TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES UNA ALTERNATIVA...

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

UNA ALTERNATIVA SUSTENTABLE

ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO

Procesos Físicos y

Operaciones

Químicas

Unitarias

Procesos Biológicos

AEROBIOS

Procesos Biológicos

ANAEROBIOS

PROCESOS FÍSICOS UNITARIOS

Algunos ejemplos de Procesos Físicos Unitarios:

Tamizado (desbaste, cribado) para la remoción de basuras (SST)

Desarenado para la remoción de arenas (SST)

Sedimentación primaria para la remoción de sólidos en suspensión

(SST)

Flotación para la remoción de grasas, aceites, plásticos (FGO)

Igualación de flujo y homogenización de cargas orgánicas, para aguas

residuales industriales

OPERACIONES QUÍMICAS UNITARIAS

Algunos ejemplos de Operaciones Químicas Unitarias:

La neutralización o ajuste de pH

El balanceo de nutrientes macro (N, P, K) y micro (Fe, Ni, Co, Se)

La precipitación química (metales pesados)

OBSERVACIÓN No. 1

1. Los Procesos Físicos Unitarios NO eliminan la Contaminación, tan solo la

separan

2. Las Operaciones Químicas Unitarias incrementan los sólidos TOTALES de las

aguas residuales

A pesar de su “aparente” sencillez, ambos SON INDISPENSABLES para un buen

sistema de tratamiento de aguas residuales

TAMIZADO PARA SEPARACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS

OBSERVACIÓN No. 2


separan


aguas residuales

PRECIPITACIÓN QUÍMICA DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS

OBSERVACIÓN No. 3


separan


aguas residuales

A pesar de su “aparente” sencillez, ambos SON INDISPENSABLES para un buen

sistema de tratamiento de aguas residuales

TRATAMIENTO SECUNDARIO - OBJETIVO

Una vez que:

1. Se han removido los sólidos suspendidos

2. Se ha ajustado el pH, y

3. Se ha verificado la concentración adecuada de macro y micronutrientes…

El agua residual pasa a un “tratamiento secundario”, con el objeto de remover de

ella la materia orgánica biodegradable, aun presente en forma soluble y coloidal

ALTERNATIVAS AL TRATAMIENTO SECUNDARIO

Todas las alternativas existentes se pueden agrupar – básicamente - en dos

grandes grupos:

1. Sistemas Biológicos AEROBIOS

2. Sistemas Biológicos ANAEROBIOS

Ambos sistemas usan microorganismos (bacterias, hongos, algas,

protozoarios) como los “elementos activos” en el proceso de depuración

Notar como - mas que de tanques, tuberías y equipos - en realidad se trata de

ecosistemas complejos con seres vivos

TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMA AEROBIO

En un Sistema Biológico Aerobio:

O2

Materia Orgánica + Bacterias CO2 + H2O + Nuevas Bacterias (“Lodos”)

N, P, K

T. SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS AEROBIOS

1. Ríos y riachuelos

2. Lagunas Facultativas (o lagunas naturalmente aireadas)

3. Lagunas Artificialmente Aireadas

4. Zanjas de Oxidación

5. Filtros Percoladores

6. Sistemas de Biodiscos

7. Sistema de Lodos Activados

ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS

AIRE (O2)

CO2 + H2O50%

50%REMOCIÓN

AGUA DEL TRATAMIENTO PRIMARIO

TANQUE DE

AIREACIÓN

REACTOR BIOLÓGICO

AEROBIO

(TANQUE DE

AIREACIÓN)


CLARIFICADOR

FINAL

AIRE (O2)

CO2 + H2O50%

50%REMOCIÓN

95%REMOCIÓN

45% MANEJOY DISPOSICION

DE LODOS


TANQUE DE

AIREACIÓN

PURGA DE LODOS

REACTOR BIOLÓGICO

AEROBIO

(TANQUE DE

AIREACIÓN)

SEDIMENTADOR

FINAL


CLARIFICADOR

FINAL

AIRE (O2)

CO2 + H2O50%

50%REMOCIÓN

95%REMOCIÓN

45% MANEJOY DISPOSICION

DE LODOSRECIRCULACIÓN

INTERNA DE LODOS


TANQUE DE

AIREACIÓN

PURGA DE LODOS

REACTOR BIOLÓGICO

AEROBIO

(TANQUE DE

AIREACIÓN)

