedia.org/wiki/Celulosa

http://es.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido

http://es.wikipedia.org/wiki/Amina

http://es.wikipedia.org/wiki/Urea

http://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna

http://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula

http://es.wikipedia.org/wiki/Zinc

http://es.wikipedia.org/wiki/Plomo

http://es.wikipedia.org/wiki/Mercurio_%28elemento%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Cromo

http://es.wikipedia.org/wiki/Cadmio

http://es.wikipedia.org/wiki/Cianuro

http://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nico

http://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%B3xico

http://es.wikipedia.org/wiki/Bicarbonato

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato

http://es.wikipedia.org/wiki/Sulfato

http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo_%28elemento%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno



Materia Orgánica

Combinación d e CH(Algunos casos)

CARACTER STICAS QU MICAS

Gases

Medida de contenidoorgánico

• Moléculas s intéorgánicas((2)plaguicidas,Fenoles, agtensoactivos).

• Proteínas ( P .M20000- 20 E6)

• Se forman a parlos aminoácidos

• Su or igen l as ply tejidos grasos carne

Materia

Inor ánica

• Carbohidratos(azucares, al midón,celulosa…)

• G y A ( Mantequilla)G y A vegetales(semillas, nueces…)

• Urea

Contaminantespeligrosos en

aguassuperficiales

Plaguicidas

Procedencia: Escorrentías, Campos,Tierras abandonadas.

Método:

Cromatografíade gases concaptura de e-

Causan:

Muerte de peces,intoxicación

Se reportan

en ppbTóxicos

G y A

Método:

romatografíae gases conaptura de e-

Causan:Muerte de peces,

intoxicación

Agentes tensoactivos *

• Moléculas grandes orgánicas

• Ligeramente solubles en agua

• Causan espumas en PTAR

• Presentes en detergentes

Método:

SAAM



Azufre q ue s e l ibera dsíntesis de proteínasMATERIA INORGÁNICA

Proceden de l a disolución desuelos y r ocas , intrusión deagua s alada, descargas de ARD y A RI, a grícolas, He ceshumanas ( 6g de C l-/díapersonas)

Compuestos tóxicos

• Muerte demicroorganism

• Y por lo tanto detiene la PTA

Nitrógeno:Causa c recimientoplantas. YEutroficación de cuede agua.

Aniones CN, CrO4, F) proceden del A

Metales pesados:

• Ni , Cr, Cu

• Mn, Cd, Fe

• Pb, Zn, Hg

Cloruros

Crecimiento de algas

Fosforo

Gases comunes en laatmosfera CO2, O2,N2

Gases

O3 Desinfección ycontrol de olor.

CH4

escomposicin anaerobia

Cl2 para desinfección

SOx y N2

procesos decombustión

Descomposición d e l amateria orgánica.

( H2S, NH3 )



DBO:

• Determina t amaño d e i nstalaciónPTAR.

• 20 días oxida del 95-99%

• 5 días oxida del 60-70%

• M.O (5 días a 20°C)

• Bacterias saprófitas

• Bacterias au tótrofas –Materia ncarbonosa

• Cantidad d e ox ígeno par a estabbiológicamente la materia OrgánicaMEDIDA DEL

CONTENIDO ORGÁNICO

DTeO:

Determina principalmente materialde origen animal o vegetal en A.R

COT:

Para peq ueñasconcentracionesMat.Org. A naliza c onI.R, E spectroinfrarojo.

DTOCombustión c atalizadacon platino

DQO:

Utiliza q uímico f uertemente oxidante emedio acido K2CrO7(H2SO4)




42

Características Biológicas.

Es c laro que el c omponente orgánico de l as aguas r esiduales es un m edio de

cultivo que per mite el des arrollo de l os m icroorganismos q ue c ierran l os c iclos

biogeoquímicos de elementos como el azufre, el carbono, el nitrógeno o el fósforo,

entrando frecuentemente en c onsecuencia y el iminando l os elementos q ue s on

fundamentales par a los s istemas bi ológicos de t ratamientos de l as ag uas

residuales.

Este componente biológico se manifiesta fundamentalmente en 5 áreas diferentes:

a. Descomposición d e l os c ompuestos or gánicos c ontenidos e n l as ag uas

residuales.

b. Eliminación de determinados compuestos orgánicos que sean tóxicos para

los vegetales y microorganismos del suelo.

c. Desaparición de microorganismos patógenos.

d. Participación de l os c iclos biogeoquímicos del ni trógeno, del fósforo y del

azufre.

e. Reacciones de l a materia or gánica t ransformada y del c omponente

microorgánico frente a los constituyentes minerales del suelo.

Un úl timo aspecto del c omponente bi ológico de l as aguas r esiduales, es l a

presencia de d eterminados v irus, c omo p ueden s er el ad enovirus, en terovirus,

hepatitis A , etc. Q uienes a ún e n muy baj a pr oporción r especto a bac terias y

microorganismos en general, manifiestan enorme peligrosidad desde el punto de

vista s anitario. Una de l as r azones más i mportantes para t ratar l as ag uas

residuales es la el iminación de todos l os agentes patógenos de origen hum ano

presentes en l as excretas c on el pr opósito de c ortar el c iclo epi demiológico de

transmisión. Estos son, entre otros:

a. Coliformes totales

b. Coliformes fecales

c. Salmonella

d. Virus

http://es.wikipedia.org/wiki/Coliforme

http://es.wikipedia.org/wiki/Escherichia_coli

http://es.wikipedia.org/wiki/Escherichia_coli

http://es.wikipedia.org/wiki/Coliforme




43

Microoganismos

Los g rupos pr incipales d e or ganismos que s e encuentran en l as ag uas

superficiales se clasifican en pr otistas, vegetales y ani males. La categoría de l os

protistas i ncluyen l as bac terias, hongos, protozoos y al gas. Los v egetales s e

clasifican en plantas de semilla, helechos, musgos y hepáticas. Como animales seclasifican los vertebrados e invertebrados. Los virus que también se encuentran en

el agua residual se clasifican según el sujeto infectado.

Protistas. Dado el a mplio y fundamental papel j ugado p or l as bac terias en l a

descomposición y es tabilización de l a m ateria or gánica, t anto e n l a nat uraleza

como en l as pl antas de t ratamiento, de ben c onocerse bien s us características,

funciones, metabolismo y s íntesis, las bacter ias co l i formes se utilizan como un

indicador de contaminación y es pr oducida por vertidos d e or igen hu mano. Las

algas pueden presentar un serio inconveniente en las aguas superficiales, ya que

cuando las condiciones son favorables pueden reproducirse rápidamente y cubrir

ríos, lagos y embalses con grandes colonias flotantes.

Virus. Los v irus ex cretados por l os h umanos pu eden l legar a s er un pel igro

importante par a l a s alud p ública, s e s abe c on c erteza q ue al gunos v irus viven

hasta 41 días en el agua residual a 20 °C y durante 6 días en un rió normal. Ciertonúmero de br otes de hepatitis infecciosa han sido atribuidos a la transmisión del

virus a través del suministro normal de agua.

Plantas y animales. El conocimiento de es tos organismos es út il para valorar el

estado de las corrientes y lagos, al determinar la toxicidad de las aguas residuales

evacuadas al ambiente y al o bservar l a e fectividad de l a v ida b iológica en l os

procesos secundarios de tratamiento.

Organismos Patógenos

Los organismos patógenos encontrados en el agua residual pueden proceder de

desechos hu manos que es tén i nfectados, o q ue s ean por tadores de u na

enfermedad determinada. Los or ganismos pat ógenos b acterianos us uales, q ue




44

pueden s er excretados p or el hombre, causan e nfermedades del aparato

gastrointestinal, tales c omo f iebre tifoidea o par atifoideas, disentería, di arreas y

cólera. D ado q ue estos or ganismos s on al tamente i nfecciosos, s on l os

responsables de m uchas miles de m uertes cada año en zonas con escasa

sanidad, especialmente en los trópicos. A pesar de que los organismos patógenosbacterianos son los más numerosos, no son en ningún modo los únicos patógenos

presentes en el agua residual.

Bacterias. Son l os organismos más i mportantes e n l a des composición y

estabilización d e l a materia or gánica. A sí m ismo, l os organismos bac teriales

patógenos q ue pu edan ac ompañar l as excretas h umanas or iginan u no de l os

problemas sanitarios m ás g raves. Los i ndividuos i nfectados c on al gún t ipo d e

enfermedad ex cretan en s us h eces b acterias pat ógenas, c ontaminando así l as

aguas residuales domésticas.

Huevos de H elminto. Los parásitos h elminto más i mportantes q ue p ueden

encontrarse en aguas residuales son las lombrices intestinales que causan anemia

debido a la perdida sanguínea (200 ml/día) que ocasiona aproximadamente 1000

gusanos d e Necator americanus. E l t érmino hel minto se apl ica a parásitos en

forma de lombriz.



Proceden de: Desechos humanos, Bacterias

• Fiebre ,cólera, diarrea

• Tifoidea, Disentería

• Enfermedades gastrointestinales

ASPECTOS BIOLÓGICOS

Descomposición y estabilizaciónM.O.

• Bacterias …. Coliformes

Indicador de contamin

Origen humano

• Hongos

• Protozoos ( Amebas, Flagelciliados(1)[se al imentan dbacterias]

• Algas

Problemas en aguas s

Reproducción rápida

Cubre r íos, lembalses.

Eutroficación

Para A.S

Animales:

Rotíferos

Gusanos

Crustáceos

Para A.R

Vegetales

Helechos, Musgos

Plantas de semilla

Organismospatógenos

G

r u p o s d e M . O .

p r e s e n t e s e n

A . R

y

A . S

Virus:

10000-1000000 dosis infecciosasde hepatitis en 1g de heces.

Viven hasta 41 días en A.R a20 °C 6 días en un río.

Incluye géneros:

E.Coli

Aerobacter

Tienenforma de

bastoncillos

Coliformes

significanntaminación

humanos.

Existen 2Métodos:

NMP

Filtro deMembrana

Útiles para destruirM.O en procesos

biológicos en PTAR

Su a usencia i ndicaque no ex istenorganismosproductores deenfermedades

Indican quepuede haberM.Opatógenos

Personaevacua100000-400000mill/día




46

1.7 Muestreo de las Aguas Residuales.

La adquisición de datos significativos demanda el uso de procedimientos correctos

de m uestreo, t ransporte y al macenamiento. E stos pr ocedimientos pued en s er

bastante di ferentes para l as di stintas especies en el ag ua. E n general, d ebentomarse m uestras s eparadas unas p ara l os anál isis q uímicos y ot ras par a l os

análisis bi ológicos, p orque s us t écnicas d e m uestreo y c onservación di fieren

significativamente. Normalmente, mientras más corto s ea el i ntervalo de t iempo

entre la toma de la m uestra y el análisis, más preciso será el mismo. De hecho

algunos an álisis debe n r ealizarse en el c ampo algunos m inutos después de l a

toma de l a m uestra. O tros c omo l a determinación de l a temperatura de ben

hacerse en el propio cuerpo de agua. Unos minutos después de la toma, el pH del

agua puede cambiar, los gases disueltos (oxígeno, dióxido de carbono, sulfuro de

hidrógeno y cloro) pueden volatilizarse, mientras otros gases (oxígeno, dióxido de

carbono) pu eden absorberse de l a a tmósfera. P or c onsiguiente, l os a nálisis de

temperatura, pH y l os g ases di sueltos s iempre d eben r ealizarse en el c ampo.

Además, l a pr ecipitación d el c arbonato d e calcio ac ompaña l os cambios e n l a

relación de pH -alcalinidad-carbonato de c alcio después de l a t oma de m uestras.

De es ta manera, el análisis de una m uestra después de es tar es tancada puede

dar valores erróneamente bajos en calcio y para la dureza total.

Las muestras pueden dividirse en dos categorías principales:

1. Muestras puntuales. Son aquellas que se toman en un solo instante

y en un s olo l ugar y , por c onsiguiente, s on m uy es pecíficas c on

respecto al tiempo y la localización.

2. Muestras compuestas. Son las tomadas durante un lapso de tiempo

y pueden ab arcar t ambién l ocalidades di ferentes. E n pr incipio, l os

resultados promedio de un gran número de muestras puntuales dan

la m isma i nformación q ue un a muestra c ompuesta. U na m uestra

compuesta tiene la ventaja de proporcionar un cuadro global a partir

de un solo análisis.




47

Para determinar los valores y concentraciones de los parámetros establecidos en

la Norma Oficial Mexicana, se deben aplicar los métodos de prueba indicados en

las N ormas M exicanas, por ej emplo p ara coliformes fecales, los a nálisis se

llevarán a cabo en el laboratorio de acuerdo con la NMX-AA-102-1987, siempre y

cuando se demuestre a nte la a utoridad c ompetente q ue l os r esultados de l aspruebas g uardan un a es trecha c orrelación o s on equivalentes a l os ob tenidos

mediante el método de tubos múltiples que se establece en la NMX-AA-42-1987.

Algunas normas para el muestreo se mencionan a continuación:

NMX-AA-003-1980. Muestreo de Aguas Residuales.

Esta nor ma es tablece l os l ineamientos generales y r ecomendaciones par a

muestrear l as des cargas de ag uas r esiduales, c on el f in de det erminar s us

características físicas y químicas, debiéndose observar las modalidades indicadas

en las normas de métodos de prueba correspondientes.

Aparatos y equipo

Recipientes para el t ransporte y c onservación de l as m uestras. Los r ecipientes

para l as m uestras d eben s er d e materiales i nertes al c ontenido de l as ag uas

residuales. Se recomiendan los recipientes de polietileno o vidrio.

Las t apas d eben pr oporcionar un c ierre her mético e n l os r ecipientes y s e

recomienda que sean de m aterial a fín al del r ecipiente. Se r ecomienda que los

recipientes tengan una capacidad mínima de 2 dm3 (litros).

NMX-AA-014-1980. Muestreo en Cuerpos Receptores.

Esta nor ma es tablece l os l ineamientos g enerales y r ecomendaciones p ara el

muestreo en cuerpos receptores de ag uas superficiales, ex cluyendo ag uas

estuarinas y aguas marinas, con el fin de d eterminar sus características físicas y

químicas y bateriológicas, debiéndose observar las m odalidades indicadas en las

normas de métodos de prueba correspondientes.




48

Etiquetas para la muestra

Se deben tomar las precauciones necesarias para que en cualquier momento sea

posible identificar las muestras. Se deben emplear etiquetas pegadas o colgadas,

o numerar los frascos anotándose la información en una hoja de registro.

Estas etiquetas deben contener como mínimo la siguiente información:

a. Cuerpo receptor en estudio.

b. Número y nombre de la estación.

c. Identificación de la descarga.

d. Número de la muestra.

e. Fecha y hora de muestreo.

f. Nombre y firma de la persona que efectúa el muestreo.

g. Análisis a efectuar.

Se debe utilizar papel y tinta que no sufran alteraciones con el agua.

Hoja de Registro

Se debe de llevar una hoja de registro con la información que permita identificar el

origen de la muestra y todos los datos que en un momento dado permitan repetirel muestreo. Esta hoja debe contener la siguiente información:

a. Los datos descritos en el punto anterior.

b. Resultados de pruebas de campo practicadas en la zona estudiada, sobre

diferentes planos de la misma.

c. Temperatura ambiental, temperatura del agua, pH y gasto.

d. Localización de las estaciones de muestreo.

e. Descripción det allada de l as es taciones de m uestreo, de m anera que

cualquier persona pueda tomar otras muestras en el mismo lugar.

Para l as nor mas an teriores, t ambién es pos ible el us o d e m uestreadores

automáticos.




49

Muestreadores Automáticos.

Se per mite s u em pleo s iempre y c uando s e oper en d e ac uerdo c on l as

instrucciones del fabricante d el eq uipo muestreador d ándoles el c orrecto y

adecuado mantenimiento, as egurándose que s e obtienen muestras

representativas de las aguas residuales o del cuerpo receptor.

Cualquiera que sea el método de muestreo específico que se aplique a cada caso,

debe cumplir los siguientes requisitos.

Las muestras d eben ser r epresentativas d e l as c ondiciones q ue ex istan e n el

punto y hora de m uestreo y t ener el v olumen suficiente par a efectuar en él l as

determinaciones c orrespondientes. Las m uestras de ben r epresentar l o m ejor

posible las características del efluente total que se descarga por el conducto que

se muestrea.

Tipos de muestreo.

Muestreo en tomas: Se recomienda, se instalen tomas en conductos a presión o

en conductos que permitan el fácil acceso para muestrear a c ielo abierto con el

objeto de caracterizar debidamente las aguas residuales.

