REGENERACIÓN DE AGUAS DE SALIDA DE...

REGENERACIN DE AGUAS DE SALIDA DE

DEPURADORAS EN ERARs: SISTEMAS DE

DESINFECCIN Y FILTRACIN

Jornadas Tcnicas ESTACIONES DE

TRATAMIENTO DE AGUAS(Mayo 2010)

J.M. Quiroga Alonso

Regeneracin de aguas de salida de depuradoras en ERASs: Sistemas de desinfeccin y Filtracin

ndice1. Problemtica del agua2. Modelos de gestin del agua3. Concepto de reutilizacin. 4. Aplicaciones de las aguas residuales regeneradas5. Tipos de tratamientos que han de sufrir las aguas residuales depuradas

para que puedan reutilizarse.1. FILTRACIN2. DESINFECCIN MEDIANTE RADIACIN UV

Cruce entre las calles Agua y Vida, barrio de Santa Cruz, Sevilla

Causas de la Problemtica actual del agua

Merma de su disponibilidad, lo que condiciona el desarrollo socioeconmico de las regiones y determinan que las cuestiones del agua sean prioritarias para evitar

conflictos interregionales e internacionales

a. Desigual distribucin del recurso que se ve agravada por la escasez de lluvia y sequas plurianuales

b. Aumento de la demanda por parte de diferentes sectores. debido al aumento de la poblacin, nivel de vida, etc. que hace que las fuentes de abastecimiento originales sean insuficientes.

c. Prdida de calidad en los recursos superficiales y subterrneos como consecuencia de la contaminacin (vertidos de aguas residuales): necesidad de aumentar las exigencias sobre la calidad de los vertidos a las aguas)

Desequilibrios entre distribucin-disponibilidad y demanda

la competencia intersectorial+


Noruega, Canad, EE.UU.,Colombia, Per, Venezuela Brasil, Camern, Guinea, China e India acaparan el 50% de los recursos totales. 26 pases sufren problemas de escasez.

5 ros concentran el 27% de los recursos renovables: Amazonas, Ganges-Brahmaputra, Congo, Amarillo y Orinoco.

1.000 m3/hab. de recursos hdricos renovables lmite a partir del cual un pas tiene estrs hdrico

A. Desigual distribucin del recurso, escasez de lluvia y sequas plurianuales

1. Poblacin: ms de 6.000 millones. En 2030: 8.100 millones (FAO).

2. 1900-1995: el consumo de agua se multiplico por seis (el doble que la tasa de crecimiento de la poblacin) sobrepasando en 2006 los 4.300 Km3/ao (30% de los recursos renovables en el planeta). Aumento: 1,2% anual.

3. Escasez: afecta al 40% poblacin.

b. Aumenta de la poblacin y la demanda de agua,

0,12/m3

Levante (0,03-1,5)

1,29 (0.87-1,95)**

Precio unitario (/m3)

39.032

27.123

5.347

1.917

30.70476,516.211Agricultura

2.063(100)3.784*Total

1,9401Cantidad no registrable (fraudes, errores en la medida, otras causas..)

3,7790Prdidas en red

43.99510021.186TOTAL

157 (189-125)4.975Total

1,9 (10,1)388Consumos municipales y otros

6.3134 (22,6)852Sectores econmicos (industria, servicios y ganadera)

12 (67,3)2.544Hogares

Consumo medio l/h/da

PorcentajesHm3Agua distribuida registrada

EL AGUA EN ESPAA (INE, 2007)

**0,75 Suministro + 0,54 Saneamiento y depuracin. El 3 coste ms barato de Europa

Origen agua: 63,3% superficial, 32,6% subterrnea, 4,1% desalada de mar o salobre

*descenso de 3,4% respecto al 2006

HOR. 10 AOS

HOR. 20 AOS

Las zonas que tradicionalmente sufren problemas por no tener recursos hidrulicos suficiente se enfrentan a un problema

aadido

La contaminacin de esos recursos

Necesidad de desarrollar en estas zonas nuevas pautas de gestin de los recursos

hdricos de que disponen

Normas reguladoras de los lmites de vertido debern ser ms

restrictivas

C. Contaminacin de Cuencas


ndice

1. Problemtica del agua2. Modelos de gestin del agua3. Concepto de reutilizacin. 4. Aplicaciones de las aguas residuales regeneradas5. Tipos de tratamientos que han de sufrir las aguas residuales depuradas


SOLUCIN

1. Modelo de la oferta : el agua no se considera un bien escaso (Modelo Antiguo) 2. Modelo de la demanda: el agua se considera un bien escaso. Necesidad de

ahorro de agua3. Modelo de uso sostenible: el agua se considera un bien social

QUE MEJOREN LA GESTIN DEL RECURSO HDRICO MEDIANTE EL DESARROLLO DE NUEVOS MODELOS DE GESTIN

BSQUEDA DE NUEVAS ALTERNATIVAS

El modelo de desarrollo del recurso agua se considera sostenible, si es capaz de satisfacer las necesidades de agua dulce, en cantidad y calidad, tanto a nuestras generaciones como a los ecosistemas del planeta, sin impedir que las futuras generaciones satisfagan sus propias

necesidades


Entre las medidas conducentes a un aumento de las reservas de agua, y que sern beneficiosas para el balance hidrulico de la zona en cuestin,

est la utilizacin de RECURSOS NO CONVENCIONALES (Uso de recursos endgenos) :

Resuelve el problema del vertido de los efluentes, dado el nivel de tratamiento que alcanzan las aguas regeneradas.

la reutilizacin la desalacin


Moda, necesidad, fantasa?

Es la reutilizacin del agua una moda? No! La reutilizacin de aguas se vienen practicando desde hace muchsimo tiempo y

en la actualidad se amplia y mejora, no se abandonan.

Es la reutilizacin del agua una necesidad? La reutilizacin juega un papel esencial en la gestin de los recursos en zonas con

determinadas condiciones hidroclimticas, en donde es necesario incorporarla dentro de sus balances de recursos hdricos. El agua residual, una vez tratada, ya deja de ser un residuo para pasar a ser un recurso pudiendo contribuir significativamente a aumentar los recursos hdricos de esa regin y a equilibrar su balance hidrulico.

