Ingeniería Sanitaria Unidad 1: Introducción

Esquema de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas

Objetivo del Tratamiento de Aguas Servidas Proteger la salud humana y el ecosistemas mediante la remoción o mitigación de las sustancias contaminantes en las aguas servidas a tratar. ¿Remoción? ¿Mitigación?

Definición de la Contaminación de un Curso de Agua Un curso de agua se considera como contaminado o polucionado, cuando la composición o el estado de sus aguas son directa o indirectamente modificadas por la actividad del hombre, en una medida tal, que disminuye la facilidad de utilización para todos aquellos fines, o algunos de ellos, a los que podrían servir en estado natural. Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz

Efectos de la Contaminación de un Curso de Aguas Destrucción de los limitados recursos hidráulicos. Disminución de la calidad de agua para abastecimiento de población, o uso para riegos o industria. Todos estos usos tienen sus limitaciones cualitativas. Supresión del poder autodepurador de los cauces recetores con destrucción de su fauna y flora, imposibilitando, o dificultando al menos, su utilización. Afecta a los asentamientos urbanos e industriales, a los amantes de la pesca y de los deportes, así como a los simples visitantes que buscan el esparcimiento en la naturaleza. Es un peligro potencial que atañe directamente a la salud pública, influyendo sobre la economía de la sociedad o sobre su recreo y esparcimiento. Exige un control riguroso y tratamiento adecuado la utilización de agua con un cierto grado de contaminación. Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz

Terminología de Tratamiento de Aguas Servidas Bio-sólidos: Los restos de las bacterias que degradan solubles, después de la digestión. Caracterización de las aguas servidas: Todos los parámetros usados para caracterizar biológicamente, físicamente y químicamente la composición de las aguas servidas (se vera más profundamente en el capítulo 2). Nota: Constituyentes, en vez de contaminantes, impurezas o sustancias toxicas.

Terminología de Tratamiento de Aguas Servidas Desinfección: Reducción de microorganismos que causan enfermedades (patógenos) Efluente: Liquido descargado desde la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS) Fuente no puntual: Fuentes de origen múltiples (en contraste con una cañería o un outfall) Nutriente: Elemento esencial para el crecimiento (N, P, C) Recuperación (Reclamation): Tratamiento para su subsiguiente re-uso. Lodo: Solidó removido del tratamiento de aguas servidas antes a su estabilización Estabilización: Digestión anaeróbica y deshidratación de los sólidos.

Regulación de Aguas Servidas (Historia) 1900-1970: Objetivos Remoción de Sólidos (SST: Sólidos Suspendidos Totales) Oxidación de orgánicos biodegradable (DBO) Eliminación de patógenos 1972: Clean water act CWA (P.L. 92-500) Objetivos: Aguas en que se puede nadar y pescar en los EEUU. 1970-1980: Objetivos: Remoción en dirección de la estética y medioambiente Remoción de N y P 1980 a la actualidad: Objetivos Remoción de componentes que causan impactos a largo plazo en la salud y medioambiente. (WQA 1987) Control de olores (CAA 1990 revisión) Bio-Sólidos 40 CFR 1993

Regulación de Aguas Servidas (Chile) DS 609 DS 609 DS 90 Infiltración DS 46

Tarea Leer: Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 1 DS 609, DS 90 y DS 46 Archivos en pagina del curso Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 1

Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana Respecto a las aguas residuales nos hacemos las siguientes preguntas: ¿Cuáles son sus orígenes? ¿Cuáles son sus características?

Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz

Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana La contaminación de los causes superficiales es debido a: Descarga directa de residuos industriales líquidos (riles) Descargas de aguas servidas domésticas sin previo tratamiento Descargas derivadas de actividades agrícolas o forestales (Agua superficiales y/o subterráneas )

Caracterización España (Valores en mg/l) Parámetro Contaminación Fuerte Contaminación Media Contaminación Ligera Sólidos totales (S.T.) 1000 500 200 Volátiles (S.T.V.) 700 350 120 Inorgánicos (S.T.I.) 300 150 80 Sólidos en suspensión totales (S.S.) 100 Volátiles (S.S.V.) 400 250 70 Inorgánicos 50 30 Sólidos sedimentadles totales (S.s.) 180 40 Volátiles (S.s.V.) 72 16 Inorgánicos (S.s.I.) 108 24 Sólidos disueltos totales (S.D.) Volátiles (S.D.V.) Inorgánicos (S.D.I.) D.B.O5 a 20ºC DQO 800 450 160 Oxígeno disuelto (O.D.) 0.1 0.2 Nitrógeno total (N.) 86 25 Nitrógeno orgánico (.) 35 20 10 Amoníaco libre (N-NH4) 15 Nitritos (N-NO2) 0.10 0.05 0.00 Nitratos (N-NO3) 0.40 0.20 Fósforo total (P) 17 7 2 Cloruros 1750 pH 6-9 Grasas Caracterización España (Valores en mg/l)