Las tomas deben tener un di ámetro adecuado para muestrear correctamente las

aguas residuales en función de los materiales que puedan contener, deben ser de

la m enor l ongitud pos ible, y pr ocurar s ituarlas d e t al manera q ue l as muestras

sean representativas de la descarga.

Se r ecomienda el us o de m ateriales s imilares a l os del c onducto, de ac ero al

carbón o de acero inoxidable.

Se deja f luir un v olumen aproximadamente i gual a 10 v eces el v olumen d e l a

muestra y a continuación se llena el recipiente de muestreo.




50

Muestreo en descargas libres

Cuando l as ag uas r esiduales fluyen l ibremente en forma d e c horro, d ebe

emplearse el siguiente procedimiento.

El recipiente muestreador se debe enjuagar repetidas veces antes de efectuar elmuestreo.

Se introduce el recipiente muestreador en l a descarga o de s er posible, se t oma

directamente la muestra en su recipiente.

La muestra se transfiere del recipiente muestreador al recipiente para la muestra

cuidando de que ésta siga siendo representativa.

Muestreo en canales y colectores

Se recomienda tomar las muestras en el centro del canal o colector de preferencia

en lugares donde el flujo sea turbulento a fin de asegurar un buen mezclado.

Si s e va a ev aluar c ontenido d e grasas y aceites s e deben t omar porciones, a

diferentes profundidades, cuando no haya mucha turbulencia para asegurar una

mayor representatividad.

El r ecipiente m uestreador s e debe enjuagar repetidas v eces c on el agua p or

muestrear antes de efectuar el muestreo.

El recipiente m uestreador, at ado con una c uerda y sostenido con la m ano de

preferencia e nguantada, s e i ntroduce en el ag ua r esidual c ompletamente y s e

extrae la muestra.

Si l a m uestra s e t ransfiere de r ecipiente, s e deb e c uidar que és ta s iga s iendo

representativa.




51

Obtención de muestras compuestas

Se r ecomienda q ue l as m uestras s ean c ompuestas, para que r epresenten el

promedio de l as v ariaciones de l os c ontaminantes. El pr ocedimiento p ara l a

obtención de dichas muestras es el siguiente:

Las muestras compuestas se obtienen mezclando muestras simples en volúmenes

proporcionales al g asto o flujo de des carga m edido en el s itio y m omento del

muestreo.

El i ntervalo ent re l a toma de c ada muestra s imple p ara i ntegrar l a m uestra

compuesta, d ebe s er el s uficiente p ara det erminar l a v ariación d e l os

contaminantes del agua residual.

Las muestras c ompuestas s e deben t omar de t al m anera q ue c ubran l as

variaciones de las descargas durante 24 horas como mínimo.

Preservación de las muestras

No es posible proteger completamente una muestra de agua de los cambios en su

composición. S in embargo pueden emplearse varios aditivos y t ratamientos para

minimizar el deterioro de las muestras. El método más general de conservación dela muestra es l a refrigeración a 4°C. Normalmente debe ev itarse la c ongelación

debido a l os cambios físicos ( formación de precipitados y pérdida de gases) que

puede afectar adversamente a la composición de la muestra. La acidificación se

aplica, normalmente, a las muestras de metales para prevenir su precipitación y

también para hacer más lenta la acción microbiana. En el caso de los metales, las

muestras deben filtrarse antes de agregar el ácido para facilitar la determinación

de los metales disueltos. Los tiempos de almacenamiento de las muestras varían,

desde cero para parámetros como la temperatura o el oxígeno disuelto medido por

una s onda, h asta s eis m eses para l os metales. M uchos t ipos di ferentes d e

muestras, incluyendo aquellas en que van a ser analizadas la acidez, alcalinidad y

varias formas de nitrógeno o fósforo, no deben almacenarse por más de 24 horas.

Algunos métodos se resumen en la siguiente tabla No. 1.2.




52

Preservar l a m uestra dur ante el t ransporte p or m edio d e u n baño de hi elo y

conservar las muestras en refrigeración a una temperatura de 277K (4°C).

Conservante o técnica

usada

Efectos en las muestras Tipo de muestra para el

cual se emplea el método

Ácido Nítrico Mantiene los metales en

disolución

Muestras q ue c ontienen

metales

Ácido Sulfúrico Bactericida

Formación de s ulfatos c on

las bases volátiles

Muestras bi odegradables

que c ontienen c arbono

orgánico, aceite o grasa


aminas o amoníaco

Hidróxido de Sodio Forma s ales de s odio c on

ácidos volátiles


ácidos orgánicos volátiles o

cianuros

Reacción Química Fijar un el emento en

particular

Muestras q ue s e anal izan

para ox ígeno di suelto, OD,

usando el método Winkler.

Tabla No.1.2 Conservantes y métodos de conservación para las muestras de agua

Se recomienda que el intervalo de t iempo entre la extracción de l a muestra y s u

análisis sea el menor posible y que no exceda de tres días.

Solo se permite agregar a las muestras los preservativos indicados en las Normas

correspondientes y en función del parámetro a determinar.




53

1.8 Determinación de Gastos Másicos.

Otra c aracterística de los f luidos en m ovimiento es que en general al f luir unas

capas del f luido se deslizan sobre otras. Este deslizamiento se realiza con c ierta

resistencia, o sea que en general los fluidos presentan fricción o rozamiento. Estafricción o r ozamiento está r elacionada c on la v iscosidad del fluido. Todos h an

notado cuan diferente fluye el agua, el aceite o la miel de abeja, lo cual se debe a

la diferente viscosidad de estos fluidos. En ocasiones se considera que la fricción

en los fluidos es muy pequeña por lo que no se toma en cuenta.

Una magnitud que caracteriza un flujo de un fluido determinado es el gasto:

a. Gasto V olumétrico (G). Volumen del f luido por unidad de t iempo, que

atraviesa una sección transversal del tubo de corriente.

b. Gasto Másico (Q). Masa del fluido por unidad de t iempo, que atraviesa

una sección transversal del tubo de corriente.

De acuerdo a la definición del gasto volumétrico, se tiene

…(1.1)

Donde:

G = Gasto volumétrico

V = Volumen que atraviesa la sección transversal del tubo, en el tiempo t.

t = Tiempo

El v olumen V es i gual al ár ea de l a s ección t ransversal A por l a di stancia q uerecorre una capa de fluido en el tiempo, por l o anterior: el gasto se de fine como

volumen d el l íquido que pas a por l a s ección t ransversal de un a corriente en l a

unidad de t iempo. E ste dat o es uno d e l os m ás i mportantes q ue deb en

considerarse en la recolección de muestras, su medida se utiliza para:




54

a. Interpretar las variaciones de flujo.

b. Calcular la masa de las sustancias arrastradas por el agua y,

c. Facilitar la planificación de los estudios.

El gasto másico está relacionado con el volumétrico por la siguiente expresión:

Q = G ρ = A V ρ … (1.2)

Donde:

Q = Gasto másico

G = Gasto volumétrico

A = Área

V = Velocidad

ρ = Densidad del fluido

Analizando l as u nidades del g asto v olumétrico tiene unidades de m 3/s y la

densidad d e K g/m3 por lo q ue l as uni dades d el g asto másico s on K g/s,

correspondientes c on l a def inición de g asto m ásico c omo masa del f luido po r

unidad de tiempo.

Es importante conocer el gasto de des carga cuando se muestrean para delimitarlos parámetros, ya que la concentración de contaminantes se reparte en mg/l y sin

este flujo de descarga no se puede evaluar la carga total de los contaminantes.

A la acción de medir el gasto se le denomina “aforar”, en términos generales los

métodos para a forar una c orriente es tán b asados en l a l ey de l a c ontinuidad,

expresada por la siguiente ecuación:

G= A x V … (1.3)

Dónde:

G= Gasto (l/s, m3/s)




55

A= Área a través de la cual fluye el agua (m2, cm2)

V = Velocidad media del flujo o distancia por unidad de tiempo (m/s)

Entre estos métodos destacan los de:

1. Sección - velocidad

2. Sección - pendiente

3. Vertederos

Sección – Velocidad. Para aplicar este método se calculan por separado el área

de l a sección t ransversal y l a velocidad de la c orriente. Si es p osible v adear l a

corriente, se mide el ancho y se divide en segmentos para también medir en cada

uno de ellos el tirante de agua y calcular áreas parciales cuya suma será el área

total. Si no es posible vadear el r ío se usará alguna estructura como un puente o

una embarcación.

El área o sección se calcula mediante la expresión:

…(1.4)

… (1.5)

Dónde:

A= Área mojada (m2)

D = Diámetro (m)θ = Ángulo que forman los radios que unen el espejo de agua

r = Radio del ducto de la descarga (m)

T = Tirante (m)

Nota: Tiene una limitante cuando r se hace igual al tirante.

A = D2

Π θ Senθ

4 360 2




56

La medición del caudal se realiza de forma manual utilizando un cronómetro y un

recipiente aforado. El procedimiento a seguir es tomar un volumen de una muestra

cualquiera ( V) y m edir el t iempo t ranscurrido ( t) des de q ue s e i ntroduce en l a

descarga has ta q ue s e r etira de ella, l a r elación d e es tos dos v alores per mite

conocer el caudal (Q) en ese instante de tiempo.

Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando

el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen

de agua que sale por la descarga. Entre sus desventajas se cuenta que la mayoría

de veces es necesario adecuar el sitio de aforo para evitar perdida de muestra en

el m omento de a forar; t ambién s e deben evitar r epresamientos que p ermitan l a

acumulación de sólidos y grasas.

La estimación y la proyección de los caudales promedio se necesitan para definir

la capacidad de di seño, as í como l os requerimientos hi dráulicos del sistema de

tratamiento. L os c audales pr omedios de ben s er des arrollados t anto para l as

condiciones de diseño como para el periodo inicial de operación.




57

1.9 Aguas Residuales de Origen Industrial.

El or igen, c omposición y c antidad d e l os desechos es tán r elacionados c on l os

hábitos de vida vigentes. Cuando un producto de desecho se incorpora al agua, el

líquido resultante recibe el nombre de agua residual. Las aguas residuales tienenun origen doméstico, industrial, subterráneo y meteorológico.

El uso del agua que la industria demanda puede clasificarse en cuatro principales

actividades que se llevan a cabo en la mayoría de las industrias:

1. Agua para enfriamiento.

2. Agua para calderas.

3. Agua para procesos.

4. Agua para servicios generales.

1. Agua para Enfriamiento.

La industria demanda grandes volúmenes de agua para enfriamiento en diversos

procesos, c omo p uede s er el e nfriamiento de c ondensadores de pl antas de

energía, refinamiento del petróleo, plantas químicas, destilerías y otras; también

se us a par a en friamiento e n m áquinas de c ombustión i nterna y pl antas d ebombeo, y enfriamiento en plantas de fundición.

El agua para l a industria debe c umplir con las normas de c alidad específicas de

acuerdo a los usos y al t ipo de industria. Los problemas que se pueden presentar

en un sistema de enfriamiento debido a la mala calidad del agua empleada son:

formación de d epósitos e i ncrustación, corrosión, obstrucción de los sistemas de

distribución, c recimiento d e or ganismos y por s upuesto, un i ncremento en l os

costos de mantenimiento y operación.

2. Agua para Calderas.

El agua que se ut iliza para calderas permite la generación de vapor o energía. En

general, la calidad del agua debe ser tal que no deposite sustancias incrustantes,




58

no corroa al m etal de las calderas o de las l íneas de conducción y no oc asione

espumas. U n ag ua d e t ales c aracterísticas es di fícil de enc ontrar en es tado

natural, por lo que las condiciones de calidad se logran mediante un tratamiento.

3. Agua para Proceso.Es el agua que se incorpora en la manufactura del producto, o que pasa a formar

parte del producto terminado, o el agua empleada como medio de transporte de

los productos.

La calidad del ag ua r equerida par a el pr oceso v aría ampliamente de u n s ector

industrial a otro, así se tiene por ejemplo que, el agua requerida en la manufactura

de alimentos debe ser de calidad comparable a la del agua potable, mientras que

el agua empleada para la fabricación de celulosa Kraft sin blanquear, puede ser de

calidad comparable a la de un efluente secundario con cloración. Para cada caso

en par ticular l os pr ocesos i ndustriales de mandan ag ua d efinida en n ormas

específicas.

4. Agua para Servicios Generales.

En es te us o del ag ua s e i ncluye l a l impieza de l as i nstalaciones, s ervicios

sanitarios, usos personales y en oc asiones riego de ár eas verdes. E l agua paraservicios requiere de cierta calidad, sobre todo cuando ésta se emplea para usos

sanitarios y personales, la calidad debe ser potable.

La cantidad y naturaleza de los vertidos industriales es muy variada, dependiendo

del t ipo de i ndustria, de l a g estión d e s u c onsumo de agua y del g rado d e

tratamiento que los vertidos reciben antes de su descarga.

Tipos de Descargas Industriales

La clasificación se puede hacer de acuerdo a diferentes criterios:

a. Composición de elementos contaminantes.

b. Características de dichos elementos.




59

c. Los procesos en los que se originan.

d. Secuencia de tiempo en la que se generan.

e. Vertidos continuos: Provienen de procesos en los que existe una entrada y

una salida continua de agua, como son el t ransporte, lavado, refrigeración,

etc.f. Vertidos discontinuos: Proceden de op eraciones intermedias, son los más

contaminantes; c omo en el c aso de l os b años de c urtido, l ejías neg ras,

emulsiones, etc. A l a umentar el t amaño d e l a i ndustria, al gunos v ertidos

discontinuos pueden convertirse en continuos.

Clasificación de las Industrias según sus Vertidos

a. Industrias con efluentes principalmente orgánicos.

b. Industria con efluentes orgánicos e inorgánicos.

c. Industria con efluentes principalmente inorgánicos.

d. Industrias con efluentes con materias en suspensión.

e. Industrias con efluentes de refrigeración.

Los c ontaminantes más c omunes de l as des cargas i ndustriales e n g eneral

proceden de las siguientes fuentes:

Agentes químicos de acondicionamiento de agua para enfriamiento.

Purgas de lodos acumulados en torres de enfriamiento.

Lavado de materias primas.

Procesos de transporte con residuos de producto terminado.

Compuestos químicos usados en el lavado de equipo.

Sustancias químicas empleadas como materias primas y reactivos.

Desechos de materia or gánica g enerados dur ante el pr oceso d e

industrialización.

Desechos de ác idos y al calinos g enerados en pr ácticas a uxiliares del

proceso industrial, como l a generación de i ntercambios iónicos, lavado de

filtros, limpieza del equipo, etc.

Metales pesados que se generan en algunos procesos de transformación.




60

Cada industria, en pa rticular, genera descargas características de ac uerdo a l os

procesos específicos de transformación de la materia prima.

Son dos las circunstancias que obligan a una industria a dar tratamiento al agua:

a. Para lograr la calidad deseada en el abastecimiento para la propia industria.

b. Para cumplir con las condiciones particulares en su descarga.

Las di ferentes i ndustrias g eneran c ontaminantes en función d e l os pr ocesos

productivos que utilizan en la elaboración de sus productos. Por tanto para definir

los tipos de contaminantes que se generan es necesario considerar cada industria

en particular y en ocasiones cada planta de la rama industrial. Algunos factores

que influyen en la diversidad de las aguas residuales para diferentes plantas de un

mismo g iro s on: l a t ecnología del proceso, el us o eficiente o no del agua en l a

industria, las materias primas empleadas y el manejo de las descargas de aguas

residuales.

Cada actividad i ndustrial apor ta u na c ontaminación determinada, por l o q ue e s

conveniente c onocer el or igen d el v ertido i ndustrial p ara v alorar s u c arga

contaminante y s u incidencia en el medio receptor, a c ontinuación se describenalgunos ejemplos.

Industria Alimenticia.

Sólidos totales

Sólidos sedimentables

Grasas y Aceites

DBO

DQO

Industria Textil.

Sólidos totales

Sólidos suspendidos totales

Sólidos sedimentables




61

Grasas y aceites

DBO

DQO

SAAM

Nitrógeno total Cobre

Fierro

Cromo hexavalente y trivalente

Industria Papelera.

Color

Materia en suspensión y decantable.

pH en algunos casos.

Contaminación orgánica.

Industria del Curtido.

Alcalinidad

Materia en suspensión y decantable

Contaminación orgánica

Sulfuros

Cromo

Refinerías. Aceites

Materia orgánica

Fenoles

Amoníaco

Sulfuros

Industrias de acabado de Metales.

pH

Cianuros

Metales, según el proceso de acabado

Industria Lechera.