Es la reutilizacin del agua una fantasa? No! Aumento del nmero de proyectos en todo el mundo, especialmente en zonas

con falta de agua



ndice

1. Problemtica del agua2. Modelos de gestin del agua3. Concepto de reutilizacin.4. Aplicaciones de las aguas residuales regeneradas5. Tipos de tratamientos que han de sufrir las aguas residuales depuradas


Definiciones Aguas Regeneradas

a las aguas residuales depuradas que, en su caso, han sido sometidas a un proceso de tratamiento adicional o complementario que permite adecuar su calidad al uso al que se destinan.

Reutilizacin de las aguas

la aplicacin, antes de su devolucin al dominio pblico hidrulico y al martimo terrestre para un nuevo uso privativo, de las aguas que, habiendo sido utilizadas por quien las deriv, se han sometido al proceso o procesos de depuracin establecidos en la correspondiente autorizacin de vertido y a los necesarios para alcanzar la calidad requerida en funcin de los usos a los que se va a destinar.

Estacin Regeneradora (ERAR)

al conjunto de instalaciones donde las aguas residuales depuradas se someten a procesos de tratamientos adicionales que puedan ser necesarios para adecuar su calidad al uso previsto.

Segn RD 1620/2007



ndice



Tratamiento de las aguas residuales urbanas

Tratamiento

EDAR

Eliminacin de contaminantes que aun permanecen

AGUA REUTILIZABLE

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIN (SS)GRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRGENOFSFOROG. PATGENOSSALESSUST. PELIGROSAS

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIN (SS)GRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRGENOFSFOROG. PATGENOSSALESSUST. PELIGROSAS

contaminantesERAR

PRETRATAMIENTO

T. PRIMARIO

T. SECUNDARIO

T. TERCIARIO?

Vertido

MATERIA ORGNICASLIDOS EN SUSPENSINNITRGENOFSFOROG. PATGENOSSALESSUST. PELIGROSAS

MATERIA ORGNICASLIDOS EN SUSPENSINNITRGENOFSFOROG. PATGENOSSALESSUST. PELIGROSAS

La seleccin de los tratamientos para cada una de las aplicaciones posibles, constituye uno de los factores determinantes en la implantacin de un programa de reutilizacin planificada de aguas es. La calidad del agua regenerada est relacionada con el uso

Tratamientos de las aguas en EDAREn las EDARs los contaminantes presentes en el agua residual pueden eliminarse con procesos

F, Q y/o B, distribuidos secuencialmente a lo largo de la planta.

El diseo de las EDAR y las prcticas de operacin y mantenimiento no son igual en todos los casos: existen multitud de secuencias

Para poder reutilizar, es necesario someter las aguas depuradas a otros tratamiento de regeneracin.

TRATAMIENTO 3(No suele haber en las EDAR)


Decantacin

Filtracin, precapa, microfiltracin, ultrafiltracin.

Afino de slidos en suspensin

Defosfatacin

Decantacin

Tecnologas de membranasReduccin de la DBO y DQO

Ozonizacin, aireacin, POA

Precipitacin con Fe3+ , Al3+

DefosfatacinEliminacin de nutrientes, N y P.

Ozonizacin, aireacin, POA (Procesos de Oxidacin Avanzada)

Tecnologas de membranas

Adsorcin en carbn activoEliminacin de microcontaminantes

Electrodilisis

Osmosis inversaDesalacin

UV

OzonizacinDesinfeccin

Cloracin

TECNICAOBJETIVO

Tabla 1. Objetivos y tcnicas mas empleadas en los tratamientos terciarios.

La fase de desinfeccin es esencial en el proceso de regeneracin de aguas.

Necesidad de alcanzar los objetivos de calidad en este parmetro marcado por las

diferentes normativas.

Pueden existir diferentes tecnologas de preparacin del agua , antes de utilizar

una tecnologa ms avanzada (tratamientos multibarrera).

La fase de desinfeccin es esencial en el proceso de regeneracin de aguas.

TECNOLOGAS DE REGENERACIN DE AGUAS.


Leyenda:1: Agua natural 2: Agua potabilizada.3: Agua residual bruta. 4: Efluente secundario.5: Agua regenerada tras tratamientos terciarios.

Figura 1. Escala comparativa de la calidad del agua segn el tratamiento aplicado.

Evolucin del tratamiento

Calid

ad d

el a

gua

12 5

3

4

A mayor restricciones de uso, mayor grado de tratamiento. Problema: coste

Con las tecnologas existentes se puede llegar al grado de calidad

que se quiera.

Dependiendo del uso as ser la intensidad del tratamiento y la

tecnologa seleccionada.


Barreras tecnolgicas o naturales Si alguna unidad de tratamiento tiene algn fallo durante su funcionamiento o incumple sus objetivos, se asegura que alguna unidad

posterior cumpla con el objetivo de forma satisfactoria


ndice



AFINO DE SLIDOS EN SUSPENSIN: PROBLEMTICALa turbidez y los slidos en suspensin representan uno de los parmetros ms conflictivos de un agua residual depurada ya que le confieren un aspecto poco agradable y provocan conflictos en la mayora de sistemas y aplicaciones de reutilizacin:

1. Bloquea boquillas de aspersin,

2. Se deposita en las conducciones,

3. interfiere con la mayora de procesos industriales,

4. No es tolerada por sistemas de separacin de membranas de desalacin

5. Y lleva asociada generalmente una importante flora microbiana).


Proceso mediante el cual las partculas slidas suspendidas en un fluido son separadas de un lquido haciendo pasar ste a travs de un medio poroso (MEDIO FILTRANTE) capaz de atrapar los slidos en suspensin. La eliminacin puede ser con o sin la adicin de reactivos qumicos.

