TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Requisitos

Proveer alta eficiencia en el control de la contaminación ambiental

Maximizar los reciclados de productos

Simplicidad y bajo costos de construcción, mantenimiento y operatividad

Provisión de energía

Socialmente aceptables

Requisitos

La Agenda 21 (UNCED, 1992) indica que los procesos de tratamiento, incluyendo el uso y gestión del agua y el saneamiento, deben observar aspectos como los siguientes:

Minimización del uso de recursos naturales finitos

Vertido cero de sustancias no biodegradables al medio natural

Consecución y mantenimiento de flujos circulares de materiales (reutilización y reciclaje)

Consumo de recursos renovables inferior a su ritmo de generación

NIVELES DE TRATAMIENTO

El propósito de las plantas de tratamiento de aguas residuales es imitar el proceso natural de autopurificación de las aguas. Removiendo, la mayor parte de los SS (tratamiento primario), la DBO (tratamiento secundario), patógenos y menos de la mitad del nitrógeno y fósforo (tratamiento terciario).

PROCESOS DE TRATAMIENTO

Los contaminantes contenidos en el agua residual pueden

eliminarse mediante procesos físicos, químicos y biológicos.

FISICAS

Utilizan la fuerzas físicas (gravedad). Ejemplos:

Desbaste, floculación, sedimentación, filtración, flotación, etc.

QUIMICAS

Adición de productos químicos. Ejemplos:

Precipitación química, adsorción, desinfección, coagulación, etc.

BIOLOGICAS

Actividad biológica. Ejemplo:

Lodos activados, digestión, biofiltración, etc.

REJAS

Dispositivos constituidos por barras metálicas paralelas rectas o curvas

Gruesas: 40 – 100 mm o mas

Medias: 20-40 mm

Finas. Menos de 20 mm

De limpieza manual o mecánica

TAMICES

El tamizado consiste en una filtración sobre malla delgada. Los tamices, en general, son equipos electromecánicos autolimpiantes. La luz de los tamices puede ir de 3 a 6 mm. El uso de estos equipos suele requerir de la presencia de un desbaste previo.

Se distinguen, esencialmente, los tamices rotatorios, de tornillo y deslizante.

Los tamices rotatorios o rototamices son de uso muy generalizado (EDAR grandes y pequeñas) debido a su simplicidad de mantenimiento y robustez mecánica. Consisten en una reja o malla cilíndrica de eje horizontal, fabricada en acero inoxidable que gira lentamente accionada por un motor. Los residuos retenidos se retiran mediante un rascador fijo y se evacuan hacia un contenedor.

Sedimentación

Consiste en la separación por gravedad de los sólidos en suspensión presentes en el agua cuya densidad es superior a la misma.

Puede utilizarse en diversas etapas de una estación depuradora:

•eliminación de arena,

•decantación primaria,

•coagulación química,

•espesado de fango, etc.

desarenadores : separan del agua cruda la arena y partículas en suspensión gruesa (superiores a 0,2 mm),

sedimentadores: remueven partículas inferiores a 0,2 mm y superiores a 0,05 mm.

Sedimentación

Rectangulares o circulares

Zona de entrada Consiste en una transición que vincule el canal o conducto que transporta el líquido a desarenar. Tiene como función conseguir una distribución uniforme de los filetes del escurrimiento dentro de la unidad, a fin de lograr una velocidad media constante en la zona de desarenación.

Zona de sedimentación de las partículas gruesas: zona de desarenación Es un canal en donde se realiza el proceso de depósito de las partículas separadas del escurrimiento horizontal, normalmente de sección rectangular. Debe tener pendiente de fondo para facilitar su limpieza.

Zona de salida Está constituida por un vertedero horizontal con descarga libre, ubicado en todo el ancho de la zona de desarenación, diseñado para mantener una velocidad que no produzca resuspensión del material sedimentado.

Zona receptora del material depositado para su posterior derivación Formada por una tolva con una pendiente suficiente para provocar el deslizamiento del material depositado hacia un canal transversal colector, desde el cual se derivará todo el material recolectado a una cámara exterior, a través de una compuerta de igual sección que el canal.

