TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Procesos fsicos unitarios1. Medicin de caudales2. Desbaste3. Homogeneizacin de caudales4. Mezclado5. Sedimentacin6. Sedimentacin acelerada7. Flotacin8. Filtracin en medio granular9. Transferencia de gases10. Procesos qumicos unitarios11. Adsorcin12. Desinfeccin13. Desinfeccin con cloro14. Decloracin15. Desinfeccin con dixido de cloro16. Desinfeccin con cloruro de bromo17. Desinfeccin con ozono18. Desinfeccin con rayos ultra violetas19. Procesos biolgicos unitarios20. Procesos biolgicos de tratamiento21. Procesos de tratamiento aerobio de cultivo en suspensin22. Procesos aerobios de tratamiento de cultivo fijo23. Procesos de tratamiento anaerobios de cultivos en suspensin24. Eliminacin biolgica de nutrientesSon los primeros mtodos empleados en el tratamiento del agua residual; en ellos predomina la accin de las fuerzas fsicas, siendo el desbaste, la floculacin, la sedimentacin, la filtracin, la flotacin y la transferencia de gases operaciones fsicas unitarias tpicas.

Remocin slidos, rejas

Rejas tipo EnvirocareReja Tratef

FMIReja gruesa HycorMicrofiltro rotativo Tratef

MEDICION DE CAUDALES

Un aspecto crtico en la eficacia de explotacin de una planta moderna de tratamiento de aguas residuales es la correcta seleccin, uso y mantenimiento de los aparatos de medicin del caudal. Un sistema completo de medicin del caudal consta de dos elementos: (1) un sensor o detector, y (2) un dispositivo convertidor. El sensor o el detector se exponen o se ven afectados por el flujo, mientras que el convertidor es el dispositivo que traduce la seal, o la lectura, desde el sensor hasta el elemento en el que se registran, o se leen las mediciones. Tipos de aparatos de medicin de caudales y su aplicacin

Existe cierto nmero de aparatos disponibles para la medicin de los caudales tanto en canales como en conducciones a presin. En los siguientes apartados, slo se consideranFlujo en lmina libre. En canales abiertos, o en conducciones parcialmente llenas, la determinacin del caudal se lleva a cabo midiendo la perdida de carga generada por la introduccin de una obstruccin en la conduccin, tal como un estrangulamiento o una placa vertedero, o por medida de la seccin mojada y de la velocidad de flujo asociada. Posiblemente, el dispositivo ms utilizado para la medicin del caudal de agua residual sea el aforador Parshall.

Conducciones en carga. Para la medicin de los caudales en conducciones en carga las tres t6cnicas ms empleadas son: (1) introduccin de una obstruccin para crear una perdida de carga o diferencial de presin; (2) medicin de los efectos que provoca el fluido en movimiento (p.e. cambios de momento, transmisin de ondas de sonido, inversin de campos magnticos), y (3) medicin de unidades incrementales de volumen del fluido. Los diferenciales de presin que pueden traducirse en lecturas del caudal se consiguen mediante elementos tales como los tubos de flujo, orificios, tubos de pitot, rotmetros y venturis. En el segundo grupo se incluyen aparatos de medicin de propiedades

DESBASTE

La primera operacin unitaria que tiene lugar en las plantas de tratamiento es la operacin de desbaste. Una rejilla es un elemento con aberturas, generalmente de tamao uniforme, que se utiliza para retener los slidos gruesos existentes en el agua residual.

Descripcin

Los elementos separadores pueden estar constituidos por barras, alambres o varillas paralelas, rejillas, telas metlicas o placas perforadas, y las aberturas pueden ser de cualquier forma, aunque normalmente suelen ser ranuras rectangulares u orificios circulares. Los elementos formados por varillas o barras paralelas reciben el nombre de rejas de barrotes. El trmino tamiz se circunscribe al uso de placas perforadas y mallas metlicas de seccin cuneiforme. La funcin que desempean las rejas y tamices se conoce con el nombre de desbaste, y el material separado en esta operacin recibe el nombre de basuras o residuos de desbaste. Segn el mtodo de limpieza que se emplee, los tamices y rejas pueden ser de limpieza manual o automtica. Generalmente, las rejas tienen aberturas (separacin entre las barras) superiores a 15 mm, mientras que los tamices tienen orificios de tamao inferior a este valor.

Rejas. En los procesos de tratamiento del agua residual, las rejas se utilizan para proteger bombas, vlvulas, conducciones y otros elementos contra los posibles daos y obturaciones provocados por la presencia de trapos y de objetos de gran tamao. Las plantas de tratamiento de aguas industriales pueden no precisar la instalacin de rejas, dependiendo de las caractersticas de los residuos.

Tamices. Los primeros tamices eran de disco inclinado o de tambor, y se empleaban como medio para proporcionar tratamiento primario, en lugar de tanques de sedimentacin. El mecanismo de separacin consista en placas de bronce o de cobre con ranuras fresadas. Desde principios de los aos setenta, el inters por el uso de todo tipo de tamices en el campo del tratamiento de las aguas residuales ha experimentado un considerable aumento. Su campo de aplicacin se extiende desde el tratamiento primario hasta la eliminacin de los slidos en suspensin residuales de los efluentes procedentes de los procesos de tratamiento biolgicos. Este renovado inters ha surgido, en gran medida, como consecuencia de la mejora en los materiales y en los dispositivos disponibles para el tamizado, adems de la continua investigacin realizada en este campo.

Anlisis

El proceso de anlisis asociado al uso de elementos de desbaste supone la determinacin de las prdidas de carga que se producen al circular el agua residual a travs de ellos.

Rejas. Las prdidas de carga que se producen al circular el agua a travs de las rejas dependen de la velocidad de aproximacin del agua y de la velocidad de circulacin a travs del elemento expresada en la frmula:

HOMOGENEIZACION DE CAUDALES

La homogenizacin consiste simplemente en amortiguar por laminacin las variaciones del caudal, con el objeto de conseguir un caudal constante o casi constante. Esta tcnica puede aplicarse en situaciones diversas, dependiendo de las caractersticas de la red de alcantarillado. Las principales aplicaciones estn concebidas para la homogenizacin de:

1. Caudal en tiempo seco

2. caudales procedentes de redes de alcantarillado separativas en pocas lluviosas

3. Caudales procedentes de redes de alcantarillado unitarias combinacin de aguas pluviales y aguas residuales sanitarias

La aplicacin de la homogeneizacin de caudales en el tratamiento del agua residual. En la disposicin que recibe el nombre de en lnea, la totalidad del caudal pasa por el tanque de homogeneizacin. Este sistema permite reducir las concentraciones de los diferentes constituyentes y amortiguar los caudales de forma considerable. En la disposicin en derivacin, slo se hace pasar por el tanque de homogeneizacin el caudal que excede un lmite prefijado. Aunque con este segundo sistema se minimizan las necesidades de bombeo, la reduccin de la concentracin de los diferentes constituyentes no es tan alta como con el primero.

Las principales ventajas que produce la homogeneizacin de los caudales son las siguientes:

1. Mejora del tratamiento biolgico, ya que eliminan o reducen las cargas de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se consigue estabilizar el pH;

2. Mejora de la calidad del efluente y del rendimiento de los tanques de sedimentacin secundaria al trabajar con cargas de slidos constantes;

3. Reduccin de las superficies necesarias para la filtracin del efluente, mejora de los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavado ms uniformes.

En el tratamiento qumico, el amortiguamiento de las cargas aplicadas mejora el control de la dosificacin de los reactivos y la fiabilidad del proceso.

Aparte de la mejora de la mayora de las operaciones y procesos de tratamiento, la homogeneizacin del caudal es una opcin alternativa para incrementar el rendimiento de las plantas de tratamiento que se encuentran sobrecargadas.

Localizacin de las instalaciones de homogeneizacin.

La ubicacin ptima de las instalaciones de homogeneizacin debe determinarse para cada caso concreto. Dado que la localizacin ptima variar en funcin del tipo de tratamiento, de las caractersticas de la red de alcantarillado y de las del agua residual, es preciso llevar a cabo un estudio detallado de las diferentes posibilidades. Probablemente, la localizacin ms indicada continuar siendo en las plantas de tratamiento existentes o en fase de proyecto.

Tambin es necesario considerar la integracin de las instalaciones de homogeneizacin en el diagrama de flujo de los procesos de tratamiento. En ocasiones, puede resultar ms interesante situar la homogeneizacin despus del tratamiento primario y antes del biolgico, pues as se reducen los problemas originados por el fango y las espumas. Si las instalaciones de homogeneizacin se sitan por delante de la sedimentacin primaria y del tratamiento biolgico, el proyecto debe tener en cuenta la provisin de un grado de mezclado suficiente para prevenir la sedimentacin de slidos y las variaciones de concentracin y dispositivos de aireacin suficientes para evitar los problemas de olores.

Homogeneizacin en lnea o en derivacin.

Como se ha descrito anteriormente, la adopcin de un sistema de homogeneizacin en lnea permite amortiguar considerablemente las cargas de constituyentes en los procesos de tratamiento que tengan lugar a continuacin, mientras que la efectividad de la homogeneizacin en derivacin es bastante menor.

MEZCLADO

El mezclado es una operacin unitaria de gran importancia en muchas fases del tratamiento de aguas residuales, entre las que podemos citar:

de calor.

1. Mezcla completa de una sustancia con otra

2. Mezcla de suspensiones lquidas

3. Mezcla de lquidos miscibles

4. Floculacin

5. Transferencia

Descripcin y aplicacin

La mayora de las operaciones de mezclado relacionadas con el tratamiento de las aguas residuales puede clasificarse en continuas y rpidas continuas (30 segundos o menos). Estas ltimas suelen emplearse en los casos en los que debe mezclarse una sustancia con otra, mientras que las primeras tienen su aplicacin en aquellos casos en los que debe mantenerse en suspensin el contenido del reactor o del depsito. En los siguientes apartados se analiza cada uno de estos tipos de mezclado.

Mezcla rpida continua de productos qumicos.

En el proceso de mezcla rpida continua, el principal objetivo consiste en mezclar completamente una sustancia con otra. La mezcla rpida puede durar desde una fraccin de segundo hasta alrededor de 30 segundos. La mezcla rpida de productos qumicos se puede llevar a cabo mediante diversos sistemas, entre los que destacan:

1. Resaltos hidrulicos en canales

2. Dispositivos Venturi

3. Conducciones

4. Por bombeo

5. Mediante mezcladores estticos

6. Mediante mezcladores mecnicos

En los cuatro primeros, el mezclado se consigue como consecuencia de las turbulencias que se crean en el rgimen de flujo. En los mezcladores estticos, las turbulencias se producen como consecuencia de la disipacin de energa, mientras que en los mezcladores mecnicos las turbulencias se consiguen mediante la aportacin de energa con impulsores giratorios como las paletas, hlices y turbinas.

