CURSO “CONTAMINACION DE AGUAS”

Presentación del tema: "CURSO “CONTAMINACION DE AGUAS”"— Transcripción de la presentación:

1 CURSO “CONTAMINACION DE AGUAS”
Dra. Isel Cortés Nodarse

2 Tema 5: PRINCIPIOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

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4 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS
TIPIFICACIÓN  Al final del proceso, el agua usada ha sido degradada por adición de sustancias o características físicas contaminantes. CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS 1. Carga Orgánica 1.1 Parámetros globales: - DQO - DBO5 1.2 Compuestos particulares: - Proteínas 2. Parámetros Inorgánicos - Alcalinidad - pH - Cloruros - Nitrógeno - Fósforo - Azufre - Metales pesados 3. Gases - Oxígeno disuelto - Sulfhídrico - Metano - Amoníaco - Anhídrido carbónico

5 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
TIPIFICACIÓN CARACTERÍSTICAS FÍSICAS 1. Sólidos - En suspensión / Totales - Volátiles / No volátiles 2. Temperatura 3. Color 4. Olor 5. Conductividad Radiactividad CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS 1. Microorganismos 2. Organismos coliformes

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7 Gestión de Efluentes La estrategia actual se orienta a lograr la prevención y minimización en la generación de residuos, antes de aplicar una estrategia de tratamiento.  OBJETIVO Optimizar el uso de los distintos recursos del proceso y de la industria en general. Incluye los siguientes procesos de jerarquía indicada  MINIMIZAR LA GENERACIÓN DE RESIDUOS (prioridad más alta)  RECICLAJE  REUSO  TRATAMIENTO

8 Gestión de Efluentes  Prevención de la Contaminación  Identificación de los puntos de origen Auditoría Ambiental  Evitar que se produzca contaminación Minimización  Minimización  Cambio de materias primas  Cambios en el proceso y Condiciones de operación  Cambios de Tecnología (Tecnologías Limpias)  Reciclo  Reuso  Recuperación de Material Valioso  Segregación-Agrupación de Corrientes  Otros

9 Gestión de Efluentes  La concentración de contaminantes presentes en un efluente depende del tipo de industria, de los procesos de fabricación utilizados y de la implementación de programas de minimización de residuos, entre otros.  En la industria, el agua se usa para: enfriamiento, lavado de productos y materias primas, transporte, elaboración del producto, lavado de equipos y otros.

10 MINIMIZACIÓN DE EFLUENTES
 ESTRATEGIAS Planificación y organización. Caracterización de residuos y pérdidas de recursos. Desarrollo de opciones de minimización de residuos. Factibilidad técnica y económica. Implementación. Monitoreo y optimización.

11 Gestión de Efluentes

12 Sistemas de Tratamiento de Efluentes Líquidos
Los efluentes líquidos se pueden clasificar de diversas formas, sin embargo, lo clásico es hacerlo de acuerdo a su procedencia (agraria, industrial y urbana). Las aguas de tipo agrario están compuestas fundamentalmente de restos de estiércol y abono, siendo los contaminantes más importantes los sólidos en suspensión. La fracción disuelta está constituida fundamental-mente por fertilizantes. Las aguas urbanas están compuestas principalmente de residuos orgánicos y productos de lavado, siendo los contaminantes más importantes las grasas y aceites, la materia orgánica en general y los m.o. patógenos.

13 Las aguas industriales en cambio, son de contenido muy variable y dependientes del proceso productivo, lo que impide su generalización en cuanto a tratamiento y carga contaminante. El problema característico de las aguas industriales es que, mientras que los vertidos urbanos convencionales presentan impurezas minerales y orgánicas cuya naturaleza y concentración son bastante similares de una ciudad a otra, por lo que sus líneas de tratamiento pueden ser análogas, los vertidos industriales, debido a su gran diversidad, necesitan de una investigación propia para cada tipo de industria y la aplicación de procesos de tratamiento específicos.

14 Así, es necesario para encontrar el proceso adecuado, realizar estudios de tratabilidad de aguas residuales. Éstas se diseñan con el objetivo de conocer la capacidad de eliminación de contaminantes por medio de uno o varios procesos de tratamiento. A la vez permiten acondicionar el efluente a los valores permisibles de carga orgánica y otros elementos contaminantes, para su vertido a los cursos receptores de agua. Esto que parece tan lógico raramente es realizado y es causa de innumerables fracasos en los sistemas de tratamiento.

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16 Los tratamientos de efluentes líquidos incluyen cuatro categorías de tratamiento:
Pretratamiento Tratamiento físico/químico o primario Tratamiento biológico o secundario Tratamiento terciario Los objetivos de cada categoría de tratamiento, como las operaciones unitarias involucradas, se explican a continuación.

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18  Pretratamiento: Proceso de eliminación de los consti-tuyentes de las aguas residuales, en su fuente de origen, cuya presencia pueda provocar problemas de manteni-miento y funcionamiento de los diferentes procesos (sólidos de gran tamaño y sólidos suspendidos pesados, como las arenas)  Tratamiento primario: conjunto de procesos, que tienen como objetivo la separación por medios físicos de las partículas suspendidas. Hay que incluir también aquí tratamientos que requieren la utilización de productos químicos o coagulantes que rompen el estado coloidal de las partículas y forman flóculos de gran tamaño, de forma que decanten más rápidamente. En general, estos tratamientos primarios sólo remueven los sólidos en suspensión mediante técnicas tales como decantación, sedimentación, floculación u otros procesos semejantes.