CONCEPTO DE FILTRACIN

FILTRACIFILTRACINN

MEDIO FILTRANTE Es el responsable de llevar a cabo la retencin de los slidos en suspensin

Rejas de desbaste, tamices

Lechos de un material determinado Membranas

ANTRACITA ARENACARBON ACTIVO


FILTRACIFILTRACINN

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

1. Retencin: mecnica o por contacto aleatorio el tamizado,

2. Sedimentacin o impacto inercial3. Interceptacin, 4. Adhesin 5. Adsorcin fsica o qumica6. Floculacin o crecimiento biolgico


- Caractersticas del agua a tratar1. Concentracin de SS2. Distribucin del tamao de flculo. 3. Consistencia del flculo

- Caractersticas del agua requerida

- Caractersticas del medio filtrante:1. Tamao del grano2. Tamao del grano, esfericidad y distribucin del mismo afecta a

la porosidad y al lavado del filtro3. Porosidad del lecho4. Profundidad del lecho 5. Condiciones de instalacin6. Posibilidad y medios disponibles para el lavado7. Densidad: afecta al lavado del filtro. Los granos mas densos

necesitan mayores tasas de lavado 8. Dureza: importante para la durabilidad del medio filtrante en

procesos largos de lavados

- Velocidad de filtracin

La Filtracin y la eleccin del medio filtrante depender de las siguientes variables


1 - Filtracin en superficie: a travs de un soporte2 - Filtracin en lecho profundo: a travs de un lecho3 - Filtracin tangencial

Tipos de filtraciTipos de filtracinn

Los slidos mayores que un cierto tamao de paso quedan retenidos sobre una superficie filtrante perpendicularmente al flujo del agua. (p. Ej. Microtamices)

en la que las partculas son eliminadas a travs del lecho filtrante o en una porcin significativa del mismo Flujo perpendicular (p. Ej. filtros de arena)

Anlogo a la filtracin en superficie pero con la diferencia que el agua circula paralelamente a la superficie de filtracin. (p. Ej. (smosis inversa)


11. Filtraci. Filtracin en superficien en superficieLa suspensin de partculas fluye paralela al medio filtrante sobre una cara del mismo. Solamente el lquido clarificado puede atravesar el medio filtrante y salir por el otro lado.

Debido a la elevada velocidad de la suspensin de partculas, el grado de turbulencia en el lado de la suspensin es bastante elevada. Esto previene la formacin de una capa de slidos retenidos y reduce la velocidad de aumento de presin a travs del medio

Los filtros en superficie pueden ser utilizados con eficacia para clarificar suspensiones con un contenido en slidos de hasta el 0.5%


1. FILTRACIN A TRAVS DE UN SOPORTE (EN SUPERFICIE)

Filtracin a travs de un soporte grueso: retencin en superficie y algo en profundidad

Filtracin sobre soporte delgado. Se denomina generalmente microfiltracin para diferenciarla de macrofiltracin (separacin de partculas > de 150m) y de la ultrafiltracin ( entre 0,4-0,004 m).

- Microtamizado en superficie libre (Presin atmosfrica)- Microtamizado a presin:

- Filtros de discos apilados- Filtros de platillos, bujas,etc.- Filtros de cartucho

Filtracin a travs de lecho filtrante o soporte con precapa (celulosa /diatomeas/carbn activo)

- Filtros de bujas- Filtros con disco o platillo


La filtracin en lecho profundo consiste en pasar un lquido, que suele contener una pequea cantidad de slidos en suspensin, a travs de un lecho poroso donde los slidos son retenidos.

Se utiliza cuando la cantidad de materia que debe retenerse es grande y las dimensiones de las partculas contenidas en el agua son relativamente pequeas. ETAPAS

2.FILTRACIN A TRAVS DE UN LECHO FILTRANTE ( EN PROFUNDIDAD)


Final del ciclo de filtrado:Debido a la acumulacin de slidos dentro o sobre el medio filtrante, la resistencia ofrecida a la filtracin (prdida de carga) aumenta con el tiempo. El final de la Filtracin se produce:

1. Cuando empieza a aumentar el contenido de slidos en suspensin en el efluente, 2. Cuando se produce una prdida de carga prefijada en la circulacin a travs del

lecho filtrante

1. FILTRACIN: Prcticamente idntica para todos los sistemas de filtracin.

La retencin de las partculas tiene lugar en el interior de todo el lecho filtrante o enuna significativa parte del mismo. El material filtrante, a pesar de actuar inicialmente en profundidad, al colmatarse la zona ms directamente en contacto con el agua, acta, de hecho, a partir de ese momento como un filtro de superficie, generando una rpida prdida de carga, que imposibilita el paso de ms agua a travs del filtro y limitando la duracin del ciclo de filtracin.

OPERACIONES DE FUNCIONAMIENTO DISCONTINUO.

Comienzo del viclo de lavado:

Se aplica un caudal de agua de lavado suficiente para fluidificar (expandir) el medio filtrante granular y arrastrar el material acumulado en el lecho (agua y aire).

Retorno del agua de lavado a las instalaciones de sedimentacin primaria o al proceso de tratamiento biolgico.


2. LAVADO: o regeneracin comnmente llamada lavado a contracorriente. Para paliar este fenmeno y devolver el filtro a su estado original, el filtro debe ser contralavado.

Por contralavado se entiende el paso de agua o de una mezcla aire/agua, a travs del filtro en sentido contrario al de servicio, con el fin de fluidificar (esponjar) el material filtrante y de desplazar la turbidez y los slidos acumulados en el filtro.

La limpieza a contracorriente es una operacin conducente a eliminar los slidos filtrados mediante la inversin de la direccin del flujo usando agua limpia

CLASIFICACIN DE LOS SITEMAS DE FILTRACIN EN PROFUNDIDAD

Tipo de funcionamiento Sentido de flujo durante filtracin

Material filtrante Presin actuante en la filtracin

Continuo Semicontinuo

Ascendente Descendente

Monocapa Doble capa Multicapa

Gravedad (presin atmosfrica) Presin por bombeo

Control del flujo

Caudal controlado Caudal no controlado


Ultrafiltracin

Elimina hasta: Molculas de peso molecular > 5000 u.m.a. Presin de operacin: < 1034 KN/m2

Hiperfiltracin (smosis inversa)

Elimina hasta: Sales disueltas Presin de operacin: < 6900 kN/m2

3. Ejemplos de filtros tangenciales3. Ejemplos de filtros tangenciales


3. Filtracin Tangencial. Configura-cin en espiral

Tipos de Filtracin ms usuales en la regeneracin de aguas

Se pueden emplear los siguientes tipos de filtros:

A. En medio granular ( arena; a presin o gravedad)B. De anillasC De lecho pulsanteD. De puente mvilE. DualsandF. Filtro de tamiz

La eleccin de una u otra depende de los costes de implantacin, explotacin y fiabilidad mecnica.