Mezcla continua en reactores y tanques de retencin.

En el proceso de mezcla continua, el principal objetivo consiste en mantener en un estado de mezcla completa el contenido del reactor o del tanque de retencin. El mezclado continuo puede llevarse a cabo mediante diversos sistemas, entre los cuales se encuentran:

1. Los mezcladores mecnicos

2. Mecanismos neumticos

3. Mezcladores estticos

4. Por bombeo.

El mezclado mecnico se lleva a cabo mediante los mismos procedimientos y medios que el mezclado mecnico rpido continuo. El mezclado neumtico comporta la inyeccin de gases, que constituye un factor importante en el diseo de los canales de aireacin del tratamiento biolgico del agua residual. Un canal con pantallas deflectoras es un tipo de mezclador esttico que se emplea en el proceso de floculacin.

Agitadores de paletas.

Los agitadores de paletas suelen girar lentamente puesto que tienen una superficie grande de accin sobre el fluido. Los agitadores de paletas se emplean como elementos de floculacin cuando deben aadir-se al agua residual, o a los fangos, coagulantes como el sulfato frrico o de aluminio, o adyuvantes a la coagulacin como los polielectrolitos y la cal.

La coagulacin se promueve, mecnicamente, con una agitacin moderada con palas girando a velocidades bajas. Esta accin se complementa, en ocasiones, con la disposicin de unas hojas o lminas estticas entre las palas giratorias para reducir el movimiento circular de la masa de agua y favorecer as el mezclado. El aumento del contacto entre partculas conduce a un incremento del tamao del flculo, pero una agitacin demasiado vigorosa puede producir tensiones que destruyan los flculos formando partculas de menor tamao. Es importante controlar adecuadamente la agitacin, de modo que los tamaos de los flculos sean los adecuados y sedimenten rpidamente. La produccin de un buen flculo requiere generalmente un tiempo de detencin de entre 10 y 30 minutos.

Los fabricantes de equipos han llevado a cabo numerosos estudios para obtener las configuraciones idneas de las dimensiones de las paletas, separacin entre ellas y velocidad de rotacin. Se ha podido constatar que una velocidad lineal de, aproximadamente, 0,6 a 0,9 m/s en los extremos de las paletas crea suficiente turbulencia sin romper los flculos. SEDIMENTACIN

La sedimentacin consiste en la separacin, por la accin de la gravedad, de las partculas suspendidas cuyo peso especfico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias ms utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los trminos sedimentacin y decantacin se utilizan indistintamente.

Esta operacin se emplea para la eliminacin de arenas, de la materia en suspensin en flculo bilgico en los decantadores secundarios en los procesos de fango activado, tanques de decantacin primaria, de los flculos qumicos cuando se emplea la coagulacin qumica, y para la concentracin de slidos en los espesadores de fango.

En la mayora de los casos, el objetivo principal es la obtencin de un efluente clarificado, pero tambin es necesario producir un fango cuya concentracin de slidos permita su fcil tratamiento y manejo. En el proyecto de tanques de sedimentacin, es preciso prestar atencin tanto a la obtencin de un efluente clarificado como a la produccin de un fango concentrado.

Descripcin

En funcin de la concentracin y de la tendencia a la interaccin de las partculas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentacin: discreta, floculenta, retardada (tambin llamada zonal), y por compresin.

Anlisis de la sedimentacin de partculas discretas (Tipo 1)

La sedimentacin de partculas discretas no floculantes puede analizarse mediante las leyes clsicas formuladas por Newton y Stokes. La ley de Newton proporciona la velocidad final de una partcula como resultado de igualar el peso efectivo de la partcula a la resistencia por rozamiento o fuerza de arrastre. El peso efectivo viene dado por:

Fuerza gravitatoria = (p5 p)gV

donde Ps = densidad de la partcula.

p = densidad del fluido.

g = aceleracin de la gravedad.

V = volumen de la partcula.

La fuerza de arrastre por unidad de rea depende de la velocidad de la partcula, de la densidad y la viscosidad del fluido, y del dimetro de la partcula. El coeficiente de arrastre CD (adimensional), viene definido por la Ecuacin:

en la que:

CD = coeficiente de arrastre.

A = rea transversal al flujo o rea de la proyeccin de la partcula

sobre el plano normal a v.

V = velocidad de la partcula.

Tipos de sedimentacin que intervienen en el tratamiento del agua residual

Tipo de fenmeno

de sedimentacionDescripcinAplicacin/Situaciones

en que se presenta

De partculas discretas

(Tipo 1)

Se refiere a la sedimentacin de partculas en una suspensin con baja concentracin de slidos. Las partculas sedimentan como entidades individuales y no existe interaccin sustancial con las partculas vecinas.

Eliminacin de las arenas del agua residual.

Floculenta

(Tipo 2)

Se refiere a una suspensin bastante diluida de partculas que se agregan, o floculan, durante el proceso de sedimentacin. Al unirse, las partculas aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad.

Fliminacin de una fraccin de los slidos en suspensin del agua residual bruta en los tanques de sedimentacin primaria, y en la zona superior de los decantado-res secundarios. Tambin elimina los flculos qumicos de los tanques de sedimentacin.

Retardada, tambin llamada zonal

(Tipo 3)

Se refiere a suspensiones de concentracin intermedia, en las que las fuerzas entre partculas son suficientes para entorpecer la sedimentacin de las partculas vecinas. Las partculas tienden a permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de partculas sedimenta como una unidad. Se desarrolla una interfase slido-lquido en la parte superior de la masa que sedimenta.

Se presenta en los tanques de sedimentacin secundaria empleados en las instalaciones de tratamiento biolgico.

Compresin (Tipo 4)

Se refiere a la sedimentacin en la que las partculas estn concentradas de tal manera que se forma una estructura, y la sedimentacin slo puede tener lugar como consecuencia de la compresin de esta estructura. La compresin se produce por el peso de las partculas, que se van aadiendo constantemente a la estructura por sedimentacin desde el lquido sobrenadante.Generalmente, se produce en las capas inferiores de una masa de fango de gran espesor, tal como ocurre en el fondo de los decantado-res secundarios profundos y en las instalaciones de espesamiento de fangos.

Anlisis de la sedimentacin floculenta (Tipo 2)

En soluciones relativamente diluidas, las partculas no se comportan como partculas discretas sino que tienden a agregarse unas a otras durante el proceso de sedimentacin. Conforme se produce la coalescencia o floculacin, la masa de partculas va aumentando, y se deposita a mayor velocidad. La medida en que se desarrolle el fenmeno de floculacin depende de la posibilidad de contacto entre las diferentes partculas, que a su vez es funcin de la carga de superficie, de la profundidad del tanque, del gradiente de velocidad del sistema, de la concentracin de partculas y de los tamaos de las mismas. El efecto de estas variables sobre el proceso slo se puede determinar mediante ensayos de sedimentacin.

Para determinar las caractersticas de sedimentacin de una suspensin de partculas floclentas se puede emplear una columna de sedimentacin. El dimetro de la misma puede ser cualquiera, pero su altura deber ser la misma que la del tanque de sedimentacin de que se trate. Se han obtenido buenos resultados empleando un tubo de plstico de 15 cm. de dimetro por unos 3 m de altura. Los orificios de muestreo deben colocarse cada 0,5 m. La solucin con materia en suspensin se introduce en la columna de modo que se produzca una distribucin uniforme de tamaos de las partculas en toda la profundidad del tubo.

Tambin es necesario cuidar de que la temperatura se mantenga uniforme durante el ensayo, con objeto de evitar la presencia de corrientes de conveccin. La sedimentacin debe tener lugar en condiciones de reposo. La retirada de muestras, y su posterior anlisis para conocer el contenido total de slidos, se realiza a diferentes intervalos de tiempo. Para cada muestra analizada se calcula el porcentaje de eliminacin, y los resultados se representan en una grfica en funcin de la profundidad y el tiempo en que se ha tomado la muestra, siguiendo un sistema anlogo al de la representacin de cotas en un plano topogrfico. Una vez dibujados los puntos, se trazan las curvas que pasan por los puntos de idntico porcentaje de eliminacin.

Anlisis de la sedimentacin zonal o retardada (Tipo 3)

En los sistemas que contienen elevadas concentraciones de slidos en suspensin, adems de la sedimentacin libre o discreta y de la sedimentacin floculenta, tambin suelen darse otras formas de sedimentacin, como la sedimentacin zonal (Tipo 3) y la sedimentacin por compresin (Tipo 4). El fenmeno de sedimentacin que ocurre cuando se introduce en un cilindro graduado una suspensin concentrada, con concentracin inicialmente uniforme.

Debido a la alta concentracin de partculas, el lquido tiende a ascender por los intersticios existentes entre aqullas. Como consecuencia de ello, las partculas que entran en contacto tienden a sedimentar en zonas o capas, manteniendo entre ellas las mismas posiciones relativas. Este fenmeno se conoce como sedimentacin retardada. Conforme van sedimentando las partculas, se produce una zona de agua relativamente clara por encima de la regin de sedimentacin.

Las partculas dispersas, relativamente ligeras, que permanecen en esta regin sedimentarn como partculas discretas o floculadas. En la mayora de los casos, se presenta una interfase bien diferenciada entre la zona de sedimentacin discreta y la regin de sedimentacin retardada, como se puede apreciar en la Fig. 6-14. La velocidad de sedimentacin de la zona de sedimentacin retardada es funcin de la concentracin de slidos y de sus caractersticas.

A medida que avanza el proceso de sedimentacin, comienza a formarse en el fondo del cilindro una capa de partculas comprimidas, en la zona de sedimentacin por compresin. Aparentemente, las partculas de esta regin forman una estructura en la que existe contacto entre ellas. Al formarse la regin o capa de compresin, las capas en las que las concentraciones de slidos son, sucesivamente, menores que en la zona de compresin tienden a ascender por el tubo. Por lo tanto, de hecho, la zona de sedimentacin zonal o retardada presenta una graduacin de concentraciones de slidos comprendida entre la zona de compresin y la de sedimentacin.

Segn Dick y Ewing las fuerzas de interaccin fsica entre las partculas, especialmente intensas en la zona de compresin, disminuyen con la altura, pudiendo existir, en alguna medida, en la zona de sedimentacin retardada.