Materia orgánica




62

Las c aracterísticas d e l as ag uas r esiduales i ndustriales p ueden di ferir mucho,

tanto de ntro c omo ent re l as e mpresas. Dentro de l as I ndustrias m ás

contaminantes se encuentran:

Centrales Termoeléctricas Convencionales Industria Productora de Azúcar de Caña

Industria de Refinación de Petróleo Crudo y sus Derivados y Petroquímica

básica

Industria de Fabricación de Fertilizantes

Industria de Productos Plásticos y Polímeros Sintéticos

Industria de Fabricación de Harinas

Industria de Cerveza y Malta

Industria de Fabricación Asbestos de Construcción

Industria de la Celulosa y Papel

Industria de Matanza de Animales

Industria Textil

Industria del Hierro y Acero

Industria del Curtido y Acabado en Pieles

El im pacto de l os v ertidos i ndustriales depende, n o s olo de s us c aracterísticascomunes, como la D emanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), sino también de s u

contenido en s ustancias or gánicas e i norgánicas es pecíficas. En det erminados

casos, también será necesario determinar el grado de toxicidad de los efluentes e

identificar las sustancias responsables de dicha toxicidad.

El control puede tener lugar ahí donde se generan dentro de la planta; las aguas

pueden t ratarse pr eviamente y des cargarse en el s istema de alcantarillado, o

pueden t ratarse por completo e n l a pl anta y s e r eutilizadas o v ertidas en l os

cuerpos de agua.




132

Autoevaluación.

1.- Es el par ámetro que se c onsidera importante en el c recimiento de l as algas y ot ros

organismos bi ológicos, debi do al noc ivo c recimiento i ncontrolado de al gas en ag uas

superficiales, s e han r ealizado g randes es fuerzos por c ontrolar l as des cargas

principalmente industriales, ya que las de tipo doméstico aportan poca cantidad.

a. Nitrógeno.

b. Fósforo.

c. Materia orgánica.

d. Las tres anteriores.

e. Ninguno de los anteriores.

2.- La c oncentración de es te par ámetro es a guas r esiduales es tá r elacionado c on s u

reutilización, su presencia en aguas naturales proviene de los lixiviados de las rocas y lossuelos con los que ellas hacen contacto. En áreas costeras estas concentraciones pueden

de la intrusión de las aguas salinas o salobres. :

a. Cloruros.

b. Azufre.

c. Carbonatos.

d. Las tres anteriores.

e. Ninguna de las anteriores.

3.- Es el parámetro que nos indica la capacidad que tiene el agua para neutralizar

soluciones ác idas s on gener adas pr incipalmente po r los hidróxidos, carbonatos,

bicarbonatos de c alcio, s odio, pot asio y m agnesio. E ste par ámetro s e ut iliza

principalmente para el t ratamiento químico de l as aguas residuales, en l os procesos de

remoción bi ológica de nut rientes, en l a r emoción de am oniaco y en t ratamiento

anaerobios.

a. pH

b. Dureza.c. Alcalinidad.

d. Ninguna de las anteriores.

e. Todas las anteriores.




133

4.- Es un parámetro importante en aguas residuales ya que modifica la concentración de

OD, i nfluye en l a solubilidad de l os contaminantes y en l a velocidad de l as reacciones

químicas así como de la actividad bacterial ( tasas de c recimiento de m icroorganismos),

aumenta los problemas de olor, color y corrosión.

a. Temperatura.

b. Bacterias.

c. Coliformes fecales


e. Todas las anteriores

5.- En concentraciones altas causan problemas de calidad de aguas para riego y de sabor

para a gua de reuso, s on c omunes en a guas residuales pues l a apor tación di aria po r

persona es de 6 a 9 gramos. Los m étodos c onvencionales de t ratamiento, no l os

remueven.

a. Grasas y aceites.

b. Nutrientes.

c. Sulfatos.



6. S on moléculas or gánicas de ac tividad s uperficial q ue pr ovienen de l a des carga d e

detergentes domésticos, estos t ienden a ac umularse en l a interface ai re/agua y pueden

causar la aparición de espumas en las plantas de tratamiento de las aguas residuales y

en la superficie de los cuerpos receptores de los vertimientos del agua residual tratada.

a. Agentes tensoactivos.

b. Jabones y detergentes.

c. Grasas y aceites.



7.- Son no des eables en ag uas s uperficiales, pues c ubren l a s uperficie de l agos y

embalses, pr oliferan en l agos eut róficos o enr iquecidos nut ricionalmente, al teran l a

calidad del agua produciendo olores y sabores indeseables, al igual que algunos efectos

tóxicos sobre peces.




134

a. Nutrientes (Fosfatos, Nitratos).

b. Algas.

c. Bacterias.



8.- Es el parámetro para medir la materia orgánica presente en el agua residual, se lleva

cabo la oxidación cuando se inyecta una cantidad conocida de muestra en un horno a alta

temperatura, midiendo el dióxido de carbono en el infrarrojo.

a. Demanda Bioquímica de Oxígeno Carbonatada.

b. Demanda Bioquímica de Oxígeno Nitrogenada.

c. Carbono Orgánico Total.



9.- Son c ompuestos aromáticos comunes en aguas residuales, principalmente

provenientes de l a i ndustria, no s on bi odegradables y t ienen una al ta de manda d e

oxígeno.

a. Fenoles.

b. Plaguicidas.

c. Cresoles.



10.- Son c ompuestos d e carbono, hidrógeno y ox ígeno q ue flotan en el ag ua residual,

recubren l as s uperficies, c ausan i ridiscencia, i nterfieren c on l a ac tividad bi ológica, s on

sustancias solubles en hexano.

a. Sustancias Activas al Azul de Metileno (SAAM).

b. Grasas y aceites.

c. Clorofenoles.d. Ninguna de las anteriores.




UNIDAD II

PROCESOS PARA SEPARACI NDE CONTAMINANTES

OBJETIVO.

El estudiante conocerá y comprenderá los distintos procesos biológicos que son

factibles de ser utilizados en el tratamiento de las aguas residuales.




64

2.1 Procesos Físicos

Las aguas r esiduales pueden definirse como l as ag uas de composición v ariada

provenientes d e l as des cargas de us o p úblico ur bano, d oméstico, i ndustrial,

comercial d e s ervicios, ag rícola, pec uario, i ncluyendo fraccionamientos y engeneral de cualquier uso así como la mezcla de ellas.

El objetivo del t ratamiento de l as aguas residuales es la remoción de s ustancias

contaminantes a fin d e evitar efectos negativos en l a calidad de los cuerpos de

agua receptores, y para lograr que la calidad del agua sea la adecuada para las

necesidades de los usuarios.

En l a formulación, planeación y di seño d e un s istema d e t ratamiento s e puede

considerar objetivos di ferentes, t eniendo en cuenta l a di sponibilidad de r ecursos

económicos y t écnicos, as í c omo l os c riterios es tablecidos p ara descarga d e

efluentes, algunos de ellos son:

1.- Proteger la Salud Pública y el Ambiente. Si las aguas residuales van a

ser vertidas a un cuerpo receptor natural (mar, ríos, lagos), será necesario realizar

un t ratamiento p ara e vitar enfermedades c ausadas por b acterias y virus en l aspersonas q ue ent ran en c ontacto c on es as ag uas, y t ambién p ara pr oteger l a

fauna y flora presentes en el cuerpo receptor natural.

2.- Reúso del Agua Tratada. Existen actividades en las que no se requiere

utilizar agua potable estrictamente y que se pueden realizar con agua tratada, sin

ningún riesgo a la salud, tales como:

a. Riego de Áreas Verdes c omo: g lorietas, c amellones, j ardines,

centros r ecreativos, parques, c ampos d eportivos, f uentes de

ornato.




65

b. Industriales y de s ervicios c omo: l avado de pat ios y nav e

industrial, l avado de flota v ehicular, s anitarios, i ntercambiadores

de calor, calderas, cortinas de agua, etc.

Con base en lo anterior el objetivo del t ratamiento de l as aguas residuales es elgarantizar que no existirán efectos nocivos a la salud por entrar en contacto con el

agua tratada en las actividades antes descritas.

Este t ipo de objetivos involucran tratamientos de mayor nivel, que generalmente

implican la implementación de l as mejores tecnologías y l as calidades logradas

son casi tan buenas como las generadas para el agua potable.

Las operaciones realizadas en el t ratamiento del agua residual en l as cuales el

cambio se lleva a c abo por medio de o a t ravés de l a aplicación de las fuerzas

físicas, s e c onocen c omo operaciones uni tarias. D ado q ue es tas oper aciones

originalmente fueron o riginalmente der ivadas de observaciones de la naturaleza,

constituyen l os pr imeros m étodos de t ratamiento ut ilizados. H oy d ía, l as

operaciones físicas unitarias conforman la base de la mayoría de los diagramas de

flujo de los procesos.

Las operaciones unitarias más comúnmente utilizadas en el tratamiento de aguas

residuales incluyen:

a. Desbaste

b. Dilaceración

c. Homogenización del caudal

d. Mezclado

e. Floculación

f. Sedimentación

g. Flotación

h. Filtración




66

Las aplicaciones principales de estas operaciones se resumen en la tabla No. 2.1

Operación Aplicación

Desbaste Eliminación de s ólidos g ruesos y s edimentables por

intercepción (retención en superficie).

Dilaceración Trituración de s ólidos gruesos has ta ob tener un

tamaño más o menos aceptable.

Homogenización del caudal Regulación del caudal y de las cargas de DBO y de

sólidos en suspensión.

Mezclado Mezclado de los reactivos químicos y gases c on el

agua residual, y para mantener los sólidos en

suspensión.

Floculación Provoca l a ag regación de peq ueñas par tículas

aumentando el tamaño de las mismas, para mejorar

su eliminación por sedimentación por gravedad.

Sedimentación Eliminación de sólidos sedimentables y

espesamiento de lodos.

Flotación Eliminación de sólidos es suspensión finamente

divididos y de partículas con densidades cercanas a

la del agua.

También espesa lodos biológicos.

Filtración Eliminación de los sólidos finos en suspensión que

quedan tras el tratamiento biológico o químico.

Microtamizado Lo mismo que la filtración también elimina algas

procedentes de l os e fluentes de l os tanques de

estabilización.

Tabla 2.1 Aplicaciones de las operaciones físicas unitarias en el tratamiento de A.R.

A c ontinuación s e describirán br evemente algunas de es tas operaciones; o tras

como cribado, mezclado, floculación, sedimentación; serán tratados en l a unidad

tres.




67

Tamices

Los t amices s e caracterizan por di sponer de aber turas l ibres inferiores a l os 15

mm y normalmente s e em plean en pl antas de peq ueño t amaño, en l as q ue s e

eliminan del agua residual entrante los sólidos de menor tamaño, aunque también

tiene aplicaciones dentro del tratamiento primario y del tratamiento secundario.

Los primeros tamices eran de tipo circular o de disco y se empleaban como medio

para pr oporcionar u n t ratamiento pr imario, en l ugar d el ac tual t anque d e

sedimentación. Los tamices modernos s on de t ipo es tático ( fijos) o de t ambor

giratorio, pr ovistos de una m alla fina d e acero i noxidable o de un material n o

férreo.

Los tamices van a r etener sólidos suspendidos afluentes que contienen o es tán

compuestos por m ateria put rescible ( incluida l a m ateria fecal pat ógena) y

cantidades s ustanciales de g rasas y es pumas, por l o q ue el manejo de es tos

residuos requiere especial atención.

Dilaceración

Su objetivo es triturar las materias sólidas arrastradas por el agua. Esta operación

no es tá d estinada a m ejorar l a c alidad del ag ua bruta y a q ue l as materias

trituradas no son separadas, s ino que se r eincorporan al c ircuito y pasan a l os

demás t ratamientos, p or l o que es te p aso n o se suele utilizar, a no s er q ue no

haya desbaste, con lo que si es necesario incluirlo en el diseño y funcionamiento

de la planta.

Pero, a v eces, aunque haya un des baste p revio, se s uelen ut ilizar di laceradores

para tratar los detritus retenidos en las rejas y tamices, siendo después vueltos a

incorporar al agua.

Consta el dilacerador, de un tamiz tipo tambor que gira alrededor de un eje vertical

provisto de r anuras c on u n paso entre 6 -10 mm. L os s ólidos s e hacen pasar a

través de unas bar ras de c izalladura o di entes c ortantes don de s on t riturados

antes de llegar al tambor. Se homogeneizan en t amaño y at raviesan las ranuras,




68

saliendo por una ab ertura de fondo mediante un s ifón i nvertido, s iguiendo s u

camino aguas abajo.

Esta operación está muy cuestionada y ac tualmente casi ha d esaparecido de l a

mayoría de las instalaciones, por dos razones:

1. No es lógico mantener o r etornar al proceso aquellos sólidos que pueden

eliminarse por desbaste o tamizado, ya que lo que hacemos es empeorar la

calidad del agua residual que va a ser tratada posteriormente.

2. En la práctica, esta operación presenta varios inconvenientes:

a. La necesidad de una atención frecuente debido a que se trata de un

material muy delicado.

b. El pel igro de obs trucción de t uberías y bom bas pr ovocada por la

acumulación en masas de las fibras textiles o vegetales unidas a las

grasas.

c. La formación de una costra de lodo en los digestores anaerobios.

Las tareas a realizar son las que siguen:

Vigilar las posibles obstrucciones de las tuberías.

Reponer los dientes del tambor, en caso de rotura.

Vaciar el contenedor de los sólidos que pueden estar retenidos.

Todas estas operaciones se deben realizar con la maquina desconectada.




69

2.2 Procesos Químicos

Precipitación Química

La precipitación química en el tratamiento de las aguas residuales lleva consigo la

adición d e productos químicos c on la finalidad de al terar el es tado físico de l ossólidos disueltos y en suspensión, y facilitar su el iminación por sedimentación. En

algunos c asos, l a al teración es peq ueña, y la el iminación s e l ogra al q uedar

atrapados dentro de un precipitado voluminoso constituido, principalmente, por el

propio coagulante. Otra consecuencia de l a adición de productos químicos es el

incremento neto en l os constituyentes di sueltos del agua residual. Los procesos

químicos, j unto c on al gunas de l as o peraciones físicas uni tarias, s e ha n

desarrollado para proporcionar un t ratamiento s ecundario completo a l as aguas

residuales no t ratadas, incluyendo la eliminación del nitrógeno, del f ósforo, o de

ambos a l a v ez. T ambién s e h an desarrollado otros procesos q uímicos p ara l a

eliminación d el fósforo p or pr ecipitación q uímica, y es tán pensados par a s u

utilización en combinación con procesos de tratamiento biológicos.

El objetivo de esta sección es identificar y discutir los siguientes aspectos:

1. Reacciones de precipitación que tienen l ugar c uando s e añaden di versos

productos químicos para mejorar el comportamiento y el rendimiento de lasinstalaciones de tratamiento de las aguas residuales

2. Reacciones q uímicas q ue i ntervienen en el pr oceso de pr ecipitación del

fósforo en el agua residual

3. Algunos de l os as pectos t eóricos m ás i mportantes de l a pr ecipitación

química. Los cálculos que se realizan para determinar la cantidad de fango

producida como resultado de la adición de los diversos productos químicos.

A lo largo de los años, se han empleado muchas sustancias de diversa naturaleza,

como agentes de precipitación, las más comunes de las cuales se presentan en la

Tabla No.2.2. El grado de clarificación resultante depende tanto de la cantidad de

productos químicos que se añade como del nivel de control de los procesos.




70

Mediante pr ecipitación q uímica, es pos ible c onseguir ef luentes c larificados

básicamente l ibres d e m ateria en s uspensión o en es tado c oloidal y s e pue de

llegar a eliminar del 80 al 90% de la materia total suspendida, entre el 40 y el 70 %

de l a DBO5, del 30 al 60% de la DQO y e ntre el 80 y el 90 % de l as bacterias.

Estas cifras c ontrastan c on l os r endimientos de el iminación de l os pr ocesos d esedimentación s imple, en l os q ue l a el iminación de l a materia s uspendida s ólo

alcanza valores del 50 al 70% y en la eliminación de la materia orgánica sólo se

consigue entre el 30 y el 40 %.

Producto químico Fórmula

Sulfato de alúmina Al2(S04)3 18H2O Al2(S04)3. l4H2O

Cloruro férrico FeCI3

Sulfato férricoFe2(S04)3

Fe2(S04)3 3H20

Sulfato ferroso Fe504. 7 H20

CalCa(OH)2

Tabla No. 2.2 Productos químicos empleados en el tratamiento del AR

Los pr oductos q uímicos q ue s e añaden a l ag ua r esidual r eaccionan c on l as

sustancias habitualmente presentes en el agua o que se añaden a ella para tal fin.