19 Tratamiento secundario: Los tratamientos secundarios tienen por objetivo reducir la DBO de las aguas residuales, ya sean industriales o urbanas. Como en este tipo de tratamientos se emplean procesos de oxidación biológica, también se denominan tratamientos biológicos. El mecanismo de oxidación biológica consiste en la asimilación de la materia orgánica degradable biológicamente (DBO) por los m.o. Dependiendo si estos procesos ocurren en presencia o ausencia de oxígeno se tendrán tratamientos biológicos aerobios o anaerobios. Como característica básica los sistemas secundarios son sistemas biológicos con microorganismos heterogéneos que normalmente presentan bajas velocidades específicas de crecimiento, que deben tratar un sustrato heterogéneo en grandes volúmenes de operación, normalmente en un sistema continuo y que en la generalidad de los casos es un sistema poco controlado.

20 Tratamiento terciario o avanzado: Este tipo de tratamiento se aplica para la eliminación de contaminantes específicos, que no han sido eliminados en el tratamiento primario ni en el secundario (por ejemplo, el nitrógeno y el fósforo), como también en el caso de efluentes que, aún después del tratamiento secundario, siguen presentando elevados niveles de DQO y DBO, o incluso para reciclar el agua tratada en la red domiciliaria. Este tratamiento terciario será más o menos intensivo en función de la utilización final del efluente. En algunos casos se pueden utilizar distintos sistemas de desinfección y regeneración, cuando el agua vaya a ser reutilizada, ya sea para regadío o bien para consumo humano o animal.

21 En general una instalación completa corresponde a la que tiene los tres tipos de tratamiento, sin embargo en la industria es frecuente encontrar sólo tratamientos primarios y rara vez, aunque cada vez con más periodicidad tratamientos biológicos. Por razones técnicas y económicas, los tratamientos físico-químicos son aplicados en aguas con contaminantes inorgánicos o con materia orgánica no biodegradable y/o en suspensión, mientras que los segundos se utilizan cuando los principales contaminantes son biodegradables. Se debe ajustar el grado de tratamiento necesario conforme a la relación entre el agua residual cruda y la calidad del efluente exigido por la normativa vigente. Luego, se procede al desarrollo y evaluación de las diferentes alternativas de tratamiento aplicables, determinando la combinación óptima.

22 Niveles de remoción de los contaminantes según sea el tratamiento:
Tratamiento (% remoción) primario secundario terciario DBO 35 90 99.99 DQO 30 80 99.8 SS 60 N 20 50 99.5 P 10 variable La selección de los procesos de tratamiento de AR, o la serie de procesos de tratamiento, dependen de algunos factores, entre los que se incluyen: Características del agua residual: DBO, DQO, SS, pH, productos tóxicos. Calidad del efluente de salida requerido. Costo y disponibilidad de terrenos. Consideración de futuras ampliaciones o previsión de límites de calidad de vertido + estrictos, que necesiten el diseño de tratamientos más sofisticados en el futuro.

23 PRE-TRATAMIENTOS TRAT. PRIMARIO TRAT. SECUNDARIO PRE-TRATAMIENTO
TRAT. AVANZADO Sólidos de gran tamaño, arenas Sólidos suspendidos, grasas, etc. Biomasa NN Tratamientos Físicos Tratamientos Físicos y/o Químicos Tratamientos Biológicos Tratamientos Físicos, Químicos, Biológicos RIL AGUA TRAT.

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25 Contaminante Operación Unitaria, Proceso
Unitario o Sist. de Tratamiento

26 Contaminante Operación Unitaria, Proceso Unitario o Sist
Contaminante Operación Unitaria, Proceso Unitario o Sist. de Tratamiento

27 DESBASTE

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29 DESARENADO  La entrada de arena en los tratamientos primario y secundario perturba su funcionamiento debido a: Aumento de densidad del lodo, dificultando su separación Aumento del riesgo de atascamiento Abrasión provocada sobre los elementos mecánicos en movimiento  El término “arena”, corresponde a partículas que: No son putrescibles (gravas, cenizas, otros materiales) Tienen velocidades de sedimentación o pesos específicos superiores a las de los sólidos orgánicos putrescibles  Composición de las arenas: Entre 13 y 65% de humedad Entre 1 y 56% de materia volátil Peso específico entre 1,3 y 2,7  El procedimiento de separación de la arena consiste en la reducción de la velocidad del agua, bajo los límites de precipitación pero sobre los de sedimentación de la materia orgánica presente

30 DESARENADO

31 DESARENADO Otra clasificación de desarenadores es: De flujo horizontal
De flujo vertical De flujo inducido  De flujo horizontal Es el más común Constituído por un ensanchamiento en la sección del canal de pretratamiento Permite la reducción de la velocidad de corriente a valores inferiores a los cms Inconveniente: la velocidad horizontal de circulación sufre variaciones por ser función del caudal  De flujo vertical El funcionamiento se realiza a sección llena Velocidad ascencional del agua < a la caida de los granos de arena Permite la reducción de la velocidad de corriente a valores inferiores a los cms Inconveniente respecto al horizontal: mayor profundidad (problemas en terrenos de baja cota)

32 DESARENADO  De flujo inducido (Desarenador rectangular aireado)
El aire inyectado provoca una rotación del líquido Lo anterior crea una velocidad constante de barrido de fondo, perpendicular a la velocidad de paso Así, ésta puede variar sin provocar inconvenientes La extracción de arena se realiza mecánicamente El aire inyectado, por su efecto de agitación, favorece la separación de las materias orgánicas y cede una cantidad de oxígeno a la masa de agua, ayudando a mantener las condiciones aeróbicas 1. Canal de entrada 2. Válvula de llegada 3. Puente móvil para elevación de la arena 4. Tranquilizador 5. Válvula de desaceitado 6. Canal de evacuación del aceite 7. Válvula de salida 8. Canal de salida. Alimentación de la decantación 9. Evacuación de la arena 10. By-pass por vertedero de rebose 11. Tubos de inyección de aire