Con ellos se consigue una calidad de agua apta para la desinfeccin.


A. Filtracin en medio granular

Consisten generalmente en un lecho de 45 a 76 cm. de medio filtrante soportado sobre un sistema de desage inferior, a travs del cual se hace pasar el agua proveniente del tratamiento secundario, con SS y una DBO muy reducida, que retiene los slidos en suspensin.

Para obtener un efluente de alta calidad, sin tener que recurrir a alturas de lecho exageradas, es necesario utilizar un medio filtrante de porosidad muy fina en el rango de 0.45mm de tamao de poro efectivo.

Medios filtrantes ms empleados: arena de slex, carbn de antracita, tierra de diatomeas, perlita y carbn activo, en grano o en polvo.

ltimamente son muy empleados los sistemas multimedia, en los que se utilizan dos o mas medios filtrantes.

Filtros de arena: elimina 60-80% SS y el 30-40 % DBO del efluente 2.

Materiales porosos sintticos (biolite): 70-80% SS y el 40-60% en DBO.


Medios de filtros profundos comunesMedios de filtros profundos comunes

TIPO DE MEDIO MATERIALES TAMAO (mm) PROFUNDIDAD (cm) GRUESO

MONOCAPA FINO

ANTRACITA ARENA

1.3 1.7 0.35 0.6

(90 150) (25 50)

BICAPA ANTRACITA ARENA

1 1.1 0.45 0.6

(50 75) (25 30)

MULTICAPA

ANTRACITA ARENA

GRANATE XIDOS METLICOS

1 1.1 0.45 0.55 0.25 0.4 0.25 0.4

45 60 20 30 5 10 5 10

CarbCarbnn

AntracitaAntracita

CarbCarbnn

MagnoliaMagnolia

Arena filtradaArena filtrada

GarnetGarnetBirmaBirmaMagnesioMagnesio


Filtracin en medio granular

TIPOS

A PRESIN ATMOSFRICA (GRAVEDAD)

A PRESIN

El material filtrante es arena fina (0.15-0.30 mm)

La filtracin se realiza en la capa superior, eliminando bacterias patgenas, color y sabor

Cada 2 a 6 meses se limpia por rascado

Velocidad de paso del agua: 0.1-0.3 m3/h m2

Filtros rpidos de 5-10 m/h

Filtros de gran velocidad de 7- 20m/h

FILTRACIN GRAVEDAD

Filtracin lenta: 3-7 m3/da m2 de filtro a 20-30 m3/da m2

Filtracin rpida: 4-50 m3/h


Velocidad de filtracin entre 4 y 20 m/h El nivel del agua vara durante el ciclo de filtracin Construccin en hormign Empleo de falsos fondos con toberas filtrantes


FILTRACIN RPIDA

Aplicacin de una presin. Operan igual que los de gravedad. 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, a menores necesidades de lavado.

TIPOS

A PRESIN ATMOSFRICA

A PRESIN (Filtracin rpida)


EL MATERIAL FILTRANTE ES SER ARENA GRUESA (1 mm)

La filtracin se realiza en profundidad, siendo menos efectivos en la eliminacin de partculas pequeas

Se limpian por rascado, inyeccin de agua, aire o una mezcla de ambos, a contracorriente. El agua de lavado se recircula a cabecera de planta

VELOCIDAD DE PASO DEL AGUA: 5-10 m3/h m2

Monocapas y multicapas Velocidad de filtracin desde 5 a 50 m/h Lavados con agua y con agua - aire Horizontales y verticales Expansin del lecho del 15 al 25 %


La operacin de un filtro en profundidad es intrnsecamente cclica como resultado de la acumulacin de slidos en el filtro y la necesidad de su eliminacin.

Usualmente se emplean dos o ms unidades de filtracin, de modo que el lavado del filtro se pueda realizar sin interrumpir el tratamiento del agua

La mayora de los filtros son diseados para que el lavado a contracorriente se realice una vez al da.

Operaciones cOperaciones cclicas en filtros profundosclicas en filtros profundos


1. Su implantacin en tratamientos de aguas depuradas no est muy extendida en Espaa.

2. Precisan de un tamizado previo y una desinfeccin para evitar crecimientos bacterianos.

3. No aportan rendimientos mayores por lo que las nuevas lneas de regeneracin estn recurriendo a otro tipo de filtracin.

4. El coste de implantacin es superior al del resto de tratamientos de filtracin exceptuando el lecho pulsante.

B. Filtros anillas


C. Filtros de lavado continuo de lecho pulsante:

1. Diseado para la depuracin de efluentes secundarios.

2. Gasta menos agua de lavado que la que se precisa en un filtro convencional.

3. La superficie del filtro se regenera peridicamente con ste en funcionamiento, prolongndose los tiempos de lavado.

4. El coste de implantacin es el ms elevado junto al de puente mvil.


Ventajas principales:

1. Funcionamiento continuo con mnima prdida de carga.

2. No necesita depsito de agua de lavado, ni arquetas de regulacin, ni vlvulas automticas.

3. Tiene un consumo mnimo de energa elctrica.

En Espaa han presentado problemas de fiabilidad en la puesta a pun

D. Filtros de lavado continuo de puente mvil:


*Si se quiere un rendimiento mayor de reduccin de SS (90 %) y turbidez es necesario utilizar cloruro frrico o policloruro de aluminio.

*Hay que aadir de 4 a 5 ppm de hipoclorito sdico para evitar el crecimiento bacteriano que aglomera los granos de arena.

*La reduccin de E. Coli alcanza de tres a cuatro unidades logartmicas.

