Módulo 6: TRATAMIENTO DE EFLUENTES Y MANEJO DE RESIDUOS

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1 Módulo 6: TRATAMIENTO DE EFLUENTES Y MANEJO DE RESIDUOS
Programa de Movilidad en Educación Superior para América del Norte

2 Estructura del módulo Este módulo está dividido en 3 “tiers”, cada uno con un objetivo específico: Tier 1.- Introducción básica Tier 2.- Caso de estudio del sector de pulpa & papel Tier 3.- Problema propuesto-resuelto (open-ended) Each tier contains multiple choice questions at the end.

3 Tier 1. Contenido: Introducción Problemas de contaminación industrial.
Industria del petróleo. Industria de la pulpa y el papel. Programas para reducir la contaminación. Procesos de tratamiento. Selección de procesos. Reducción de volumen y almacenamiento.

4 Tratamiento de Efluentes y Manejo de Residuos
Tier I: Conceptos introductorios Tier 1

5 Objetivos: Proveer información acerca de la importancia del tratamiento de efluentes de la industria u otras fuentes Extremar la necesidad de minimizar la concentración de contaminantes en los efluentes y reducir la producción de desechos, y, Sugerir estrategias para reducir la producción de desechos contaminantes y su emisión al ambiente. Tratamiento de Efluentes es el método de tratar o separar contaminantes provenientes de las corrientes industriales, y así, regresar el agua a sus orígenes como ríos, lagos, etc. Tier 1

6 ¿Qué es contaminación? Contaminación significa:
…cambios en las características físicas, químicas y biológicas del aire, tierra y agua …daño al hombre y otras especies vivas, y, …degradación de los ecosistemas ...el estado indeseable del medio ambiente natural siendo contaminado con substancias dañinas como consecuencia de las actividades humanas Por ejemplo, Contaminación del Agua se refiere a contaminantes en ecosistemas acuáticos (corrientes, lagos, etc.) que los hace inservibles para un uso particular. (Shen, 1999). El medio ambiente puede absorber sólo una cantidad limitada de contaminantes y desechos, éste es el origen de la contaminación. Tier 1

7 Lo contaminantes pueden alcanzar:
Aire Agua Desecho sólido Este módulo se enfoca en contaminación del agua de fuentes industriales Tier 1

8 Estándares del Agua: Potable Recreación: nadar, pescar. Irrigación
Las impurezas del agua pueden o no ser dañinas; depende de: Las cantidades y naturaleza de las impurezas, El uso siguiente en que va a ser empleada el agua, y La tolerancia de estas impurezas en el uso siguiente. Tier 1

9 Tipos y características de aguas de desechos:
Contaminantes Importancia Sólidos suspendidos Pueden propiciar el desarrollo de depósitos de lodos. Químicos orgánicos biodegradables Cuando son descargados sin tratamiento al ambiente pueden terminar con las fuentes naturales de oxígeno. Nutrientes Al ser descargados pueden provocar contaminación del agua. Peligrosos Debido a sus características (e.g.,toxicidad, flamabilidad) son peligrosos para la salud humana y el medio ambiente. Metales pesados Pueden impactar negativamente sobre los procesos biológicos. Sólidos inorgánicos disueltos Son el resultado del uso del agua, y deben ser removidos si el agua de desecho es reusada. Patógenos biológicos Enfermedades infecciosas pueden ser transmitidas por organismos patógenos en aguas de deshecho. Los desechos peligrosos son aquellos que debido a su cantidad, concentración o características, ya sean químicas o físicas, pueden causar o contribuir al aumento de mortalidad o de enfermedades o incapacidades reversibles. Cuando los desechos peligrosos son transportados, almacenados, tratados o manejados de manera inapropiada pueden generar un peligro potencial a la salud humana o al medio ambiente. (Shen, 1999). Tier 1

10 Industrial effluent standards
Estándares del Agua Industrial effluent standards Parámetro México a USA b Canadá c Sólidos suspendidos totales, (mg/l) 150 27 15 BOD5, (mg/l) 20 56 pH 5-10 6-9 6-10.5 a: Bajo las regulaciones oficiales mexicanas NOM-001-ECOL-1996 y NOM-024-ECOL-1993 aplicable para contaminantes residuales cuerpos de agua de la industria del papel. Fuente: b: USEPA Fuente: c: Fuente No-Puntual es una fuente no-específica o difusa de un efluente entrando al ambiente. Las fuentes no-puntuales están directamente relacionadas a las áreas operacionales de la industria. Fuente: Tier 1

11 Tier 1

12 ¿Qué es DBO? Por definición, DBO es la cantidad de oxígeno requerida para la estabilización de la materia orgánica oxidable presente durante 5 días de incubación a 20 oC; que puede ser explicada como la medida del oxígeno requerido por los microbios para degradar un efluente muestra. El contenido orgánico puede ser estimado a través de la DBO. El contenido orgánico del agua puede ser estimado por medio de la DBO. Tier 1