33 HOMOGENEIZACIÓN

34 VENTAJAS DE LA HOMOGENEIZACIÓN

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37 TRATAMIENTOS PRIMARIOS
RIL TRAT. PRIMARIO TRAT. SECUNDARIO PRE-TRATAMIENTO TRAT. AVANZADO AGUA TRAT. Sólidos de gran tamaño, arenas Sólidos suspendidos, grasas, etc. Biomasa NN Tratamientos Físicos Tratamientos Físicos y/o Químicos Tratamientos Biológicos Tratamientos Físicos, Químicos, Biológicos

38 SEDIMENTACIÓN Consiste en la separación, por acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Se utiliza para: - eliminación de arenas - eliminación de materia en suspensión:  en aguas residuales y para potabilización  flóculo biológico en los decantadores secunda rios de los procesos de lodos activados  flóculos químicos cuando se emplea coagulación - concentración de los sólidos en los espesadores de lodos

39 En función de la concentración y de la tendencia a la inter-acción de las partículas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentación:  Discreta (Tipo 1): Sedimentación de partículas en una suspensión con concentración de sólidos baja. Las partículas sedimentan como entidades individuales, sin haber interacción con partículas vecinas.  Floculenta (Tipo 2): Sedimentación de partículas de una solución diluída, que floculan durante el proceso. Al aglomerarse, aumentan su tamaño y su masa, por lo tanto también su velocidad de sedimentación.  Retardada (llamada también en bloque o zonal) (Tipo 3): Corresponde a una suspensión de concentración intermedia, en la cual las fuerzas interpartículas son suficientes para entorpecer la sedi mentación de las partículas vecinas, haciéndolas sedimentar como una sola unidad.  Por compresión (Tipo 4): Cuando la concentración de partículas es tal que éstas forman una estructura, la sedimetación sólo puede darse por compresión, debido al peso de las partículas que se van añadiendo.

40 Zona de agua clarificada
Zona de sedimentación discreta (Tipo 1) Zona de sedimentación floculenta (Tipo 2) Zona de sedimentación retardada (Tipo 3) Zona de compresión (Tipo 4) Probeta TIEMPO Profundidad

41 Tipo de fenómeno. Descripción. Aplicación/Situaciones de sedimentación
Tipo de fenómeno Descripción Aplicación/Situaciones de sedimentación en que se presenta

42 Estanque rectangular de decantación primaria

43 Estanque rectangular de decantación primaria

44 FLOTACIÓN Se utiliza para la separación de partículas sólidas o líquidas de una fase líquida. La separación se consigue introduciendo finas burbujas de gas, normalmente aire, en la fase líquida. Las burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto partícula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del líquido. De este modo se logra hacer ascender partículas de mayor densidad que el líquido, y favorece la ascensión de las que tienen menor densidad (aceite en el agua). Se utiliza principalmente para la eliminación de materia suspendida (grasas) y para la concentración de lodos biológicos.

45 Velocidad ascensional de las partículas
Existen tres métodos para la inducción de la formación de la burbuja: 1. Inyección de aire en el líquido sometido a presión y posterior liberación de la presión a que está sometido el líquido (flotación por aire disuelto). 2. Aireación a presión atmosférica (flotación por aireación). 3. Saturación con aire a la presión atmosférica, seguido de la aplicación de vacío al líquido (flotación por vacío). Velocidad ascensional de las partículas

46 FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO FLOTACIÓN POR AIREACIÓN
 En estos sistemas, el aire se disuelve en el agua residual a una presión de varias atmósferas, para luego liberar presión hasta alcanzar la atmosférica.  Las principales aplicaciones de flotación por aire disuelto se centran en el tratamiento de residuos industriales con un alto contenido de grasas y en el espesamiento de lodos. FLOTACIÓN POR AIREACIÓN  Las burbujas de aire se introducen directamente en la fase líquida por medio de difusores o turbinas sumergidas.  La aireación directa por cortos períodos de tiempo no es efectiva para conseguir que los sólidos floten.  Estas instalaciones no suelen recomendarse para conseguir la flotación de grasas, aceites y sólidos presentes en las aguas residuales industriales, pero tiene buenos resultados en el caso de las aguas con tendencia a provocar espumas.

47 Adición de compuestos químicos
FLOTACIÓN POR VACÍO  Consiste en saturar de aire el agua residual, ya sea directamente en el tanque de aireación, o permitiendo que el aire penetre en el conducto de aspiración de una bomba.  La arena y demás sólidos pesados, que se depositan en el fondo, se transportan hacia un cuenco central de lodos para su extracción por bombeo. Adición de compuestos químicos  Generalmente se agregan compuestos químicos para facilitar el proceso de flotación, los que crean una superficie o una estructura que permite absorber o atrapar las burbujas de aire.  Para agregar las partículas sólidas, de manera que se cree una estructura que facilite la absorción en las burbujas de aire se usa: - Sales de hierro - Sales de aluminio - Sílice activada

48 ESTANQUE DE FLOTACIÓN POR AIREACIÓN

49 Como ya se dijo, para modificar la naturaleza de las interfases aire-líquido, sólido-líquido o ambas a la vez se suelen utilizar polímeros orgánicos, los que se sitúan en la interfase produciendo los cambios deseados.  Los factores más importantes a considerar en el diseño de un equipo de flotación son: - Concentración de sólidos - Cantidad de aire que se va a utilizar - Velocidad ascensional de las partículas - Carga de sólidos  Por ser el método más comúnmente usado, se verá el análisis de la flotación por aire disuelto.