Generalmente, debido a la variabilidad de los resultados obtenidos, la determinacin de las caractersticas de sedimentabilidad de las suspensiones en las que la sedimentacin zonal y la sedimentacin por compresin desempean un papel importante suele realizarse mediante ensayos de sedimentacin. Basndose en los datos deducidos a partir de ensayos en columnas de sedimentacin, el rea necesaria para las instalaciones de sedimentacin y espesado de fangos puede determinarse empleando dos tcnicas diferentes. En el primer mtodo, se emplean los datos obtenidos en un ensayo de sedimentacin simple (batch), mientras que en el segundo, conocido como el mtodo de flujo de slidos, se emplean datos procedentes de una serie de ensayos de sedimentacin realizados con diferentes concentraciones de slidos. En los apartados siguientes se describen ambos mtodos.

Anlisis de la sedimentacin por compresin (Tipo 4)

El volumen necesario para el fango de la regin de compresin tambin suele determinarse mediante ensayos de sedimentacin. Se ha comprobado que la velocidad de sedimentacin en esta regin es proporcional a la diferencia entre la altura de la capa de fango en el tiempo t y la altura del fango transcurrido un periodo de tiempo prolongado. Este fenmeno puede expresarse mediante la siguiente ecuacin:

Donde: Ht = altura del fango en el tiempo t.

H =altura del fango tras un prolongado periodo de tiempo, p.c. 24 horas.

H2=altura del fango en el tiempo t2.

i=constante para una suspensin dada.

Se ha observado que la agitacin sirve para compactar el fango en la regin de compresin, al promover la rotura de los flculos y la circulacin del agua. Los equipos de los tanques de sedimentacin incluyen rascadores de fondo para transportar el fango y conseguir una mayor compactacin. Dick y Ewing [61 encontraron que la agitacin tambin favorece una mejor sedimentacin en la regin de sedimentacin zonal. Por todo ello, puede ser conveniente incluir el estudio de la influencia de la agitacin como parte esencial de los ensayos de sedimentacin, mxime si sus resultados van a ser empleados para determinar las superficies y volmenes de las instalaciones de sedimentacin.

SEDIMENTACIN ACELERADA

La sedimentacin, se produce debido a la accin de la fuerza de la gravedad dentro de un campo de aceleraciones constante. La eliminacin de partculas sedimentables tambin puede llevarse a cabo aprovechando las propiedades de un campo de aceleraciones variable.

Descripcin

Para la eliminacin de arenas del agua residual se han desarrollado numerosos aparatos que aprovechan tanto la accin de las fuerzas gravitacionales, como la accin de la fuerza centrfuga y las velocidades inducidas. Los principios en los que se basa uno de estos aparatos, conocido como Teacup separator (separador en forma de taza de t)A primera vista, el separador tiene forma de cilindro achatado . El agua residual se introduce tangencialmente cerca del fondo del cilindro, y se extrae por la parte superior del mismo, tambin tangencialmente. La arena se extrae por una abertura dispuesta en el fondo del elemento.

Anlisis

Dentro del separador, debido a que la parte superior est cerrada, el flujo giratorio crea un vrtice libre La principal caracterstica de un vrtice libre es que el producto de la velocidad tangencial por el radio es constante:

Vr = Constante

donde V = velocidad tangencial, m/s.

r = radio, m.

El significado de la Ecuacin se puede ilustrar con el siguiente ejemplo. Supongamos que la velocidad tangencial en un separador de este tipo de 1,5 m de radio es de 0,9 m/s. En el punto ms alejado del centro, el producto de la velocidad tangencial por el radio tiene el valor de 1,35 m2/s. Si la abertura de extraccin de las arenas tiene un radio de 30 cm, la velocidad tangencial en la entrada de la abertura ser de 4,5 m/s. La fuerza centrfuga que experimenta una partcula dentro de este rgimen de flujo es igual al cuadrado de su velocidad dividido por el radio, con lo cual la reduccin del radio a una quinta parte de su valor inicial implica multiplicar por 125 el valor de la fuerza centrfuga.

Debido a la magnitud de la fuerza centrfuga en la proximidad de la abertura de salida de las arenas, algunas partculas quedarn retenidas en el interior del vrtice libre mientras que otras escapan con el flujo de salida del aparato. Este diferente comportamiento de las partculas depende de su tamao, densidad y resistencia al arrastre: las partculas de arena quedarn retenidas, mientras que las partculas orgnicas quedarn libres y saldrn del separador por la parte superior del mismo. Una partcula orgnica cuya velocidad de sedimentacin sea del orden de magnitud de la de una partcula de arena suele ser entre cuatro y ocho veces ms grande que sta, con lo que las fuerzas de arrastre de las partculas orgnicas sern entre 16 y 64 veces Superiores.

Esto provoca que las partculas orgnicas tiendan a moverse solidarias con el fluido y sean transportadas fuera del separador. Las partculas retenidas en el vrtice acabarn sedimentando debido a la accin de la fuerza de la gravedad. En algunas ocasiones tambin sedimentan algunas partculas orgnicas, que suelen ser aceites y grasas unidos a partculas de arena. Las partculas que sedimentan en ese estrato son transportadas al centro del separador por la accin de la velocidad radial.

FLOTAClON

La flotacin es una operacin unitaria que se emplea para la separacin de partculas slidas o lquidas de una fase lquida. La separacin se consigue introduciendo finas burbujas de gas, normalmente aire, en la fase lquida. Las burbujas se adhieren a las partculas, y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto partcula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del lquido. De esta forma, es posible hacer ascender a la superficie partculas cuya densidad es mayor que la del lquido, adems de favorecer la ascensin de las partculas cuya densidad es inferior, como el caso del aceite en el agua.

En el tratamiento de aguas residuales, la flotacin se emplea para la eliminacin de la materia suspendida y para la concentracin de los fangos biolgicos La principal ventaja del proceso de flotacin frente al de sedimentacin consiste en que permite eliminar mejor y en menos tiempo las partculas pequeas o ligeras cuya deposicin es lenta. Una vez las partculas se hallan en superficie, pueden recogerse mediante n rascado superficial.

Descripcin

La aplicacin prctica de la flotacin en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales urbanas se limita, en la actualidad, al uso del aire como agente responsable del fenmeno. Las burbujas se aaden, o se induce su formacin, mediante uno de los siguientes mtodos:

1. Inyeccin de aire en el lquido sometido a presin y posterior liberacin de la presin a que est sometido el lquido (flotacin por aire disuelto).

2. Aireacin a presin atmosfrica (flotacin por aireacin).

3. Saturacin con aire a la presin atmosfrica, seguido de la aplicacin del vaco al lquido (flotacin por vaco).

En todos estos sistemas, es posible mejorar el grado de eliminacin y

rendimiento mediante la introduccin de aditivos qumicos.

Flotacin por aire disuelto.

En los sistemas FAD (Flotacin por Aire Disuelto), el aire se disuelve en el agua residual a una presin de varias atmsferas, y a continuacin se libera la presin hasta alcanzar la atmosfrica. En las instalaciones de pequeo tamao, se puede presurizar a 275-230 kPa mediante una bomba la totalidad del caudal a tratar, aadindose el aire comprimido en la tubera de aspiracin de la bomba. El caudal se mantiene bajo presin en un caldern durante algunos minutos, para dar tiempo a que el aire se disuelva. A continuacin, el lquido presurizado se alimenta al tanque de flotacin a travs de una vlvula reductora de presin, lo cual provoca que el aire deje de estar en disolucin y que se formen diminutas burbujas distribuidas por todo el volumen de lquido.

En las instalaciones de mayor tamao, se recircula parte del efluente del proceso de FAD (entre el 15 y el 120 por 100), el cual se presuriza, y se semisatura con aire. El caudal recirculado se mezcla con la corriente principal sin presurizar antes de la entrada al tanque de flotacin, lo que provoca que el aire deje de estar en disolucin y entre en contacto con las partculas slidas a la entrada del tanque. Las principales aplicaciones de la flotacin por aire disuelto se centran en el tratamiento de vertidos industriales y en el espesado de fangos.

Flotacin por aireacin.

En los sistemas de flotacin por aireacin, las burbujas de aire se introducen directamente en la fase lquida por medio de difusores o turbinas sumergidas. La aireacin directa durante cortos periodos de tiempo no es especialmente efectiva a la hora de conseguir que los slidos floten. La instalacin de tanques de aireacin no suele estar recomendada para conseguir la flotacin de las grasas, aceites y slidos presentes en las aguas residuales normales, pero ha resultado exitosa en el caso de algunas aguas residuales con tendencia a generar espumas.

Flotacin por vaco.

La flotacin por vaco consiste en saturar de aire el agua residual (1) directamente en el tanque de aireacin, o (2) permitiendo que el aire penetre en el conducto de aspiracin de una bomba. Al aplicar un vaco parcial, el aire disuelto abandona la solucin en forma de burbujas diminutas. Las burbujas y las partculas slidas a las que se adhieren ascienden entonces a la superficie para formar una capa de espuma que se elimina mediante un mecanismo de rascado superficial. La arena y dems slidos pesados, que se depositan en el fondo, se transportan hacia un cuenco central de fangos para su extraccin por bombeo. En el caso de que la instalacin est prevista para la eliminacin de las arenas y si el fango ha de ser digerido, es necesario separar la arena del fango en un clasificador de arena antes del bombeo a los digestores.

FILTRACION EN MEDIO GRANULAR

A pesar de que la filtracin es una de las principales operaciones unitarias empleadas en el tratamiento del agua potable, la filtracin de efluentes procedentes de procesos de tratamiento de aguas residuales es una prctica relativamente reciente. Hoy en da, la filtracin se emplea, de modo generalizado, para conseguir una mayor eliminacin de slidos en suspensin (incluida la DBO particulada) de los efluentes de los procesos de tratamiento biolgicos y qumicos, y tambin se emplea para la eliminacin del fsforo precipitado por va qumica.

El diseo de los filtros y la valoracin de su eficacia debe basarse en:

(1) la comprensin de las variables que controlan el proceso

(2) el conocimiento del mecanismo, o mecanismos, responsables de la eliminacin de materia particulada del agua residual.

Por consiguiente, el contenido de esta seccin abarca los siguientes temas:

(1) descripcin de la operacin de filtracin

(2) clasificacin de los sistemas de filtracin;

(3) variables que gobiernan el proceso

(4) mecanismos de eliminacin de las partculas

(5) anlisis general de la operacin de filtracin

(6) anlisis de la filtracin de aguas residuales

(7) necesidad de estudios en planta piloto. Descripcin de la operacin de filtracin

La operacin completa de filtracin consta de dos fases: filtracin y lavado o regeneracin (comnmente llamada lavado a contracorriente). Mientras la descripcin de los fenmenos que se producen durante la fase de filtracin es, prcticamente, idntica para todos los sistemas de filtracin que se emplean para las aguas residuales, la fase de lavado es bastante diferente en funcin de si el filtro es de funcionamiento continuo o semicontinuo. Tal como expresan sus nombres, en los filtros de funcionamiento semicontinuo la filtracin y el lavado son fases que se dan una a continuacin de la otra, mientras que en los filtros de funcionamiento continuo ambas fases se producen de forma simultnea.