71

Sulfato de alúmina

Cuando se añade sulfato de alúmina al agua residual que contiene alcalinidad en

forma de bicarbonato cálcico y magnésico, la r eacción que t iene lugar se puede

ilustrar de la siguiente manera:

A]2(S04)3. 18 H20 + 3 Ca(HCO3)2 ~3 CaSO4~ + 2 Al(OH)3 ± 6 CO2 + 18 H20

Los nú meros i ndicados enc ima d e l as fórmulas q uímicas c orresponden a l os

pesos moleculares de combinación de las diferentes sustancias y denotan, por lo

tanto, la cantidad de cada una de ellas que interviene en el proceso. El hidróxido

de al uminio i nsoluble es un flóculo g elatinoso q ue s edimenta l entamente en elagua r esidual, arrastrando c onsigo m ateria s uspendida y pr oduciéndose o tras

alteraciones. La r eacción es ex actamente anál oga c uando s e s ustituye el

bicarbonato cálcico por la sal de magnesio.

Transferencia de gases

La transferencia de gases se puede definir como el fenómeno mediante el cual se

transfiere gas de una fase a otra, normalmente de la fase gaseosa a la líquida. Es

una componente esencial de gran número de los procesos de tratamiento del agua

residual. Por ejemplo, el funcionamiento de los procesos aerobios, tales como la

filtración bi ológica, l os f angos ac tivados y l a di gestión aerobia, dep ende d e l a

disponibilidad de cantidades suficientes de oxígeno. Para alcanzar los objetivos de

desinfección se transfiere cloro en f orma gaseosa a un a disolución en ag ua. Es

frecuente añ adir ox ígeno al e fluente t ratado des pués de l a c loración ( post-

aireación). Uno de los procesos de el iminación de l os compuestos del ni trógeno

consiste en la conversión del nitrógeno en amoníaco y l a posterior t ransferencia

del amoníaco en forma gaseosa del agua al aire.




72

Descripción

En el c ampo d el t ratamiento del ag ua r esidual, l a apl icación m ás c omún de l a

transferencia de gases consiste en la transferencia de oxígeno en el tratamiento

biológico del ag ua residual. D ada l a r educida solubilidad del ox ígeno y l a baj a

velocidad de t ransferencia q ue ello c omporta, s uele oc urrir q ue l a c antidad de

oxígeno que penetra en el agua a t ravés de la interfase aire-superficie del líquido

no es suficiente para satisfacer la demanda de oxígeno del tratamiento aerobio. Es

preciso crear interfases adicionales para c onseguir t ransferir l a g ran cantidad de

oxígeno necesaria. Para conseguir este propósito se puede introducir en el agua

aire u oxígeno, o s e pu ede ex poner el l íquido a l a atmósfera en forma de

pequeñas gotas.

Para c rear i nterfase gas-agua adi cionales, el ox ígeno s e pu ede s uministrar en

forma de b urbujas de ai re o de oxígeno puro. E n l a mayoría de l as plantas de

tratamiento de aguas r esiduales, l a aireación s e l leva a c abo m ediante l a

dispersión d e bur bujas s umergidas a pr ofundidades d e has ta 10 m . En algunos

diseños europeos s e han l legado a i ntroducir l as bur bujas a pr ofundidades

superiores a l os 30 m. Los di ferentes s istemas d e ai reación i ncluyen pl acas y

tubos por osos, t ubos per forados, y di ferentes c onfiguraciones de difusores

metálicos y de pl ástico. T ambién s e pu eden em plear ap aratos de c izalladurahidráulica, que rompen las burbujas en burbujas de menor tamaño al hacer circular

el fluido a t ravés d e un orificio. L os mezcladores de t urbina se pueden e mplear

para di spersar bur bujas de ai re i ntroducidas en el t anque b ajo el c entro de l

elemento impulsor.

Los aireadores de superficie, método alternativo para la introducción de grandes

cantidades de ox ígeno, c onsisten en t urbinas de alta o de baja velocidad o e n

unidades flotantes d e al ta v elocidad q ue g iran en l a s uperficie del l íquidoparcialmente s umergidas. Estos aireadores s e pr oyectan, t anto para mezclar el

contenido del tanque, como para exponer el líquido a la acción de la atmósfera en

forma de pequeñas gotas.




73

Adsorción

El pr oceso de a dsorción c onsiste, e n t érminos g enerales, e n l a c aptación d e

sustancias s olubles presentes e n l a i nterfase d e u na s olución. Esta i nterfase

puede hallarse entre un líquido y un gas, un sólido, o entre dos líquidos diferentes.

A pesar de que la adsorción también t iene lugar en la interfase aire-líquido en elproceso d e f lotación, en es ta s ección s ólo s e c onsiderará l a adsorción e n l a

interfase en tre l íquido y s ólido. E l pr oceso de adsorción n o s e ha empleado

demasiado a menudo hasta el momento, pero la necesidad de una mayor calidad

del e fluente de los tratamientos de aguas residuales ha conducido a un es tudio

más det allado del proceso de a dsorción s obre c arbón activado y de s us

aplicaciones.

El t ratamiento del ag ua r esidual c on c arbón ac tivado s uele es tar c onsideradocomo un proceso de refino de aguas que ya han recibido un tratamiento biológico

normal. E n es te c aso, el c arbón s e em plea par a el iminar par te de l a m ateria

orgánica disuelta. A simismo, es pos ible el iminar par te de l a m ateria par ticulada

también presente, dependiendo de la forma en que entran en contacto el carbón y

el agua.

Análisis del proceso de adsorciónEl proceso de adsorción tiene lugar en tres etapas:

a. Macrotransporte

b. Microtransporte y;

c. Sorción.

El macrotransporte engloba el m ovimiento por advección y di fusión de l a materia

orgánica a t ravés d el l íquido has ta al canzar l a i nterfase l íquido-sólido. Por s u

parte, el m icrotransporte hac e r eferencia a l a di fusión del m aterial or gánico a

través del sistema de macroporos del carbón activado granular hasta alcanzar las

zonas de ads orción que s e hal lan en l os m icroporos y s ubmicroporos de l os

gránulos de carbón activado.




74

La ads orción s e pr oduce en l a s uperficie del g ránulo y en s us m acroporos y

mesoporos, pero el área superficial de es tas zonas, es tan pequeña comparada

con el área de l os micro y s ubmicroporos, que la cantidad de m aterial adsorbido

en el los s e c onsidera des preciable. E l us o del t érmino s orción s e debe a l a

dificultad de diferenciar la adsorción física de l a adsorción química, y se empleapara describir el mecanismo por el cual la materia orgánica se adhiere al carbón

activado. E l equilibrio se al canza c uando s e i gualan l as t asas de s orción y

desorción, momento en el que se agota la capacidad de adsorción del carbón. La

capacidad teórica de adsorción de un d eterminado c ontaminante por m edio del

carbón activado se puede determinar calculando su isoterma de adsorción.

La c antidad d e a dsorbato q ue p uede r etener un adsorbente es función de l as

características y de l a c oncentración d el ads orbato y de l a t emperatura. Engeneral, l a c antidad de m ateria ads orbida s e det ermina c omo f unción de l a

concentración a t emperatura constante, y l a función resultante se c onoce con el

nombre de isoterma de adsorción.

Procesos Químicos unitarios

Los procesos empleados en el t ratamiento de las aguas residuales en los que las

transformaciones s e p roducen m ediante reacciones q uímicas reciben el n ombre

de procesos químicos unitarios. Con el fin de alcanzar los objetivos de tratamiento

del ag ua r esidual, l os pr ocesos q uímicos uni tarios s e l levan a c abo e n

combinación con las operaciones físicas unitarias.

Desinfección

La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan

enfermedades. No todos los organismos se destruyen durante el proceso, punto

en el q ue r adica l a p rincipal di ferencia en tre l a des infección y l a es terilización,

proceso que conduce a l a des trucción de la t otalidad de los or ganismos. E n el

campo de las aguas residuales, l as tres c ategorías de or ganismos entéricos d e

origen humano de mayores consecuencias en la producción de enfermedades son




75

las bac terias, l os virus y l os quistes am ebianos. Las en fermedades bac terianas

típicas transmitidas por el agua son: tifus, cólera, paratifus y la disentería bacilar,

mientras q ue l as enfermedades c ausadas p or l os v irus i ncluyen, ent re otras, l a

poliomelitis y la hepatitis infecciosa.

Descripción de los objetivos y métodos de desinfección

Los r equisitos q ue debe c umplir un desinfectante q uímico, en l a q ue s e p uede

apreciar q ue u n d esinfectante i deal debería t ener una g ran v ariedad d e

características. A pesar de que tal compuesto puede no existir, es preciso tener en

cuenta los requisitos propuestos a la hora de valorar los desinfectantes propuestos

o recomendados. También es importante que los desinfectantes sean seguros en

su aplicación y manejo, y que su fuerza o concentración en las aguas tratadas seamedible y c uantificable. Los m étodos m ás em pleados p ara l levar a c abo l a

desinfección son:

Agentes químicos

Agentes físicos

Medios mecánicos

Radiación.

http://www.monografias.com/trabajos5/segu/segu.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/segu/segu.shtml




135

Autoevaluación.

1.- Mencione y explique al m enos cinco situaciones que generan la problemática

de las plantas de tratamiento de Agua, comente algunas cifras

2.- Mencione y ex plique al menos c inco di sciplinas q ue i ntervienen e n l a

problemática del agua.

3.- Explique al menos tres fuentes de origen de aguas residuales industriales y el

tipo de agua que descargan.

4.- Explique al menos tres métodos para medir caudales.

5.- Elabore y ex plique una g ráfica q ue ej emplifique el c omportamiento d e l os

caudales en las plantas de tratamiento, considere los máximos y mínimos.

6.- Dibuje un di agrama de l a planta de t ratamiento i ndicando l os diversos

procesos, desde la entrada del influente hasta la salida del efluente tratado.

7.- Explique la diferencia entre gasto másico y gasto volumétrico, cuales son las

unidades en que se reporta cada uno.

8.- Realice una l ínea del t iempo q ue i lustre l a hi storia del t ratamiento d e ag ua

residual.

9.- Identifique l os e quipos o s istemas empleados en el pr etratamiento y

tratamiento primario.

10.- Elabore un reporte acerca del funcionamiento de la planta y su eficiencia.



UNIDAD III

PROCESOS F SICOS DESEPARACIÓN.

OBJETIVO.

El estudiante conocerá y c omprenderá l os d iversos p rocesos físicos q ue so n

factibles de ser utilizados en el tratamiento de las aguas y aguas residuales.




77

3.1 Cribado [Rejillas y Cribas]

Desbaste (Cribado).

La pr imera o peración uni taria q ue t iene l ugar en l as plantas d e tratamiento de

aguas r esiduales, es l a oper ación de des baste. Una rejilla es u n elemento c on

aberturas, g eneralmente de tamaño u niforme, q ue s e ut iliza p ara r etener l os

sólidos gruesos existentes en el agua residual. Las aberturas libres entre barras

suelen ser de 15 mm o mayores. En ellas van a quedar retenidos sólidos de gran

tamaño tales como piedras, ramas, trozos de c hatarra, papel, raíces de ár boles,

plásticos y t rapos. Al quedar eliminados estos componentes del agua residual en

primer l ugar, s e v an a i mpedir d años y obt uraciones en bo mbas, v álvulas,

conducciones y otros elementos presentes en posteriores procesos de tratamientoen la planta.

Los el ementos s eparadores p ueden es tar c onstituidos por bar ras, al ambres o

varillas par alelas, r ejillas, t elas m etálicas o pl acas per foradas, y l as aber turas

pueden s er de c ualquier f orma, a unque nor malmente s uelen s er r anuras

rectangulares u orificios circulares.

Según el método de limpieza que se emplee, los tamices y rejas pueden ser de

limpieza manual o aut omática. G eneralmente, l as r ejas t ienen aber turas

(separación entre las barras) superiores a 15 mm, mientras que los tamices tienen

orificios de tamaño inferior a este valor.

Algunas características del cribado son:

Se usa para eliminar troncos, ramas, basura y ot ros además de cualquiermaterial que pueda dañar el equipo o tapar las tuberías

La distancia o abertura de las rejillas depende del objeto

La limpieza puede ser manual o mecánica




78

Tipos de rejas de barras

Las rejas están formadas por barras metálicas verticales o inclinadas, espaciadas

en intervalos i guales, pue den t ener un a i nclinación d e 3 0 a 60º r especto a l a

vertical. Existen dos tipos de rejas de barras en función del sistema de limpieza de

las mismas, que puede ser manual o mecánico (automático). En la tabla No. 3.1,

se comparan las características de ambos tipos.

Característica Limpieza manual Limpieza automática

Tamaño de la barra Anchura (mm) 5-15 5-15

Profundidad (mm) 25-37.5 25-37.5

Separación entre barras (mm) 25-50 15-75

Pendiente en relación a la vertical (º) 30-45 0-30

Velocidad de aproximación (m/s) 0.3-0.6 0.6-1.1

Pérdida de carga admisible (mm) 150 150

Tabla No. 3.1 Características del tipo de rejas Fuente: Metcalf, 1994

1. Rejas de limpieza manual. Se emplean frecuentemente en instalaciones

de pequeño tamaño y actualmente se t iende a i nstalar equipos de limpieza

automática p ara facilitar las op eraciones y r educir al máximo l os trabajos

manuales. E n l os c asos en l os q ue s e u tilicen, s u l ongitud no deb erá

exceder de l a que permita su c orrecta l impieza, es decir, unos 3 m etros.

Las bar ras q ue c onforman l a r eja n o s uelen ex ceder de l os 10 m m de

anchura por 50 mm de profundidad.

2. Rejas de limpieza automática. Incorporan un pei ne r ascador q ue

periódicamente y de manera automática l impia la r eja por l a cara anterior

(aguas arriba) o posterior (aguas abajo). El peine rascador puede funcionar

de manera continua o se puede activar al superarse cierto valor establecido

de pérdida de carga o mediante temporizador. El canal de las rejas se debe

proyectar de forma que se evite la acumulación y sedimentación de arenas

y otros sólidos de gran tamaño, y para ello se recomiendan velocidades de

aproximación superiores a 0.4 m/s. A caudales punta, la velocidad de paso




79

a t ravés de l as bar ras no deb erá s er s uperior a 0. 9 m /s p ara evitar el

arrastre de basuras a través de las rejas. Los residuos se suelen descargar

a una cinta transportadora o a un sistema de evacuación neumático para su

transporte a una tolva de almacenamiento, compactador o incinerador.

Se expone a continuación un esquema básico de un s istema de rejas inclinadas.

Figura No. 3.1.

Fig. 3.1 Rejas inclinadas

Rejillas

Tienen la misma función que las rejas, la diferencia es su tamaño de

abertura de 1.5 a 5 cm y las rejas van de 5 a 10 cm.

Tamices

Tiene la misma función que los dos anteriores pero sus aberturas van

de 22 a 32 mm.




80

En la siguiente tabla (No. 3.2), se presentan algunos de los propósitos por los que

se implementa el cribado.

Tabla No. 3.2 Propósitos del cribado. Fuente: Metcalf, 1994

Consideraciones de Diseño.

El diseño de las rejas y rejillas depende de las características de los materiales a

eliminar y al sistema de limpieza, para el diseño se establece lo siguiente

1. Suponer un número de barras con: espesor, diámetro y una separación

2. Calcular el ancho de la reja

3. Calcular la superficie mojada

4. Cálculo del caudal medio

5. Calcular la velocidad del flujo al pasar por la reja

6. Cálculo de l a c arga de v elocidad de acercamiento de flujo p ara c ada

espaciamiento

7. Calculo de la perdida de carga hidráulica

8. Cálculo del nivel del agua

9. Calcular la velocidad

Ejemplo

Diseñar una rejilla para que un influente de agua residual doméstica considerando

que se tienen barras de acero circulares con un ancho de 15mm, el ángulo que se

desea para la rejilla es de 60º y el espacio entre barras es de 30 mm. La dotación

Tipo Tamaño común Propósito

Rejillas p/basura 5 a 10 cm Proteger bombeo y equipo de objetosgrandes

Rejillas 1.5 a 5 cm Proteger bombas

Tamices 22 a 32 mm Protege l as boq uillas de l os filtros

percoladores

Rejillas finas 5 mm o menos Tratamiento preliminar par a r emoción

de partículas pequeñas




81

de agua por habitante al día es de 250 L y la población es de 150 mil habitantes.

Considerar un tirante o profundidad de la rejilla de 1. 5 m, la velocidad de flujo es

de 0.45 m/s.