50 FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO
 La eficacia de un sistema de aire disuelto depende principalmente del valor de la relación entre el volumen de aire y la masa de sólidos (A/S) necesario para obtener un determinado nivel de clarificación.  La relación A/S es variable para cada tipo de suspensión y puede ser determinada a nivel laboratorio.  Los valores típicos para los espesadores de lodos varían entre 0,005 y 0,060.

51 FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO
La relación entre A/S y la solubilidad del aire, la presión de trabajo y la concentración de sólidos en el lodo, para un sistema en el que la totalidad del caudal es presurizado, está dada por: A 1,3 sa (f P - 1) S Sa  donde A/S = relación aire-sólidos, mL (aire)/mg (sólidos). sa = solubilidad del aire, mL/L.. f = fracción de aire disuelto a la presión P. Generalmente, f = 0,8 P = presión, atm. = p ,35 p = presión manométrica, kPa. Sa = concentración de sólidos en el fango, mg/L. 

52 FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO
Para un sistema en el que sólo el caudal de recirculación es presurizado A 1,3 sa (f P - 1) R   S Sa Q donde R = caudal de recirculación presurizada, m3/d. Q = caudal de líquido mezcla, m3/d. El numerador representa el peso del aire y el denominador el peso de los sólidos. El factor 1,3 corresponde al peso específico del aire (mg/cc) y el término (-1) del paréntesis se incluye para prever la posibilidad de que el sistema funcione a presión atmosférica. 

53 Flotación por aire disuelto sin recirculación

54 Flotación por aire disuelto con recirculación

55 Flotación por aire disuelto, para clarificación
de residuos aceitosos

56 Flotación por aire disuelto, para espesamiento
del lodo activado en exceso

57 FILTRACIÓN La filtración por arena o antracita consiste en la purificación del agua al atravesar un lecho compuesto por alguno de los materiales citados. La filtración es utilizada en los tratamientos de afino de las Estaciones de Tratamiento de Agua Potable, ya que la sedimentación, con coagulación o sin ella, normalmente no proporciona resultados satisfactorios. En agua potable se emplean filtros gravitacionales, en donde el agua se mueve por gradientes de gravedad. Existen dos tipos de filtros gravitacionales que se ocupan: Filtros lentos  Filtros rápidos

58 El diseño y la valoración de su eficacia debe basarse en:
La comprensión de las variables que controlan el proceso. El conocimiento del o los mecanismos responsables de la eliminación de materia particulada. La operación completa del proceso de filtración, en general, consta de dos fases: filtración y lavado o regeneración (lavado a contracorriente). Los fenómenos producidos en la filtración son similares para todas las aguas. Sin embargo, la fase de lavado es bastante diferente en función de si el filtro es de funcionamiento continuo o semi-continuo.

59 Clasificación de los filtros
 Según el tipo de funcionamiento  Continuos  Semicontinuos  Sentido de flujo durante la filtración  De flujo ascendente  De flujo descendente  Tipo de medio filtrante y configuración del lecho    De una única capa  De doble capa  Multicapa  Control del flujo    A caudal constante  A caudal variable decreciente

60 Eliminación de la materia en suspensión en un filtro granular
por retención; por sedimentación; por intercepción; por adhesión; por floculación

61 Filtros gravitacionales lentos:
De importancia histórica significativa. Su uso ha declinado debido al alto costo de construcción y a las grandes áreas de filtración que se necesitan. El medio filtrante está constituido por arena no estratificada: Espesor, cm Tam. Efectivo, mm Coef. Uniform. Valor medio – – – 3.0 Valor usual Como soporte del medio filtrante se utiliza una capa de grava de 42 cm de espesor

62 Las tasas de filtración varían entre 2 y 4 L/m2/min
Los lechos son limpiados por remoción de la capa superior (3 – 5 cm) de arena. La carrera de este tipo de filtros varía entre 20 y 60 días. Su uso se limita a aguas con turbiedad baja, que no requiere de tratamiento previo. Son efectivos para la remoción de la mayor parte de los sólidos en suspensión, excepto para las arcillas finas y partículas coloidales, ya que éstas penetran en las capas inferiores de arena y no son removidas durante la limpieza.

63 Filtros gravitacionales rápidos:
Opera con tasas alrededor de 30 o más veces la de los filtros lentos. Por lo anterior, necesita limpiarse 30 veces más a menudo. Las tasas de filtración varían entre 80 a 120 L/m2/min, aunque la tendencia actual es diseñar filtros de alta tasa, por lo que es frecuente encontrar tasas de hasta 200 L/m2/min e incluso en algunos casos, mayores. El tamaño del filtro está determinado por: - la capacidad de la planta de tratamiento - el número de unidades (operación flexible) - el número de horas de funcionamiento de la planta

64 En general, las plantas grandes funcionan las 24 horas del día, mientras que las pequeñas operan 8 ó 16 horas. El número de horas de funcionamiento se obtiene del análisis comparativo del costo de almacenamiento versus el gasto de construir una planta de mayor capacidad y operarla en forma continua. El número mínimo de unidades suele ser cuatro, aunque plantas muy pequeñas pueden tener sólo dos filtros. La configuración de los filtros rápidos está determinada por los siguientes factores interrelacionados entre sí: Área filtrante Profundidad Métodos de lavado Métodos de control

65 Af = QD/R ii. Área Filtrante: Depende de tres factores:
El caudal de diseño (QD) La tasa máxima de filtración (R) El número de filtros (N) El Área filtrante se determina como: Af = QD/R La superficie de cada filtro es: A = Af/N

66 ii. Profundidad: Depende: - Del medio filtrante Del medio soportante Del sistema de drenaje inferior De la carga sobre el filtro Del método de retrolavado El medio filtrante es el material que, seleccionado y graduado, se coloca en una o varias capas dentro del filtro y a través del cual pasan las aguas a tratar. Puede estar constituido por varias clases de materiales, siendo el más común la arena de distintos tamaños y especificaciones. Hoy se usa también carbón activado en combinación con la arena, ya que tiene < densidad, por su forma tiene > retención e incrementa la adsorción de materia orgánica y bacterias

67 ii. Profundidad (cont.):
El medio soportante es aquél que soporta al medio filtrante. Está compuesto por gravas graduadas y sirven para recolectar el agua filtrada y encaminarla a la salida y para distribuir uniformemente el agua de lavado. El espesor de la capa de grava depende del sistema de drenaje que se utilice. El sistema de drenaje inferior tiene como función recolectar las aguas filtradas y distribuir las aguas de lavado. Existen diferentes tipo de sistemas, siendo los más usados los Laterales Perforados (malla de tubos paralelos) y las Placas Perforadas.