*Reduce los fosfatos un 90 % - interesante en el caso de necesitar desalar el agua mediante EDR.

*Puede dar calidad de microfiltracin.


E. Dualsand

FILTRACIN Caractersticas de funcionamiento y porcentajes de eliminacin

La decantacin y filtracin elimina los huevos de nemtodos.Respecto a Giardia o Cryptosporidium un filtro de arena junto a 4-5 ppm de cloro puede eliminar hasta 2,5 u.log.

Uso sostenible del agua en la agricultura: reutilizacin de aguas residuales

Gravedad: mayor implantacin, alto grado de conocimiento, no partes mvilesDualsand: alto rendimiento en la eliminacin de SS, calidad de microfiltracin

COSTES PROCESO

Uso sostenible del agua en la agricultura: reutilizacin de aguas residuales

AFINO DE S. S


ndice

1. Problemtica del agua2. Modelos de gestin del agua3. Concepto de reutilizacin. 4. Aplicaciones de las aguas residuales regeneradas3. Estado de la reutilizacin en el mundo: el caso de Espaa5. Tipos de tratamientos que han de sufrir las aguas residuales depuradas


Desinfeccin: su finalidad es la de proporcionar al efluente una mayor calidad microbiolgica a travs de la destruccin y/o inactivacin de los organismos patgenos presentes.

Diferencia con esterilizacin, destruye todos los microorganismos, y con accin bacteriosttica, inhibe sin causar la muerte.

Importancia de la desinfeccin

Desde el punto de vista de la salud es la etapa ms importante en las EDAs y en la reutilizacin para ciertos usos


Si CF/ EF > 1 Origen animal

Si CF/EF > 4 Origen Humano

Indicador de la contaminacin: grupo de coliformes


Organismos entricos del agua:

Desinfeccin del agua


Streptococcus sp


Legionella pneumophila


Protozoos ( amebas, Arcella memisphaerica )


Protozoos ( tetrahymena sp )


Nemtodos


Algas ( Diatomeas, Navcula sp )


Algas ( Diatomeas )


MTODOS DE DESINFECCIN

AGENTES QUMICOS

AGENTES FSICOS

1. MEDIOS MECNICOS. Tamices: malla gruesa y fina y filtros: filtracin por membranas

2. Temperatura

3. RADIACIN (Electromagntica; acstica; radiacin de partculas (rayos gamma, electrones de alta energa). Radiacin UV


CRITERIOS PARA LA ELECCIN DE UN DESINFECTANTE

Caractersticas fsicas y qumicas del agua a tratar

Naturaleza y concentracin de los organismos a eliminar

Caractersticas generales de las sustancias desinfectantes (naturaleza, concentracin requerida, etc.)

Productos resultantes de la desinfeccin que pueden permanecer en el agua y su posible accin nociva

Tiempo de contacto necesario para la accin desinfectantes


Los tratamientos qumicos de efluentes terciarios estn disminuyendo en popularidad debido a que se evitan una serie de problemas:

1. Se reducen costes 2. La adicin de productos qumicos, y muy en especial de cloro, puede

entraar riesgos para los medios receptores, as como efectos negativos sobre la salud humana.

3. Tiempo de contacto del agua (el UV necesita entre 6- 10 sg en el canal de flujo; el cloro necesita entre 15-30 minutos)

4. Se evitan emplear grandes tanques de contacto, etc.

PROBLEMAS DE LOS TRATAMIENTOS QUMICOS


AGENTES FSICOS

Luz (solar y radiacin ultravioleta) y calor (pasteurizacin)

ADN presenta un mximo de absorcin =254 nm Regin UV-C.

Luz con longitud de onda entre 200 y 390 nm en el espectro electromagntico. La banda ms efectiva est entre 250 y 280 nm.

Se debe a la absorcin de luz por parte de las bacterias, principalmente a las purinas y pirimidinas de los cidos nucleicos

(ADN), que alcanzan un mximo de 260 nm, cifra que es algo inferior en el caso de las protenas, 280 nm.


A C G T A A C A C

T G C A T T G T G

A C G T A A C A C

T G C A T T G T G

A A C A C

T T G T G

TGC

A

A

ACG

C

GCT

GT

Hipottica doble hlice de ADN

Dimerizacin de nucletidos de t im ina

Replicacin del ADN

Descripcin del Proceso

Las bases de pirimidina de que estcompuesto el ADN al absorber la energa de luz UV, y en estado excitado, se unen con bases de pirimidina adyacentes, interfiriendo con la correcta replicacin y funcin de la molcula de ADN, por lo que la clula irradiada no puede reproducirse y muere.


VENTAJAS DESVENTAJAS

Utilizacin sencilla y segura.

Desinfeccin fiable.

No altera substancias del agua

No se forman subproductos. (Ni sustancias txicas)

No afecta al color o sabor.

Mtodo econmico.(No adicin de productos).

No hay efecto residual.

Fotoreactivacin. Debido a la capacidad reparadora de los enzimas microbianos

Slidos disminuyen efectividad.

Necesidad de que el agua presente densidades pticas bajas (poco turbias) y altos valores de transmitancia a 254 nm

Necesidad de que el agua presente densidades pticas bajas(poco turbias) y altos valores de transmitancia a 254 nm

Tiempo de contacto con el agua entre 2-3s (el Cl2 requiere 10min)


El nivel de desinfeccin viene determinado por la dosis de radiacin (Intensidad UV que un microorganismo recibe X tiempo en que est sometido a la radiacin).

Las variaciones de las dosis se realizan por modificacin del caudal de entrada.

El efecto bactericida puede reducirse por posterior exposicin a la luz visiblede determinada longitud de onda ya que se activa una enzima que desdobla los dmeros de pirimidina que se formaron como consecuencia de la irradiacin con UV permitiendo al ADN recuperar su funcionamiento normal.

Descripcin del Proceso


VARIABLES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO

- Transmitancia del agua (el agua absorbe parte de la radiacin que le llega)

- Contenido en microorganismos que esta posee

- Dosis aplicada

- Concentracin de slidos en suspensin

- Envejecimiento de las lmparas

- Ensuciamiento de las fundas de cuarzo que las cubre


COMO SE PRODUCE LA RADIACIN ULTRAVIOLETA?