1. Calcular Q= (m /s)

250 l 1 m3 1 dia 1 h 1 min = 2.8935E-6 m3 * 150000 habDia 1000 l 24 h 60 min 60 s

Q= 0.4340 m3/s

2. Área total

AT= Q/V= Gasto/Velocidad

AT = 0.4340 m

3

/s = 0.9644 m

2

0.45 m/s

3. Número de barras

ao= n(d1)+ (n-1)b

Donde:ao= Ancho de la rejan= Número de espaciosn-1= Número de barras

b= Espacio entre barrasd1= Ancho de barra

Ancho de reja (ao)

ao= AT/Tirante = 0.9644 m2 = 0.6459 m1.5 m

0.6429= n (0.014)+)n-1)(0.03)0.6429= 0.015 n+0.03 n-0.030.6429+0.03= 0.045 m0.6729= 0.045 m n= 0.6729*0.045= 14.9533

Número de espacios; n= 15 espacios

n-1= Número de barras; 15-1= 14 barras




82

4. Superfície mojada AER

AER= nbt

n= Número de espaciosT= tirante

b= Espacio entra barras AER= Área de entrada de cada rejag = Aceleración de la gravedadC = Coeficiente de fricción

AER = (15)(0.03m)(1.5m) = 0.675 m2

5. Velocidad del flujo Al pasar entre rejas

V2= Q/AER = 0.4340 m3/s = 0.6429 m/s0.675 m2

6. Carga de velocidad de acercamiento para cada espacio de rejilla (hv)

Hv = V22 = ( 0.6429 m/s)2 = 0.02106 m

2g 2* 9.81 m/s 2

7. Pérdida de carga hidráulica para rejilla limpia

hL= 1.79 (0.015 m/ 0.03 m) 4/3 = 0.0129 m

8. Pérdida de carga hidráulica para el 50% de obstrucción

Hf = V22-V1 ; hf= (0.6429 m/s)2- ( 0.45 m/s)2 = 0.0179 m

2g C 2*9.81m/s * 0.6

Ejercicio.

Una rejilla de barras circulares de 2 c m de diámetro instalada con una inclinaciónde 50º respecto a la horizontal con un espesamiento libre entre barras de 2.5 cm

recibe un caudal de L/s. Con una velocidad de 0.6 m/s y una profundidad de .75m

calcule el nº de rejas, cargas hidráulicas, área total, velocidad de flujo y la pérdida

de carga considerando una obstrucción del 30%.




83

3.2 Almacenamiento de Excedentes [Igualación]

Igualación.

El i gualamiento c onsiste e a mortiguar l as v ariaciones par a l ograr un c audal

aproximadamente constante, tiene entre otros, los siguientes propósitos:

Superar l os pr oblemas oper acionales c ausados por l as v ariaciones d el

caudal.

Proveer un c ontrol adec uado d e pH par a m inimizar l os r equerimientos

posteriores de dosificación en procesos de neutralización.

Mejorar l a ef iciencia de los procesos de t ratamiento bi ológico al c ontrolar

las cargas de choque orgánicas.

Permitir descarga de caudales muy variables al alcantarillado municipal.

Proveer un flujo continuo en plantas de residuos industriales con operación

de procesos intermitentes.

Homogeneización o Igualación de Caudales

La ho mogeneización o i gualamiento consiste simplemente en am ortiguar por

laminación l as v ariaciones del c audal, c on el obj eto de c onseguir un c audal

constante o casi constante. Esta técnica puede aplicarse en s ituaciones diversas,dependiendo d e l as c aracterísticas de la red de al cantarillado. Se us a

principalmente para igualar:

a. Caudal en tiempo seco

b. Caudales pr ocedentes de redes de al cantarillado separadas en époc as

lluviosas

c. Caudales procedentes de redes de alcantarillado unitarias en combinación

de aguas pluviales y aguas residuales sanitarias.

d. Caudales de plantas industriales.

La apl icación de l a hom ogenización de c audales en el t ratamiento d el ag ua

residual, se da en «línea», en donde la totalidad del caudal pasa por el tanque de




84

homogenización. E ste s istema per mite r educir l as c oncentraciones d e l os

diferentes constituyentes y amortiguar los caudales de forma considerable. En la

disposición «e n d erivación», sólo s e hac e pas ar p or el t anque de

homogeneización el caudal que excede un límite prefijado.

Las principales ventajas que produce la homogenización de l os caudales son las

siguientes:

a. Mejora del tratamiento biológico, ya que se eliminan o r educen las cargas

de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se consigue estabilizar

el pH.

b. Mejora de l a calidad del e fluente y del r endimiento d e l os t anques de

sedimentación secundaria al trabajar con cargas de sólidos constantes.

c. Reducción de l as s uperficies nec esarias par a l a filtración del ef luente,

mejora de los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de

lavado más uniformes.

d. Uniformiza la carga de sólidos sobre el sedimentador secundario y mejora

el espesamiento de los lodos.

e. En el t ratamiento q uímico, el a mortiguamiento de l as c argas a plicadas

mejora el control de l a dos ificación de l os r eactivos y l a f iabilidad del

proceso.

f. Aparte de l a mejora de l a mayoría de l as oper aciones y pr ocesos de

tratamiento, la homogenización del caudal es una opción al ternativa para

incrementar el rendimiento de las plantas de tratamiento que se encuentran

sobrecargadas.

Localización de las instalaciones de homogenización.

La ubicación óptima de l as instalaciones de homogeneización debe determinarse

para cada caso concreto. Dado que la localización óptima variará en función del

tipo de t ratamiento, de las características de la red de al cantarillado y de l as del

agua residual, de las condiciones físicas del sistema de conducción y del tipo de




85

tratamiento, es pr eciso l levar a c abo un es tudio de tallado d e l as di ferentes

posibilidades. Probablemente, l a localización m ás i ndicada c ontinuará s iendo en

las plantas de tratamiento existentes o en fase de proyecto.

También es n ecesario c onsiderar l a integración de l as i nstalaciones d e

homogenización e n e l diagrama de f lujo de l os pr ocesos de tratamiento. E n

ocasiones, puede resultar más interesante situar la homogenización después del

tratamiento pr imario y ant es del biológico, pues así s e r educen los problemas

originados por el lodo y las espumas. Si las instalaciones de h omogenización se

sitúan p or del ante de l a s edimentación pr imaria y del t ratamiento bi ológico, el

proyecto deb e tener en c uenta la provisión de un g rado de mezclado suficiente

para pr evenir l a s edimentación de s ólidos y las v ariaciones de concentración y

dispositivos de aireación suficientes para evitar los problemas de olores.

Los tanques de igualamiento r equieren g eneralmente mezcla, para as egurar un

igualamiento adecuado y para prevenir asentamiento de sólidos sedimentables en

el tanque. Este tanque puede ser de profundidad variable, para proveer un caudal

constante, o de volumen constante y efluente igual al afluente, cuando el propósito

es i gualar c aracterísticas del afluente, c omo s u ac idez, al calinidad y pH , par a

optimizar tratamiento químico o bi ológico posterior. A continuación se muestra el

diagrama de flujo de una planta de tratamiento, figura No. 3.2.

Fig. No. 3.2 Diagrama de flujo de una PTAR con igualamiento en línea

Desarenador Tanque deIgualamiento

PTAR

ARCaudal

Cte.

Efluente




86

3.3 Mezclado

Mezclado

El mezclado es una operación unitaria de gran importancia en cualquier fase del

tratamiento de aguas residuales, entre las que podemos citar:

Mezcla completa de una sustancia con otra

Mezcla de suspensiones líquidas

Mezcla de líquidos miscibles

Floculación

Transferencia

Como ejemplo, se puede citar el mezclado del cloro o hipoclorito con el efluenteprocedente de l os t anques de s edimentación secundaria, en l a úl tima parte de l

proceso. Los productos químicos se mezclan igualmente con el lodo para mejorar

sus características de deshidratación antes de la filtración a vacío. En el tanque de

digestión, se utiliza el mezclado frecuentemente para asegurar un contacto íntimo

entre el sustrato y los microorganismos. En el tanque del proceso biológico, el aire

deberá mezclarse con el lodo activado con el fin de proporcionar a los organismos

el oxígeno requerido.

La mayoría de las operaciones de mezclado relacionadas con el tratamiento de las

aguas residuales p uede c lasificarse en continuas y r ápidas c ontinuas ( 30

segundos o menos). Estas últimas suelen emplearse en los casos en los que debe

mezclarse una sustancia con otra, mientras que las primeras tienen su apl icación

en aquellos c asos e n los que debe m antenerse en s uspensión el c ontenido del

reactor o d el d epósito. A c ontinuación s e analiza cada uno de es tos t ipos de

mezclado.




87

Mezcla rápida continua de productos químicos.

En el proceso de mezcla rápida continua, el principal objetivo consiste en mezclar

completamente una sustancia con otra. La mezcla rápida puede durar desde una

fracción d e s egundo has ta al rededor d e 30 s egundos. La mezcla r ápida d e

productos químicos se puede l levar a cabo mediante diversos sistemas, entre los

que destacan:

1. Resaltos hidráulicos en canales

2. Dispositivos Venturi

3. Conducciones

4. Por bombeo

5. Mediante mezcladores estáticos

6. Mediante mezcladores mecánicos

En l os c uatro pr imeros, el m ezclado s e c onsigue c omo c onsecuencia de l as

turbulencias que se crean en el régimen de flujo. En los mezcladores estáticos, las

turbulencias son inducidas y se producen como consecuencia de la disipación de

energía, por el us o d e i mpulsores g iratorios c omo; p aletas, t urbinas y hél ices;

mientras que e n l os m ezcladores mecánicos l as t urbulencias s e c onsiguen

mediante l a a portación de en ergía c on i mpulsores g iratorios c omo l as pal etas,

hélices y turbinas.

Mezcla continua en reactores y tanques de retención.

En el proceso de mezcla continua, el principal objetivo consiste en mantener un

estado de mezcla completa con el contenido del reactor o del tanque de retención.

El mezclado continuo puede llevarse a cabo mediante diversos sistemas, entre los

cuales se encuentran:

a. Mezcladores m ecánicos. S e lle va a c abo m ediante l os m ismos

procedimientos y medios que el mezclado mecánico rápido continuo.




88

b. Mecanismos ne umáticos. S e a plica en l a i nyección de g ases, q ue

constituye un factor importante en el diseño de los canales de aireación del

tratamiento biológico del agua residual.

c. Mezcladores es táticos. Un c anal c on pantallas de flectoras es un t ipo de

mezclador estático que se emplea en el proceso de floculación.d. Por bombeo.

Suelen ut ilizarse al gunos dispositivos como l os ag itadores de paletas que giran

lentamente puesto que tienen una superficie grande de acción sobre el fluido. Los

agitadores de paletas se emplean como elementos de floculación cuando se debe

añadir al agua residual, o a l os lodos, coagulantes como el s ulfato férrico o d e

aluminio, o coadyuvantes a la coagulación como los polielectrolitos y la cal.

La coagulación se promueve, mecánicamente, con una agitación moderada con

palas g irando a v elocidades baj as. E sta acción s e complementa, en ocasiones,

con la disposición de unas hojas o láminas estáticas entre las palas giratorias para

reducir el movimiento circular de la masa de agua y favorecer así el mezclado. El

aumento del c ontacto ent re par tículas conduce a un i ncremento del t amaño del

flóculo, p ero una agitación de masiado v igorosa pue de pr oducir t ensiones q ue

destruyan los flóculos formando partículas de menor tamaño.

Es importante controlar adecuadamente la agitación, de modo que los tamaños de

los flóculos sean los adecuados y s edimenten rápidamente. La producción de un

buen flóculo requiere generalmente un tiempo de retención entre 10 y 30 minutos.

Los fabricantes de equipos han llevado a cabo numerosos estudios para obtener

las configuraciones idóneas de las dimensiones de las paletas, separación entre

ellas y velocidad de rotación. Se ha podido constatar que una velocidad l ineal de

aproximadamente, 0 .6 a 0 .9 m/s en l os extremos de l as paletas c rea s uficiente

turbulencia sin romper los flóculos.




89

3.4 Floculación

Floculación.

Una parte esencial de cualquier sistema de precipitación química, o químicamente

asistida, es la agitación, con proyecciones a aumentar la posibilidad del contactoentre partículas (floculación), tras la adición de los productos químicos.

La floculación es un pr oceso químico mediante el c ual, c on l a adi ción d e

sustancias den ominadas floculantes, s e ag lutinan l as sustancias c oloidales

presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado.

Este proceso es pr ecedido por l a c oagulación, por es o s e s uele ha blar d e l os

procesos de coagulación-floculación. Ambos facilitan la retirada de las sustanciasen suspensión y de l as par tículas coloidales, de manera general se entiende en

dos pasos, estos son:

a. La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas

por l a adi ción de un r eactivo q uímico l lamado coagulante, e l c ual,

neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a

unirse entre sí, y;

b. La floculación es l a ag lomeración de p artículas des estabilizadas e n

microflóculos y des pués en l os flóculos m ás g randes q ue t ienden a

depositarse e n el fondo d e l os r ecipientes c onstruidos p ara este fin,

denominados sedimentadores.

Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de

velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes

al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más t iempo para

que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el

fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de

las sustancias coagulantes y floculantes.




90

La s olución floculante m ás adaptada a la nat uraleza de l as m aterias e n

suspensión con el fin de conseguir aguas decantadas l impias y l a formación de

lodos espesos se determina por pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo.

En l a minería, l os floculantes ut ilizados s on pol ímeros s intéticos de al to p eso

molecular, c uyas m oléculas s on de c adena l arga y c on gran af inidad p or l as

superficies sólidas. Estas macromoléculas se f ijan por adsorción a las partículas y

provocan así la floculación por formación de puentes interpartículas.

La floculación s e ve favorecida por una ag itación moderada c on paletas a poc a

velocidad. A veces la acción es mejorada por la instalación de paletas auxiliares

fijas, o p aletas es táticas, s ituadas entre l as pal etas móviles, q ue s irven par a

interrumpir l a r otación de m asa del l íquido y ac tivar el m ezclado. U n mayor

contacto entre las partículas favorecerá la formación de flóculos; sin embargo si la

agitación fuese d emasiado fuerte, l os es fuerzos c ortantes q ue s e pr oducen

romperán el f lóculo e n partículas m ás peq ueñas. La agitación d ebe controlarse

con mucho c uidado, de modo q ue l os flóculos s ean d el t amaño adecuado y s e

depositen rápidamente.

Se han realizado numerosos experimentos por parte de fabricantes de equipos y

operadores de plantas para determinar la configuración óptima del tamaño de lapaleta, su espaciamiento y velocidad. Se ha comprobado que una velocidad en la

punta de l a pal eta de apr oximadamente 0. 6 a 0. 9 m /s c onsigue s uficiente

turbulencia sin romper el floculo.




91

3.5 Sedimentación [desarenación y clarificación]

Sedimentación.

La sedimentación consiste en la separación, por la acción de la gravedad, de las

partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una delas operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales.

Los términos sedimentación y decantación se utilizan indistintamente.

Esta o peración s e e mplea p ara l a eliminación d e ar enas, de l a materia en

suspensión, del flóculo b iológico en l os dec antadores s ecundarios, en l os

procesos d e lodo activado, t anques de d ecantación pr imaria, de l os f lóculos

químicos cuando se emplea la coagulación química; y para la concentración de

sólidos en los espesadores de lodo.

En l a mayoría de l os c asos, el objetivo pr incipal es l a ob tención de un efluente

clarificado, per o t ambién es nec esario pr oducir un lodo cuya c oncentración d e

sólidos per mita s u fácil t ratamiento y m anejo. E n el pr oyecto de t anques d e

sedimentación, es ne cesario pr estar at ención en l a obtención d e un e fluente

clarificado, así como a la producción de un lodo concentrado.

En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas,

se pueden producir cuatro tipos de sedimentación:

a. Discreta

b. Floculenta

c. Retardada (también llamada zonal)

d. Compresión

En la siguiente tabla se resume cada una de ellas.




92

Tipo de fenómeno

Sedimentación Descripción

Aplicación/Situaciones

en que se presenta

Partículasdiscretas

(Tipo 1)

Se refiere a la sedimentación de partículasen una suspensión con baja concentraciónde s ólidos. L as par tículas s edimentancomo entidades individuales y no existeinteracción sustancial c on l as par tículasvecinas.

Eliminación de l as ar enas de lagua residual.

Floculenta

(Tipo 2)

Se refiere a una suspensión bastantediluida de partículas que se agregan, ofloculan, durante e l pr oceso de

sedimentación. A l u nirse, l as par tículasaumentan de masa y sedimentan a mayorvelocidad.

Eliminación de una fracción delos s ólidos en s uspensión d elagua residual br uta e n lostanques de s edimentación

primaria, y en la zona superior delos dec antado-res s ecundarios.También elimina los flóculosquímicos de l os t anques desedimentación.

Retardada,

llamada zonal

(Tipo 3)

Se r efiere a s uspensiones deconcentración i ntermedia, en l as que lasfuerzas ent re par tículas s on s uficientespara e ntorpecer l a s edimentación de laspartículas vecinas. Las partículas tienden apermanecer en posiciones relativas fijas, y

la masa de partículas sedimenta como unaunidad. Se desarrolla una interfase sólido-líquido en la parte superior de la masa quesedimenta.