13 ¿Por qué debemos minimizar el uso del agua?
El agua es una parte importante en la mayoría de los procesos de manufactura, por lo que debemos de considerar al Tratamiento de Efluentes como parte del proceso principal debido a la gran cantidad de agua involucrada. El agua es sustraída de mantos acuíferos y ríos, tratada y suministrada a industrias y casas para diferentes usos; se supone que el agua usada debe ser tratada y descargada nuevamente en ríos. La mayoría de las veces, esta agua regresa a su ambiente natural, pero desafortunadamente, con un mayor contenido de calor o con algunas sustancias adicionadas. Tan sólo en USA, la cantidad de agua usada por día en las plantas industriales alcanza la cantidad de 130 mil millones de galones o 542 millones de toneladas (Water Treatment, 1961). Sería necesario tener un tanque de 50 pies de profundidad, 100 pies de ancho y más de 658 millas de largo para almacenar el suministro diario de agua. En la actualidad, el consumo de agua se ha incrementado totalmente, por lo cual, la demanda diaria de agua para la industria es mucho mayor que la mencionada anteriormente. Tier 1

14 ¿Por qué debemos minimizar el uso de agua?
También es importante minimizar el uso del agua debido a varios razones: El agua fresca es escasa. Elevados costos de la operación de plantas de tratamiento de efluentes. La dificultad de separar todos los elementos que contaminan el agua. Cuando se piensa acerca de las cantidades de agua gastadas por día en los procesos industriales, es fácil notar que no se cuenta con recursos naturales para satisfacer la demanda por siempre. Tier 1

15 Problemas de contaminación industrial
Tier 1

16 Problemas de contaminación industrial:
Los principales problemas de contaminación están relacionados a: Aumento en el uso de agua para la agricultura. Aumento de las corrientes de desechos acuosos. Aumento de la población. Productos industriales y servicios. Las barreras mentales, técnicas, financieras, regulatorias e institucionales para implementar tecnologías preventivas modernas. RESULTADOS: Ecosistemas en decadencia. Costos sociales de la industrialización. Aumento de enfermedades humanas. Todos los sectores de la sociedad generan desechos: industria, agricultura, gobierno, transporte, minería, consumismo, etc. (Shen,1999) Tier 1

17 Industria del Petróleo
Tier 1

18 Industria del Petróleo:
Las operaciones de refinado del petróleo crudo involucran la extracción de productos útiles de petróleo a partir del aceite crudo. El aceite crudo contiene fracciones de naftas, gasolina, aceites gaseosos, diesel, asfalto, combustible jet y combustibles lubricantes. Grandes cantidades de deshecho de producción durante la exploración y producción: Agua de desecho Deshechos sólidos Contaminantes tóxicos. Tier 1

19 Industria del Petróleo:
La generación de desechos en la industria del petróleo puede ser agrupada en 2 grandes clases: Desechos relacionados a la perforación incluyendo aditivos químicos: tratamiento y almacenamiento de los desechos de perforación ocurren dentro o fuera del sitio de perforación. Desechos relacionados a la producción de aceite, produciendo principalmente agua: El volumen del agua producida excede el volumen de los deshechos de perforación. Si los estándares de la calidad ambiental no son excedidos, el residuo puede ser descargado a las aguas superficiales. La mayoría del agua producida es almacenada o “enterrada” a través de pozos de inyección y esto es permitido por los programas de la EPA. El volumen de agua producida excede el volumen de los desechos de perforación. (Higgins, 1995). ********************** Si los estándares de calidad ambiental no son excedidos, el residuo puede ser descargado a las aguas superficiales. El objetivo del manejo ambiental del agua producida es reducir la cantidad y mejorar la calidad de la descarga del agua producida. El agua producida es el volumen acuoso de deshecho más grande proveniente de las operaciones de producción. La composición del agua producida varia considerablemente, pero típicamente incluye: sales inorgánicas, metales pesados, sólidos, productos químicos, hidrocarburos, benceno, hidrocarburos poliaromáticos (PAH’s) y en ocasiones material radiactivo. Fuente: Environmental Management in Oil and Gas Exploration and Production (E&P / UNEP, 1997). Tier 1

20 ¿Qué es efluente de refinería?
Las refinerías de petróleo emplean grandes volúmenes de agua en sus procesos. Las aguas de deshechos contienen químicos peligrosos: Especificaciones de los productos deseados Gas petróleo licuado Proceso Secundario Alimentación Nafta Cracking catalítico y reformado Unidades fraccionadoras Aceites de lubricación keroseno Aceite crudo Cracking térmico Combustible turbina Otros Betunes Aceite diesel Aceite combustible residual Coke Tier 1

21 Desechos de la Refinería:
Las emisiones de las refinerías incluyen: Óxidos de azufre Óxidos de nitrógeno Benceno, tolueno y xileno VOC Agua de desecho con presencia de niveles de DBO Metales pesados Tier 1