SEDIMENTADOR

FINAL

ASPECTO TÍPICO - SISTEMA DE LODOS ACTIVADOS SALUDABLE

PLANTA DE TRATAMIENTO “BASADA EN” LODOS ACTIVADOS

CARACTERÍSTICAS DE UNA PTAR BASADA EN LODOS ACTIVADOS

1. Los procesos de arranque y estabilización son muy rápidos

2. Entrega un agua de muy buena calidad

3. Requiere de personal bien capacitado y entrenado para su correcta

operación

4. Requiere una cantidad moderada de área

5. Tiene un alto consumo de energía en aireación y mezcla, así como en la

recirculación interna de Lodos

6. Tiene una alta producción de lodos en exceso, los cuales deben ser

dispuestos apropiadamente

7. En general, es un sistema costoso de operar

COMO TENER SISTEMAS AEROBIOS MENOS COSTOSOS DE OPERAR

Alternativa 1: Menor costo en energía de aireación y mezcla



1. Sistemas de aireación mas eficientes (i.e. equipos de aspiración de aire)

AIREADORES DE PRIMERA GENERACIÓN – TIPO TURBINA

AIREADORES DE SEGUNDA GENERACIÓN – SOPLADORES (BLOWERS)

AIREADORES DE TERCERA GENERACIÓN – ASPIRACIÓN DE AIRE




2. Filtros Percoladores (sistemas de lechos empacados)

FILTROS PERCOLADORES – CRECIMIENTO ADHERIDO





3. Sistemas de Biodiscos (sistemas de crecimiento adherido)

SISTEMAS DE BIODISCOS – CRECIMIENTO ADHERIDO






4. Sistemas de Tandas Secuenciales, SBR (sistemas discontinuos o por baches)

SISTEMAS DE TANDAS SECUENCIALES – SBR






4. Sistemas de Tandas Secuenciales, SBR (sistemas discontinuos o por baches)

El problema que persiste en todos ellos es el manejo y disposición de los lodos excedentes, y su

costo asociado.


Alternativa 2: buscar una menor producción (generación) de lodos en el sistema



1. Aireación Extendida: se logra mediante mas cantidad de microorganismos y menos “comida”

(o una baja relación F/M); o mediante una mayor “Edad de Lodos”





2. Se construye un Tanque de Aireación mas grande






3. Requiere una mayor área (mayor Inversión Inicial); tiene mayores costos de aireación (O &M)






3. Requiere una mayor área (mayor Inversión Inicial); tiene mayores costos de aireación (O &M)

Notar como aun – aunque en menor proporción - se siguen generando lodos en exceso para su

manejo y disposición final

TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMA ANAEROBIO

En un Sistema Biológico Anaerobio:

Materia Orgánica + Bacterias CH4 + CO2 + H2O + Nuevas Bacterias (“Lodos”)

Biogás

TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS ANAEROBIOS

• Los biodigestores rurales

• Lagunas anaerobias

• Fosas sépticas (tratamiento primario)

• Tanques IMHOFF

• Digestores convencionales de lodos

• Filtros anaerobios

• Reactor UASB

• Reactor EGSB

LAGUNAS ANAEROBIAS – AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Metano (CH4)

1,000 kg DQO 500 kg DQO

15 – 30 días

FOSA SÉPTICA – SOLUCIÓN INDIVIDUAL

Metano (CH4)

0.5 kg DQO 0.325 kg DQO

1 – 2 días

35% máxima eficiencia

NOTAS SOBRE LA FOSA SÉPTICA – SOLUCIÓN INDIVIDUAL


1. La Fosa Séptica, sin un campo de absorción apropiado, se comporta como un simple Sistema

de Tratamiento Primario




2. Un Campo de Absorción o de “infiltración” (el suelo) es un buen sistema de tratamiento

secundario

SI




2. Un Campo de Absorción o de “infiltración” (el suelo) es un buen sistema de tratamiento

secundario

3. Un Pozo de Absorción (el subsuelo) NO es un adecuado Sistema de Tratamiento Secundario

NO SI

TANQUE IMFOFF – MEJORA A LA FOSA SÉPTICA

Metano (CH4)

1,000 g DQO

650 g DQO

1 – 2 días

LODOS

NATAS

TANQUE IMFOFF – INPRÁCTICO E INOPERANTE

DIGESTOR CONVENCIONAL DE LODOS

Biogás

Lodo crudo

Lodo digerido

15 – 30 días

Reducción 20 a 40% de SSV

FILTRO ANAEROBIO – CRECIMIENTO ANAEROBIO ADHERIDO

Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente, denominado “RAFA” – ¿Será FAFA? ¿O será CHAFA?