Se presenta en l os t anques desedimentación secundariaempleados en las instalaciones

de tratamiento biológico.

Compresión

(Tipo 4)

Se refiere a la sedimentación en la que laspartículas están concentradas de talmanera que s e forma una estructura, y l asedimentación s ólo puede t ener l ugarcomo c onsecuencia d e l a c ompresión deesta estructura. La compresión se producepor e l peso de l as partículas, que se v anañadiendo constantemente a l a es tructurapor s edimentación des de el líquidosobrenadante.

Generalmente, s e pr oduce enlas capas inferiores de una masade f ango d e gr an es pesor, t alcomo oc urre en el f ondo de l osdecantadores secundariosprofundos y en l as i nstalaciones

de espesamiento de fangos.

Tabla No. 3.3 Tipos de s edimentación que i ntervienen en el t ratamiento del ag ua

residual




93

Sedimentación acelerada

La s edimentación, s e pr oduce de bido a l a ac ción d e l a fuerza de l a g ravedad

dentro d e u n c ampo de aceleración constante. L a eliminación de p artículas

sedimentables también puede llevarse a c abo aprovechando las propiedades de

un campo de aceleraciones variable.

Para la el iminación de arenas del agua residual se han desarrollado numerosos

aparatos que aprovechan tanto l a acción de las fuerzas gravitacionales, como la

acción de la fuerza centrífuga y l as velocidades inducidas. Los principios en los

que se basa uno de estos aparatos, conocido como Teacup separator (separador

en f orma de t aza de t é). A pr imera v ista, el s eparador t iene forma de c ilindro

achatado. El ag ua r esidual s e i ntroduce t angencialmente c erca del fondo del

cilindro, y se extrae por la parte superior del mismo, también tangencialmente. La

arena se extrae por una abertura dispuesta en el fondo del elemento.

Aplicación.

La sedimentación es la separación de partículas suspendidas más pesadas que el

agua mediante la acción de la gravedad, el propósito fundamental es obtener un

efluente c larificado s in em bargo s e pr esenta t ambién un l odo c oncentrado con

base a l a concentración y la tendencia de interacción entre la pa rtículas pueden

efectuarse c uatro c lasificaciones g enerales s obre la f orma en que dichas

partículas se depositan.

Tipo No.1. Se refiere a la sedimentación discreta de partículas en una suspensión

de concentración baja, las partículas se depositan como entidades individuales y

no existe interacción con las partículas próximas.




94

La s edimentación d e par tículas di scretas se analizan mediante l as l eyes

señaladas por Newton y Stokes.

Newton

… (3.1)

Donde:

Vs = Velocidad de Sedimentación

ρs = Densidad de la partícula

ρL = Densidad del fluidog = Constante de la gravedad

φ = Diámetro de la partícula

CD= Coeficiente de fricción

Stokes

CD= 24/ (NRe) zona de stokes flujo laminar

CD= 24/(Nre)+ 3/ NRe+ 0.34 flujo turbulento

…(3.2)

Donde:

Vs= Velocidad de sedimentación

ρs= Densidad de la partícula

ρL= Densidad del fluido

φp2= Diámetro de la partícula

µ= Viscosidad del liquido

(ρs- ρL) g φ Vs = 4

3CD ρL

3/2

g (ρs-ρL) φp2

Vs =

18 µ

Newton

Stokes




95

Tipo No. 2. Se refiere a una s uspensión di luida de p artículas que se agregan a

floculan durante la sedimentación. Al agregarse las partículas aumenta su masa y

se depositan más rápidamente.

El efecto de la floculación depende de las oportunidades de contacto que tenganlas partículas y que varía con respecto a los siguientes factores:

a. Gradientes de velocidad del sistema

b. Concentración de partículas

c. Gama de tamaños

d. Profundidad del tanque

e. Flujo de alimentación

El e fecto d e t odas estas v ariables p uede de terminarse s olamente mediante

pruebas experimentales.

Tipo No. 3. Tiene lugar en s uspensiones de concentración intermedia donde las

fuerzas interpartículas son suficientes para retardar la sedimentación de partículas

vecinas. Las partículas tienden a prevalecer entre sí en posiciones fijas y la masa

de las mismas se deposita como una unidad. En la parte superior de los lodos se

desarrolla una interfase solidó-liquido bien diferenciada.

Tipo No. 4. Tiene lugar cuando las partículas alcanzan tal concentración que se

forma una es tructura en l a q ue s e forma una es tructura en l a q ue s olo pu ede

producir un asentamiento por compresión. La compresión ocurre por el peso de

las par tículas q ue c ontinuamente se va añadiendo y se presenta en l a zona de

lodos.

Velocidad de sedimentación

Durante la primera etapa esta es constante y a medida que el solidó se acumula

en la zona de compresión la velocidad disminuye constantemente hasta alcanzar

la altura final y el punto crítico se alcanza cuando la velocidad de s edimentación

en su primera etapa deja de ser constante.




96

Aplicaciones.

Se emplean para separar materiales más pesados que la materia orgánica

en descomposición como arenas, gravas o cenizas.

Protegen bombas y ot ros eq uipos del desgaste ( abrasión) ev itando

obstrucciones y taponamientos.

Deberán tener poca profundidad.

El tiempo de retención va de 20 a 60 s.

Su forma general es de grandes canales. Cuya velocidad recomendable es

de 0.3m/s para q ue l os s ólidos or gánicos pes ados s e d epositen

manteniéndose en suspensión, los s ólidos or gánicos l igeros y l os

inorgánicos finos (menores .2mm)

Se recomienda un ancho del desarenador de 0.6m

Ejemplo

Se considera diseñar un sedimentador para proteger los equipos de bombeo de

una planta de tratamiento. Los datos son:

Q= 400 m3/dia

φ= 0.07mm

Ss= Densidad específica = 2.65

T= 20 ºC

γ = Viscosidad cinemática = 0.986 E-2 cm2/s

Determine la superficie del desarenador para obtener una separación del 70% de

las partículas.

1 cm10 mm = 0.007 cm




97

Metodología.

1. Aplicar Stokes

2. Validar Stokes con Reynolds

NRe< 2 ------------ Stokes (Flujo laminar)

2< NRe < 500 ----- Allen (Flujo transición)

NRe > 500 -------- Newton (Flujo turbulento)

3. Si es flujo laminar, el flujo se saca directamente

4. Si es flujo t urbulento la velocidad de sedimentación s e calcula en función dediámetro o del coeficiente de fricción.

…(3.3)

Vs = g Ss-1 φP2

18 µ

1. Vs= (981 cm/sec) 2.65-1(0.007cm) = 0.4465 cm/s

(18) (0.9867E-2 cm2/s )

2. NRe= Vs φP µ

= (0.4465 cm/s)(0.007 cm) = 0.3168 0.9867E-2 cm2/s

3. A= Q/Vs= 4000 m3/dia

0.4465 cm 1 m 60 s 60 min 24 h = 385.776 m/dias 100 cm 1 min 1 h 1 dia

Área= 4000 m3/dia = 10.3687 m2 385.776 m/dia




98

4.10.3687 m2 ------100%7.2581 m2 ------ 70%

5.- A= LW ; L= A/W = 7.2581 m

2

= 12.0968 m 0.6 m

6.- Tirante (profundidad)

H= Q/Vc (1/W)

Q= Gasto

Vc= Velocidad de arrastre

W= Ancho

Vc= 8 β g φP ( SS-1) ½ F

Donde:

Vc= Velocidad de arrastre (mm/s)

β= Constante; 0.04--- Arena granular

0.06--- Material no uniforme y que tiende a flocularse

F= Factor de fricción de Weisbach-Darcy = 0.003

El sedimentador queda con las siguientes dimensiones:

L= 12.0968 m

W=0.60 m




99

Ejercicio.

El caudal promedio afluente para una pequeña planta de t ratamiento ARM es de

0.05 Mgal/día con una tamaño de partícula 3.28 E- 4 pies con una temperatura de

20 C° cuya viscosidad cinemática es de 1.003E-6 m2/s, una separación del 85 %

una constante (β) igual a .006 una gravedad Ss=1.125 (densidad especifica), unfactor de fricción(f) igual a 0.025

Flujo Turbulento

Los pasos a seguir son:

1. = [ (g(Ss-1)/γ]1/3 = Vc = [4NRe/3CD]1/3

2. = NRe= (Vs * Øp)/ γ

3. = [Vs/ g(Ss-1)/γ]1/3

4. = Vs= Vc [g(Ss-1)/γ]1/3

5. = A= Q/Vs

Ejemplo.

Calcular los par ámetros de di seño par a un des arenador c on l as s iguientes

características φp 0.002cm, densidad relativa Ss= 2.65, µ cinemática= 1.0105 E-2

cm2/s, temperatura 20 °C, caudal= 200 L/sec al 100%, Q caudal= 200 L/s a m 3/dia= 17,280

1. Vs= [(g (ss-1))/18 * γ] *Øp 2

Vs= [(981 (2.65-1))/18 * 1.0105 E-2 cm2/s] * (0.002cm) 2

Vs= 0.0355 cm/s

2. NRe= (Vs * Øp)/ γ

NRe= (0.0355 cm/s * 0.002cm)/ 1.0105 E-2 cm2/s

NRe= 0.007026 Flujo Laminar




100

3. Área = Q / Vs

A= 17280 m3/dia / 30.672 m/dia

A= 563.3802 m2

4. 563.3802 m

2

– 100%-- 85%

5. A= L*W L= A/W

L= 563.3802 m2 / 0.6 m

L= 938.967 m

6. Tirante

Vc= [(8*0.06*9810 mm/s *0.02 mm *1.65)/0.03]1/2

Vc= 71.9699 mm/s

Vc= 621.8199 m/dia

H=[ 17280 m3/dia / 621.8199m/dia ]* [ 1/0.6m]

H= 46.31 m

Se propone construir dos sedimentadores en paralelo

Ejercicio.

Se co nsidera diseñar un s edimentador par a una planta de t ratamiento, con l os

siguientes datos.

φp=0.25 cm

Ss=2.65

T=20 °C

µ=0.9867 E-2 cm2/s

Q= 83750 m3/dia




101

Consideraciones.

1. El periodo de diseño teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es

de 8 a 16 años.

2. El nú mero de u nidades m ínimas e n par alelo es d e dos par a e fectos demantenimiento.

3. El periodo de operación recomendable es de 24 h.

4. El tiempo de retención recomendable será entre 2 y 6 h.

5. La carga superficial estará entre los valores de 2 a 10 m3/m2dia

6. La profundidad del sedimentador recomendable será entre 15 m y 2.5 m

7. La relación de las dimensiones del largo y ancho serán entre los valores de

3 a 6

8. La relación de l as dimensiones de largo y profundidad (l/h) será entre los

valores de 5 a 20

9. El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 10% para facilitar

el deslizamiento del sedimento

10. La velocidad en los orificios no debe ser mayor a 0. 15 m/s para no crear

perturbaciones dentro de la zona de sedimentación

11. La descarga de lodos se debe ubicar en el primer tercio de la unidad pues

el 80% del volumen de los lodos se depositan en esta zona.12. Se recomienda un caudal por m etro l ineal de r ecolección en l a zona de

salida igual o inferior a 3 l/s




102

3.6 Flotación

Flotación

La f lotación es una oper ación unitaria que se em plea par a la separación de

partículas s ólidas o l íquidas de una f ase líquida. La s eparación s e c onsigueintroduciendo f inas burbujas d e gas, n ormalmente aire, en l a fase l íquida. La s

burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza ascensional que experimenta el

conjunto partícula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del líquido.

De esta forma, es posible hacer ascender a la superficie partículas cuya densidad

es mayor que la del líquido, además de favorecer la ascensión de las partículas

cuya densidad es inferior, como el caso del aceite en el agua.

En el t ratamiento de aguas residuales, la flotación se emplea para la eliminación

de l a m ateria s uspendida y par a l a c oncentración de l os lodos biológicos. La

principal ventaja del proceso de flotación frente al de sedimentación consiste en

que permite eliminar mejor y en m enos t iempo las partículas pequeñas o l igeras

cuya deposición es l enta. U na v ez que las par tículas s e hallan en la superficie,

pueden recogerse mediante un rascado superficial.

La aplicación práctica de la flotación en las instalaciones de t ratamiento de aguasresiduales ur banas s e l imita, en l a ac tualidad, al us o d el ai re c omo ag ente

responsable del fenómeno. Las burbujas se añaden, o s e induce a su formación,

mediante uno de los siguientes métodos:

1. Inyección de aire en el líquido sometido a presión y posterior liberación de

la presión a que está sometido el líquido (flotación por aire disuelto).

2. Aireación a presión atmosférica (flotación por aireación).

3. Saturación con aire a l a presión atmosférica, seguido de la aplicación del

vacío al líquido (flotación por vacío).

En todos estos sistemas, es posible mejorar el grado de eliminación y rendimiento

mediante la introducción de aditivos químicos.




103

1. Flotación por aire disuelto (FAD).

En los sistemas FAD (Flotación por Aire Disuelto), el ai re se disuelve en el agua

residual a una presión de varias atmósferas, y a continuación se libera la presión

hasta alcanzar la atmosférica. En las instalaciones de pequeño tamaño, se puede

presurizar la totalidad del caudal a tratar de 275 a 230 kPa, mediante una bomba,

añadiéndose el aire comprimido en la tubería de aspiración de la bomba. El caudal

se mantiene bajo presión en un calderín durante algunos minutos, para dar tiempo

a q ue el ai re se disuelva. A c ontinuación, el l íquido pr esurizado se al imenta al

tanque de flotación a t ravés de una v álvula reductora de presión, lo cual provoca

que el aire d eje de estar en disolución y q ue s e formen di minutas b urbujas

distribuidas por todo el volumen de líquido.

En las instalaciones de mayor tamaño, se recircula parte del efluente del proceso

de F AD ( entre el 15 y el 120%), el c ual se pr esuriza, y s emisatura c on aire. E l

caudal recirculado se mezcla con l a corriente principal sin presurizar antes de l a

entrada al t anque d e f lotación, l o q ue pr ovoca q ue el ai re dej e de es tar e n

disolución y ent re en contacto con las partículas sólidas a l a entrada del tanque.

Las pr incipales apl icaciones d e l a flotación por ai re di suelto s e c entran en el

tratamiento de vertidos industriales y en el espesado de lodos.

2. Flotación por aireación.

En los s istemas de flotación por ai reación, l as bur bujas d e ai re s e i ntroducen

directamente en la fase líquida por medio de difusores o turbinas sumergidas. La

aireación directa durante cortos periodos de tiempo no es especialmente efectiva a

la hora de conseguir que los sólidos floten. La instalación de tanques de aireación

no suele estar recomendada para conseguir la f lotación de las grasas, aceites ysólidos presentes en las aguas residuales normales, pero ha resultado exitosa en

el caso de algunas aguas residuales con tendencia a generar espumas.




104

3. Flotación por vacío.

La flotación por vacío consiste en saturar de aire el agua residual, puede darse de

dos formas

a. Directamente en el tanque de aireación

b. Permitiendo q ue el a ire penet re e n el c onducto de as piración de un a

bomba.

Al apl icar un v acío par cial, el aire di suelto ab andona l a s olución e n forma de

burbujas diminutas. L as bur bujas y l as par tículas sólidas a l as que s e adhieren

ascienden e ntonces a l a s uperficie par a formar u na c apa de espuma q ue s e

elimina mediante un mecanismo de rascado superficial. La arena y demás sólidos

pesados, que se depositan en el fondo, se transportan hacia un cuenco central delodos para su extracción por bombeo.

En el caso de que la instalación esté prevista para la eliminación de las arenas y si

el lodo ha d e s er di gerido, es nec esario s eparar l a ar ena d el lodo en un

clasificador de arena antes del bombeo a los digestores.

Aplicaciones.

Separación de grasa, aceites, fibras y otros sólidos de bajo peso molecular.

Espesado de lodos procedente de lados activados.

Espesado de lodos procedente de floculación.

Separación de algas en efluentes de lagunas de estabilización.

En procesos de tratamiento la flotación se puede incorporar:

Como unidad d e pr etratamiento antes de l a uni dad d e s edimentación

primaria.

Como unidad de tratamiento primario.

Como u nidad de p retratamiento de A R ant es d e l a des carga al

alcantarillado municipal.

Como unidad de tratamiento de efluentes de lagunas de estabilización para

remoción de algas.




105

Para flotación de floc´s livianos.

Para flotación para algas coaguladas.

Como unidad específica de flotación para remover material suspendido no

removido con otros procesos.

Para recuperación de materias primas o subproductos de interés.