22 Deshechos generados: Cantidades Aproximadas Contaminación Tier 1
Sistemas de enfriamiento 3.5-5 m3 de agua de deshecho generada por ton de crudo. Agua de deshecho contaminada DBO mg/l DCO mg/l fenol mg/l aceite mg/l (agua no salobre) aceite 5000 mg/l en el fondo del tanque benceno mg/l metales pesados mg/l Deshechos sólidos y lodo 3 a 5 kg por ton de crudo (80 % debería ser considerado como deshecho peligroso debido a la presencia de metales pesados y tóxicos orgánicos). Emisiones de VOC 0.5 to 6 kg/ton de crudo. Otras emisiones BTX (Benceno, Tolueno y Xileno) 0.75 to 6 g/ton de crudo Óxidos de azufre kg/ton de crudo Óxidos de nitrógeno kg/ton de crudo Fuente: Pollution Prevention and Abatement Handbook World Bank Group. Water treatment is the treatment of water. Tier 1 (Pollution Prevention and Abatement Handbook World Bank Group)

23 Industria de la Pulpa y el Papel
Tier 1

24 Cómo se hace el papel: La mayoría de la materia prima empleada en la manufactura del papel es suministrada por los árboles. Los principales pasos en la manufactura del papel son la preparación de la materia prima, como la “separación” de la madera, y generación de astillas; manufactura de la pulpa; blanqueaqdo de la pulpa; manufactura del papel y reciclado de fibras. Las plantas de pulpa y las de papel pueden existir como procesos separados u operaciones integradas.. Las características del papel (suavidad, lustrocidad) son logradas en un proceso llamado “calendering”. El papel enviado a la zona de recubierto, se recubre con una fina capa de pigmento o relleno en su superficie. Tier 1

25 Industria de la Pulpa y el papel:
La industria de la pulpa y el papel ha dado paso significativos hacia la conservación del agua y la energía. Reducciones significativas del uso del agua han sido logradas a través de mejores métodos de reuso y separando el agua de enfriamiento del agua de proceso. Las corrientes de desecho generadas por esta industria son mejor clasificadas por sus orígenes, como se muestra en la siguiente diapositiva. (Higgins, 1995). Tier 1

26 Tipos de productos de desechos en la industria de la pulpa y papel:
Material originado por materia prima (madera con polvo y corteza). Compuestos no fibrosos en la madera. Contaminantes en los desechos de papel y químicos sintetizados. Productos de reacción (substancias para disolver la madera empleados en acciones químicas o mecánicas). Fragmentos de fibras. Subproductos de la recuperación química y combustión. Pérdidas en procesos (fibrosos y no fibrosos) y descargas de agua, aire y calor. (Higgins, 1995). Tier 1

27 Industria de la pulpa y el papel
Uso del agua y efluentes de descarga: Las descargas líquidas del proceso contienen sólidos, principalmente fibras, rellenos y material coloidal y disuelto. Las fibras y rellenos son minimizados y reusados. Los materiales coloidales y disueltos son subproductos del refinado de las fibras o arrastrados desde la planta de pulpa. Las descargas de material disuelto son minimizadas lavando el stock y colocando transportadores en las plantas de pulpa, y empleando buenas estrategias de reuso de agua que reduzcan el volumen y concentración de residuos en las aguas de desecho. (Higgins, 1995). pp. 526 Tier 1

28 Programas para reducir la contaminación
Tier 1

29 Programas gubernamentales para la reducción de la contaminación:
Para el desarrollo sostenible, los programas gubernamentales de prevención de contaminación pueden contrarrestar la presión de invertir en soluciones de “final de la tubería” demostrando los beneficios económicos y ambientales del empleo de la “reducción de la fuente”, generando información técnica disponible y proveyendo de asistencia técnica. La EPA ha estado trabajando con la industria y el gobierno, representando los asuntos ambientales, comunitarios y de trabajo para prevenir la contaminación desde la fuente, previo al tratamiento de “final de la tubería”. (Shen,1999) NEPA: National Environmental Pollution Act. TCSA: Toxic Substance Control Act. CAAA: Clean Air Act Amendment. PPA: Pollution Prevention Act. ************************************** Sostenible:“El desarrollo sostenible es aquél que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de generaciones futuras para satisfacer sus necesidades." El desarrollo sostenible se enfoca en el mejoramiento de la calidad de vida de todos los habitantes de la Tierra sin incrementar el uso de los recursos naturales más allá de la capacidad del ambiente para suministrar dichos recursos indefinidamente. El desarrollo sostenible de los recursos acuáticos requiere del respeto del ciclo hidrológico mediante el uso de fuentes renovables de agua que no son diezmadas a través de largos periodos de uso. Tier 1

30 Programas gubernamentales para la reducción de la contaminación:
Leyes como la NEPA, TCSA, CAAA y PPA permanecen fuera del ámbito de la mayoría de los trabajos de control de la contaminación. Las siguientes opciones fueron propuestas por la USEPA para crear interacciones dentro de US: Agregar disposiciones multi-media a las regulaciones existentes. Corregir las leyes en otros sectores políticos con medidas ambientales. Hacer de la NEPA un estatuto más fuerte. Hacer de la TSCA una ley que pueda usar los programas de la EPA para controlar y reducir las substancias tóxicas. Establecer enfoques de prevención de la contaminación. Tier 1