Suelen emplearse lmparas de vapor de mercurio a baja presin generndose la radiacin al someter al vapor a una descarga elctrica (arco elctrico). Este tipo de lmparas son las ms adecuadas para generar las radiaciones UV-C

La energa generada por la excitacin del vapor del mercurio contenido en las lmparas produce la emisin de electrones de longitud de onda correspondientes a la radiacin UV y comprendidas entre 100 y 400 mm.

La que proporciona mejores resultados es la de 253,7 mm y pertenece a los rayos UV tipo C y posee accin germicida. La de 185 nm posee accin fotooxidativa.

Existen diferentes tipos de lmparas


TIPOS DE LMPARAS

1. Baja presin (de baja y alta intensidad)

Contienen 150mg de mercurio y los sistemas ms potentes estn formados por lmparas de amalgamas de mercurio capaces de alcanzar los 280 watios.

Generan un 85% de la radiacin monocromtica de longitud de onda 254 nm.

Para algunos sistemas de baja presin, aproximadamente el 38% de la seal elctrica de entrada es convertida en radiacin UV,

Las de baja presin y alta intensidad generan de dos a cuatro veces la intensidad que las de baja intensidad.

2. De media presin (alta intensidad).


Contienen menos de 300 mg de mercurio y presentan la ventaja de ocupar menor espacio, tienen hasta 7Kw de corriente de salida.

Generan radiacin policromtica con longitudes de onda de 240 a 310 nm. Son menos eficiente que las da baja presin en la generacin de longitudes de onda de 254 nm y otras longitudes de onda germicidas.

Liberan una radiacin til de UV del 20%-40%.

Generan aproximadamente entre 15-20 veces ms intensidad germicida que las de baja presin y baja intensidad.

Tratan una cantidad de agua comparable a 30 lmparas de baja presin o a ms de 20 lmparas de amalgama.

TIPOS DE LMPARAS

Media presin y alta intensidad


Las lmparas de mercurio que se usan son de baja presin (10-5 atm). Emiten el 90 % de su radiacin en las longitudes de onda de 254 nm y 185 nm, en una relacin de 6:1.

La fraccin de radiacin que se emite en los 254 nm posee accin germicida y la de 185 nm posee accin fotooxidativa.

Las lmparas pueden estar sumergidas en el lquido (en cuyo caso se cubre con de cuarzo para evitar el efecto refrigerante del lquido) o permanecer suspendidas fuera del lquido.

La longitud de las lmparas oscila entre 0,75m y 1,5 m y un dimetro entre 15-20mm.

RADIACIN ULTRAVIOLETA


Nivel de desinfecin. Radiacin ultravioleta


Descripcin de EquiposUnidad de desinfeccin

CARACTERSTICAS DEL CANAL

Canal de desinfeccin abierto. Hormign: 250 kg/cm2. Zona de entrada: 1,08 x 1 x 1,7 m. Zona de salida: 1,08 x 1 x 2 m. Zona de irradiacin: 1,08 x 4,16 x 1,2 m.

MDULO DE LMPARAS

Mdulo TAK55 de WEDECO. Acero inox. 316. Paralelo al flujo. 8 Lmparas UV.

BANCO DE LMPARAS

9 mdulos. 72 lmparas. Separacin entre lmparas: 12 cm.

CONTROLADOR AUTOMTICO DE NIVEL

Deflector de acero inox. Contrapesado con pesas

de acero galvanizado. Garantiza nivel mnimo en canal.

LMPARAS UV.

Lmpara UV WEDECO Spektrothermde baja presin y alta intensidad.

Contiene amalgama de mercurio-indio. Salida UV-C a 254 nm. Potencia germicida de 125 W. Longitud de arco: 1430 mm. Duracin mnima: 12.000 h. Camisa de cuarzo: =23 mm.

SISTEMA MECNICO DELIMPIEZA AUTOMTICA

Dos rascadores de tefln. Accionamiento neumtico. Elimina los slidos depositados

sobre las camisasde cuarzo. Funcionamiento automtico.

DESINFECCIN

Caudal mximo: 1.000 m3/h.

Flujo por gravedad.

Eficacia desinfeccin: 99,99 %

Mantenimiento en PlantaMantenimiento Especfico

Sistema de desinfeccin UV:

Control del funcionamiento del equipoControl de los ciclos de apagado y encendido de los bancos

Comprobacin del periodo de funcionamiento de las lmparas

Cambio de las lmparas al final de su vida til.La limpieza de las camisas de cuarzo automtica mediante rascadores

Datos necesarios para llevar una hoja de vida del equipo.


ESTUDIAR LA VIABILIDAD TCNICA DE LA LUZ ULTRAVIOLETA COMO TRATAMIENTO DE DESINFECCIN DE LAS AGUAS RESIDUALES DEPURADAS PARA SU REUTILIZACIN EN USOS MUNICIPALES Y

TURSTICOS/RECREATIVOS.

OBJETIVO

Participantes

Necesidad de disponer de agua depurada para satisfacer las

demandas derivadas del proyecto de regeneracin de la Laguna de

Torrox y del riego del futuro campo de golf de Jerez

Grupo de TMAAguas de JerezWedeco Water TechnologyTrojan Technologies Espaa


ESTUDIAR LA INFLUENCIA DE LA CALIDAD DEL AGUA RESIDUAL SOBRE LA DOSIS

ULTRAVIOLETA APLICADA.

ESTUDIAR LA EFICACIA DE LA LUZ ULTRAVIOLETA COMO AGENTE DESINFECTANTE DE LAS

AGUAS RESIDUALES DEPURADAS.

MODELIZAR LOS PROCESOS DE DESINFECCIN Y LA CAPACIDAD DE REACTIVACIN DE LOS

MICROORGANISMOS PREVIAMETNE IRRADIADOS CON ULTRAVIOLETA.