Características de las Agua Residual Urbana (EE.UU.) Parámetro Baja Media Alta Sólidos, totales (TS), mg/L Total disueltos (TDS), mg/L Total suspendidos (TSS), mg/L Sólidos Sedimentables, mg/L DBO5, mg/L COT, mg/L DQO, mg/L Nitrógeno (total as N), mg/L Orgánico, mg/L Amoniaco libre, mg/L Nitritos + nitratos, mg/L Fósforo (total as P), mg/L Inorgánico, mg/L Cloruros, mg/L Sulfate, mg/L Alcalinidad, mg/L as CaCO3 Grasas, mg/L Coniformes Totales, no/100 mL 350 250 100 5 110 80 20 8 12 4 1 3 30 50 106~107 720 500 220 10 160 40 14 25 107~108 1200 850 400 290 1000 85 35 15 200 150 107~109

Contaminación del Agua Contaminación de origen: Física Química Biológicas

Contaminación del Agua (Física) Sólidos Suspendidos: Flotables Sedimentables: al termino de movimiento Coloidales: precipitan después de coagulación o floculación Radiación: Actividades humanas pueden contaminar el agua con isótopos radiactivos Temperatura: Muerte de vida acuática (peces y algas) Color: Dificultad de establecer el tipo de contaminación u origen. Olor y Sabor Fenoles, hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición, esencias liberadas por algas u hongos, sales minerales Turbiedad

Contaminación del Agua (Química) Orgánicos Contaminantes orgánicos demandantes de oxígeno: Aguas residuales domésticas, estiércol, residuos alimenticios y algunos residuos industriales. Compuestos orgánicos refractarios: Plaguicidas, plásticos, detergentes, residuos industriales y aceites. Proteínas, carbohidratos, lípidos, agentes tensoactivos, fenoles, pesticidas

Contaminación del Agua (Química) Inorgánicos Cloruros, Alcalinidad, Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Metales Pesados y Minerales tóxicos Nitrógeno y fósforo : en exceso causa de eutrofización Cationes, Aniones, Neutros Sólidos Disueltos (Cationes) Sodio: indica salinidad Calcio y magnesio: están relacionados con la dureza del agua Amonio: contaminación con fertilizantes y heces Metales pesados: de efectos muy nocivos; se bio-acumula en la cadena trófica; (se estudian con detalle en el capítulo correspondiente)

Contaminación del Agua (Química) Sólidos Disueltos (Aniones) Cloruros: indican salinidad Nitratos: indican contaminación agrícola Nitritos: indican actividad bacteriológica Fosfatos: indican detergentes y fertilizantes Sulfuros: indican acción bacteriológica anaerobia (aguas negras, etc.) Cianuros: indican contaminación de origen industrial Fluoruros: en algunos casos se añaden al agua para la prevención de las caries, aunque es una práctica muy discutida.

Contaminación del Agua (Química) Gases Oxigeno: (DBO5 demanda biológica de oxígeno) Anhídrido carbono Acidificación (Ca+2 y Mg+2) Metano Sulfuro de hidrógeno: Gas con olor a huevos podridos. Degradación anaeróbica de materia orgánica.

Contaminación del Agua (Química) pH: El cambio de pH del agua puede ser un indicador de contaminación del agua ácido sulfúrico procedente de algunos minerales, ácidos húmicos disueltos del provenientes del suelo

Contaminación del Agua (Química) Fuente: http://robotics.nasa.gov/courses/fall05/P1010176.JPG&imgrefurl=http://robotics.nasa.gov/courses/fall05/&h=480&w=640&sz=65&hl=en&start=5&tbnid=AKQF6-Rs-hIYMM:&tbnh=103&tbnw=137&prev=/images%3Fq%3Drio%2Btinto%26svnum%3D10%26hl%3Den%26rls%3DGWYE,GWYE:2006-50,GWYE:en%26sa%3DN

Contaminación del Agua (Biológica) Bacterias: Cólera: Diarreas y vómitos intensos, deshidratación (mortal si no se trata adecuadamente) Tifus: Fiebres, diarreas y vómitos (inflamación del bazo y del intestino) Disentería: diarrea (produce la muerte de muchos niños en países poco desarrollados). Virus: Hepatitis: Inflamación del hígado e ictericia (puede causar daños al hígado) Poliomielitis: Dolores musculares intensos. Debilidad. Temblores. Parálisis. Puede ser mortal Protozoos: Disentería amebiana Diarrea severa, escalofríos y fiebre. Puede ser grave si no se trata Gusanos: Esquistosomiasis Anemia y fatiga continuas Hongos:

Tarea Leer apuntes de DBO, DQO y Sólidos Archivos en pagina del curso Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 3.1

Parámetros de Calidad del Agua Materia Orgánica Demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) Demanda química de oxigeno (DQO) Carbón orgánico toral (COT) Compuestos tóxicos Contaminantes Aceites y Grasas (Fat, oil and Grease FOG) Materia Inorgánica pH, Cloruros, alcalinidad, nitrógeno (Nitrógeno Total Kjedahl (TKN), amoniacal, nitrito y nitrato), fósforo y sulfatos. Bio-ensayos

Bio-ensayo (Bioassay) Brachionus calyciflorus Mysidopsis bahia, female, approx. 6 mm in length Ceriodaphnia dubia

La Depuración y sus Rendimientos Procesos: La depuración consiste en la eliminación de los contaminantes e impurezas que se encuentran en las aguas a tratar (nuestro caso aguas servidas o industriales). Los procesos de depuración van a depender del tipo de afluente a tratar y se pueden clasificar: Procesos físicos Procesos químicos Procesos biológicos

Procesos Físicos Desbaste: rejillas, tamices o filtración mecánica Desengrasado: remover grasas, aceites y material flotante del agua. Sedimentación: remover sólidos sedimentables que se encuentren en suspensión (ρs > ρw). Flotación: remover materia en suspensión de menor densidad que el agua (ρs < ρw). Evaporación: concentrar material Absorción: remover micro-contaminantes, como color, fenoles, etc.

Procesos Químicos Floculación y coagulación: remover partículas en suspensión no sedimentables. Neutralización: ajuste de pH. Oxidación Reducción: (ejemplo utilización de hierro para eliminar cromo) Intercambio iónico: eliminación de cobre, zinc, plomo, etc.

Procesos Primario

Procesos Secundarios

Procesos Terciarios

Tratamiento de Lodos

Rendimientos Proceso de Depuración % de Remoción DBO Sólidos Suspendidos B. Coli Cloración del agua bruta o sedimentada 15 - 30 -- 90 - 95 Depuración Primaria - Sedimentación 25 - 40 40 - 70 25 - 55 Depuración Secundaria – Precipitación Química 50 - 75 70 - 85 40 - 60 Depuración Secundaria – Lechos bacteriano de alta velocidad, precedido y seguido de sedimentación 65 - 85 65 -90 80 Depuración Secundaria – Lechos bacteriano de baja velocidad, precedido y seguido de sedimentación 80 – 92 70 - 92 90 Depuración Secundaria – Lodo activado de alta carga, precedido y seguido de sedimentación 65 – 85 65 – 90 Depuración Secundaria – Lodo activado convencional, precedido y seguido de sedimentación 75 – 92 85 – 92 Depuración Terciaria 92 – 98 93 – 98 Cloración del agua tratada biológicamente 98 - 99

Selección del Tipo de Proceso Necesita un conocimiento teórico y experiencia practica Elementos principales del análisis: Desarrollar un diagrama de flujo del proceso Establecer los criterios de diseño y tamaños de las unidades de tratamientos Preparación de un balance de masa y sólidos Evaluación de los requerimientos hidráulicos (eje hidráulico) Consideraciones de sitio a construir Expansión o mejoramiento de plantas existentes Compatibilidad con la instalación existente Requerimientos de la nueva operación; procedimientos y entrenamiento para la operación y manejo de las nuevas unidades.

Consideraciones de Diseño Costo inicial y costo anual de manejo y operación Orden de magnitud estimada para del análisis conceptual Estimación del presupuesto (durante la fase de diseño preliminar) Presupuesto definitivo derivado del proyecto definitivo (planos y especificaciones) Medio Ambiente: Declaración de impacto ambiental Equipamiento (disponibilidad) Requerimientos de personal Energía y recursos necesarios

Planificación de Proyecto Diseño de la planta: definir problemas, identificar vida útil (usualmente > 20 años), definir/desarrollar/analizar alternativas de tratamiento/sistemas de disposición, seleccionar plan y planificación de la implementación (financiamiento y cronograma) Diseño: conceptual, preliminar, y diseño final con un estudio piloto Value engineering: revisión intensiva del proyecto por expertos (1/3 a 2/3 del tiempo presupuestado). Construcción: comprensión de la forma en que se va integrar la nueva instalación al sitio, claridad en la calidad especificaciones técnicas/materiales, cronograma de trabajo y prevención de riesgos Puesta en marcha y operación: Manual de operación y mantenimiento

Futuro del Tratamiento de Aguas Servidas Son tres áreas claves: Infraestructura antigua: ampliar y mejorara Re-uso de las aguas tratadas: escasez de aguas a nivel nacional. Bio-sólidos: escasez de vertederos y posibles usos