31 Programas para reducir la contaminación:
Los productores pueden implementar una gran variedad de procedimientos de manejo mejorados que puede ayudar a la reducción de la contaminación: Auditorías ambientales. Identificar (inventario) y corregir los problemas (estrategias para lograr reducciones) que generan desechos. Mantenimiento preventivo regular. Inspección, mantenimiento y replazo de equipo. Manejo y almacenamiento de material. Emisiones de material peligroso deben ser evitadas. Todos los contenedores deben tener etiquetas recomendaciones de primeros auxilios. Trabajadores entrenados. Trabajadores bien informados generan sugerencias para la reducción de desechos. Manual de operación y registros. Buena información de la planta: procesos procedimientos, parámetros de control, peligros y responsabilidades de operación. Tier 1

32 Programas ambientales:
Algunas industrias no encuentran la diferencia entre control de contaminación al final de la tubería y control de prevención de contaminación “front end”. La importancia es que esas industrias no van más allá del primer paso de reducción de desechos. Conforme la preocupación ambiental crece, las industrias deben moverse más allá de la cadena productiva: Solución de final de la tubería a desechos y contaminantes; después Modificaciones internas del proceso para reducir emisiones y desechos, y eventualmente Rediseño de productos para alcanzar un nivel máximo de reciclaje de materias primas y minimizar los desechos después de que los productos son usados. (Shen, 1999) pp 252. Tier 1

33 Algunas medidas para salvar el agua:
Mantener los efluentes de agua separados. Reusar el agua tan cerca de la fuente como sea posible. Reciclar cuando sea posible. Mejor control a través de sistemas automatizados. Revisar y controlar fugas. Al comprar un equipo nuevo, evaluar los modelos de eficiencia de agua incluyendo los accesorios. Reducir las cantidades de químicos con el fin de reducir el agua para dilución. Tier 1

34 Agua de reuso: No es sólo posible sino necesario reusar el agua de desecho de una corriente de proceso antes de que abandone la planta bombeando, diluyendo o tratando algunos de los efluentes antes de volver a ser usados.. Algunas plantas están usando sistemas cerrados, de tal manera que no hay descargas de agua. Cero descargas ha sido implementado en lugares donde el agua es poca, y puede involucrar tecnologías para remover sólidos suspendidos y disueltos. La desmineralización completa es relativamente cara, sin embargo, en algunos casos las descargas del agua de desecho puede ser reducido significativamente con otras tecnologías menos costosas. Los incentivos del reuso de agua incluyen la reducción de los costos del tratamiento del agua de desecho y los costos del agua de materia prima. (J.N.Tanis, 1987). (Higgins, 1995). Tier 1

35 Procesos de tratamiento
Tier 1

36 Expectativas de los programas de tratamiento de agua:
Las expectativas de los programas de tratamiento de agua deben estar integrados para que se incluyan todos los aspectos del programa, desde la propuesta hasta las etapas de implementación. Tier 1

37 Programa de Tratamiento
Como se verá a continuación en el siguiente diagrama, las expectativas logradas por un buen programa de tratamiento se listan a continuación: Visión general del problema. Estudio de laboratorio de todo el sistema y de la composición del agua. Presentar una propuesta. Programa de implementación. Monitorear para optimizar. Uso de técnicas modernas de tratamiento. En la primera etapa, el vendedor debe estudiar los parámetros de todo el sistema y la composición química del agua; después, con ayuda del estudio del laboratorio, el vendedor debe ser capaz de presentar una propuesta para el tratamiento del sistema. Cuando el plan de operación ha satisfecho los planes económicos y técnicos, la propuesta es aceptada y el programa es implementado. El siguiente paso importante es el monitoreo constante para optimizar el programa. Finalmente, el vendedor debe hacer un esfuerzo para usar los más modernos tratamientos en el programa, siempre y cuando provean ventajas técnicas y económicas. Cuando todo lo ya mencionado es aplicado correctamente, el sistema está bajo control, esto es, la producción y equipamiento es maximizado con un mínimo de contaminantes. (J.N.Tanis, 1987). Programa bajo control Tier 1

38 Programa de Tratamiento
Sistema Problema Planta en Estudio Propuesta Implement. del Programa Sistema Bajo Control Esudio de Lab. Seguimiento Tecnología del Nevo Producto Tier 1

39 Procesos de tratamiento de agua de desecho:
Los desechos son generados por cada complejo industrial, y estos desechos pueden ser sólidos o líquidos. El tratamiento del agua de desecho puede ser dividido en tres etapas: Tratamiento primario que usa operaciones físicas para remover aceite libre y/o sólidos suspendidos. Tratamiento secundario para remover contaminantes disueltos a través químicas o biológicas, y Tratamiento terciaro para remover contaminantes residuales. (Allen, 1997) Tier 1