Sedimentación

FLOTACION

Elimina materias en suspensión.Consiste en la inyección de aire a presión mediante una válvula de alivio, se disminuye la presión del agua, desprendiéndose el aire que se había disuelto en forma de finas burbujas que se adhieren a las partículas dispersas, elevándolas a la superficie, formando una especie de nata que se retira mediante una raqueta que la barre.

La operación de inyección de aire va precedida de una floculación química, (incrementa el tamaño de las partículas a separar).

Se utiliza frecuentemente para tratar aguas residuales que contengan aceites.

piletas API

EVAPORACIÓN

Consiste en la concentración de materias llevando las aguas al punto de ebullición.

El vapor se utiliza para producción de energía, si esta condensado para la calefacción, o simplemente se pierde en la atmósfera que le rodea.

Los compuestos inorgánicos del residuo pueden ser concentrados suficientemente hasta formar sólidos, para ser utilizados en el ciclo de producción o eliminados fácilmente.

ADSORCIÓN

Se elimina los microcontaminantes. Se utiliza la propiedad de ciertos materiales (adsorbentes), de fijar en su superficie moléculas orgánicas extraídas de la fase líquida en la que se encuentran.

El carbón activado es el adsorbente más utilizado. Para la preparación de los carbones activos se emplea principalmente la antracita, carbones grasos o bituminosos, coques de petróleo, turba, madera.

Dadas sus propiedades adsorbedoras de amplio espectro, la mayoría de las moléculas orgánicas se fijan en su superficie.

Las moléculas más cortas (menos de tres átomos de carbono: alcoholes simples, primeros ácidos orgánicos) y las menos polares son las que peor se fijan.

Por el contrario, las moléculas más pesadas, compuestos aromáticos, hidrocarburos, sustituídos, etc. se fijan muy bien.

Procesos de separación de membranas: ULTRAFILTRACION

Son de naturaleza muy variable; gran numero de polímeros o copolímeros de síntesis presentan propiedades satisfactorias.

Por ello es importante que el fabricante informe sobre las propiedades exactas de cada membrana, punto de corte, resistencia química, resistencia a la temperatura, etc.

Habitualmente se las utiliza en la industria para el tratamiento de las aguas de lavado de cabinas de pintura por electroforesis (recirculación de los pigmentos y resinas de las pinturas), así como se aplica la ultrafiltración para el tratamiento de aceites solubles usados.

OSMOSIS INVERSA

Es un proceso de alta presión, basado en el fenómeno de presión osmótica natural.

Cuando dos disoluciones de diferente concentración están separadas por una membrana semipermeable, se produce el paso de disolvente desde la solución más diluída hasta la mas concentrada, hasta llegar al equilibrio en el que ambas tengan la misma concentración.

La aplicación de una presión superior a la osmótica sobre la solución más concentrada produce el efecto inverso, pasando el disolvente desde la solución más concentrada a la más diluida, efectuándose de esta forma la separación de los contaminantes

Procesos de separación de membranas:

no es efectiva para desechos con un alto contenido orgánico ya que el material orgánico disuelve la membrana.

Antes de proceder a la osmosis inversa hay que retirar los agentes oxidantes como el hierro y el manganeso, la materia particulada y el aceite y la grasa.

El crecimiento de materia orgánica en la membrana (que se produce en concentraciones bajas de materia orgánica) puede también reducir la eficacia de la misma, aunque este problema se elimina añadiendo cloro u otro biocida. El funcionamíento en serie de varias unidades de osmosis inversa puede facilitar el manejo de flujos y concentraciones de contaminantes variables.

Osmosis inversa

Son impermeables al agua, pero permiten la transferencia de todas las especies ionizadas, o la de un determinado signo, bajo el efecto de una diferencia de potencial químico.

Se basa en el siguiente principio: si un líquido rico en iones es sometido a un campo eléctrico por medio de dos electrodos entre los que se aplica una diferencia de potencial continua, los cationes se desplazan hacia el electrodo negativo y los aniones se dirigen hacia el electrodo positivo.

Si se coloca entre los electrodos un conjunto de membranas de diálisis selectivas, unas negativas, permeables a los cationes únicamente, y otras, positivas, permeables solo a los aniones, dispuestas alternativamente, se limita la migración de los iones, ya que los aniones no pueden atravesar las membranas negativas, ni los cationes las membranas positivas.

Ej.: desmineralización del agua. Las moléculas no ionizadas (especialmente compuestos orgánicos) y los coloides permanecen en el agua tratada.