Operaciones de filtracin semicontinuas.

Se identifican tanto la fase de filtracin como de lavado de un filtro convencional de funcionamiento semicontinuo. La fase de filtracin en la que se elimina la materia particulada, se lleva a cabo haciendo circular el agua travs de un lecho granular, con o sin la adicin de reactivos qumicos. Dentro del estrato granular, la eliminacin de los slidos en suspensin contenidos en el agua residual se realiza mediante un complejo proceso en el que intervienen uno o ms mecanismos de separacin como el tamizado, interceptacin, impacto, sedimentacin y adsorcin.

El final del ciclo de filtrado (fase de filtracin), se alcanza cuando empieza a aumentar el contenido de slidos en suspensin en el efluente hasta alcanzar un nivel mximo aceptable, o cuando se produce una prdida de carga prefijada en la circulacin a travs del lecho filtrante. Idealmente, ambas circunstancias se producen simultneamente. Una vez se ha alcanzado cualquiera de estas condiciones, se termina la fase de filtracin, y se debe lavar el filtro a contracorriente para eliminar la materia (slidos en suspensin) que se ha acumulado en el seno del lecho granular filtrante. Para ello, se aplica un caudal de agua de lavado suficiente para fluidificar (expandir) el medio filtrante granular y arrastrar el material acumulado en el lecho. Para mejorar y favorecer la operacin de lavado del filtro, suele emplearse una combinacin de agua y aire. En la mayora de las plantas de tratamiento de aguas residuales, el agua de lavado, que contiene los slidos en suspensin que se eliminan en el proceso de filtracin, se retorna a las instalaciones de sedimentacin primaria o al proceso de tratamiento biolgico.

Clasificacin de los sistemas de filtracin

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:

(1) tipo de funcionamiento;

(2) tipo de medio filtrante empleado;

(3) sentido de flujo durante la fase de filtracin;

(4) procedimiento de lavado a contracorriente

(5) mtodo de control del flujo.

Tipo de funcionamiento.

En relacin con el tipo de funcionamiento, los filtros se pueden clasificar en continuos y semicontinuos. Los filtros semicontinuos se mantienen en funcionamiento hasta que se empieza a deteriorar la calidad del efluente o hasta que se produce una prdida de carga excesiva en el filtro. Cuando se alcanza este punto, se detiene el filtro y se procede a su lavado para eliminar los slidos acumulados. En los filtros continuos, los procesos de filtracin y lavado se llevan a cabo de manera simultnea.

Sentido del flujo durante la filtracin.

Los principales tipos de filtros empleados para la filtracin de efluentes de aguas residuales se pueden clasificar en filtros de flujo ascendente y filtros de flujo descendente. El ms comn es, con mucho, el filtro de flujo descendente.

Tipos de materiales filtrantes y configuracin de los lechos filtrantes.

Los principales tipos de configuracin de los lechos filtrantes empleados actualmente para la filtracin de aguas residuales se pueden clasificar en funcin del nmero de capas de material filtrante, lo cual da lugar a los filtros de una nica capa, los de doble capa y los filtros multicapa En filtros de flujo descendente convencionales, los tamaos de los granos de cada capa se distribuyen, de menor a mayor, despus del lavado a contracorriente. En los filtros que cuentan con ms de una capa, el grado en que se mezclan los materiales de las diferentes capas depende de la densidad y de la diferencia de tamaos entre los granos del material que compone cada una de las capas.

Los lechos filtrantes de doble y triple capa, as como los de capa nica profundos, se desarrollaron para permitir que los slidos en suspensin presentes en el lquido a filtrar puedan penetrar a mayor profundidad dentro del lecho filtrante, con lo cual se aprovecha ms la capacidad de almacenamiento de slidos dentro del filtro. En cambio, en los filtros de capa nica poco profundos, se ha podido comprobar que gran parte de la eliminacin de slidos en suspensin se produce en los primeros milmetros de la capa filtrante. El hecho de que los slidos penetren a mayor profundidad, tambin permite ciclos de filtracin ms largos, puesto que se reduce el ritmo de aumento de las prdidas de carga producidas

Presin actuante en la filtracin.

Tanto la fuerza de la gravedad, como la creada por una presin aplicada, se pueden emplear para vencer la resistencia por friccin creada por el flujo que circula a travs del lecho filtrante. Los filtros de gravedad del tipo indicado son los ms comnmente empleados en la filtracin de efluentes tratados en plantas de tratamiento de gran tamao. Los filtros a presin del tipo indicado funcionan igual que los de gravedad y se emplean en plantas pequeas. La nica diferencia entre ambos consiste en que, en los filtros a presin, la operacin de filtrado se lleva a cabo en un depsito cerrado, bajo condiciones de presin conseguidas mediante bombeo. Los filtros a presin suelen funcionar con mayores prdidas de carga mximas admisibles, lo cual conduce a ciclos de filtracin ms largos y a menores necesidades de lavado.

Filtracin a caudal constante.

En el proceso de filtracin a caudal constante (vanse se controla el caudal de entrada o el caudal efluente para asegurar que el caudal que circula a travs del filtro es constante. El control del caudal de entrada se realiza mediante vertederos o bombeo, mientras que el control del caudal efluente se lleva a cabo mediante la instalacin de una vlvula de accionamiento manual o automtico. Al inicio del ciclo, gran parte de la fuerza actuante disponible se disipa en la vlvula, que se encuentra casi cerrada. Al irse incrementando la prdida de carga en el paso por el filtro, la vlvula se va abriendo progresivamente. Dado que las vlvulas de control necesarias son elementos caros y que se han producido diversos problemas de funcionamiento con estos elementos, se han desarrollado sistemas alternativos de control del caudal cuyo uso est ms extendido, como los vertederos y los sistemas de bombeo

Filtracin a caudal variable. En el proceso de filtracin a caudal variable, el caudal que pasa a travs del filtro va disminuyendo conforme aumenta la prdida de carga. El control del caudal que circula por el filtro tambin se puede llevar a cabo, tanto a la entrada del filtro como a la salida. Cuando el caudal alcanza el valor del caudal mnimo de proyecto, se detiene el filtro y se procede a su lavado

Variables del proceso de filtracin

En la aplicacin de la filtracin para la eliminacin de slidos en suspensin remanentes, se ha comprobado que las variables ms importantes del proceso de diseo son, posiblemente, la naturaleza de las partculas presentes en el agua a filtrar, el tamao del material o materiales que componen el filtro, y el caudal de filtracin.

Caractersticas del agua a filtrar.

Las caractersticas ms importantes del agua a filtrar son la concentracin de slidos en suspensin, el tamao y la distribucin de tamaos de las partculas, y la consistencia de los flculos. Generalmente, la concentracin de slidos en suspensin en el efluente de plantas de fangos activados y de filtros percoladores vara entre 6 y 30 mg/l. Debido a que esta concentracin suele ser el parmetro de mayor inters, para el control prctico del proceso de filtrado se suele emplear el valor de la turbidez. Se ha podido comprobar que, dentro de ciertos lmites, existe una correlacin entre la concentracin de slidos en suspensin en las aguas residuales tratadas y los valores medidos de la turbidez. Una expresin tpica de la relacin entre ambos parmetros en el caso de procesos de fangos activados con mezcla completa, es la siguiente:

Slidos en suspensin, SS, mg/l = (2,3 a 2,4) x (Turbiedad, NTU) (6.39)

La observacin ms significativa relacionada con el tamao de las partculas consiste en que la distribucin de tamaos resulta ser bimodal. Este hecho es importante, puesto que influye sobre los mecanismos de eliminacin que puedan tener lugar durante la filtracin. Por ejemplo, parece razonable suponer que el mecanismo de eliminacin de partculas de 1 micra de tamao ser diferente del que consiga la eliminacin de las partculas de 80 micras (o incluso mayores). El carcter bimodal de la distribucin de los tamaos de las partculas tambin se ha observado en las plantas de tratamiento de aguas .

La consistencia de los flculos, que no slo vara con el tipo de proceso sino tambin con el modo de operacin, es asimismo importante. Por ejemplo, los flculos residuales de la precipitacin qumica del agua residual tratada biolgicamente pueden ser considerablemente ms dbiles que los flculos biolgicos antes de la precipitacin. Adems, la consistencia de los flculos biolgicos vara con el tiempo medio de retencin celular, aumentando con l. El aumento de la consistencia es consecuencia, en parte, de la produccin de polmeros extracelulares que se producen con el aumento del tiempo medio de retencin celular. Para tiempos medios de retencin celular extremadamente altos (15 das o ms), se ha observado una disminucin de la consistencia de los flculos.

Caractersticas del medio filtrante.

La caracterstica del medio filtrante que ms afecta al proceso de filtracin es el tamao del grano. El tamao del grano afecta tanto a la prdida de carga en la circulacin del agua a travs del filtro como a la tasa de variacin de dicho aumento durante el ciclo de filtracin. Si el tamao de grano efectivo del medio filtrante es demasiado pequeo, la mayor parte de la fuerza actuante se emplear para vencer la resistencia de friccin provocada por el lecho filtrante, mientras que si el tamao efectivo es demasiado grande, muchas de las partculas de menor tamao presentes en el agua a filtrar pasarn directamente a travs del filtro sin ser eliminadas.

Velocidad de filtracin.

La velocidad de filtracin es un parmetro importante por cuanto afecta a la superficie necesaria del filtro. Para una aplicacin dada del filtro, la velocidad de filtracin depender de la consistencia de los flculos y del tamao medio de grano del lecho filtrante. Por ejemplo, si los flculos son de dbil consistencia, las velocidades de filtracin elevadas tendern a romper los flculos y a arrastrar gran parte de los mismos a travs del filtro. Se ha observado que las velocidades de filtracin dentro del intervalo de 4,8 a 19,2 m2/m2 . h no afectan la calidad del efluente del filtro, debido a la propia resistencia del flculo biolgico.