40 Orden de separación La siguiente lista muestra cómo se realiza la separación: Tratamiento primario Sedimentación Aereación Tratamiento secundario Tratamiento terciario Tier 1

41 Tratamientos… Tratamiento primario prepara al agua de desecho para un tratamiento biológico. Sólidos grandes son removidos por tamizado. La igualación en un tanque mezclador, nivela las variaciones de flujo y concentración. La neutralización, cuando es requerida, sigue de la igualación. Aceites, grasa y sólidos suspendidos son removidos por flotación, sedimentación o filtración. Tratamiento secundario es una degradación biológica de compuestos orgánicos solubles de niveles de entrada de mg/l DBO o mayores a niveles de efluentes bajo 15 mg/l. Se realiza tratamiento aeróbico en tanques abiertos. Después del biotratamiento, los microorganismos y sólidos suspendidos se dejan asentar. Tier 1

42 Tratamientos… Tratamiento terciario remueve residuales específicos. Por filtración, los sólidos coloidales suspendidos pueden ser removidos; la adsorción remueve orgánicos por carbón activado granular (GAC); y la oxidación química remueve también compuestos orgánicos. Los sistemas terciarios tratan cantidades más grandes de agua de desecho, por lo cual son más caros. Cuando las corrientes ricas en metales pesados, pesticidas u otras substancias que pueden pasar a través del primer tratamiento e inhiben el tratamiento biológico están presentes, tratamientos en-planta son necesarios. Precipitación, adsorción de carbón activado, oxidación química, stripping aéreo o de corriente, oxidación de aire húmedo, intercambio iónico y la ósmosis inversa son algunos métodos útiles cuando se emplea el tratamiento en-planta. Tier 1

43 El tratamiento terciaro…
El tratamiento terciario es un paso de refinado. Su importancia radica en lugar de encontrar soluciones al final de la tubería, donde el tratamiento primario y secundario son usados, es posible minimizar algunos componentes tóxicos o peligrosos en el proceso antes de que éstos sean combinados con otros menos peligrosos. El tratamiento biológico un efluente ’30/20’ con no más de 30 mg/l sólidos suspendidos y 20 mg/l DBO. Tier 1

44 Tratamiento terciario
Sin embargo, las corrientes de los ríos han decrecido debido condiciones de sequía. Bajo estas circunstancias, nuevos límites son impuestos sobre la calidad del efluente final. Los procesos de tratamiento para alcanzar los límites requeridos en el proceso son bien conocidos como tratamientos terciarios. Tier 1

45 Tratamiento en-planta
Un programa de minimización de residuos debe ser implementado antes del tratamiento de final de la línea. Recirculación. En la industria del papel, el agua blanca proveniente de las máquinas de papel puede ser enviada a los ahorradores para remover la pulpa y la fibra y reciclarlos a varios puntos del proceso. Segregación. Las corrientes limpias son separadas para descargas directas Disposición. En muchos casos, la descarga total de DBO y sólidos suspendidos puede ser reducida removiendo el residuo en un estado semiseco. Reducción. El uso de “cutoffs” automáticos pueden reducir el volumen de agua de desecho. Substitución. La substitución de aditivos químicos con un menor efecto contaminante en las operaciones de proceso. (Eckenfelder, 2000) pp34 Tier 1

46 Procesos de tratamiento de agua de desecho: Proceso de selección
. Tier 1

47 Figura 1. Programa teórico de tratamiento de agua de desecho industrial con compuestos orgánica y tóxicos Para aguas de desecho que contienen compuestos orgánicos no tóxicos, los criterios del diseño del proceso pueden obtenerse a través de estudios de laboratorio. Para definir los problemas del tratamiento del agua de desecho, se plantea un análisis preliminar: Corrientes Orgánicas Corrientes con metales pesados Corrientes minerales volátil Tóxicos y/o no-biodegradables Biodegradable Fuente de control Figura 3. (Eckenfelder, 2000). El objetivo de la igualación es minimizar o controlar las fluctuaciones en el agua de desecho para proveer de condiciones óptimas para los procesos de tratamiento subsecuentes. Muchos residuos industriales contienen materiales alcalinos que requieren neutralización previo a ser descargados o previo al tratamiento químico o biológico. Igualación Neutralización Remoción aceit/grasa Sólidos suspendidos Biological treatment Disposición final Tier 1 (Eckenfelder, 2000)

48 Tratamiento de la fuente:
meta Reducción de la fuente es cualquier actividad que reduce o elimina la generación de desechos peligrosos en la fuente Su principal objetivo es el de lograr cambios en la composición, uso y patrones de generación de desecho asociados con los productos (Higgins, 1995). pp. 421, 93. Tier 1

49 Tratamiento de la fuente:
El tratamiento de la fuente involucra diferentes de definiciones de reducción de la fuente, pero el consenso general para ser la inclusión de acciones en-planta para reducir la cantidad o toxicidad de las fuentes de desechos. Los ejemplos incluyen modificaciones de equipamiento, diseño y cambios de operaciones del proceso y productos y substitución de materias primas. Tier 1