Procesos de separación de membranas: ELECTRODIÁLISIS:

FLOCULACIÓN Y COAGULACIÓN

Consiste en la agregación de pequeñas partículas utilizando compuestos químicos como coagulantes.

Se utiliza para la sedimentación de las partículas en suspensión, coloidales, (partículas de pequeñas dimensiones con cargas negativas repartidas en su superficie, estables en suspensiones coloidales). Mediante la coagulación (neutralización de cargas), se logra desestabilizar a dichas partículas.

La agrupación de las partículas descargadas, al ponerse en contacto unas con otras, da lugar a la formación de flóculos capaces de ser retenidos.

Desventaja: La cantidad de lodos a eliminar se duplica o triplica, y el costo de los reactivos

Es el proceso mas utilizado para eliminar color en vertidos industriales..

Los factores que afectan al proceso de coagulación son el pH, el contenido en sales y su tipo, la alcalinidad, la naturaleza del coloide, la temperatura y el grado de agitación.

Los coagulantes que suelen emplearse en el tratamiento de agua son: 1) los basados en el aluminio, como el sulfato de aluminio, los policloruros de aluminio y el aluminato sódico 2) Los basados en el hierro, como los sulfatos férrico y ferroso y el cloruro férrico. 3) Los coagulantes orgánicos de tipo polielectrolito. 4) Mezclas y formulaciones de los anteriores, específicas para cada caso.

FLOCULACIÓN Y COAGULACIÓN

NEUTRALIZACIÓN

Es el proceso por el cual, se ajusta el pH de aguas residuales que contienen ácidos o álcalis hasta valores de apropiados.

Estos valores serán determinados por la legislación aplicable en caso de vertido directo, o bien por los valores en los que es posible la actividad biológica en caso de su tratamiento biológico

Por otra parte, un pH de menos de 5 puede causar corrosión en la estructura del sistema colector y un pH de 11-12 o más, puede causar quemaduras a los trabajadores de la planta de tratamiento que entren en contacto con las aguas residuales.

Otra razón por la que se debe mantener el pH bajo control, es para mejorar lo más posible los resultados del pretratamiento. El pH es especialmente importante en los procedimientos para la eliminación de metales, por lo que es un componente crucial en el pretratamiento de las aguas residuales

NEUTRALIZACIÓN

OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN

Las reacciones de oxido-reducción por lo general, se utilizan para modificar el estado de oxidación de ciertos elementos (nitrogenados, sulfurados, cianurazos, etc.), con objeto de hacerlos insolubles o no tóxicos

Los oxidantes más comunes incluyen permanganato, ozono y peróxido de hidrógeno.

La degradación química de compuestos orgánicos resistentes puede tomar varias formas:

Degradación primaria, en la cual ocurre un cambio estructural en el compuesto primario, resultando en una biodegradabilidad mejorada.

Degradación aceptable, en la cual la degradación ocurre hasta un punto donde la toxicidad es reducida.

Degradación última, la que resulta de una degradación completa a CO2 y H20 y otros compuestos orgánicos.

El empleo de oxidantes químicos para obtener la degradación última de los compuestos orgánicos puede ser extremadamente costoso, y requerirá mayor demanda de oxidante. Sin embargo, una degradación primaria o aceptable de los compuestos puede ser llevada a cabo con una demanda de oxidante mucho menor y por lo tanto, integrada con el tratamiento biológico puede representar una solución costo efectiva para reducir toxicidad.

OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN

INTERCAMBIADOR DE IONES

Este procedimiento, se lo utiliza principalmente para la eliminación de iones metálicos,t ales como cobre, zinc, plomo, entre otros metales.

Tiene una estructura macromolecular, que incluye uno o varios radicales de función ácida o básica (intercambiador de cationes con un ácido de forma H-R, y de aniones con una base de forma R-OH. La fuerza de este ácido o de esta base depende de la naturaleza del núcleo molecular y de los radicales unidos a él.

Los intercambiadores de iones sólo pueden trabajar en presencia de una fase líquida de concentración limitada. Están destinados a fijar iones y no a filtrar materias en suspensión, coloides o emulsiones grasas.

El intercambiador cationico, sustituye iones cargados positivamente por iones de hidrógeno.