68 Lo anterior no es necesario con el cuarto método.
iii. Lavado del filtro: El lavado se realiza forzando agua ya tratada, generalmente a contracorriente. Los métodos comúnmente utilizados para el lavado de los lechos de medio granular incluyen: Lavado c/agua a contracorriente Lavado c/agua a contracorriente con agitación de la superficie Lavado c/agua a contracorriente y limpieza auxiliar c/aire Lavado a contracorriente combinado con limpieza c/aire y agitación de la superficie Con los tres primeros métodos es necesario fluidizar el medio para lograr una limpieza efectiva del lecho al final del ciclo. Lo anterior no es necesario con el cuarto método.

69 iv. Métodos de Control: Existen dos métodos básicos de operar un filtro, los cuales difieren principalmente en la caída de presión a través de él: Filtración a presión constante: Se aplica una presión constante a lo largo de toda la carrera del filtro. Al inicio, la tasa de filtración es alta, pero a medida que los poros se van obstruyendo, ésta comienza a disminuir y el caudal decrece. Filtración a caudal constante: A medida que el filtro se obstruye, se aumenta la presión de manera de tener siempre el mismo caudal

70 PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN FILTRO RÁPIDO
Retención de aire: Puede deberse a diferentes factores, entre los que cabe destacar: - Pérdida de carga negativa - Incremento de la temperatura - Presencia de algas Corrección: - Evitar pérdidas de carga negativa excesivas - Controlar el calentamiento - Eliminación de algas

71 PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO… (cont.)
Acumulación de fangos: Si las bolas de fango se forman principalmente por lodo y flóculos, permanecen en la superficie. Si están constituidas por arena, penetran en la grava, provocando grietas tanto en la superficie como en la grava. Corrección: - Rastrillarlas si se encuentran en la superficie - Uso de soda cáustica - Agitación mecánica o por aire

72 PROBLEMAS DE FUNCIONAMIENTO …(cont.)
Incrustaciones en la Arena: Se presenta: i) Cuando se utiliza cal puede producirse una cristalización de carbonato de calcio en el filtro, aumentando el tamaño de la arena. Corrección: Carbonatando el filtro. Esto se logra agre-gando alúmina en el sedimentador. El anhídrido carbónico resultante reacciona con el carbonato de calcio y lo retiene en la solución como bicarbonato. Otra forma consiste en introducir uno o más quemadores en el agua y quemar una mezcla apropiada de gas y aire a presión. ii) Por la acumulación de manganeso, la cual forma una capa negro-parduzca sobre los granos de arena. Corrección: Si es de origen mineral, se puede empapar el lecho con H2SO4. Si es de origen orgánico, puede emplearse soda cáustica.

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74 a. Filtro convencional, mo-nomedio, flujo descendente
b. Filtro convencional, bi-medio, flujo descendente c. Filtro convencional, mo-nomedio, de lecho profundo, flujo descendente d. Filtro de lecho profundo y flujo ascendente

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77 COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN
Partículas coloidales Muchas de impurezas presentes en el agua cruda, inclu-yendo los m.o. patógenos, los ácidos húmicos que son corrientemente responsables del color, los ácidos fúlvicos y los  complejos  arcilla-metal están en el rango del tamaño coloidal: 1 nm a 10 µm . Los coloides son partículas de tamaño intermedio entre los sólidos disueltos y las partículas suspendidas, que tarde o temprano decantan por efecto de la gravedad. Aunque las partículas coloidales son muy pequeñas, son lo  suficientemente grandes como para dispersar la luz, por lo que estas partículas comunican aspecto turbio u opaco al agua, a menos que estén muy diluidas.

78 Estabilización de las partículas coloidales:
Existen dos tipos de coloides con características :  1. Coloides hidrofílicos (termodinámicamente estables) Presentan afinidad por el agua. Se aíslan y evitan el contacto con otras partículas, rodeando su superficie con una capa de moléculas de agua (hidratación). Ejemplos: grasas, aceites, detergentes, jabones.  2. Coloides hidrofóbicos (termodinam. inestables) Presentan escasa tendencia a ser mojados. Deben su es- tabilidad a cargas eléctricas de superficie. Estas partícu- las cargadas, se rodean de una capa de iones de carga opuesta, llamados contra- iones, constituyendo una doble capa eléctrica (Capa de Stern). Ejemplo: m.o.

79 Dispersiones con pot. z < -14 mV, tienden a aglomerarse.
La caída del potencial en la doble capa suele llamarse Potencial Electrocinético o Potencial z. La estabilidad de la dispersión depende de los iones que el coloide adsorba. Casi todas las partículas coloidales, que estén dispersas en agua a pH entre 5 y 7, presentan carga negativa y su potencial z varía entre -14 y -30 mV. Dispersiones con pot. z < -14 mV, tienden a aglomerarse. Los mejores resultados de desestabilización se presentan cuando el potencial z es cercano a cero. Dependiendo de las características de los  tipos de con-traiones involucrados, el potencial z puede ser reducido de las siguientes formas: 1) Por la compresión del espesor de la doble capa debido a la incorporación de contraiones en la capa difusa 2) Por la adsorción específica del contraión sobre la superficie de la partícula, con la consecuente reducción en el potencial.