50 No-degradables/ tóxicos Principales contam/tóxico
Figura 2. Estudios de laboratorio para metales pesados/orgánicos volátiles Inicio VOC/NH3 Stripping con aire o vapor Muestra Igualada Principales contam. scan y bioassay Chemical oxidation reduction Precipitación Metales pesados Cuando se tienen compuestos orgánicos e inorgánicos, es necesario evaluar la presencia de metales pesados o compuestos orgánicos volátiles. Aliment. reactor batch No-degradables/ tóxicos Tratamiento de la fuente Degradable Biodegradación a largo plazo (Eckenfelder, 2000) Tratamiento de la fuente: Las tecnologías del tratamiento de la fuente se muestran en la Figura 3 SDT: sólidos disueltos totales. Es necesario determinar si el agua de desecho es biodegradable y si es tóxica para el proceso biológico a ciertos niveles de concentración. La alimentación del reactor batch es empleada para este propósito. Si el agua de desecho es biodegradable, se sujeta a una biodegradación de largo plazo para remover todos los compuestos orgánicos degradables. El paso siguiente es la evaluación de los contaminantes principales. Los contaminantes principales. Si éstos no han sido removidos se debe de considerar la opción de tratamiento de la fuente o de tratamiento terciario con carbón activado. Carbón activado granular Ósmosis inversa Principales contam. scan y bioassay Carbón activado en polvo Principales contam/tóxico Intercambio iónico SDT/inorgánicos Tier 1 (Eckenfelder, 2000)

51 Figura 3. Tratamiento de agua de desecho tóxica: Tratamiento en-planta
Descarga a reciclaje o tratamiento Ósmosis inversa Si el agua de desecho es no-biodegradable o tóxica, se debe de considerar el tratamiento de la fuente o modificaciones en-planta. Intercambio iónico Resinas poliméricas Adsorción con carbón granular Filtración Tratamiento anaeróbico Precipitación (Eckenfelder, 2000) El tratamiento en-planta es necesario para corrientes ricas en metales pesados, pesticidas y otras sustancias que pueden pasar a través del tratamiento primario e inhibir el tratamiento biológico. El tratamiento en-planta es usado también en corrientes de bajo volumen con materiales no degradables, debido a que es más barato y sencillo remover un contaminante específico de una corriente pequeña y concentrada que removerlo de una corriente grande y diluida. Oxidación con aire húmedo Stripping con aire o vapor Oxidación reducción Oxidación química Compuestos orgánicos volátiles amoniacales Agua de deseco del proceso Metales pesados Químicos orgánicos Tier 1 (Eckenfelder, 2000)

52 Métodos de remoción de sólidos suspendidos
Sedimentación es la técnica más común en el tratamiento de desechos acuáticos ya que involucra poco equipo mecánico y es de operación estable. Sin embrago, hay algunas situaciones en donde la flotación resulta ser una mejor opción. Flotación es una buena técnica para la remoción de sólidos cuando la diferencia de densidades entre el agua y los sólidos es marginal, o cuando los sólidos tienen mayor contenido de grasa o aceites. (Arundel, 2000). Tier 1

53 Métodos para la remoción de sólidos suspendidos
Coagulación es empleada para remover materiales de desecho en forma suspendida o coloidal. Los coloides son partículas dentro de un rango de tamaño de 1 nm to 0.1 nm, no sedimentan en reposo y no pueden ser removidas por tratamientos físicos convencionales. Precipitación. en el tratamiento de agua, el proceso de precipitación es usado para ablandar (remoción de la dureza causada por el calcio y magnesio) y remoción de fierro y manganeso. (Qasim, 2000). (Eckenfelder, 2000) Tier 1

54 Sedimentación: Reduce los sólidos por al menos 50%, con reducción proporcional de DBO. Adición de químicos para ayudar a la sedimentación por coagulación de partículas o precipitación química. Puede presentar descargas aceptables por los estándares con remoción regular de lodo sin tratamiento secundario. El lodo de los tanques primarios es removido en intervalo de entre 8 y 24 horas. El asentamiento secundario sigue cualquier forma de aeriación biológica o filtración para producir un efluente bajo en sólidos. Particularmente, regulaciones estrictas de descargas sugieren un tratamiento terciario para remover más del 50% de sólidos y DBO. Los intervalos de remoción de lodos entre 8 y 24 horas evitan los problemas de mal olor y acumulación de lodo. Tier 1

55 Flotación: La filtración con aire disuelto es una técnica común. Esta técnica consiste básicamente en inyectar una corriente acuosa que contiene aire disuelto en el agua de desecho. El aire disuelto forma burbujas cuando abandona la solución y transporta las partículas suspendidas, las cuales tienden a concentrarse en la interfase burbuja-agua de desecho, a la superficie, donde forma una emulsión. (Allen, 1997). Tier 1

56 Flotación: Diagrama general del método de flotación: Tier 1 Floculador
Scraper (raspador) Agua tratada Agua a ser tratada Aire Tier 1