Mecanismos de eliminacin de las partculas

MECANISMODESCRIPCION

RETENCIONLas particulas de mayor tamao que el poro del medio son retenidas mecnicamente

MECANICA

CONTACTO ALEATORIOLas particulas de tamao menor que los poros del medio filtrante quedan atrapadas dentro del filtro por contacto aleatorio

SEDIMENTACINLas particulas sedimentan sobre el medio filtrante

IMPACTOLas particulas pesadas no seguiran las lineas de corriente del medio filtrante

INTERCEPCINMuchas de las particulas que se mueven segn las lineas de corriente se eliminan cuando entran en contacto con la superficie del medio filtrante

ADHESIONLas particulas flocuelentas llegan a adherirse ala superfice del medio filtrante al pasar por el. Dada la fuerza creada por el agua que fluye, parte de la materia es arrastrada antes de quedar firmemente adherida y es transportada a zonas mas profundas dentro del lecho. Al obturarse el lecho, la fuerza de arrastre superficial aumenta hasta un punto en el que no se puede eliminar mas materia. Es posible que una cierta cantidad de material atraviese el fondo del filtro, causando la subita aparicion de turbidez en el afluente.

ABSORCIN QUIMICA

ENLACE

INTERACCION FISICA

ABSORCIN FISICA

1. FUERZAS ELECTOSTATICAS

2. FUERZAS ELECTROCINTICAS

3. FUERZAS DE VAN DER WALLSUna vez una particula ha entra do en contacto con la superficie del medio filtrante o con otras particulas cualquiera de esos mecanismos o ambos a la vez, puede ser responsable de su retencion.

FLOCULACIONLas particulas mayores alcanzan a las menores, se juntan con ellas y forman particulas de tamaos aun mayores. Estas particulas son subsiguientemente eliminadas por alguno de los mecanismos de eliminacin indicadas anteriormente

Crecimiento BiologicoEl crecimiento biologico dentro del filtro reducira el volumen del poro y puede mejorar la eliminacin de particulas mediante alguno de los mecanismos de eliminacin antes mencionados.

TRANSFERENCIA DE GASES

La transferencia de gases se puede definir como el fenmeno mediante el cual se transfiere gas de una fase a otra, normalmente de la fase gaseosa a la lquida. Es una componente esencial de gran nmero de los procesos de tratamiento del agua residual. Por ejemplo, el funcionamiento de los procesos aerobios, tales como la filtracin biolgica, los fangos activados y la digestin aerobia, depende de la disponibilidad de cantidades suficientes de oxgeno. Para alcanzar los objetivos de desinfeccin se transfiere cloro en forma gaseosa a una disolucin en agua. Es frecuente aadir oxgeno al efluente tratado despus de la cloracin (postaireacin). Uno de los procesos de eliminacin de los compuestos del nitrgeno consiste en la conversin del nitrgeno en amonaco y la posterior transferencia del amonaco en forma gaseosa del agua al aire.

Descripcin

En el campo del tratamiento del agua residual, la aplicacin ms comn de la transferencia de gases consiste en la transferencia de oxgeno en el tratamiento biolgico del agua residual. Dada la reducida solubilidad del oxgeno y la baja velocidad de transferencia que ello comporta, suele ocurrir que la cantidad de oxgeno que penetra en el agua a travs de la interfase aire-superficie del lquido no es suficiente para satisfacer la demanda de oxgeno del tratamiento aerobio. Es preciso crear interfases adicionales para conseguir transferir la gran cantidad de oxgeno necesaria. Para conseguir este propsito se puede introducir en el agua aire u oxgeno, o se puede exponer el lquido a la atmsfera en forma de pequeas gotas. Los sistemas de aireacin ms comnmente empleados se citan as:

Para crear interfases gas-agua adicionales, el oxgeno se puede suministrar en forma de burbujas de aire o de oxigeno puro. En la mayora de las plantas de tratamiento de aguas residuales, la aireacin se lleva a cabo mediante la dispersin de burbujas sumergidas a profundidades de hasta 10 m. En algunos diseos europeos se han llegado a introducir las burbujas a profundidades superiores a los 30 m. Los diferentes sistemas de aireacin incluyen placas y tubos porosos, tubos perforados, y diferentes configuraciones de difusores metlicos y de plstico. Tambin se pueden emplear aparatos de cizalladura hidrulica, que rompen las burbujas en burbujas de menor tamao al hacer circular el fluido a travs de un orificio. Los mezcladores de turbina se pueden emplear para dispersar burbujas de aire introducidas en el tanque bajo el centro del elemento impulsor.

Los aireadores de superficie, mtodo alternativo para la introduccin de grandes cantidades de oxgeno, consisten en turbinas de alta o de baja velocidad o en unidades flotantes de alta velocidad que giran en la superficie del lquido parcialmente sumergidas. Estos aireadores se proyectan, tanto para mezclar el contenido del tanque, como para exponer el lquido a la accin de la atmsfera en forma de pequeas gotas.

ClasificacinDescripcinUso o aplicacin

Sumergido

Poroso (burbujas Finas)

Burbujas Generadas por tubos y placas de ceramica pororosos, fabricados con productos ceramicos vitrificados y resinasTodos los procesos de fango activado

Poroso (burbujas Medianas)Burbujas generadas con membranas elasticas o tubos de plasticos perforadosTodos los procesos de fango activado

No poroso (burbujas Gruesas)Burbujas generadas con orificios inyectores y toberasTodos los procesos de fango activado

Mezclador estaticoTubos cortos con deflectores interiores diseados para retener el aire inyectado por la parte inferior del tubo en contacto con el agua.Laguna de aireacin y procesos de fango activado

Turbina sumergidaConsiste en una turbina de baja velocidad y sistema de inyeccin de aire comprimidoTodos los procesos de fango activado

Tobera a chorroAire comprimido inyectado en el liquido mezcla al ser bombeado bajo presin a travs de una toberaTodos los procesos de fango activado

Turbina de baja velocidadTurbina de gran dimetro utilizada para promover la exposicin de las gotas de liquido a la atmsferaLaguna de aireacin y procesos de fango activado

Aireador flotante de alta velocidadHlice de pequeo dimetro que se usa para promover la exposicin de las gotas de agua a la atmsferaLagunas aireadas

Aireador de rotor horizontalLas paletas montadas sobre un eje central giran en el seno liquido. El oxigeno se introduce en un liquido por la accin de salpicadura creada por las pletas y por la exposicin de las gotas del liquido a la atmsferaZanja de oxidacin canales de aireacin y lagunas aireadas

CascadaEl agua residual fluye por encima de una cascada de baja altura de laminaPost-aireacin

PROCESOS QUMICOS UNITARIOS

Los procesos empleados en el tratamiento de las aguas residuales en los que las transformaciones se producen mediante reacciones qumicas reciben el nombre de procesos qumicos unitarios. Con el fin de alcanzar los objetivos de tratamiento del agua residual, los procesos qumicos unitarios se llevan a cabo en combinacin con las operaciones fsicas unitarias .

PRECIPITACIN QUIMICA

La precipitacin qumica en el tratamiento de las aguas residuales lleva consigo la adicin de productos qumicos con la finalidad de alterar el estado fsico de los slidos disueltos y en suspensin, y facilitar su eliminacin por sedimentacin. En algunos casos, la alteracin es pequea, y la eliminacin se logra al quedar atrapados dentro de un precipitado voluminoso constituido, principalmente, por el propio coagulante. Otra consecuencia de la adicin de productos qumicos es el incremento neto en los constituyentes disueltos del agua residual. Los procesos qumicos, junto con algunas de las operaciones fsicas unitarias, se han desarrollado para proporcionar un tratamiento secundario completo a las aguas residuales no tratadas, incluyendo la eliminacin del nitrgeno, del fsforo, o de ambos a la vez [4, 19]. Tambin se han desarrollado otros procesos qumicos para la eliminacin del fsforo por precipitacin qumica, y estn pensados para su utilizacin en combinacin con procesos de tratamiento biolgicos.

El objetivo de esta seccin es identificar y discutir los siguientes aspectos:

(1) reacciones de precipitacin que tienen lugar cuando se aaden diversos productos qumicos para mejorar el comportamiento y el rendimiento de las instalaciones de tratamiento de las aguas residuales

(2) Reacciones qumicas que intervienen en el proceso de precipitacin del fsforo en el agua residual

(3) algunos de los aspectos tericos ms importantes de la precipitacin qumica. Los clculos que se realizan para determinar la cantidad de fango producida como resultado de la adicin de los diversos productos qumicos.

A lo largo de los aos, se han empleado muchas sustancias y de diversa naturaleza, como agentes de precipitacin, las ms comunes de las cuales se presentan en la Tabla . El grado de clarificacin resultante depende tanto de la cantidad de productos qumicos que se aade como del nivel de control de los procesos. Mediante precipitacin qumica, es posible conseguir efluentes clarificados bsicamente libres de materia en suspensin o en estado coloidal y se puede llegar a eliminar del 80 al 90 por 100 de la materia total suspendida, entre el 40 y el 70 por 100 de la DBO5, del 30 al 60 por 100 de la DQO y entre el 80 y el 90 por 100 de las bacterias. Estas cifras contrastan con los rendimientos de eliminacin de los procesos de sedimentacin simple, en los que la eliminacin de la materia suspendida slo alcanza valores del 50 al 70 por 100 y en la eliminacin de la materia orgnica slo se consigue entre el 30 y el 40 por 100.

Productos qumicos empleados en el tratamiento del agua residual

Producto qumicoFrmula

Sulfato de almina

Al2(S043 18H2Oa

Al2(S04)3. l4H2O

Cloruro frricoFeCI3

Sulfato frrico

Fe2(S04)3

Fe2(S0j3 3H20

Sulfato ferroso (caparrosa)Fe504. 7 H20

CalCa(OH)2

Los productos qumicos que se aaden al agua residual reaccionan con las sustancias habitualmente presentes en el agua , o que se aaden a ella para tal fin.

Sulfato de almina. Cuando se aade sulfato de almina al agua residual que contiene alcalinidad en forma de bicarbonato clcico y magnsico, la reaccin que tiene lugar se puede ilustrar de la siguiente manera:

666,73xlOOcomoCaCO3x1362x786x4418x18

A]2(S04)3. 18 H20 + 3 Ca(HCO3)2~3 CaSO~ + 2 Al(OH)3 6 CO2 + 18 H20 (7.1)

SulfatoBicarbonatoSulfato Hidrxido Dixidode alminade calciode calcio de aluminio de carbono

Los nmeros indicados encima de las frmulas qumicas corresponden a los pesos moleculares de combinacin de las diferentes sustancias y denotan, por lo tanto, la cantidad de cada una de ellas que interviene en el proceso. El hidrxido de aluminio insoluble es un flculo gelatinoso que sedimenta lentamente en el agua residual, arrastrando consigo materia suspendida y producindose otras alteraciones. La reaccin es exactamente anloga cuando se sustituye el bicarbonato clcico por la sal de magnesio.