OBJETIVOS PARTICULARES


CRITERIOS DE DESINFECCIN

CONSEJERA DE SALUD DE LA JUNTA DE ANDALUCA (Consejera de Salud, 1996): REUTILIZACIN

MUNICIPAL Y TURSTICO/RECREATIVA

2. Coliformes totales < 1.000 UFC/100mL (95%)

3. Estreptococos fecales < 200 UFC/100mL (95%)

PARTICULARES:

1. Coliformes fecales < 200 UFC/100mL (95%)

Objetivo 1. Influencia de la calidad del agua residual sobre la dosis UV aplicada

Dosis UV (mWs/cm2) = Intensidad UV (mW/cm2) Tiempo exposicin (s)

Mtodo de la suma de fuentes puntuales

Necesidad de conocer la transmitancia del agua

Eficacia R UV: f (dosis)

Calidad del agua; Diseo del equipo (configuracin lmparas, tipo de flujo y diseo del reactor,etc.)

Objetivo 1. Influencia de la calidad del agua residual sobre la dosis UV aplicada

TUV = 63,678 - 2,076 Turb.

r2 = 0,690

30

40

50

60

70

2 4 6 8 10 12 14

Turbidez (UNT)

Tra

nsm

itan

cia

UV

(%)

TUV = 62,914 - 1,057 SST

r2 = 0,626

30

40

50

60

70

2 6 10 14 18 22 26

SST (mg/L)

Tra

nsm

itan

cia

UV

(%)

La transmitancia depende:

-Envejecimiento de la lmpara que hace que disminuya la intensidad de la lmpara-El ensuciamiento del tubo de cuarzo que hace disminuir la intensidad de la radiacin-Distribucin del tamao de partcula en el agua a desinfectar pues la radiacin puede ser absorbida o desviada por stos -Del nivel de tratamiento previo de las aguas

En un efluente 2 la transmitancia puede oscilar entre 35-90%. En Espaa, el valor tpico a 253,7 nm en instalaciones de fangos activos es de 60%, pudiendo llegar al 70% con un pretratamiento

adecuado

Conclusin: la dosis que se ha de aplicar depende de la turbidez y de los SS.

2. Eficacia de la luz UV como agente desinfectante

WEDECO WATER TECHNOLOGY TROJAN TECHNOLOGIES ESPAA

Cuatro lmparas UV

125 W UV-C a 254 nm

Seis lmparas UV

88 W UV-C a 254 nm

Primer periodo: Febrero 2000 Julio 2000

Segundo periodo: Julio 2002 Marzo 2003

Concentracin de microorganismos en el efluente (1 periodo)


Para dosis comprendidas 54-185 se cumplen los requisitos de

calidad exigidos

Para dosis comprendidas 72-75 no se cumplen los requisitos en los CT

Coliformes totales

CT = 2394,473e-0.025 DUV

r2

= 0,710

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

50 75 100 125 150 175 200

Dosis UV (mW s/cm2)

UF

C/1

00m

L

Coliformes fecales

CF = 566,736e-0.033 DUV

r2

= 0,725

0

50

100

150

200

250

50 75 100 125 150 175 200

Dosis UV (mW s/cm2)

UF

C/1

00m

L

Estreptococos fecales

EF = 226,110e-0.028 DUV

r2

= 0,628

0

50

100

150

200

250

50 75 100 125 150 175 200

Dosis UV (mW s/cm2)

UF

C/1

00m

L


Concentracin de microorganismos en el efluente (2 periodo)

Para todas las dosis se cumplen los requisitos de

calidad exigidos

Coliformes totales

CT = 1456,5 e-0,0139 DUV

r2

= 0,734

0

200

400

600

800

1000

1200

40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Dosis UV (mW s/cm2)

UF

C/1

00m

L

Coliformes fecales

CF = 313,6 e-0,0151 DUV

r2

= 0,754

0

50

100

150

200

250

40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Dosis UV (mW s/cm2)

UF

C/1

00m

L

Estreptococos fecales

EF = 243,73 e-0,0161 DUV

r2

= 0,652

0

50

100

150

200

250

40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Dosis UV (mW s/cm2)

UF

C/1

00m

L

Reduccin (%) >99,99Unidades logartmicas: 3,6-4,2

Rendimientos de desinfeccin


Primer periodoFebr ero 2000- Julio 2000

Segundo periodoJulio 2002- Marzo 2003

Dosis UV: [54-185 ]]]] Dosis UV: [50-200 ]]]]

Reduccin (U.L.) Reduccin (%) Reduccin (U.L.) Reduccin (%)

Coliformes totales 3,1 99,92 3,5 99,97

Coliformes fecales 2,3 99,54 3,2 99,94Mnimo

Estreptococos fecales 2,0 98,99 3,1 98,92


Coliformes fecales 4,9 99,99 4,7 99,99Mximo



Coliformes fecales 3,7 99,95 3,9 99,98Media


3. Modelizacin del proceso de desinfeccin

Los resultados obtenidos permiten concluir que el modelo propuesto presenta buenos ajustes para C. F seguido del de C.T. y algo peor para estreptococos y que los estreptococos presentan mayor resistencia a la radiacin que los otros dos.

Nd = No e k I t= k I Nd- dNd

dt

Se ha modelizado el proceso de desinfeccin mediante la aplicacin de la ecuacin cintica de 1 orden de Chick y Watson.( Nd= microorganismos despus de la desinfeccin)

4. REACTIVACIN DE LOS MICROORGANISMOS

Capacidad de los microorganismos de revertir el dao causado en su ADN (reactivacin)

Problema R. UV

T ie m p o

Co

nc

en

tra

ci

n

mic

roo

rga

nis

mo

s

F a s e d e r e a c t iv a c i n

F a s ee s t a c io n a r ia

F a s e d e in a c t iv a c i n

F a s e d ed e c a im ie n t o

F a s e d e la t e n c ia

N o

N m

N r

N d

Tiempo

Con c

entr

aci

n m

icro

orga

nism

o s

Fase de inactivacin

Fase de reactivacin

Fase de latencia

Fase estacionaria

Fase de decaimiento

T ie m p o

Co

nc

en

tra

ci

n

mic

roo

rga

nis

mo

s

F a s e d e r e a c t iv a c i n

F a s ee s t a c io n a r ia

F a s e d e in a c t iv a c i n

F a s e d ed e c a im ie n t o

F a s e d e la t e n c ia

N o

N m

N r

N d

Tiempo

Con c

entr

aci

n m

icro

orga

nism

o s

Fase de inactivacin

Fase de reactivacin

Fase de latencia

Fase estacionaria

Fase de decaimiento

Desinfeccin(Luz UV-C)