57 Coagulación: Los residuos del papel pueden ser efectivamente coagulados con pequeñas dosis de alúmina. La sílica o el polielectrolito ayudan a la rápida formación de aglomerados asentados. Desechos que contienen aceite emulsificado puede ser clarificado por coagulación. Para una coagulación efectiva, se deber agregar un álcali. Después de la adición del álcali y el coagulante, es recomendable realizar un mezclado rápido. (Eckenfelder, 2000). Tier 1

58 Precipitación: La presipitación química en el tratamiento de agua de desecho involucra la adición de químicos para alterar el estado físico y químico del material disuelto y suspendido, y facilitar así su remoción. Usualmente se combina con coagulación, floculación y separación. Principio: Los compuestos disueltos, por ejemplo iones de metales pesados, son transformados en sus hidróxidos insolubles por aumento del pH por dosificación de limadura de NaOH. Usando técnicas de coagulación y floculación estos pequeños núcleos de hidróxidos se convierten en coágulos para la separación. Con los precipitantes adecuados estos coágulos sirven como trampas para otros compuestos (orgánicos) disueltos; una forma de co-precipitación. Chemical precipitation Chemical precipitation in wastewater treatment involves the addition of chemicals to alter the physical and chemical state of dissolved and suspended material and to facilitate their removal. It is usually combined with coagulation – flocculation – separation. Principle Dissolved compounds, for instance heavy metal ions, are brought into their insoluble hydroxides by pH increase through dosing of lime or NaOH. Using coagulation, flocculation techniques these small hydroxide nuclei become larger flocs for separation. With proper precipitants these flocs also serve as entrapment for other dissolved (organic) compounds ; a form of co-precipitation. Chemical precipitation Chemical precipitation in wastewater treatment involves the addition of chemicals to alter the physical and chemical state of dissolved and suspended material and to facilitate their removal. It is usually combined with coagulation – flocculation – separation. Principle Dissolved compounds, for instance heavy metal ions, are brought into their insoluble hydroxides by pH increase through dosing of lime or NaOH. Using coagulation, flocculation techniques these small hydroxide nuclei become larger flocs for separation. With proper precipitants these flocs also serve as entrapment for other dissolved (organic) compounds ; a form of co-precipitation. Tier 1

59 Remoción de Metales Pesados:
TÉCNICAS DE REMOCIÓN DE METALES PESADOS Precipitación convencional Hidróxido Sulfuro Carbonato Coprecipitación Precipitación inducida Dimetil tio carbamato Dietil tio carbamato Trimercapto-s-triacina, sal de trisodio Otros métodos Intercambio iónico Adsorción Oportunidades de recuperación Membranas Técnicas electrolíticas (Eckenfelder, 2000) pp 138 Tier 1

60 Tratamiento Biológico
Cuando el tratamiento biológico es requerido, se cuenta con varias opciones: Influente Acuoso de desecho Alta resistencia Tratamiento físico y químico No Si High strength Si Tratamiento anaeróbico Biodegradable Si Efluente pulido Si Fracción Inhibidora no degradable No Descarga PACT No Descarga PACT es el proceso de adición de carbón activado en polvo (Eckenfelder, 2000). Sistema de Mezclado total No Listo para degradación No Remoción de nitrógeno requerida No Sistema de Crecimiento disperso Sistema de crecimiento fijo Si Si Sistema “plug flow” Sistema selector Proceso intermitente Sistema de Nitrificación/ Desnitrificación Si Efluente pulido No Descarga Descarga Tier 1 (Eckenfelder, 2000)

61 Tratamiento biológico: parámetros y dimensiones típicos de operación
(Eckenfelder, 2000) Método de tratamiento Modo de operación Grado de tratamiento Requerimientos de superficie Equipo Comentarios Laguna Descarga intermitente o continua; facultativa o anaeróbica Intermedio Excavado terrestre; días de retención Control frecuente de olores requerido Lagunas Activadas Tanques completamente mezclados o facultativos continuos Alto en verano; bajo en invierno Pila de tierra, 8-16 ft de profundidad, 8-16 acres/(millón gal/d) Embarcadero montado o aereadores de superficie flotante o difusores de sub-superficie Separación de sólidos en laguna; remoción periódica de agua y lodos Lodo Activado Completamente mezclado o flujo pistón; reciclaje de lodo > 90% remoción de orgánicos Pila de tierra o concreto; 12p20 ft de profundidad; ft3/(millón gal/d) Aereadores difusos o mecánicos; clarificador para separación de lodo y reciclo Exceso de lodos deshidratados y disposición final Filtro por goteo Aplicación continua; pueden emplear efluentes de reciclo Intermedio o alto, depende de la carga ft /(millón gal/d) Empacador plástico ft de profundidad Pretratamiento antes del POTW o de la planta de lodos activados CBR Multietapas continuas Intermedio o alto Discos plásticos Separación de sólidos requerida Anaeróbico Mezclado completo con reciclado; filtro upflow y downflow, lecho fluidazo; cama de lodo upflow Recolección de gas requerida; pretratamiento antes del POTW o de la planta de lodos activados Irrigación spray Aplicación intermitente de desecho Completo; percolación de agua en agua subterránea y residuos a corriente gal/(min.acre) Tubería de irrigación de aluminio y boquillas de rocío; movible para relocación Separación requerida de sólidos; contenido limitado de sal en desechos (Eckenfelder, 2000). POTW: Procesos de tratamiento primario y secundario encargado de la mayoría de los desechos acuáticos no tóxicos; otras aguas deben ser pre-tratadas antes de ser agregadas a este flujo. Tier 1