Afluente

Biogás

Efluente

MEDIO

DE SOPORTE

“EMPAQUE”6 – 24 horas

70 % eficiencia

1.0 g/L DQO

0.3 g/L DQO

DEFINICIÓN DEL REACTOR ANAEROBIO UASB

Upflow (flujo ascendente)

Anaerobic (anaeróbico)

Sludge (lodo)

Blanket (manto)

• Reactor UASB: desarrollado en Sudáfrica en la década de los años 70. Perfeccionado por

el profesor Gatze Lettinga y colaboradores de la Universidad de Wageningen, Holanda

• Se trata de una tecnología abierta: NO es un ningún “sistema patentado”

ESQUEMA DEL REACTOR ANAEROBIO UASB

Afluente

Biogás

Efluente

Manto de Lodos Lodos

Separador GSL

1,000 mg/L DQO

250 mg/L DQO

4 – 24 horas

70 - 90% eficiencia

USOS DEL REACTOR ANAEROBIO UASB

Además de su amplio uso en Europa y Asia, el reactor UASB se ha usado en Latinoamérica en

países como Argentina, Brasil, Costa Rica, Colombia, El Salvador, Guatemala, Honduras,

México Nicaragua y Panamá desde su divulgación por el profesor Lettinga y sus

colaboradores en la década de los 80’s.

Se ha usado ampliamente en el tratamiento de aguas residuales de todo tipo. Entre otros:

• Beneficios de café

• Industrias de alimentos

• Fábricas de papel

• Destilerías de alcohol

• Ingenios azucareros

• Mataderos (rastros)

• Empresas de biotecnología

• Aguas negras

TRATAMIENTO SECUNDARIO – REACTORES UASB SICOLMEX

Reactor UASB para 4 L/s (Guatemala) Reactor UASB para 120 L/s (México)

Reactor UASB para 250 L/s (México)

120 m3

7,200 m3

3,600 m3

LIMITACIONES DEL REACTOR ANAEROBIO UASB

Se deben conocer los fundamentos de los procesos anaerobios y poder contar con la asistencia

técnica “apropiada”: en microbiología, en hidráulica, en procesos bioquímicos, etc.

Su “arranque” es algo lento: especialmente en el tratamiento de aguas residuales industriales,

por la falta de “semillas” o inóculos adecuados

El ambiente altamente reductor dentro del reactor es muy “corrosivo”, lo que hace que se

requiera de materiales apropiados

Puede generar olores molestos (especialmente si hay “acidificación” del reactor).

ESQUEMA SIMPLE DE LAS ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

SUSTRATOSPOLÍMERICOS

FERMENTACIÓN

ACETOGÉNESIS

METANOGÉNESISACETOCLÁSTICA

METANOGÉNESISAUTOTRÓFICA

METANO + CO2

BACTERIASHIDROLÍTICAS

MONÓMEROS

ENZIMASEXTRACELULARES

BACTERIASACIDOGÉNICAS

C3 C4C2 H2

BACTERIASMETANOGÉNICAS

BACTERIASMETANOGÉNICAS

BACTERIASACETOGÉNICAS

ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES, AGV

NUESTRAS AMIGAS LAS BACTERIAS ANAEROBIAS

ASPECTO FÍSICO DEL LODO ANAEROBIO – OSCURO (NEGRO)

VENTAJAS DEL REACTOR ANAEROBIO UASB

• No consume energía en su operación: al contrario, genera energía en forma de biogás (gas

Metano, CH4)

• Tiene una baja producción de lodos, los cuales están digeridos (o “estabilizados”), dada su alta

“edad de lodos”

• Los lodos excedentes están concentrados (del 2 al 5%) lo suficiente para poder ser deshidratados

• Requiere una baja inversión inicial, debido a su volumen reducido, ya que soporta altas cargas

orgánicas (kg DQO/m3 de reactor). Muy importante en aguas residuales industriales

• Tiene mínimos costos de operación y mantenimiento

• No tiene partes móviles, es prácticamente “libre de mantenimiento”. Lo cual también puede ser

una gran desventaja !...