80 a) Diagrama de la distribución de cargas en la proximidad de la superficie de una partícula de hidróxido férrico en solución, obtenida por dispersión de FeCl3 en agua. b) Representación de Helmholtz de la superficie de la partícula, indicando la carga rsultante q, y la distancia que alcanza la acción eléctrica d (espesor de la llamada doble capa) c) Valores del potencial eléctrico inducido por la carga resulttante de la partícula, a distancia variable de su superficie. El potencial zeta es la diferencia de potencia entre el límite de la película líquida de solución rígidamente asociada a la partícula coloidal, y la masa de solución.

81 Definición de los términos:
 Coagulación Desestabilización, efectuada general-mente por adición de reactivos químicos. Por medio de mecanismos de agregación o de adsorción, anulan las fuerzas repulsivas.  Floculación Aglomeración de coloides "descar-gados", que resulta de diversas fuerzas de atracción entre partículas puestas en contacto, hasta alcanzar un grosor aproximado de 0,1 micra. COAGULANTE FLOCULANTE

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83 Coagulantes: Los coloides poseen una estabilidad que hace difícil que sedimenten por procesos naturales  aplicación de aglome-rantes o coagulantes para su desestabilización y agrupación, consiguiendo así una partícula de mayor tamaño y peso, la cual sí puede sedimentar por acción de la gravedad. Los principales coagulantes utilizados son sales metálicas: Alumbre o Sulfato de Aluminio Cal Cloruro férrico Sulfato férrico Sulfato ferroso La acción de estos compuestos es compleja y comprende: - La disolución de la sal - Formación de compuestos complejos del metal - Atrapamiento de partículas individuales en el precipitado.

84  FLOCULANTES ORGÁNICOS
 Polielectrolitos Naturales Proteínas Ácidos nucleicos Ácido péctico Ácido algínico Polisacáridos Polielectrolitos Sintéticos Aniónicos: Poliacrilamidas Ac. poliacrílicos Polimetacrilatos Poliacrilnitrilos Poliestireno sulfonado Ácidos polivinilsulfónicos Derivados de celulosa   No iónicos: Óx. de etileno polimerizado Poliacrilimidas Catiónicos: Poliacrilamidas Polietileniminas Polivinilpiridinas Polidialidimetilamonio

85  FLOCULANTES MINERALES
  Sílice activada Betonia Kieselguhr Algunas arcillas Carbonato de calcio precipitado Carbón activo en polvo

86 Determinación de coagulantes:
La cantidad de coagulantes no puede ser determinada en base a fórmulas estequiométricas o leyes químicas, debido a la diversidad de factores que intervienen en el proceso. Por lo anterior, se recurre a técnicas de laboratorio: Pruebas del Test de Jarras o Jar Test. Este procedimiento entrega información para: - Seleccionar el coagulante adecuado y dosificación de éste - Seleccionar el floculante adecuado y dosificación de éste - Determinación del pH óptimo - Determinación del punto de aplicación del coagulante, floculan te y ajuste de pH. - Optimización de la energía y tiempos de mezclado - Determinación de efectos de dilución del coagulante - Optimización del reciclaje de lodos - Otros

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88 METODOLOGÍA DE ECKENFELDER
Para la selección del coagulante, dosis y pH óptimo

89 Equipos para la coagulación - floculación
REACTOR TUBULAR: Es un reactor de flujo forzado. Se utiliza donde un coagulante, flocu-lante y/o un reactivo químico para corrección del pH, se dosifican en forma consecutiva para la remo-ción de DQO, DBO, Turbidez, Precipitantes, etc. El proceso se efectúa bajo condiciones optimiza-das, controladas y bien definidas, hasta 500 m3/min. por unidad.

90 REACTOR TUBULAR CON EQUIPOS ACCESORIOS
REACTOR CON AGITACIÓN En caso de que puntos críticos (energía de mezclado, TRH y gran capacidad) no puedan obtenerse en el reactor tubular, se utiliza un estanque continuo agitado. En general están diseñados ya sea para coagulación-floculación o para disolver aditivos químicos REACTOR TUBULAR CON EQUIPOS ACCESORIOS

91 TRATAMIENTOS SECUNDARIOS
TRAT. PRIMARIO TRAT. SECUNDARIO PRE-TRATAMIENTO TRAT. AVANZADO Sólidos de gran tamaño, arenas Sólidos suspendidos, grasas, etc. Biomasa NN Tratamientos Físicos Tratamientos Físicos y/o Químicos Tratamientos Biológicos Tratamientos Físicos, Químicos, Biológicos RIL AGUA TRAT.

92 Tratamientos biológicos
La clasificación de los tratamientos biológicos puede ser según: 1. UTILIZACIÓN DEL OXÍGENO Aerobio Anaerobio Mixto: Anaerobio - Aerobio

93 Tratamientos biológicos
2. DISPOSICIÓN DE LA BIOMASA Biomasa suspendida Biomasa adherida

94 Tratamientos biológicos
3. TIPO DE FLUJO Mezcla completa (agitados) Flujo pistón (no agitados)

95 Tratamientos biológicos
4. OPERACIÓN Por lotes (batch) Continua

96 Tratamientos biológicos
REACTOR AEROBIO (20 ºC) REACTOR ANAEROBIO (35 ºC) Lodo a tratar Lodo estabilizado 60 Kg DQO Kg DQO 100 Kg DQO Kg DQO 100 Kg DQO Kg DQO Electricidad para aireación Metano 31 m3 Calor Electricidad Máximo 195 KWH Máximo 78 KWH

97 Tratamientos biológicos
VENTAJAS de los procesos anaerobios frente a los aerobios:  Tratamiento directo de aguas altamente contaminadas a elevadas VCO’s. < Producción de lodos   costo de tratamiento y vertido de éstos. Producción de gas metano  energía útil. No necesita aireación  balance energético +. Preservación prolongada de los lodos, en forma activa. Estabilidad y facilidad de re-arranque. Baja necesidad de nutrientes.