62 Tratamientos avanzados de desechos acuosos
El tratamiento avanzado de desechos acuosos es definido como el proceso que remeve mayor cantidad de contaminantes que los tratamientos convencionales. Este término puede ser empleado como el tratamiento terciario, pero la mayoría de sus objetivos es la separación de nitrógeno, fosfuros y sólidos suspendidos. Los tratamientos avanzados incluyen: Coagulación química de los desechos acuosos Medios filtrantes granulares Ultrafiltración Nanofiltración Pantallas cuña-cable Micromonitoreo Filtros de tierras de diatomeas (Shun Dar Lin, 2001) pp. 522 Tier 1

63 Reducción de volumen y disposición
Tier 1

64 Reducción de volumen La reducción del volumen puede ser usada para reducir los costos de tratamiento y de manejo y disposición de residuos remanentes después del tratamiento. La reducción del volumen puede ser lograda usando diferentes métodos: Reuso de desechos acuosos y residuos Modificaciones al tratamiento para reducir los residuos sólidos Tratamientos segregados para reducir mezclas de residuos peligrosas Incineración para reducir el volumen de desechos y convertir desechos peligrosos en no-peligrosos. (Higgins, 1995). Tier 1

65 Reducción en la producción de desechos y volúmenes de disposición
Deshidratación simple: el lodo es desecado en una serie de tanques y se deja sedimentar. El agua obtenida es decantada. Este método reduce el volumen de lodo depositado. Composición: el material es revuelto mecánicamente en intervalos, se somete a aereación forzada y se envía a recipientes donde se controla el contenido de olor, pérdida de calor y agua. (Arundel, 2000) pp 113 Tier 1

66 Reducción en la producción de desechos y volúmenes de disposición
Digestión: es la degeneración lenta del contenido orgánico del lodo por bacterias anaeróbicas en compuestos más simples- dióxido de carbono, agua y aniones (nitratos, sulfuros, fosfatos). La digestión es uno de los pocos tratamientos de lodos en el que se logra una reducción significativa de agentes patógenos. La producción del digestor de gas es 65-70% metano, 30-34% dióxido de carbono y trazas de compuestos sulfurados. El gas colectado es quemado en un boiler para mantener el digestor caliente y el exceso es usado para calentamientos posteriores o generación de energía. Tier 1

67 Reduction of waste production and disposal volumes
Incineration: its main advantages lie in the complete destruction of organic compounds, the ash being inert and usually less than 25% of the original sludge volume. Most incinerators are of the fluidized bed variety. Tier 1

68 Diagrama de manejo de desechos…
Operaciones mejoradas Reciclaje de desechos Rediseño del proceso Tratamiento de desechos Aumento de la Efectividad del manejo de desechos Los desechos industriales pueden ser clasificados en orgánicos e inorgánicos, y en peligrosos y no-peligrosos (Shen, 1999). Materia prima substituta Disposición de desechos Tier 1

69 Preguntas de opción múltiple
Tier 1

70 Tier 1: Quiz 1. ¿Qué es contaminación?
Contaminación se refiere a contaminantes dañinos al medio ambiente y al acto o proceso de contaminar el ambiente. Cualquier cambio indeseable en las características del aire, agua, suelo o comida que afectan la salud llamada; llamado contaminación. Químicos indeseables u otros materiales encontrados en el ambiente. Los contaminantes pueden dañar la salud humana y el ambiente. Todas las anteriores. Tier 1

71 Tier 1: Quiz 2. ¿Qué es DBO? La cantidad de oxígeno requerida para la estabilización de materia orgánica oxidable presente por 7 días de incubación a 20 oF. Una prueba empírica usada para la medición de los desechos, evaluando la cantidad de oxígeno requerido por microbios para degradar una muestra de efluente. Una prueba usada para evaluar la cantidad de oxígeno presente en la corriente. La cantidad de oxígeno requerida para desarrollar una prueba bioquímica. Tier 1

72 Tier 1: Quiz 3. ¿Por qué es importante reducir los contaminantes dañinos? Debido a que al ser descargados pueden causar contaminación del agua. Debido a sus características radioactivas que pueden dañar la salud humana y provocar cáncer. Debido a que enfermedades infecciosas pueden ser transmitidas cuando existe contacto con sustancias contaminantes. Debido a sus características dañinas para la salud humana y el medio ambiente. Tier 1

73 Tier 1: Quiz Tier 1