En el intercambiador aniónico, los aniones se sustituyen por iones de hidroxilo y los sólidos disueltos son reemplazados por iones de hidronio e hidroxilo que reaccionan entre sí para formar moléculas de agua

Las unidades de intercambio iónico pueden ser estanques pero normalmente se utilizan columnas cerradas bajo presión. El proceso puede realizarse en una sola unidad o en unidades en paralelo o en serie.

Sirve para tratar residuos y aguas de enjuague procedentes de los procesos de electroplastía con el fin de separar y recuperar los metales, el cianuro, los ácidos y las bases. El proceso de intercambio iónico puede recuperar los productos químicos de ácido, cobre, níquel, cobalto y cromo.

El intercambio iónico se ha convenido en un método común para reciclar baños de cromo en operaciones de cromado que utilizan ácido crómico.

Utilizado en el ablandamiento del agua doméstica, donde los iones sodio procedentes de una resina de intercambios catiónica sustituyen a los iones magnesio y calcio presentes en el agua, reduciendo, por tanto, su dureza.

Apropiado para separar metales en bajas concentraciones en corrientes de desecho de alto caudal. También puede eliminar aniones inorgánicos (halogenuros, sulfatos, nitratos, ácidos inorgánicos (carboxílicos, sulfónicos. fenólicos), y aniones orgánicos. Igualmente se utiliza para recuperar substancias valiosas, como metales preciosos.

Algunos laboratorios fotográficos recuperan la plata haciendo pasar el agua residual procedente del revelado por columnas de intercambio iónico y recogiendo la plata en la solución regeneradora.

INTERCAMBIADOR DE IONES

AU N Q U E H AY B AC TE R I AS PATO G E N AS Q UE PR OD UC EN E N FE RM ED AD E S A L OS H UM AN O S , UN GR UP O DE EL LAS R E AL I Z AN U N A I MP OR TAN TE L AB O R E N EL TR ATAM I E N TO D E L AS AG U AS , P UE S AYU D AN E N E L P R OC ES O DE TR ATAM I E N TO A D E GR AD AR L O S S OL ID OS O R G AN I C O S D I S U E LTO S E N E L AG U A.

L O S P R O C E S O S B I O L Ó G I C O S C O N S I S T E N E N U T I L I Z A R P A R A E L T R A T A M I E N T O , M I C R O O R G A N I S M O S Q U E S E N U T R E N C O N D I V E R S O S C O M P U E S T O S D E L O S Q U E C O N T A M I N A N L A S A G U A S . L O S F L Ó C U L O S Q U E S E F O R M A N P O R A G R E G A C I Ó N D E M I CR O O R G A N I SM O S S O N S E P A R A D O S E N F O R M A D E L O D O S . S E B U S C A E N E L L O S U N A D O B L E A C C I Ó N , L A M E T A B Ó L I C A Y L A F L O CU L A C I Ó N D E L A S P A R T Í CU L A S E N S U S P E N S I Ó N . E L M E C A N I S M O C O N S I S T E E N L A A S I M I L A C I Ó N D E L A M A T E R I A O R G Á N I C A D E G R A D A B L E B I O L Ó G I C A M E N T E ( D B O ) P O R L O S M I C R O O R G A N I S M O S ,

TRATAMIENTO BIOLOGICO

CLASIFICACION de PROCESOS BIOLOGICOS

ANAEROBICOS

Digestión anaeróbica

Lagunas anaeróbicas

AEROBICOS

Lodos activados

Lechos o Filtros bacterianos

Biodiscos y biocilindros

Filtros verdes

Lagunas de estabilizacion

DEFINICIONES

•ANAEROBIO Vivir sin O.D.

•AEROBIO: vivir o ocurrir en presencia de oxigeno.

PROCESO BIOLOGICO AEROBICO

E N P R E S E N C I A D E O X Í G E N O Y N U T R I E N T E S , D E A C U E R D O C O N L A S I G U I E N T E R E A C C I Ó N :

M A T . O R G Á N I C A + M I C R O O R G . + O 2 = P R O D . F I N A L E S + N U E V O S M I C R O O R G . + E N E R G Í A

DEFINICIONES DESCOMPOSICION: proceso en el cual materiales orgánicos complejos son llevados a

elementos inorgánicos simples.