Cal. Cuando se aade cal como precipitante, los principios de clarificacin quedan explicados por las siguientes reacciones:

56 como CaO

44 como CO21002 x 18

Ca(OH)2+H2C03CaCO3 +2 H2O(7.2)

Hidrxido

AcidoCarbonato

de calcio

carbnicode calcio

56 como CaO

100 como CaCO22 x 100

2 x 18

Ca(OH)2+Ca(HCO3)22 CaCO3+2 H20

Hidrxido

BicarbonatoCarbonato

de calcio

de hierrode calcio

Por lo tanto, para producir el carbonato de calcio que acta como coagulante, es necesario aadir una cantidad de cal suficiente para la combinacin con todo el dixido de carbono libre y con el cido carbnico de los carbonatos cidos (dixido de carbono semicombinado). Por lo general, la cantidad de cal que hay que aadir suele ser mucho mayor cuando se emplea sola que cuando se emplea la cal en combinacin con sulfato ferroso (vase el apartado siguiente). En el caso de vertidos industriales que aporten al agua residual cidos minerales o sales cidas, stas debern neutralizarse antes de que tenga lugar la precipitacin.

Sulfato de hierro y cal. En la mayora de los casos, el sulfato de hierro no se puede emplear como agente precipitante individual, puesto que para formar un precipitado se debe aadir cal al mismo tiempo. La reaccin con sulfato de hierro como nico aditivo es la siguiente:

278100 como CaCO31781367 x 18

FeSO4 .7 H2O Ca(HCO3)2+ Fe(HCO3)2 + CaSO4 7 H2O

SulfatoBicarbonatoBicarbonatoSulfato

ferrosode calciode hierrode calcio

Cloruro de hierro y cal. La reaccin para el cloruro de hierro y la cal es la siguiente:

2 x 162

5 x 56 como CaO

3 X 111

2 x 106,9

2 FeCI3+3 Ca(OH)2( 3 CaC122 Fe(OH)3

Cloruro

Hidrxido

Cloruro

Hidrxido

frrico

de calcio

de calcio frrico

Sulfato de hierro y cal. La reaccin para el sulfato de hierro y la cal es la siguiente:

4003 x 56 como CaO4082 x 106,9

Fe2(SO4)3 3 Ca(OH)23 CaSO4 +2 Fe(OH)3

SulfatoHidrxidoSulfatoHidrxido

frricode calciode calciofrrico

ADSORCION

El proceso de adsorcin consiste, en trminos generales, en la captacin de sustancias solubles presentes en la interfase de una solucin. Esta interfase puede hallarse entre un lquido y un gas, un slido, o entre dos lquidos diferentes. A pesar de que la adsorcin tambin tiene lugar en la interfase aire-lquido en el proceso de flotacin, en esta seccin slo se considerar la adsorcin en la interfase entre lquido y slido. El proceso de adsorcin no se ha empleado demasiado a menudo hasta el momento, pero la necesidad de una mayor calidad del efluente de los tratamientos de aguas residuales ha conducido a un estudio ms detallado del proceso de adsorcin sobre carbn activado y de sus aplicaciones.

El tratamiento del agua residual con carbn activado suele estar considerado como un proceso de refino de aguas que ya han recibido un tratamiento biolgico normal. En este caso, el carbn se emplea para eliminar parte de la materia orgnica disuelta. Asimismo, es posible eliminar parte de la materia particulada tambin presente, dependiendo de la forma en que entran en contacto el carbn y el agua.

Anlisis del proceso de adsorcin

El proceso de adsorcin tiene lugar en tres etapas: macrotransporte, microtransporte y sorcin. El macrotransporte engloba el movimiento por adveccin y difusin de la materia orgnica a travs del lquido hasta alcanzar la interfase lquido-slido. Por su parte, el microtransporte hace referencia a la difusin del material orgnico a travs del sistema de macroporos del carbn activado granular hasta alcanzar las zonas de adsorcin que se hallan en los microporos y submicroporos de los grnulos de carbn activado.

La adsorcin se produce en la superficie del grnulo y en sus macroporos y mesoporos, pero el rea superficial de estas zonas del CAG es tan pequea comparada con el rea de los micro y submicroporos, que la cantidad de material adsorbido en ellos se considera despreciable. El uso del trmino sorcin se debe a la dificultad de diferenciar la adsorcin fsica de la adsorcin qumica, y se emplea para describir el mecanismo por el cual la materia orgnica se adhiere al CAG. El equilibrio se alcanza cuando se igualan las tasas de sorcin y desorcin, momento en el que se agota la capacidad de adsorcin del carbn. La capacidad terica de adsorcin de un determinado contaminante por medio del carbn activado se puede determinar calculando su isoterma de adsorcin.

La cantidad de adsorbato que puede retener un adsorbente es funcin de las caractersticas y de la concentracin del adsorbato y de la temperatura. En general, la cantidad de materia adsorbida se determina como funcin de la concentracin a temperatura constante, y la funcin resultante se conoce con el nombre de isoterma de adsorcin.

DESINFECCION

La desinfeccin consiste en la destruccin selectiva de los organismos que causan enfermedades. No todos los organismos se destruyen durante el proceso, punto en el que radica la principal diferencia entre la desinfeccin y la esterilizacin, proceso que conduce a la destruccin de la totalidad de los organismos. En el campo de las aguas residuales, las tres categoras de organismos entricos de origen humano de mayores consecuencias en la produccin de enfermedades son las bacterias, los virus y los quistes amebianos. Las enfermedades bacterianas tpicas transmitidas por el agua son: el tifus, el clera, el paratifus y la disentera bacilar, mientras que las enfermedades causadas por los virus incluyen, entre otras, la poliomelitis y la hepatitis infecciosa.

Descripcin de los objetivos y mtodos de desinfeccin

Los requisitos que debe cumplir un desinfectante qumico , en la que se puede apreciar que un desinfectante ideal debera tener una gran variedad de caractersticas. 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. Tambin es importante que los desinfectantes sean seguros en su aplicacin y manejo, y que su fuerza o concentracin en las aguas tratadas sea medible y cuantificable. Los mtodos ms empleados para llevar a cabo la desinfeccin son:

(1) agentes qumicos

(2) agentes fsicos

(3) medios mecnicos

(4) radiacin.

Agentes qumicos. Los agentes qumicos utilizados para la desinfeccin incluyen:

1. El cloro y sus compuestos;

2. el bromo;

3. el yodo;

4. el ozono;

5. el fenol y los compuestos fenlicos;

6. los alcoholes;

7. los metales pesados y compuestos afines;

8. los colorantes;

9. los jabones;

10. los compuestos amoniacales cuaternarios;

11. el agua oxigenada

12. cidos y lcalis diversos.

Los desinfectantes ms corrientes son los productos qumicos oxidantes, de los cuales el cloro es el ms universalmente empleado, aunque tambin se ha utilizado, para la desinfeccin del agua residual, el bromo y el yodo. El ozono es un desinfectante muy eficaz cuyo uso va en aumento, a pesar de que no deja una concentracin residual que permita valorar su presencia despus del tratamiento, El agua muy cida o muy alcalina tambin se ha empleado para la destruccin de bacterias patgenas, ya que el agua con pH inferior a 3 o superior a 11 es relativamente txica para la mayora de las bacterias.

Agentes fsicos para la desinfeccin

Los desinfectantes fsicos que se pueden emplear son la luz y el calor. El agua caliente a la temperatura de ebullicin, por ejemplo, destruye las principales bacterias causantes de enfermedades y no formadoras de esporas. El calor se suele emplear con frecuencia en las industrias lcticas y de bebidas, pero su aplicacin al agua residual no es factible debido al alto coste que supondra. Sin embargo, la pasteurizacin del fango es una prctica habitual en toda Europa.

La luz solar tambin es un buen desinfectante, especialmente la radiacin ultravioleta. En la esterilizacin de pequeas cantidades de agua, el empleo de lmparas especiales ha resultado exitoso. La eficacia de este proceso depende de la penetracin de los rayos en el agua. La geometra de contacto entre la fuente emisora de luz ultravioleta y el agua es de gran importancia debido a que la materia en suspensin, las molculas orgnicas disueltas y la propia agua, adems de los microorganismos, absorbern la radiacin. Por lo tanto, la aplicacin de la radiacin ultravioleta como mecanismo de desinfeccin no resulta sencilla en sistemas acuosos, especialmente por la presencia de materia particulada.

Medios mecnicos. Las bacterias tambin se pueden eliminar, durante el tratamiento del agua residual, empleando medios mecnicos. Como son:PROCESOSELIMINACION EN %

Tamices de malla gruesa0 5

Tamices de malla fina10-20

Desarenadotes10-25

Sedimentacin primaria25-75

Sedimentacin quimica40-80

Filtros percoladres90-95

Fangos activados90-98

Cloracion de agua residual tratada98-99

Los primeros cuatro procesos estn considerados como procesos fsicos. Las eliminaciones conseguidas se obtienen como subproducto de la funcin primaria del proceso.

Radiacin. Los principales tipos de radiacin son la radiacin electromagntica, la acstica y la radiacin de partculas. Los rayos gamma se emiten a partir de elementos radioistopos, como el cobalto 60. Dado su poder de penetracin, los rayos gamma se han utilizado tanto para la desinfeccin (esterilizacin) del agua potable como del agua residual.

Mecanismos de accin de los desinfectantes

La accin de los desinfectantes se ha pretendido explicar por cuatro mecanismos:

(1) dao a la pared celular

(2) alteracin de la permeabilidad de las clulas

(3) alteracin de la naturaleza coloidal del protoplasma

(4) inhibicin de la actividad enzimtica].

El dao o destruccin de la pared celular da lugar a la lisis celular y a la muerte de la clula. Algunos agentes, como la penicilina, inhiben la sntesis de la pared celular de las bacterias.

Los agentes tales como los compuestos fenlicos y los detergentes alteran la permeabilidad de la membrana citoplasmtica. Estas sustancias destruyen la permeabilidad selectiva de la membrana y permiten que se escapen algunos nutrientes vitales, como el nitrgeno y el fsforo.

El calor , la radiacin, y los agentes fuertemente cidos o alcalinos alteran la naturaleza coloidal del protoplasma. El calor coagula la protena celular y los cidos o bases desnaturalizan las protenas, produciendo un efecto letal.

Otro modo de desinfeccin consiste en la inhibicin de la actividad enzimtica. Los agentes oxidantes, tales como el cloro, pueden alterar la estructura qumica de los enzimas dando lugar a su desactivacin.