Consideraciones de Diseño

Para el diseño de los sistemas de flotación el parámetro utilizado es la relación de

los parámetros y sólidos.

…(3.4)

Donde:

A: Se obtiene a partir de determinaciones de aire disuelto (mg/l) en los puntos de

muestreo.

…(3.5)

…(3.7)

Donde:

P: Presión del sistema o del funcionamiento [atm]

F: Factor que toma en cuenta la saturación incompleta del aire y dependiendo

del diseño del tanque de retención.

F: [0.5 – 0.8]: generalmente

F: 0.5 concreto

Sa: Solubilidad del aire [mg/L]

ρa= Densidad del aire [mg / cm3]




106

Donde:

C2= Solubilidad del aire en agua [mg / L]

C1 = Concentración de aire en agua

C1= F P Sa f

Xo = Ss = Concentración de sólidos en agua.P = Presión

…(3.8)

…(3.9)

Factores que afectan el diseño de las unidades de Flotación son:

Concentración de sólidos Cantidad de aire

Volumen de crecimiento de partículas

Q de alimentación

La solubilidad del aire en el agua varía con respecto a la temperatura, como se

muestra en la tabla No. 3.4.

T ( C) Sa (cm /L) aire (mg / cm3)

0 29.2 1.2915

10 22.8 1.2444

20 18.7 1.193 aprox 2.0

30 15.7 1.1555

Tabla 3.4 Solubilidad del aire a P=1 atm y diferente Temperatura




107

Reactivos

Fig. 3.3. Diagrama de un sistema de flotación sin recirculación

Superficie Requerida

Sin Recirculación

…(3.10)

Donde:

A= Área (m2)

Q= Gasto (m3/día)

Fc= Factor carga

Tanque depasteurización

Efluenteclarificador

Tanque demezcla dereactivos

Bomba de Alimentaciónde reactivos

TanqueMezcla

Bomba depresurización

Válvula de controlde presión

Sistema de recolección del lododel fondo extracción de lodossedimentables

Mecanismo barrenadorde flotantes

MBFRebose flotantes

Lodos presentescon volumendespreciable

Tanque deflotación




108

Con recirculación

A= …(3.11)

S= …(3.12)

S= …(3.13)

…(3.14)

A= …(3.15)

Donde:

A= Área

Q= Gasto

R=Recirculación

Fc=Factor de carga Gasto por unidad de área.

Nota: Estos sistemas implican conocer la presión requerida de operación y el área

de la unidad de flotación.




109

Fig. 3.4. Diagrama de un sistema de flotación con recirculación

Ejemplo

Se es tá pr obando un s istema de flotación en el l aboratorio p ara un ag ua R

determinando l os s iguientes p arámetros y c onsiderando q ue n o ex iste

recirculación Q= 4000 Xo=250mg/l sólidos y un Fc= 7.32

Determine la Presión del sistema y el área requerida considere un T

Q=4000

Xo=250 mg/l

A/S=.04 kg aire/kg sol

Fc= 7.32

P=?

4000 m3/h

Tanque demesclas dereactivos

Bomba de AlimentaciónDe reactivos

Reactivos

Rebose de flotantes

Lodospresentes Tanque de flotación Q

Tanque deasteurizació

Efluenteclarificador

Efluentereciculado

Bomba depresurización

Mecanismo barrenador deFlotantes




110

Sustituyendo:

P =

A= =

R=

Ejercicio

Para la aplicación del ejemplo anterior, diseñar un sistema de flotación con

reciclado. Considerando una presión de funcionamiento de 2.9 atm.




111

3.7 Filtración en medio granular (filtros de arena)

Filtración.

A pes ar de q ue l a f iltración es una de l as pr incipales oper aciones uni tarias

empleadas en el tratamiento del ag ua potable, la f iltración de efluentes

procedentes de pr ocesos de t ratamiento de ag uas r esiduales e s una pr áctica

relativamente reciente. Hoy en dí a, la filtración se emplea, de modo generalizado,

para conseguir una mayor eliminación de sólidos en suspensión (incluida la DBO y

la materia particulada) de los efluentes de los procesos de tratamiento biológicos y

químicos, y también se emplea para la el iminación del fósforo precipitado por vía

química.

El diseño de los filtros y la valoración de su eficacia debe basarse en:

a. La comprensión de las variables que controlan el proceso

b. El conocimiento del mecanismo, o mecanismos, responsables de la

eliminación de la materia particulada del agua residual.

La operación de los filtros está en función de los siguientes factores:

1. Descripción de la operación de filtración.

2. Clasificación de los sistemas de filtración.

3. Variables que gobiernan el proceso

4. Mecanismos de eliminación de las partículas

5. Análisis general de la operación de filtración

6. Análisis de la filtración de aguas residuales

7. Necesidad de estudios en planta piloto.




112

Descripción de la operación de filtración

La op eración c ompleta de filtración c onsta de dos fases: filtración y l avado o

regeneración ( comúnmente l lamada l avado a c ontracorriente). M ientras l a

descripción d e los f enómenos q ue s e pr oducen durante la fase de f iltración es ,

prácticamente, idéntica para todos los sistemas de filtración que se emplean para

las aguas residuales, la fase de lavado es bastante diferente en función de si el

filtro es d e funcionamiento c ontinuo o s emicontinuo. Tal c omo ex presan s us

nombres, en los filtros de funcionamiento semicontinuo la filtración y el lavado son

fases q ue s e dan u na a c ontinuación de l a ot ra, mientras q ue en l os filtros d e

funcionamiento continuo ambas fases se producen de forma simultánea.

Operaciones de filtración semicontinuas.

Se identifican tanto la fase de filtración como de l avado de un filtro convencional

de funcionamiento s emicontinuo. La fase de filtración en l a q ue s e el imina l a

materia particulada, se l leva a c abo haciendo circular el agua través de un l echo

granular, con o sin la adición de reactivos químicos. Dentro del estrato granular, la

eliminación de los sólidos en suspensión contenidos en el agua residual se realiza

mediante un complejo proceso en el q ue intervienen uno o más mecanismos de

separación como el tamizado, interceptación, impacto, sedimentación y adsorción.

El f inal d el c iclo de filtrado ( fase de filtración), s e al canza c uando e mpieza a

aumentar el contenido de sólidos en suspensión en el efluente hasta alcanzar un

nivel máximo aceptable, o cuando se produce una pérdida de carga prefijada en la

circulación a t ravés del l echo filtrante. Idealmente, a mbas c ircunstancias s e

producen simultáneamente.

Una vez que se ha alcanzado cualquiera de estas condiciones, se termina la fasede filtración, y s e de be l avar el f iltro a c ontracorriente par a el iminar l a m ateria

(sólidos en s uspensión) q ue s e h a ac umulado en el s eno d el l echo g ranular

filtrante.




113

Para el lo, s e a plica un c audal de ag ua de l avado s uficiente para fluidificar

(expandir) el medio filtrante granular y arrastrar el material acumulado en el lecho.

Para mejorar y favorecer la operación de lavado del filtro, suele emplearse una

combinación de agua y aire. En la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas

residuales, el ag ua d e l avado, q ue c ontiene l os s ólidos en s uspensión q ue s eeliminan en el pr oceso de filtración, s e r etorna a l as i nstalaciones d e

sedimentación primaria o al proceso de tratamiento biológico.

Clasificación de los sistemas de filtración

Se ha proyectado y construido diversos modelos y sistemas de funcionamiento de

filtros. Los principales tipos de filtros de medio granular se clasifican atendiendo a:

Tipo de funcionamiento;

Tipo de medio filtrante empleado;

Sentido de flujo durante la fase de filtración;

Procedimiento de lavado a contracorriente

Método de control del flujo.

En el tratamiento de aguas residuales, la filtración es una operación utilizada pararemover sólidos, material no sedimentable, turbiedad, fósforo, DBO, DQO, metales

pesados, v irus; es decir, par a asegurar una c alidad s uperior del e fluente

secundario. La mayor experiencia en l a utilización de la filtración para tratamiento

de ag uas, pr oviene d el diseño y operación de f iltros de m edio granular para la

obtención de agua potable. Sin embargo, aunque el diseño, la configuración física

y l a oper ación de l os f iltros t ienen l os m ismos pr incipios básicos en a mbas

aplicaciones, deb e c onsiderarse q ue hay di ferencias m uy i mportantes e ntre l aaplicación de la filtración para agua potable y para efluentes secundarios de aguas

residuales.

La filtración s e puede us ar par a depurar ef luentes s ecundarios, s in ag regar

coagulantes; c on agregación, antes d e l a filtración o a ntes de l s edimentador




114

secundario, y para depurar aguas residuales, previamente coaguladas, floculadas

y sedimentadas, en una planta de t ratamiento fisicoquímico. La r emoción de los

sólidos s uspendidos c ontenidos e n el ag ua r esidual, de ntro d el l echo f iltrante

granular, en t odos l os c asos, es el r esultado de u n proceso m uy c omplejo q ue

involucra m ecanismos de r emoción di ferentes c omo el c ribado, adsorción,absorción, floculación y sedimentación.

El f iltro típico convencional monomedio, es el que ut iliza arena o ant racita como

medio filtrante y opera por g ravedad con tasa d e filtración c onstante o v ariable.

Otro filtro es el ascensional profundo monomedio, este cuenta con las siguientes

ventajas:

La filtración pr ocede de un medio g rueso a f ino, ut iliza s olo un m edio

filtrante y permite usar un m edio c on tamaño e fectivo m ás g rande y con

mayor coeficiente de uniformidad.

El tiempo requerido para lavado es menor porque el tiempo de d renaje es

mínimo.

Se puede usar agua cruda para lavado, disminuyendo la cantidad de agua

que debe filtrarse dos veces.

La pr incipal desventaja de es ta úl tima configuración, radica en l a nec esidad d e

proveer una rejilla que retenga el medio filtrante en su sitio, cuando se ejerce la

fuerza ascensional para la filtración.

Los filtros de presión pueden necesitarse para un diseño económico y se usan en

plantas p equeñas; es es tas l a filtración s e r ealiza en un t anque c errado, c on

presión s uministrada por una b omba, p or l o q ue pued en op erar c on pér didas

finales de energía al tas, menor consumo d e lavado. C omo d esventaja d e estos

filtros e s la d ificultad p ara hac er obs ervación, i nspección y c ambio d el m edio

filtrante, a menos que se cuente con un acceso fácil al filtro.




115

El diseño de un filtro para aguas residuales requiere de una selección apropiada

del tamaño del medio filtrante, de la profundidad del lecho de filtración, de la tasa

de filtración y de la perdida de la carga disponible para filtración. Evidentemente, la

mejor m anera de seleccionar di chos par ámetros y proveer un di seño de costo

mínimo es desarrollar un es tudio c on l a pl anta piloto q ue permita de ducir l osrequisitos del sistema de filtración.

Las recomendaciones principales para diseño de filtros, destinados al t ratamiento

de efluentes secundarios, son:

Se de be evaluar l a v ariabilidad de l a carga hi dráulica y de s ólidos

suspendidos para evitar carreras cortas de f iltración y consumos excesivos

de agua de lavado.

Es pr eferible utilizar f iltros q ue p ermitan l a pen etración de s ólidos

suspendidos, es dec ir, s istemas de filtración de g ruesos a finos. El medio

filtrante sobre el lado de entrada del afluente debe tener un tamaño efectivo

no menor de 1 a 1.2 mm.

La tasa de lavado debe ser suficiente para fluidizar los granos más gruesos

de cada componente del lecho filtrante. Medios más uniformes reducirán la

tasa de lavado requerida y son más deseables, aunque más costosos. Se debe evaluar el e fecto de l a recirculación del agua de l avado, a t ravés

de la planta, sobre la tasa de filtración y sobre la duración de la carrera de

filtración.




136

Autoevaluación.

1. En un curso de agua se coloca un vertedor, calcule el gasto, si:

a. El vertedor es rectangular con dos contracciones laterales: L= 1.3 m, H=

1.5 in, n=2

b. El vertedor triangular de pared delgada con carga de 37cm, ángulo 80° en

la escotadura.

2. U na c omunidad r ural de 80 v iviendas considera l a i nstalación de una r ed d e

alcantarillado. Estime el caudal del agua residual si 40 v iviendas son nuevas, 30

viviendas son viejas y las 10 restantes son casas de veraneo ¿Qué porcentaje del

agua de abastecimiento r epresenta el c audal d el ag ua r esidual s i el ag ua

consumida es de 8000 gal/dia?

3. Estime el caudal pico en una zona que cuenta con un hotel vacacional de 250

habitaciones, una tienda para turistas, una zona de campamentos para capacidad

de 120 personas, un centro de visitas, una prisión con 150 reclusos, un hospital

médico con 120 camas y una oficina con 160 empleados. Exprese en forma clara

los aporte base adoptados para el cálculo.

4. S e r equiere di señar una r ejilla par a u n i nfluente d e ag ua residual de u na

población 1 75000 habitantes y un c onsumo de 15 0 l itros al día, c onsidere l os

siguientes parámetros para una limpieza manual:

a. Barras rectangulares. d. Separación entre barras: 40 mm.

b. Rejilla con el 40% de obstrucción. e. Ángulo (pendiente en relación a la

vertical): 45 °

c. Ancho de la barra: 25 mm. f. Profundidad de la rejilla: 120cm

g. Velocidad de flujo: 0.5 m/sec.

Calcular:

1. Número de barras 5. Pérdida de carga hidráulica (hL)




137

2. Área de entrada de cada reja. 6. Pérdida de carga hidráulica con

obstrucción.

3. Velocidad de flujo al pasar la reja. 7. Caudal medio.

4. Carga de velocidad de

acercamiento (hv)

8. Longitud sumergida

9. Nivel del agua

5. Se considera diseñar un sedimentador, de acuerdo a los siguientes parámetros:

Q= 41 L/sec, φ= 0.075mm, Ss=2.65, γ = 0.9186E-2 a una temperatura de 24°C.

Calcular:

1. Superficie del desarenador. (Largo,

ancho, tirante)

3. Velocidad de arrastre.

2. Velocidad de sedimentación.



UNIDAD IV

TRATAMIENTO DE LODOS.

OBJETIVO.

El estudiante conocerá y c omprenderá la i nformación r elativa a l os l odos

generados en las plantas de tratamiento de aguas y aguas residuales, así como

sus c aracterísticas y l os métodos a mbientales adec uados par a su m anejo y

disposición.




117

4.1Origenes y formas de tratamiento (Posibles combinaciones)

Los pr incipales c onstituyentes del ag ua r esidual el iminados e n las pl antas d e

tratamiento i ncluyen basura, ar ena, y l odo. El l odo ex traído y pr oducido en las

operaciones y pr ocesos de t ratamiento de l as ag uas r esiduales g eneralmente

suelen ser un l íquido-semisólido con gran contenido de sólidos que están entre el

0.25 y el 12% en peso. El lodo es, por mucho el constituyente de mayor volumen

eliminado en los tratamientos y está formado por las sustancias responsables del

carácter desagradable de las aguas residuales no tratadas. Los lodos producidos

en el t ratamiento bi ológico debe n s er es tabilizados, es pesados y des infectados

antes de ser retirados del sitio de tratamiento.

En los tanques de s edimentación se producen grandes volúmenes de l odos conalto contenido de ag ua; s u deshidratación y di sposición final representa un al to

porcentaje del costo general del tratamiento.

Los l odos q ue s e p roducen en l os procesos de tratamiento de ag uas s on

principalmente los siguientes.

Lodo primario proveniente de la sedimentación del agua residual.

Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residual.

Lodos digeridos proviene de los dos anteriores, separados o mezclados.

Lodos provenientes de la coagulación y sedimentación de ag uas y aguas

residuales.

Lodos provenientes de plantas de ablandamiento.

Lodos provenientes de rejillas y desarenadores.




118

4.2 Cantidades y características

Los lodos son una mezcla de aguas negras y sólidos sedimentables dependiendo

de su origen reciben el nombre como: primarios, secundarios, lodos activados o

lodos químicos. Estos son los términos descriptivos más comunes, algunas otrasson lodos del tanque Imhoff o del tanque séptico.

Las características de es tos varían mucho dependiendo de s u origen y s u edad,

del t ipo de proceso del cual provienen, como se muestra en la tabla No. 4.1. El

volumen del lodo que se produce en un tanque de sedimentación debe conocerse

o estimarse para cuantificar los diferentes componentes del sistema de tratamiento

y di sposición de l os l odos. D icho v olumen de pende principalmente d e l as

características del agua r esidual, del g rado de t ratamiento pr evio, el t iempo de

sedimentación, la d ensidad de sólidos, el c ontenido de hu medad, de eq uipos o

método de remoción de lodos y de la frecuencia de remoción de los mismos.