98 Tratamientos biológicos
DESVENTAJAS de los procesos anaerobios frente a los aerobios:  Puesta en marcha delicada.  Puede resultar sensible a tóxicos y/o inhibitorios. de los efluentes a tratar.  Recuperación más lenta frente a sobrecarga.

99 Sistemas de Tratamiento Aerobios
Con biomasa suspendida Sistema de lodos activos Reactor batch secuenciado (SBR) Lagunas Con biomasa adherida Filtros percoladores Contactores biológicos rotatorios

100 Lodos Activos

101 Lodos Activos

102 Lodos Activos

103 Esquema de un Lodo Activo
Tanque Oxidación Sedimentador Secundario Purga de Lodo Reciclo Efluente V Q+a Q . X,S Qs Xs S Qp Xr S a Q Xr Q,S0

104 Requerimientos ambientales (m.o. aerobios)
Parámetros de Operación Requerimientos ambientales (m.o. aerobios) T>35ºC se produce deterioro de los flóculos

105 Transferencia de Oxígeno
Existen diversas formas de realizar la airea- ción, incrementándose la eficiencia mediante la utilización de oxígeno en vez de aire.   Para calcular el requerimiento de oxígeno, una de las relaciones más usadas es la fórmula de Eckenfelder: DO2 = K1 * DBO + K2 * SST donde DO2 es la demanda de oxígeno y K1 y K2 son constantes cuyos valores comunes son 0.53 y 0.15

106 LAGUNAS AEROBIAS AIREADAS FACULTATIVAS ANAEROBIAS

107 PARÁMETROS DE DISEÑO DE LAS LAGUNAS
Aerobia Aireada Facultativa Anaerobia Profundidad (m) 0.18 – 0.3 1.6 – 4.5 0.6 – 1.5 2.4 – 3.0 TRH (días) 2 – 6 2 -10 7 – 30 30 – 50 Carga DBO (kg/Há/d) 100 – 225 - 22 – 56 336 – 790 Remoción DBO (%) 80 – 95 85 – 99 75 – 85 50 – 70 Algas (mg(L) 100

108 LAGUNA FACULTATIVA

109 FILTROS PERCOLADORES  Llamados filtros aerobios, filtros percoladores o biofiltros.  En realidad son reactores de lecho fijo con la masa microbiana inmovilizada sobre la superficie de un soporte sólido, generalmente piedras.  Se piensa erróneamente que la depuración se debe a un proceso de filtración y no por una transformación biológica.  El problema es que se operan a velocidades de dilución mayores a las adecuadas, obteniendo eficiencias de depuración menores.  El agua es alimentada por goteo o por aspersión sobre el lecho, el cual no está inundado por lo que se requiere aireación adicional.

110 FILTROS PERCOLADORES (cont.)
 El tamaño de los orificios debe ser tal que evite la filtración.  La masa microbiana (bacterias principalmente, hongos algas y protozoos), se adhiere a la superficie del soporte.  Luego del biofiltro es necesario un sedimentador, para la masa microbiana que se desprende del soporte.  Si el reactor tiene una altura superior a los 3 m, se producen problemas estructurales al usar piedras comunes.

111 FILTROS PERCOLADORES (cont.)

112 FILTROS PERCOLADORES (cont.)

113 FILTROS PERCOLADORES (cont.)

114 FILTROS PERCOLADORES (cont.)

115 FILTROS PERCOLADORES (cont.)

116 FILTROS PERCOLADORES (cont.)

117 CONTACTORES BIOLÓGICOS O BIODISCOS

118 . La rotación también permite eliminar el exceso de m. o
 La rotación también permite eliminar el exceso de m.o. por los esfuerzos cortantes que se originan, manteniéndose en suspensión los sólidos arrastrados. Así, son transportados desde el reactor hasta el sedimentador secundario  La gran cantidad de m.o. adheridos permite resistir mejor las sobrecargas hidráulicas y orgánicas.

119 TRATAMIENTOS TERCIARIOS O AVANZADOS
RIL TRAT. PRIMARIO TRAT. SECUNDARIO PRE-TRATAMIENTO TRAT. AVANZADO AGUA TRAT. Sólidos de gran tamaño, arenas Sólidos suspendidos, grasas, etc. Biomasa NN Tratamientos Físicos Tratamientos Físicos y/o Químicos Tratamientos Biológicos Tratamientos Físicos, Químicos, Biológicos

120 TRATAMIENTOS TERCIARIOS
OBJETIVOS  El afino, que tiende a reducir más aún el contenido de materias en suspensión y materia orgánica.  La eliminación de fosfatos, para luchar contra la eutrofización de los cauces receptores.  La eliminación de los compuestos nitrogenados (nitrógeno orgánico, amoniacal, nitritos, nitratos).  La eliminación del color y los detergentes.  La desinfección, la eliminación de gérmenes patógenos y parásitos.