Anlisis de los factores que influyen en la accin de los desinfectantes

Al aplicar los medios o agentes de desinfeccin descritos, se deben tener en cuenta los siguientes factores:

(1) Tiempo De Contacto

(2) Tipo Y Concentracin Del Agente Qumico

(3) Intensidad Y Naturaleza Del Agente Fsico

(4) Temperatura

(5) Nmero De Organismos

(6) Tipo De Organismos

(7) Naturaleza Del Medio Lquido [10]

Tiempo de contacto. Quiz sea esta una de las variables ms importantes en el proceso de desinfeccin. Por lo general se ha podido observar que para una concentracin dada de desinfectante, la mortalidad de los patgenos aumenta cuanto mayor sea el tiempo de contacto.

Tipo y concentracin del agente qumico. Segn el tipo de agente qumico empleado, y dentro de ciertos lmites, se ha podido comprobar que la efectividad de la desinfeccin est relacionada con la concentracin. El efecto de la concentracin se ha formulado empricamente con la siguiente expresin [6]:

donde C = concentracin del desinfectante.

n = constante.

Tp=tiempo necesario para alcanzar un porcentaje de mortalidad constante.

Las constantes de la Ecuacin se pueden determinar representando la concentracin frente al tiempo necesario para alcanzar un porcentaje dado de mortalidad en un papel doblemente logartmico. La pendiente de la recta corresponde al valor de 1/n. En general, si n es mayor que 1, el tiempo de contacto es ms importante que la dosis de desinfectante, mientras que si n es cercano a 1 ambos parmetros tienen importancias comparables.

Intensidad y naturaleza del agente fsico. Como se ha sealado anteriormente, el calor y la luz son los agentes fsicos que han sido ocasionalmente empleados en la desinfeccin del agua residual. Se ha podido constatar que su efectividad est relacionada con la intensidad.

Temperatura. El efecto de la temperatura sobre la tasa de mortalidad se puede representar mediante una forma de la relacin de Vant Hoff-Arrhenius. El aumento de la temperatura produce un aumento en la velocidad de mortalidad. La relacin, en funcin del tiempo t necesario para alcanzar un determinado ndice de mortalidad, es la siguiente:

donde t1, t2 = tiempo necesario para alcanzar el porcentaje de mortalidad a

las temperaturas T1 y T2, 0K, respectivamente.

E = energa de activacin, J/mol.

R = constante de los gases, 8,3 14 J/mol . 01( (1,99 cal/0K . mol).

Nmero de organismos. En un sistema diluido, como el del agua residual, la concentracin de organismos es muy raramente objeto de especial consideracin. Sin embargo, a la vista de la Ecuacin, se puede concluir que cuanto mayor sea la concentracin de organismos, mayor ser el tiempo necesario para alcanzar una mortalidad determinada. Una relacin emprica propuesta para describir el efecto de la concentracin de organismos sobre el proceso de desinfeccin es la siguiente [6]:

donde C = concentracin del desinfectante.

Np=concentracin de organismos reducidos en un porcentaje determinado en un tiempo tambin determinado.

q = constante relacionada con la fuerza de un desinfectante.

Tipos de organismos. La efectividad de los diferentes desinfectantes est influida por la naturaleza y condicin de los organismos. Por ejemplo, las clulas bacterianas de crecimiento viable se destruyen fcilmente. En cambio, las esporas bacterianas son extremadamente resistentes y muchos de los desinfectantes qumicos normalmente empleados tienen escaso o ningn efecto sobre ellas, por lo que ser necesario emplear otros agentes desinfectantes, como el calor.

Naturaleza del medio lquido. Adems de todos los factores que se acaban de citar, tambin es necesario valorar con detenimiento la naturaleza del medio lquido. Por ejemplo, puede haber materia orgnica extraa que reduzca la eficacia de los desinfectantes oxidantes al reaccionar con ellos. La turbidez reducir la efectividad de los desinfectantes debido a la adsorcin y a la proteccin de las bacterias atrapadas.

DESINFECCION CON CLORO

Como ya se ha comentado anteriormente, de todos los desinfectantes empleados, el cloro es quizs el ms universalmente utilizado. La razn de este hecho hay que buscarla en que satisface la mayora de los requisitos.

Qumica del cloro

Los compuestos de cloro ms comnmente empleados en las plantas de tratamiento de aguas residuales son el cloro gas (Clj, el hipoclorito sdico (NaOC1), el hipoclorito de calcio [Ca(OC1)2], y el dixido de cloro (Gb2). Los hipocloritos sdico y clcico se suelen emplear en las plantas pequeas, especialmente en las prefabricadas, en las que la simplicidad y seguridad son criterios de mayor peso que el coste. El hipoclorito de sodio tambin se emplea en las plantas de gran tamao, principalmente por cuestiones de seguridad relacionadas con las condiciones locales. El dixido de cloro tambin se emplea en las instalaciones de tratamiento, debido a que tiene algunas propiedades poco frecuentes (no reacciona con el amonaco). A pesar de que tambin se emplean otros compuestos del cloro, el anlisis que sigue a continuacin se limitar al estudio de la aplicacin de cloro gas, por ser la forma ms extensamente adoptada.

Reaccin al Breakpoint

El hecho de que el cloro libre reaccione con el amonaco y de que sea un fuerte agente oxidante, complica bastante el mantenimiento de una cantidad residual (combinado o libre) para la desinfeccin de las aguas residuales.

Al ir aadiendo cloro, las sustancias que reaccionan con facilidad, como el Fe+2, el Mn+2, el H2 S o la materia orgnica, reaccionan con el cloro y lo reducen en gran parte a ion cloruro (Tras satisfacer esta demanda inmediata, el cloro continuar reaccionando con el amonaco para formar cloraminas,. Para relaciones molares entre cloro y amonaco inferiores a 1, se formar monocloramina y dicloramina. La distribucin de estas dos formas viene dictada por sus velocidades de formacin, que son funcin de la temperatura y del pH. Entre el punto B y el punto de breakpoint, algunas de las cloraminas se transforman en tricloruro de nitrgeno (mientras que las restantes cloraminas se oxidarn a xido de nitrgeno (N20) y nitrgeno (N2) y el cloro se reducir a ion cloruro. Si se contina aadiendo cloro, todas las cloraminas se oxidarn en el breakpoint.

La adicin de cloro ms all del breakpoint, producir un aumento del cloro libre disponible directamente proporcional al cloro aadido (hipoclorito sin reaccionar). La razn principal para aadir suficiente cloro como para obtener cloro residual libre radica en que se asegura que se alcanzar la desinfeccin. En ocasiones, debido a la formacin de tricloruro de nitrgeno y de sus compuestos afines, las operaciones de cloracin al breakpoint han presentado problemas de olores. La presencia de compuestos adicionales durante la cloracin da lugar a la reaccin con la alcalinidad del agua residual y, en casi todos los casos, la reduccin del pH ser pequea. La presencia de compuestos adicionales que reaccionen con el cloro puede alterar significativamente la forma de la curva del breakpoint. La cantidad de cloro que se debe aadir para alcanzar un nivel de cloro residual determinado recibe el nombre de demanda de cloro.

DECLORAClON

La decloracin es la prctica que consiste en la eliminacin de la totalidad del cloro combinado residual presente en el agua despus de la cloracin, para reducir los efectos txicos de los efluentes descargados a los cursos de agua receptores o destinados a la reutilizacin.

Toxicidad de los compuestos de cloro residuales

La cloracin es uno de los mtodos ms comnmente utilizados para la destruccin de los organismos patgenos y otros organismos perjudiciales que puedan poner en peligro la salud humana. Sin embargo, como se ha sealado anteriormente, algunos de los compuestos orgnicos presentes en el agua residual pueden causar interferencias en el proceso de cloracin. Muchos de estos compuestos pueden reaccionar con el cloro para formar compuestos txicos, que pueden tener efectos adversos a largo plazo sobre los usos de las aguas a las que se descargan. A fin de minimizar los efectos de esta toxicidad potencial del cloro residual sobre el medio ambiente, se ha considerado necesario declorar el agua residual previamente clorada.

Anlisis de la decloracin

El producto qumico que ms se emplea para llevar a cabo la decloracin, tanto si es necesaria para cumplir las limitaciones de vertidos, como si se aplica para mejorar la calidad del efluente de la cloracin al breakpoint para la eliminacin del nitrgeno amoniacal, es el dixido de azufre. Tambin se ha empleado con este fin el carbn activado.

Dixido de azufre. El gas dixido de azufre elimina, sucesivamente, el cloro libre, la monocloramina, la dicloramina, el tricloruro de nitrgeno, y los compuestos policlorados. En la reaccin global entre el dixido de azufre y el cloro la relacin ponderal estequiomtrica entre el dixido de azufre y el cloro es de 0,91. En la prctica, se ha podido comprobar que se necesita 1 mg/l de dixido de azufre para declorar 1 mg/l de cloro residual (expresado como Cl. Dado que las reacciones del dixido de azufre con el cloro y las cloraminas son casi instantneas, el tiempo de contacto no suele ser un factor esencial. Por esta razn no se emplean cmaras de contacto, aunque es absolutamente imprescindible un mezclado rpido y eficaz en el punto de aplicacin. La relacin entre el cloro libre y el cloro total combinado residual antes de la decloracin es el factor determinante de si el proceso de decloracin se completar o si se conseguir una decloracin parcial. Una relacin menor del 85 por 100 indica, normalmente, que existe una cantidad sustancial de nitrgeno orgnico que interfiere el proceso del cloro residual libre.

En la mayora de los casos, la decloracin con dixido de azufre constituye un proceso unitario muy fiable en el tratamiento del agua residual, siempre que la precisin del sistema de control de cloro residual combinado sea la adecuada. Es conveniente evitar dosificar el dixido de azufre en exceso, no slo por el gasto innecesario, sino tambin a causa de la demanda de oxgeno que produce el exceso de dixido de azufre. La reaccin que tiene lugar entre el exceso de dixido de azufre y el oxgeno disuelto, que es una reaccin relativamente lenta.

El resultado de esta reaccin es una reduccin del contenido de oxgeno disuelto en el agua residual, junto con un aumento de los valores medidos de la DBO, la DQO, y un posible descenso del valor del pH. Todos estos efectos se pueden eliminar por medio de un control adecuado del sistema de decloracin.

Las instalaciones de decloracin con dixido de azufre son parecidas a los sistemas de cloracin debido a que el equipo del dixido de azufre es intercambiable con el de cloracin. Los parmetros bsicos de control de este proceso son: (1) una adecuada dosificacin basada en un control preciso (amperomtrico) del cloro residual combinado, y (2) una mezcla adecuada en el punto de aplicacin del dixido de azufre.