Proceso

% humedad

del lodo Densidad relativa

Intervalo Típico Sólidos Lodo

Sedimentación primaria 88-96 95 1.4 1.02Filtro percolador 91-95 93 1.5 1.025

Precipitación química - 93 1.7 1.03

Lodos activados 90-93 92 1.3 1.005

Tanques sépticos - 93 1.7 1.03

Tanques Imhoff 90-95 90 1.6 1.04

Aireación prolongada 88-92 90 1.3 1.015

Lodo primario digerido

anaerobicamente 90-95 93 1.4 1.02Laguna aireada 88-92 90 1.3 1.01

Lodo primario digerido

aeróbicamente 93-97 95 1.4 1.012

Tabla No. 4.1 Características de los lodos Fuente: Metcalf, 1994




119

El lodo activado tiene generalmente una apariencia floculenta de color marrón. Si

el color es muy oscuro, puede estar próximo a volverse séptico. Si el color es más

claro de l o nor mal puede haber es tado ai reado i nsuficientemente y l os s ólidos

tienden a sedimentar lentamente.

Los l odos s e t ratan par a facilitar s u disposición, l os diversos pr ocesos d e

tratamiento t ienen por obj etivo, di sminuir el v olumen del m aterial q ue va a s er

manejado, por la eliminación de toda la porción liquida y también en descomponer

la m ateria or gánica muy put rescible a c ompuestos or gánicos e i norgánicos

relativamente estables o inertes.

La r educción del v olumen d e l odo es m uy bene ficiosa para l os pr ocesos d e

tratamiento subsecuentes, algunas ventajas son:

Capacidad de tanques y equipos necesarios.

Cantidad d e r eactivos q uímicos nec esarios par a el acondicionamiento de l

lodo.

Cantidad de calor necesario para los digestores.

Permite reducir tamaños de tuberías, bombas y tanques digestores.




120

4.3 Espesamiento

La implementación de nuevas normas para controlar el uso de lodos, provenientes

del t ratamiento de aguas residuales, es implementar operaciones de t ratamiento

rentables que no causen daño al medio ambiente y que permitan generar un lodo

de buena c alidad q ue s e pueda r eutilizar o di sponer en r ellenos s anitarios. Su

tratamiento y evacuación es generalmente el problema más complejo.

Cualquier t ratamiento de l odos pretende di sminuir, p or el iminación d e ag ua, el

volumen, para s ubsecuentes t ratamientos y di sposición o t ransformación de l os

sólidos orgánicos putrescibles en s ólidos orgánicos o i norgánicos más estables o

inertes. Existen diferentes tratamientos para los lodos, a continuación se describen

algunos:

Espesado.

Es un pr ocedimiento que se emplea para aumentar la fracción sólida del lodo de

desecho m ediante l a r educción de l a fracción l iquida del m ismo. L os l odos

activados en ex ceso, q ue nor malmente s e bom bean des de l os t anques de

decantación secundaria con un contenido de sólidos de 0.8% pueden espesarse

hasta u n c ontenido del 4% de s ólidos, c onsiguiéndose de es ta m anera un a

reducción del volumen de lodo a una quinta parte del volumen original.

El espesado se consigue generalmente, por medios físicos, incluyendo los equipos

de es pesados por g ravedad, flotación y c entrifugación; q ue a continuación s e

describen:

Espesado por gravedad.

Se r ealiza en un t anque de di seño s imilar al de un t anque d e s edimentación

convencional. El lodo diluido se conduce a una cámara de alimentación central y a

continuación sedimenta y se compacta extrayéndose el lodo espesado desde el

fondo del t anque. E l flujo c ontinuo del s obrenadante pr oducido es r etornado al




121

tanque de decantación primaria. El lodo espesado que se recoge en el fondo del

tanque se bombea a los digestores o al equipo de deshidratación.

Espesado por flotación.

Hay cuatro variantes básicas de la operación de espesado por flotación: flotaciónpor ai re disuelto, flotación p or v ació, flotación p or di spersión de aire y f lotación

biológica. Sin embargo, solo la flotación por aire disuelto tiene utilización para el

espesado del lodo.

La utilización más eficaz del espesado por flotación se consigue con los lodos en

exceso pr ocedentes de procesos de t ratamiento biológicos de c ultivos

suspendidos, t ales c omo el pr oceso de l odos ac tivados, o el pr oceso de

nitrificación de cultivo suspendido.

Espesado por centrifugación.

Las c entrifugas s e utilizan t anto para espesar c omo p ara d eshidratar lodos. E l

espesado supone la sedimentación de las partículas del lodo bajo la influencia de

las fuerzas centrifugas.

Los tres t ipos básicos de c entrifugas normalmente disponibles para el espesadode lodos son:

a) Centrifuga de discos,

b) Camisa maciza y

c) De cesta.

Los c ostos de mantenimiento y ener géticos del pr oceso d e es pesado por

centrifugación son al tos, por t anto el proceso es s olamente aplicable en plantas

grandes por encima d e 0.2 m3/s en las que el espacio s ea l imitado y do nde s e

disponga de o peradores c alificados, o bi en par a l odos q ue s ean di fíciles de

espesar por m étodos m ás c onvencionales. En l a figura N o. 4 .1 s e obs erva un

espesador típico




122

Fig. No. 4.1 Espesador




123

4.4 Digestión Anaerobia y Aerobia

Digestión Anaerobia.

Es uno de los procesos más antiguos empleados en la estabilización de lodos, en

éste s e pr opicia l a degradación de l a materia or gánica c ontenida e n él , en

ausencia de oxígeno molecular.

La materia orgánica contenida en la mezcla de l odos pr imarios y secundarios se

convierte en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) principalmente.

La di gestión an aerobia es u n pr oceso q ue depende de l a ac ción de bacterias,

clasificadas como hidrolíticas, acetogénicas, acidogénicas y metanogénicas.

El pr oceso se l leva a cabo en un r eactor c ompletamente cerrado. Los l odos se

introducen en el reactor de forma continua y permanecen dentro de estos tanques

durante periodos de tiempo considerables. El lodo estabilizado que se extrae del

proceso t iene un bajo c ontenido de m ateria or gánica y de m icroorganismos

patógenos vivos.

Digestión convencional.

La digestión del lodo se efectúa normalmente mediante un proceso de u na sola

fase; d entro de l a digestión, el es pesamiento d el l odo y l a formación de

sobrenadante se efectúan simultáneamente.

Cuando el g as sube hacia la superficie, arrastra consigo partículas de l odo y de

otras materias, tales como grasas y aceites, dando lugar finalmente a la formación

de una capa de espumas. Como resultado de la digestión el lodo se vuelve mas

mineralizado y se espesa por adición de la gravedad.

Digestión de alta carga.

Este proceso difiere del convencional de una sola fase en que la carga de sólidos

es mucho mayor. El lodo se mezcla íntimamente mediante recirculación del gas,




124

bombeo, o m ezcladores con tubos de aspiración. E l equipo de mezclado deberá

tener mayor capacidad y l legar hasta el fondo del tanque; las tuberías de gas son

mayores, el t anque es más profundo para facilitar el proceso de mezclado en un

digestor de alta carga.

El lodo debe bombearse al digestor en forma continua o mediante temporizado en

ciclos de 30 m inutos cada 2 h oras, el l odo ent rante des plaza al di gerido a un

segundo digestor par a l a s eparación d el s obrenadante y ex tracción del g as

residual.

Digestión de dos fases.

En el proceso de dos fases, el primer tanque se usa para la digestión propiamente

dicha. El tanque es calentado y equipado con medios de mezclado que consisten

en u no o más de los di spositivo. E l s egundo t anque s e utiliza par a el

almacenamiento y concentración del lodo digerido, así como para la formación de

una capa de sobrenadante relativamente c larificado. Por lo general, los tanques

son circulares y raramente tienen diámetros menores de 6 m o mayores de 35 m

pueden llegar a tener una profundidad de hasta 14 m o más.

Algunas de l as v entajas y des ventajas de l a di gestión A naerobia s e enl istan acontinuación:

Ventajas

Se obtiene un lodo con mayor capacidad de espesamiento

Se requiere una menor necesidad de nutrientes

No necesita aireación al realizarse en ausencia de oxígeno

Se pr oduce metano, c ontribuyente del bi ogás y que c uando se

encuentra en proporciones s uperiores al 5 0% pue de s er ut ilizable

como gas combustible.

Existe menor producción de lodo, puesto que una mínima parte del

carbono presente en la DBO es trasformado en biomasa.




125

El l odo pr oducido es f ácilmente deshidratado, y a q ue al

incrementarse l a el iminación de materia v olátil s e m ejora l a

deshidratación posterior.

Se elimina la mayor parte de los microorganismos patógenos.

Desventajas:

Se d ebe r ealizar m ediante bacterias t ermófilas a temperaturas

superiores a 30˚C. Temperaturas mucho más altas pueden favorecer

la apar ición de s ustancias t óxicas. Provoca un m ayor c onsumo

energético y necesidades de aislamiento térmico del digestor.

Los gases formados como el CO2 y CH4, favorecen la formación de

espumas q ue se t ienen q ue romper par a una c orrecta s eparación

lodo/agua y una buena recuperación del biogás.

Es s ensible frente a c ambios oper acionales de c arga, c audal y a

cambios ambientales como pH y temperatura.

La pu esta en marcha es m uy l enta de bido a l a b aja t asa d e

crecimiento.

Digestión Aaerobia.

Se e mplea g eneralmente en pl antas de t ratamiento c on c apacidad i nferior a

20,000 m3/día, sin embargo, en algunas ocasiones se ha empleado en plantas con

mayor capacidad.

Las v entajas y des ventajas pr incipales d e es te pr oceso, c omparado c on l a

digestión anaerobia, son:

Ventajas

Se c onsiguen menores c oncentraciones de D BO en el l íquido

sobrenadante.

Puede requerir menores costos iniciales.

La producción final biológicamente estable, sin olores.




126

Desventajas

Un m ayor c osto energético as ociado al s uministro d e oxígeno

necesario.

Se pr oduce u n l odo di gerido de pobr es c aracterísticas par a l adeshidratación mecánica.

La digestión aerobia también es muy delicada en cuanto a operación

se refiere.

La digestión aerobia es similar al proceso de lodos activados. Conforme se agota

el suministro de substrato disponible (alimento), los microorganismos empiezan a

consumir s u propio protoplasma ( respiración en dógena) para obtener la e nergía

necesaria para las reacciones de mantenimiento celular. Los productos finales son

dióxido de carbono, agua y amoníaco. Posteriormente el amoníaco se oxida para

formar nitratos, la reacción global es la siguiente:

C5H7NO2 + 7O2 5CO2 + NO3 + 3H2O + H

Dentro d e l a di gestión aer obia es muy i mportante c onsiderar l os e fectos de l a

acidez pr oducidos p or l a o xidación del a moníaco a ni tratos, s i l a al calinidadpresente en el agua residual no es la suficiente, será necesaria la adición de algún

reactivo que permita mantener el pH en los niveles deseados.




127

4.5 Deshidratación

En c uanto a l a t ecnología apl icada al pr oceso de d eshidratación m ecánica, l os

equipos más utilizados suelen ser las centrifugas, con una capacidad creciente de

eliminación de agua, lo que causa una disminución de volumen muy conveniente

para el transporte y compostaje, aunque también se sigue utilizando tecnología de

secado, que tiende a maximizar el control de olores que se presenta en las etapas

de espesamiento y deshidratación de lodos, mediante la construcción de cubiertas

y el tratamiento de las corrientes de aire evacuadas mediante lavado de gases o

absorción con carbono activo.

Una vez deshidratados los lodos pasan a un sitio donde son enviados a su destino

definitivo; es to pu ede s er: ag ricultura, c onstrucción i ncineración, ent re ot ros. Acontinuación se describen los tipos de deshidratadores.

Eras de secado.

Es una extensión de terreno drenado formado por capas de materiales drenantes

dispuestas d e formas v erticales en un r eceptáculo. El lodo s e sitúa sobre estas

capas de grava o arena produciéndose el filtrado de forma análoga a la filtración

en el tratamiento de aguas. El lodo se deshidrata por drenaje a través de la masa

del l odo y l a ar ena, y por ev aporación d esde l a superficie expuesta al aire. L a

evaporación dependerá de l as c ondiciones c limáticas de l a z ona, l os dí as de

exposición de l os l odos y l as c aracterísticas de l os m ismos, q ue en t odo c aso

deben estar bien estabilizados. Las eras pueden ser descubiertas o c ubiertas en

zonas lluviosas.

El drenaje suele estar formado por capas de 10 a 20 cm de arena sobre una capa

de grava de 10 a 20 cm, colocando una red de t uberías en l a parte inferior para

colectar el agua, que volverá a s er tratada. La c apa de l odo oscila entre 20 y 30

cm. d e es pesor. La c apa d e ar ena de be r eponerse c ada c ierto tiempo ya qu e

pierden arenas en el proceso d e f iltrado y recolección de l os l odos. El pr incipal




128

problema q ue s e pr esenta es l a extracción d e l os l odos u na v ez q ue han

alcanzado la sequedad deseada.

4.5.1 Filtración

Filtros banda.Es una variable de los filtros de presión que permite realizar la operación de forma

continua. En es te filtro pr imero se pr oduce un dr enaje del agua por g ravedad y

después se continúa la deshidratación por efecto de la sobre presión que ejercen

los rodillos al comprimir las bandas porosas de fieltro en medio de l as cuales se

coloca el lodo a deshidratar, como se observa en la figura 4.2.

Son sistemas baratos, ya que no necesitan una gran inversión inicial, los costos de

mantenimiento y explotación son bajos y la instalación presenta un bajo consumo

energético. Además, son efectivos para casi todo los tipos de lodos procedentes

de aguas r esiduales m unicipales, a unque es tán s iendo d esplazados p or l os

sistemas de centrifugación.

Fig. 4.2 Filtro Banda

Filtros de vació.

Se realiza mediante una fuerza motriz para el transporte de la fase liquida a través

del medio poroso por m edio de la presión, debido a l a aplicación de v ació en l a




129

superficie de des agüe del medio de f iltración, creando un gradiente de pr esión

entre ambas caras del filtro.

Los m ás ut ilizados en l a industria es el f iltro r otatorio o filtro de funcionamiento

continuo. Este consiste en un tambor cilíndrico horizontal que gira entorno a su ejeprincipal, parcialmente sumergido en la suspensión a filtrar.

Sus características son:

Tiene una superficie del tambor que está cubierta por un medio poroso,

cubierto con material filtrante como telas filtrantes o mallas metálicas en

espiral. La superficie del tambor está dividida en sectores circulares.

Cada s ector es tá separado d el s ector adyacente e n l os ex tremos del

tambor y está unido a una válvula rotativa situada en el eje del tambor

mediante una conducción de vació/drenaje.

La válvula controla las fases del ciclo de filtración y conduce el filtrado

hacia el exterior del tambor.

Conforme el tambor va girando, la válvula permite que cada sector pase

por c ada un a de las et apas d el pr oceso: formación, l avado,

deshidratación y descarga de la torta por acción de una cuchilla.

Filtros prensa.

La deshidratación se l leva acabo forzando la eliminación del agua presente en e l

lodo por la aplicación de una presión hidrostática elevada. Estos filtros constan de

una s erie d e pl acas r ectangulares di spuestas v erticalmente una detrás d e ot ra

sobre un b astidor. S obre l as c aras de es tas pl acas s e c olocan t elas f iltrantes,

normalmente de tejidos sintéticos.

El espacio que queda entre dos placas en su par te central hueca, es el espesor

que adquirirá l a torta resultante. La superficie de l os filtros prensa puede ser de

hasta 4000 m 2, y la superficie de cada placa en t orno a 2 m 2, es decir los filtros

prensa pueden estar formados por más de 100 placas.




130

La torta se forma sobre un paño filtrante y el l íquido filtrado sale entre las ranuras

de las placas bajo el paño filtrante. La operación de un filtro prensa es discontinua,

pues una v ez c onseguida l a filtración debe d esmontarse, r etirar l os s ólidos y

limpiar el paño filtrante.




138

Autoevaluación.

1. Escriba y explique los factores que influyen en la selección de los procesos de

tratamiento para lodos.

2. Escriba y explique las variables que afectan la sedimentación de los lodos.

3. Mencione las variables de las cuales depende la curva de crecimiento de los

microorganismos.

4. Realice el diagrama de las curvas de crecimiento de microorganismos.

5. Que es la estabilización de un lodo y explique al menos tres tratamientos que sele dan a los lodos.

6. ¿Qué es el espesamiento de lodos y cuál es el procedimiento?

7. M encione y ex plique l as v entajas y des ventajas q ue t iene el t ratamiento d e

lodos.

8. Realice una propuesta para el tratamiento de 1000 m3 de lodo procedente de un

tratamiento de agua residual.



131

Bibliografía

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Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales

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