121 TRATAMIENTOS TERCIARIOS
Contenido de Nitrógeno No se produce disminución significativa en el tratamiento 2º. Contenido de Fósforo No es removido con eficiencia en el tratamiento 2º. La célula no es un buen metabolizador de fósforo (0,2% de fósforo en una célula). Es un potencial contaminante. Compuestos Orgánicos Recalcitrantes Por su estructura no son o son difícilmente degradados por microorganismos y no son removidos en el tratamiento secundario: Compuestos fenólicos, algunos detergentes

122 REMOCIÓN DE FÓSFORO Existen los tres tipos de tratamiento:  Físico
 Químico  Biológico  Químico: Coagulación Precipitación  Físico: Sedimentación  Biológico: Se han buscado y modificado cepas microbianas para que utilicen el fósforo, principalmente algas.

123 Eliminación química con cal
Ca(OH) H3PO4  Ca5OH(PO4)3  H2O Hidroxiapatita Altamente insoluble Cómo Opera: Efluente Tratado Sedimentador tubo Barro Precipitador agitado RIL

124 Precipitación ácida Al2(SO4)3 + 2 PO4=  2 AlPO4 + SO4-3
Se realiza en el mismo equipo

125 Efecto de los diferentes procesos y operaciones de tratamiento sobre la eliminación de fósforo

126

127 Posibles puntos de alimentación de reactivos para la eliminación de fósforo:
(a) antes de la decantación 1ª; (b) antes o a continuación del tratamiento biológico; (c) a continuación del tratamiento secundario; (d) en diferentes puntos de un proceso (conocido como “tratamiento desdoblado”)

128 (Patente, se elimina C y P)
AER ANA Ventajas y desventajas de los procesos biológicos de eliminación de fósforo Aerobio Cal Ana-erobio

129 SUSTANCIAS RECALCITRANTES
 Tratamiento Biológico Se han encontrado microorganismos que consumen algunas sustancias que se consideraban recalcitrantes.  Tratamiento Físico Adsorción en columnas de carbono activo. Es útil para compuestos fenólicos y aromáticos  Es un tratamiento relativamente barato  En aguas municipales no se aplica porque los niveles de recalcitrantes no son altos  Las sales entorpecen la recirculación del agua

130 Ejemplo de planta para eliminación de materia orgánica recalcitrante
donde: P: Tanque precipitación S: Sedimentador A: Torre de aireación C: Torre de adsorción H: Horno calcinador

131 REMOCIÓN DE NITRÓGENO AMONIACO
 Tóxico para especies animales, altamente tóxico a bajas concentraciones de O2.  Peces: 19,6 mg/L de amoniaco total (pH 7.5, 5 ºC) 0,12 mg/L de amoniaco total (pH 8.5,30 ºC)  Microorganismos: 200 mg/L de amoniaco total  Oxidación hasta nitrato provoca disminución del O disuelto (4,2 g O2/g N2 oxidado).  Da lugar a nitratos y nitritos.

132 NITRITOS Y NITRATOS  Metahemoglobinemia:  nitritos > 10 mg/L
 Formación de nitrosamidas y nitrosaminas  Reproducción animal  Problemas cardíacos  Desnitrificación  NO, N2O.

133 TRATAMIENTOS FÍSICO – QUÍMICOS PARA LA ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO
Procedimiento Contaminantes Eliminados Osmosis Inversa Nitrógeno, DBO, DQO, SS, Fósforo Filtración a través de membrana Nitrógeno, DQO, Fósforo, Turbidez, Alcalinidad Intercambio Iónico Nitrógeno, Fósforo Desorción Nitrógeno TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS PARA LA ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO Procedimiento Contaminantes Eliminados Nitrificación – Desnitrificación DQO, Nitrógeno, Fósforo Producción de algas Nitrógeno, Fósforo Inmovilización de microorganismos

134 INTERCAMBIO IÓNICO  El agua residual se hace pasar a través de una resina y durante el contacto, iones contaminantes se intercambian por otros no contaminantes contenidos en la resina.  Resinas aniónicas  fosfato, nitrito, nitrato  Resinas catiónicas  amonio  Ejemplo: R - Cl + NaNO R - NO3 + NaCl  Problemas  Resina con alta selectividad y la pierde con uso prolongado.  Eliminación del ion en la etapa regeneradora.

135 Diagrama de flujo para la eliminación de amoníaco por intercambio con zeolitas y desorción

136 DESORCIÓN  Se emplea para transferir uno o más componentes volá tiles de una mezcla líquida a un gas.  Utilizado para eliminar gases disueltos: H2S, CO2 y NH3.  Amoniaco:  Requiere adición de álcali.  Se utiliza aire. Equipos utilizados en la eliminación de amoniaco: Balsas de estabilización. Sistemas con aire difundido. Equipos de aireación con agua en cascada o lluvia

137 P > P osmótica 20 - 25 atm (aguas salobres)
OSMOSIS INVERSA  Especies iónicas (amonio, nitrato, fosfato), presentes en aguas residuales son retenidas por una membrana semipermeable que permite el paso selectivo de éstas. Es en contra del gradiente de concentración. P > P osmótica atm (aguas salobres)  Membrana poco selectiva.  Significante reducción del contenido mineral.  Se logra eliminar:  más del 80% de amonio  más del 50% de nitrato  más del 50% de fosfato

138 El diseño tubular emplea una membrana de acetato de celulosa contenida enteramente en la superficie interior de un tubo soporte El agua alimentada fluye a través del tubo, el líquido purificado pasa a través de la membrana tubular y los contaminantes que permanecen dentro del tubo se descargan en el extremo opuesto Varias unidades de membranas de tubo se conectan en paralelo dentro de un recipiente con tubos múltiples para alimentación, concentrado y producto

139 TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS DE COMPUESTOS INORGÁNICOS
Crecimiento de plantas en terrenos tipo pantanos (wetland) Crecimiento de plantas en terrenos normales Biodegradación por m.o. específicos o tratamiento anaerobio Caso especial: Lixiviación bacteriana