Carbn activado. La decloracin mediante adsorcin sobre carbn activado proporciona una completa eliminacin tanto del cloro residual libre como del combinado Cuando se emplea carbn activado en el proceso de decloracin, las reacciones que tienen lugar son las siguientes:

El carbn activado granular se utiliza en filtros de gravedad o a presin. Si el carbn se va a emplear, exclusivamente, para la decloracin, este proceso debe ir precedido de otro a base de carbn activado para la eliminacin de otros constituyentes susceptibles de ser eliminados. En plantas de tratamiento que emplean el carbn activado para la eliminacin de la materia orgnica, se pueden emplear para la decloracin tanto los mismos lechos como otros diferentes, siendo factible la regeneracin del carbn.

Dado que se ha podido comprobar que la utilizacin del carbn granular en columnas es muy efectiva y fiable, siempre se debe tener en cuenta a la hora de plantearse la necesidad de decloracin. Es de esperar que la principal aplicacin del carbn activado en la decloracin se dar en situaciones en las que tambin sean necesarios altos niveles de eliminacin de materia orgnica.

DESINFECCION CON DIOXIDO DE CLORO

El dixido de cloro es otra sustancia bactericida cuyo poder de desinfeccin es igual o superior al del cloro, y que se ha comprobado que resulta ms efectivo que el cloro en la inhibicin e inactivacin de virus. Una explicacin posible de este fenmeno se basa en el hecho de que una protena, la peptona, puede adsorber el dixido de cloro. Dado que los virus tienen un recubrimiento protenico, es posible que la inactivacin del virus venga provocada por la adsorcin del dixido de cloro en la superficie de dicho recubrimiento. En el pasado, el uso del dixido de cloro no haba sido considerado viable debido a su alto coste econmico.

Efectividad del dixido de cloro

El agente desinfectante que se presenta en un sistema que contiene dixido de cloro es el dixido de cloro libre disuelto. La qumica del dixido de cloro en medio acuoso no es bien conocida en la actualidad. El dixido de cloro tiene un potencial de oxidacin extremadamente alto, lo cual puede explicar su potencial germicida. Debido a este alto potencial de oxidacin, es posible que los mecanismos bactericidas que provoca tengan que ver con la inactivacin de los sistemas de enzimas crticos, o con la interrupcin y destruccin del proceso de sntesis de protenas.

Formacin de subproductos.

La utilizacin de dixido de cloro puede dar lugar a la formacin algunos productos finales potencialmente txicos, como el clorito y el clorato, y a su presencia en forma de componentes del cloro residual total. Las cantidades de dixido de cloro residual y de los productos finales de la reaccin se degradan a mayor velocidad que el cloro residual, por lo que pueden no representar una amenaza tan directa para la vida acutica como lo es el cloro residual. Una ventaja del uso del dixido de cloro es que no reacciona con el amonaco para dar paso a la formacin de las cloraminas, que son potencialmente txicas. Tambin se ha podido comprobar que no se forman compuestos orgnicos halogenados en cantidades apreciables. Este hecho es especialmente cierto en cuanto a la formacin de cloroformo, que es una sustancia cuyos efectos cancergenos estn bajo sospecha.

DESINFECCION CON CLORURO DE BROMO

Debido a que los aspectos prcticos relacionados con la desinfeccin con cloruro de bromo se analizan en el Captulo 9, la discusin que sigue a continuacin se limita a una breve descripcin de la qumica del cloruro de bromo, un anlisis del rendimiento del cloruro de bromo como desinfectante, y un estudio de los factores que pueden influir en la efectividad del proceso de desinfeccin mediante cloruro de bromo.

Efectividad del cloruro de bromo

A pesar de que, en base a los datos disponibles, no es posible clasificar el cloruro de bromo como un desinfectante de efectividad demostrada, como el cloro, s parece ser que el cloruro de bromo es tan fiable, flexible y efectivo como el cloro. Aunque todava es necesario profundizar en el conocimiento del mecanismo de desinfeccin celular (debido a la similitud entre el cido hipobromoso y el cido hipocloroso), parece razonable suponer que se adsorbe al interior de la clula bacteriana e interrumpe la actividad enzimtica crtica. Se ha podido comprobar que las bromaminas son germicidas ms efectivos que las cloraminas, y se degradan a mayor velocidad. Tambin se ha constatado que el cloruro de bromo inactiva la misma cantidad de polivirus que el cloro con la mitad de dosis. Aunque no se han llegado a establecer valores estndar del tiempo de contacto, s es posible afirmar que el tiempo de contacto del cloruro de bromo suele ser inferior al necesario para la desinfeccin con cloro. Un tiempo de contacto igual al del cloro debera resultar ms que adecuado para este desinfectante. Es preciso llevar a cabo estudios ms profundos para verificar las dosis de cloruro de bromo necesarias para obtener efluentes de determinada calidad, para determinar el mtodo de aplicacin del cloruro de bromo ms eficaz y efectivo, para determinar la efectividad del cloruro de bromo para los usos auxiliares, y para obtener datos de campo adicionales sobre los efectos a corto y largo plazo del cloruro de bromo sobre la vida acutica en los cuerpos de agua receptores.

Formacin de subproductos. Como consecuencia del proceso de desinfeccin con cloruro de bromo, tambin se producen otras sustancias orgnicas bromadas. Se cree que estas sustancias orgnicas bromadas son susceptibles de experimentar una degradacin hidroltica y fotoqumica, por lo que no es previsible que perduren en las aguas receptoras cantidades significativas de estos compuestos. Segn un estudio elaborado por el Laboratorio de Investigacin Medioambiental de la EPA (Duluth), se ha podido comprobar que los productos qumicos orgnicos bromados se bioacumulan en los peces expuestos a aguas desinfectadas con cloruro de bromo. No obstante, los residuos orgnicos bromados hallados en los peces estaban presentes en concentraciones inferiores a las de otros compuestos txicos (p.c. PCB y clordano). Ciertamente, es necesario llevar a cabo ms estudios al respecto, debido a los escasos datos existentes y a la existencia de datos contradictorios.

DESINFECCION CON OZONO

El ozono fue empleado por primera vez para la desinfeccin de aguas de abastecimiento en Francia, a principios de siglo. Su uso aument y posteriormente se expandi a diversos pases europeos occidentales. Hoy en da, existen cerca de 1000 instalaciones de desinfeccin con ozono (la mayor parte de ellas en Europa), para el tratamiento de las aguas de abastecimiento. Un uso comn del ozono en estas instalaciones se centra en el control de los agentes responsables de la produccin de sabores, olores y colores. A pesar de que, histricamente, su uso estaba limitado a la desinfeccin de aguas de abastecimiento, los recientes avances en materia de generacin de ozono y de la tecnologa de disolucin han permitido que el ozono se haya convertido en una posibilidad econmicamente competitiva para la desinfeccin de las aguas residuales. En el tratamiento de las aguas residuales, el ozono tambin se puede emplear para el control de olores y para la eliminacin de materia orgnica soluble refractaria, sustituyendo al proceso de adsorcin con carbn activado. A continuacin, se discuten aspectos relativos a la generacin del ozono, la efectividad del ozono como desinfectante, y la aplicacin de los procesos de ozonacin.

Otras ventajas del uso del ozono. Otra de las ventajas que se deriva del empleo de ozono para la desinfeccin es que se elevar la concentracin de oxgeno disuelto del efluente, hasta valores cercanos a la concentracin de saturacin, como consecuencia de la rpida descomposicn del ozono en oxgeno. Este hecho puede permitir no tener que reairear el efluente para cumplir con las limitaciones normativas de calidad del efluente relacionadas con la concentracin de oxgeno disuelto. Es ms, debido a que el ozono se descompone rpidamente, no queda en el efluente ningn compuesto qumico residual que precise ser eliminado, como ocurra con el cloro residual.

DESINFECCION CON RA YOS ULTRA VIOLETAS

La desinfeccin de aguas de abastecimiento basada en la radiacin emitida por fuentes de rayos ultravioletas (UV) se ha empleado en contadas ocasiones desde principios de siglo. Aunque su primer uso se centraba en la desinfeccin de aguas de suministro de alta calidad, recientemente se ha experimentado un renovado inters en la aplicacin de esta tcnica de cara a la desinfeccin de aguas residuales. Se ha podido comprobar que una correcta dosificacin de rayos ultravioletas es un eficaz bactericida y virucida, adems de no contribuir a la formacin de compuestos txicos.

PROCESOS BIOLGICOS UNITARIOS

Son los mtodos de tratamiento en los que la remocin de los contaminantes se lleva a cabo por la actividad biolgica de los microorganismos. La remocin de la materia orgnica biodegradable tanto coloidal como disuelta por accin biolgica, constituye la principal aplicacin de este tipo de procesos

Objetivos del tratamiento biolgico

Los objetivos del tratamiento biolgico del agua residual son la coagulacin y eliminacin de los slidos coloidales no sedimentables y la estabilizacin de la materia orgnica. En el caso del agua residual domstica, el principal objetivo es la reduccin de la materia orgnica presente y, en muchos casos, la eliminacin de nutrientes como el nitrgeno y el fsforo. A menudo, la eliminacin de compuestos a nivel de traza que puedan resultar txicos, tambin constituye un objetivo de tratamiento importante. En el caso de las aguas de retorno de usos agrcolas, el principal objetivo es la eliminacin de los nutrientes que puedan favorecer el crecimiento de plantas acuticas, como el nitrgeno y el fsforo. En el caso de aguas residuales industriales, el principal objetivo es la reduccin de la concentracin de compuestos tanto orgnicos como inorgnicos. A menudo, puede ser necesario llevar a cabo un pretratamiento previo, debido a la potencial toxicidad de estos compuestos para los microorganismos.

Papel de los microorganismos

La eliminacin de la DBO carbonosa, la coagulacin de los slidos coloidales no sedimentables, y la estabilizacin de la materia orgnica se consiguen, biolgicamente, gracias a la accin de una variedad de microorganismos, principalmente bacterias. Los microorganismos se utilizan para convertir la materia orgnica carbonosa coloidal y disuelta en diferentes gases y tejido celular. Dado que el tejido celular tiene un peso especfico ligeramente superior al del agua, se puede eliminar por decantacin.

La nutricin bacteriana y los procesos de tratamiento biolgicos.

El principal objetivo de la mayora de los procesos de tratamiento biolgico es la reduccin del contenido de materia orgnica (DBO carbonosa) del agua residual. Para conseguir este objetivo, son de gran importancia los organismos quimiohetertrofos, pues adems de energa y carbono, tambin necesitan compuestos orgnicos. Cuando los objetivos del tratamiento incluyan la conversin de amonaco en nitrato, son de gran impo