Reactivacin(Luz UV-A u Oscuridad)

4. REACTIVACIN DE LOS MICROORGANISMOS

Reactivacin(Luz UV-A u Oscuridad)

Dosis UV-C

Temperatura

Unidad

ultravioleta

Desinfeccin(Luz UV-C)

Fotorreactivacinfluorescente

Reactivacin en oscuridad

Fotorreactivacin solar

Intensidad UV-A

Temperatura

Dosis UV-C

Intensidad UV-A

Temperatura

Dosis UV-C

Se estudio la influencia en la reactivacin de: temperatura, intensidad UV-A y la dosis UV-C a que fueron sometidos los microorganismos

MODELIZACIN REACTIVACIN DE LOS MICROORGANISMOS

Fotorreactivacin fluorescente: Kashimada et al. (1996)

S = (Sm So) (1 e-kFt) + So

Reactivacin en oscuridad: Kashimada et al. (1996) + Trmino mortandad (Orden cero)

S = (Sm So) (1 e-kFt) + So - MR t

Fotorreactivacin solar: Kashimada et al. (1996) + Trmino mortandad (Primer orden)

S = (Sm e -MS t) - (Sm So) e-(kF+ MS)t

Los resultados obtenidos indican que la temperatura, la intensidad UV-A y la dsis UV-C a que fueron sometidos los microorganismos permiten predecir el proceso de reactivacin (mejor la dsis)

S = Supervivencia

Fotorreactivacin fluorescente

0.000

0.066

0.132

0.198

0 30 60 90 120 150 180 210 240

Tiempo (minutos)

Supe

rviv

enci

a (%

)

r2 = 0,981

Fotorreactivacin solar

0.000

0.020

0.040

0.060

0 30 60 90 120 150 180

Tiempo (minutos )

Supe

rviv

enci

a (%

) r2 = 0,955

EXPERIMENTALMODELO

Reactivacin en oscuridad

0.011

0.014

0.017

0.020

0 30 60 90 120 150 180 210 240

Tiempo (minutos)

Supe

rviv

enci

a (%

)

r2 = 0,975

REACTIVACIN DE LOS MICROORGANISMOS

COLIFORMES FECALES

Los CF se recuperan despus de haberse sometido a la RUV. La

mxima supervivencia la alcanzan a los 180min.

Decrecimiento de la poblacin despus del mximo de reactivacin

Los CF se recuperan despus de haberse sometido a la RUV.

CONCLUSIONES

Asociando los resultados de desinfeccin obtenidos en ambos periodos de estudio se puede decir que, para el caso de las aguas residuales de Jerez de la Frontera, con dosis UV iguales o superiores a 75 mWs/cm2, se alcanzan los criterios de calidad mnima microbiolgica exigidos para su reutilizacin para usos municipales y/o tursticos/recreativos.

RADIACIN ULTRAVIOLETA: ESTUDIO TCNICO-ECONMICO

ESTUDIO ECONMICO

COSTE ADQUISICIN E IMPLANTACIN:

Implantacin:

COSTE OPERACIN (450 m3/h; 24 horas/da; 210 das/ao):

Adquisicin: 150.000 50.000

200.000

Energa elctrica: 130,96 Mantenimiento equipos: 191,78 Reposicin lmparas UV: 534,33 Amortizacin: 666,67 Personal vigilancia y mantenimiento: 228,06 Personal supervisin y control: 293,20 Controles analticos: 360,00

2.405,00

Coste unitario exclusivamente desinfeccin 0,032

/m3

Coste kW/h:0,06;Mano de obra:24/h; Coste reposicin lmpara: 210/h

Costes de operacin

ESPAA

En el ao 2007 fue inaugurada la nueva "Red Norte Este-Rejas de Reutilizacin de Aguas", que aprovecha las aguas del efluente de la Estacin Depuradora de Aguas Residuales de Rejas, ahora con un completo tratamiento terciario incorporado.

Para que el agua a reutilizar tenga la calidad que estos usos exigen, fue necesario construir un tratamiento terciario que mejore la calidad del efluente de la EDAR de Rejas.

La filial espaola de Veolia Water Solutions & Technologies fue la empresa encargada de suministrar la tecnologa empleada en la nueva planta de tratamiento.


Biolgico doble etapa, tratamientoterciario (decantacin, filtracin y

desinfeccin con rayos UV), recuperacin de energa

25.000295.000Molina de Segura

Primario, biolgico, terciario(filtracin sobre arena y

desinfeccin por rayos UV).

45.000300.000Castelln

Primario, biolgico, secundario,desinfeccin por rayos UV

11.56020.000Ribadesella

Tratamiento primario, biolgico, y desinfeccin con rayos UV.

40.000160.000Guillarei

Tipo tratamientoCaudal (m3 d-1)Pob. Equiv.EDAR

Tratamientos de desinfeccin mediante radiacin UV en algunas de las estaciones espaolas (Cadagua, 2008).


ESPAA

Otra EDAR que ha adoptado este sistema es la EDAR Boadilla en Madrid.

El proceso de tratamiento contempla una etapa inicial convencional de filtracin por arena y antracita seguida del proceso citado de ultrafiltracin y posterior tratamiento de desinfeccin por rayos UVA.

El tratamiento se completa con una ligera postcloracin para su distribucin. La calidad del agua obtenida garantiza una turbidez inferior a 0.1 NTU libre de elementos patgenos (Tabla6), la cual presenta unas ptimas condiciones para su utilizacin como agua de riego (Drace, 2008).


Datos de diseo de la EDAR Boadilla. Caractersticas del agua tratada antes de la ultrafiltracin, y a la salida.

< 1 U L-1Huevos nemtodo

(1 mejor-5 peor )


REGENERACIÓN DE AGUAS DE SALIDA DE...

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