El sistema de un proceso biológico de lodos activados se encuentra

integrado por un reactor biológico y una decantador secundario. Estos

proceso pueden desarrollarse por separado (dos tanques), o en

tanques combinados, e incluso puede pensarse en un único deposito,

actuando alternativamente como reactor y como decantador

Lodos activados

Se desarrolla un cultivo bacteriano disperso en forma de flóculo en un depósito agitado, aireado y alimentado con el agua a depurar:

La agitación evita sedimentos y homogeniza la mezcla de los flóculos bacterianos con el agua residual.

La aireación requerida tiene por objeto suministrar el oxígeno necesario tanto en las bacterias como al resto de los microorganismos aerobios.

El oxígeno puede provenir del aire, de un gas enriquecido en oxígeno o de oxígeno puro.

Se lleva a cabo por los microorganismos que se desarrollan sobre la base de la materia orgánica, y a la existencia de nutrientes (N y P), y de otros oligoelementos

Requiere de una cantidad determinada de materia orgánica:cantidades excesivas de estos compuestos orgánicos, metales pesados y/ o sales pueden inhibir o destruir el proceso biológico.

Lechos o Filtros bacterianos.

Consiste en hacer pasar el agua a tratar, previamente decantada, en forma de lluvia, sobre una masa de material de gran superficie específica que sirve de soporte a los microorganismos depuradores, los cuales forman en la misma una película de mayor o menor espesor según la naturaleza del material utilizado.

La película se forma por adherencia de los microorganismos al material y a las partículas orgánicas. Al aumentar el espesor de ésta entra en anaerobiosis la parte profunda, por no llegar el oxígeno.

Se produce conjuntamente una fase anaeróbica con desprendimiento de gases y rotura de la película, siendo arrastrada por el agua residual y conducida a la decantación secundaria, donde se producirá la sedimentación.

Se suelen aplicar los lechos bacterianos a: efluentes urbanos, industria lechera, industria cervecera, mataderos, etc.

Biodiscos y biocilindros

Es un sistema intermedio entre los lodos activados y los filtros

bacterianos en donde grandes discos dentro de una mezcla de agua residual con microorganismos facilitan la fijación y el trabajo de los microorganismos.

Son válidos como elementos reductores de la materia orgánica y como elementos de nitrificación y desnitrificación.

Su funcionamiento puede sintetizarse indicando que los elementos soporte integrantes de los biodiscos o biocilindros se sumergen parcialmente (40%) en las aguas residuales a tratar contenidas en depósitos por los que fluyen y, girando a baja velocidad, se exponen alternativamente al aire y al agua residual dichos elementos soporte que integran el equipo. Una película biológica empieza a desarrollarse sobre sus superficies.

Filtro verde

Consiste en cubrir con vegetación (principalmente plantaciones forestales) el terreno sobre el cual se realizó el vertido de aguas residuales urbanas, produciendo la depuración de dichos vertidos mediante el conjunto de acciones físicas, químicas y biológicas provocadas por el suelo, los microorganismos y las plantas.

Digestión anaerobia.

Consiste en una fermentación en ausencia de oxígeno que estabiliza las materias orgánicas transformándolas, en mayor grado posible, en gas metano y gas carbónico

Aaplicaciones: Aguas negras,Cerveceras, industria del papel, lácteas.

Generaciones de reactores anaerobicos

Reactores de primera generación: el tiempo de retención celular es igual al TRH, por lo que se requieren TRH muy altos, existe un contacto inadecuado entre la biomasa y la materia orgánica - Lagunas Anaerobias, Tanque Séptico, Tanque Imhoff

Reactores de segunda generación: se caracterizan por el hecho de que tienen mecanismos para retención de los lodos, independizando el tiempo de retención celular del TRH. Los dos mecanismos más aplicados son :

a) inmovilización del lodo por adhesión a material sólido - Filtros anaerobios de flujo ascendente y descendente;

b) separación líquido-sólido del efluente, con el retorno de los sólidos separados al reactor - UASB, el cual usa un sedimentador interno

Generaciones de reactores anaerobicos

Reactores de tercera generación: para optimizar el contacto entre el sustrato y la biomasa, esta se adhirió con partículas de arena , alúmina o plástico, las cuales se expanden

Generaciones de reactores anaerobicos