NUESTROS OPERADORES DE PLANTAS DE TRATAMIENTO

TRATAMIENTO SECUNDARIO – COMPARACIÓN DE SISTEMAS

ReactorAEROBIO

10,000 kg DQOAfluente

(100,000 PE)

1,000 kg DQOEfluente

Energía Aireación10,000 kWh (U$ 547,400/año)

5,000 kg DQOLodo en Exceso

TRATAMIENTO SECUNDARIO – COMPARACIÓN DE SISTEMAS

1,000 kg DQOLodo en Exceso

ReactorANAEROBIO

10,000 kg DQOAfluente

(100,000 PE)

2,000 kg DQOEfluente

Metano (2,231 m3, 39 MJ/m3)(87,019 MJ 24,172 kWh)

30% Ef. = 4,834 kWh201 kW (U$ 320,500/año)

TRATAMIENTO SECUNDARIO – AEROBIO CONVENCIONAL

RejasDesarenado

Sedimentador Primario

Sedimentador Secundario

Digestor de Lodos

Reactor Aerobio

Deshidratación de Lodos

AGUA TRATADA

LODOS SECOS

ENERGIA

Espesador de Lodos

TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMA COMBINADO

RejasDesarenado

Pulimento Final

Reactor Anaerobio


AGUA TRATADA

LODOS SECOS

ENERGIA

Sedimentación, Digestión y Espesado de Lodos en el UASB

TRATAMIENTO SECUNDARIO – SISTEMA COMBINADO

RejasDesarenado

Pulimento Final

Reactor Anaerobio


AGUA TRATADA

LODOS SECOS

ENERGIA

Reactor anaerobio de flujo ascendente

con manto de Lodos, UASB

LagunasHumedales

Filtro PercoladorLodos Activados

TRATAMIENTO SECUNDARIO – EJEMPLOS DE SISTEMAS COMBINADOS

Comunidad El Vegil, Huimilpan (Querétaro) – UASB + Filtro Percolador para 3 Lps


Procter and Gamble, Irapuato (Guanajuato) – UASB + Lodos Activados para 8 Lps


Fraccionamiento Cañadas del Lago, Corregidora (Querétaro) – UASB + Lodos Activados para 8 Lps


Parque Industrial MARABIS Comonfort (Guanajuato) – UASB + Lodos Activados para 20 Lps


Planta municipal Ocampo (Guanajuato) – UASB + Filtro Percolador para 22 Lps


Planta municipal Pedro Escobedo (Querétaro) – UASB + Lodos Activados para 22 Lps


Planta municipal Tarimoro (Guanajuato) – UASB + Humedales para 30 Lps


Villas del Rey Huehuetoca (Estado de México) – UASB + Lodos Activados para 120 Lps


Planta Municipal, Tapachula (Chiapas) – UASB + Lodos Activados para 500 Lps


Guacamole de la Sierra Morelia (Michoacán) – UASB + Lodos activados para 1,240 kg DQO/d


Kellogg’s Centro América (Guatemala) – UASB + Filtro Percolador para 3,400 kg DQO/d


Rastro NUEVO CARNIC Managua (Nicaragua), 900 Reses por día, para 6,930 kg DQO/d

FACTORES CLAVES DE ÉXITO

DISEÑO

CONSTRUCCIÓN OPERACIÓN

CRITERIOS BÁSICOS PARA EL

ÉXITO DE UN PROYECTO DE

SANEAMIENTO AMBIENTAL

EN RESUMEN…

Sacar “AGUA LIMPIA” a partir de “AGUA SUCIA” es algo bastante simple

Pero, hacerlo de una manera “ECONOMICA” (“SUSTENTABLE”) requiere de

algo mas de INGENIO, de RACIOCINIO, de INTELIGENCIA!...

La diferencia entre un proceso realmente “EXITOSO” de saneamiento

ambiental (en Tratamiento de Aguas, por ejemplo) y de un verdadero “DOLOR

DE CABEZA” radica en nuestra capacidad de entender nuestras limitaciones,

de prepararnos, de estudiar, de asesorarnos de alguien que realmente

conozca del tema y que NO sea un simple “COMERCIANTE”

RECORDAR, SIEMPRE, AL HABLAR DE PTAR

1. Que se trata de “ECOSISTEMAS COMPLEJOS” (con seres vivos) y NO de simples

estructuras o tanques

2. Que debemos de enseñar a nuestros clientes a cuidarse de los abundantes “piratas” que

hay en nuestros países, y de aquellos famosos “vendedores de tecnología” o de copias de

planos

3. Decía mi buen maestro: “Un Albañil bien entrenado - sin duda - puede hacer Tanques en

Concreto. Pero solo un buen grupo de Ingenieros (con conocimientos y experiencia) podrá

hacer una verdadera PTAR”

4. Centrar el éxito de todos los proyectos en la EDUCACIÓN

EDUCACIÓN, EDUCACIÓN, EDUCACIÓN !...

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

EDUCACIÓN

TECNOLOGÍA AL SERVICIO DE LA NATURALEZA

M. Sc. Juan Manuel López H.

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