Ingeniería Sanitaria Unidad 1: Introducción. Esquema de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas.

Presentación del tema: "Ingeniería Sanitaria Unidad 1: Introducción. Esquema de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas."— Transcripción de la presentación:

1 Ingeniería Sanitaria Unidad 1: Introducción

2 Esquema de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas

3 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?

4 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

5 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

6 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.

7 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.

8 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

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

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

11 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?

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

13 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 )

14 ParámetroContaminación FuerteContaminación MediaContaminación Ligera Sólidos totales (S.T.)1000500200 Volátiles (S.T.V.)700350120 Inorgánicos (S.T.I.)30015080 Sólidos en suspensión totales (S.S.)500300100 Volátiles (S.S.V.)40025070 Inorgánicos1005030 Sólidos sedimentadles totales (S.s.)25018040 Volátiles (S.s.V.)1007216 Inorgánicos (S.s.I.)15010824 Sólidos disueltos totales (S.D.)500200100 Volátiles (S.D.V.)30010050 Inorgánicos (S.D.I.)20010050 D.B.O 5 a 20ºC300200100 DQO800450160 Oxígeno disuelto (O.D.)00.10.2 Nitrógeno total (N.)865025 Nitrógeno orgánico (.)352010 Amoníaco libre (N-NH 4 )503015 Nitritos (N-NO 2 )0.100.050.00 Nitratos (N-NO 3 )0.400.200.10 Fósforo total (P)1772 Cloruros175010015 pH6-9 Grasas40200 Caracterización España (Valores en mg/l)

15 Características de las Agua Residual Urbana (EE.UU.) ParámetroBajaMediaAlta Sólidos, totales (TS), mg/L Total disueltos (TDS), mg/L Total suspendidos (TSS), mg/L Sólidos Sedimentables, mg/L DBO 5, 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 Orgánico, mg/L Inorgánico, mg/L Cloruros, mg/L Sulfate, mg/L Alcalinidad, mg/L as CaCO 3 Grasas, mg/L Coniformes Totales, no/100 mL 350 250 100 5 110 80 250 20 8 12 0 4 1 3 30 20 50 10 6 ~10 7 720 500 220 10 220 160 500 40 14 25 0 8 3 5 50 30 100 10 7 ~10 8 1200 850 350 20 400 290 1000 85 35 50 0 15 5 10 100 50 200 150 10 7 ~10 9

16 Contaminación del Agua Contaminación de origen:  Física  Química  Biológicas

17 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

18 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

19 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)

20 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.

21 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.

22 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

23 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 (Química)

24 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:

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

26 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

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

28 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

29 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 (ρ s > ρ w ). Flotación: remover materia en suspensión de menor densidad que el agua (ρ s < ρ w ). Evaporación: concentrar material Absorción: remover micro-contaminantes, como color, fenoles, etc.

30 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.

31 Procesos Primario

32 Procesos Secundarios

33 Procesos Terciarios

34 Tratamiento de Lodos

35 Rendimientos Proceso de Depuración% de Remoción DBOSólidos Suspendidos B. Coli Cloración del agua bruta o sedimentada15 - 30--90 - 95 Depuración Primaria - Sedimentación25 - 4040 - 7025 - 55 Depuración Secundaria – Precipitación Química50 - 7570 - 8540 - 60 Depuración Secundaria – Lechos bacteriano de alta velocidad, precedido y seguido de sedimentación 65 - 8565 -9080 Depuración Secundaria – Lechos bacteriano de baja velocidad, precedido y seguido de sedimentación 80 – 9270 - 9290 Depuración Secundaria – Lodo activado de alta carga, precedido y seguido de sedimentación 65 – 8565 – 9080 Depuración Secundaria – Lodo activado convencional, precedido y seguido de sedimentación 75 – 9285 – 9290 Depuración Terciaria92 – 9893 – 98 Cloración del agua tratada biológicamente98 - 99

36 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.

37 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

38 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

39 Futuro del Tratamiento de Aguas Servidas Son tres áreas claves: 1. Infraestructura antigua: ampliar y mejorara 2. Re-uso de las aguas tratadas: escasez de aguas a nivel nacional. 3. Bio-sólidos: escasez de vertederos y posibles usos