TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALES

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1 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALES UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA CATEDRA INTERNACIONAL 2008 ING. CARLOS JULIO COLLAZOS

2 CONTENIDO 2.1. Introducción 2.2. Clasificación de los sistemas de tratamiento 2.3. Tratamientos preliminares 2.4. Tratamientos primarios 2.5. Tratamientos secundarios 2.6. Tratamiento de lodos

3 2.1. Introducción Situación del sector en Colombia, América Latina y El Caribe

4 POBREZA URBANA Y SANEAMIENTO Porcentaje de pobreza urbana por país en ALC Porcentaje de pobres en áreas urbanas Más de 60% Entre 40 y 60% Menos de 40% No disponible Fuente: OMS/OPS

5 Diagnóstico (Fuente: Latinosan 2007) Se estima que el 41% de la población mundial (2600 millones de habitantes) no tiene acceso al saneamiento básico En América Latina en el 2004, el 14% de la población urbana (60 millones de personas) y el 51% de la población rural (65 millones de personas) carecían de sistemas de saneamiento El año 2008 ha sido declarado por las naciones Unidas como el año internacional del saneamiento La meta del milenio, busca reducir a la mitad el número de habitantes sin acceso al saneamiento básico para el año 2015

6 Disposición urbana de aguas residuales en América Latina (1998) Disposición in situ 27% Alcantarillado ( 600 m 3 /s) 63% Sin servicio 10% Agua residual tratada 14% (con tratamiento aceptable 6%) 600 m 3 /s 86% sin tratamiento 516 m 3 /s OPS, 2001 ríos, agricultura y mares

7 BALANCE EN LA PRODUCCIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNCIPALES EN COLOMBIA 20% conducidas a PTARs. PRODUCCIÓN DIARIA DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS 8% efectivamente tratado SEIS (6) MILLONES DE M 3. 80% vertidos sin tratamiento al suelo, ríos, quebradas, lagos y el mar. Fuente: MAVDT

8 Esquema de uso tradicional del agua en América Latina Recurso hídrico Aguas Residuales AGRO CIUDAD CEPIS/OPS

9 Esquema tendencia actual en América Latina Recurso hídrico AGRO CIUDAD Aguas Residuales Reuso CEPIS/OPS TRATAMIENTO ADECUADO

10 2.1. Introducción Objetivos y gradualidad del tratamiento

11 PROPOSITOS DEL TRATAMIENTO Dependen del destino final y pueden ser, básicamente: Separar o remover del vertimiento los constituyentes indeseables Modificar las propiedades fisicoquímicas o biológicas del residuo con el fin de alcanzar niveles compatibles con los requerimientos de la descarga

12 GRADUALIDAD Dentro de una concepción racional del tratamiento es lógico contemplar un proceso de gradualidad en la implementación de las soluciones (etapas): Inicialmente podría considerarse: - Acondicionamiento - Remoción de Sólidos Suspendidos - Remoción de DBO soluble - Remoción de patógenos

13 GRADUALIDAD Posteriormente: - Remoción de Nitrógeno - Remoción de fósforo Finalmente: - Remoción de metales pesados - Remoción de sustancias refractarias - Remoción de otras sustancias disueltas

14 2.2. Clasificación de los sistemas de tratamiento Criterios de selección

15 Criterios de selección Para la selección de los procesos de tratamiento es necesario observar las siguientes consideraciones: Características del agua a tratar Grado de tratamiento requerido según el destino final Disponibilidad de espacio Costos: Capital y O & M

16 2.2. Clasificación de los sistemas de tratamiento Tipos de tratamiento

17 Clasificación por el tipo de proceso En general, los procesos de tratamiento están categorizados como transporte de momento, masa o calor o una combinación de los mismos. Por esa razón se clasifican en: Procesos Físicos Procesos Químicos Procesos Biológicos

18 Clasificación por el grado de tratamiento En atención a un orden de gradualidad, un proceso de tratamiento se puede implementar secuencialmente de la siguiente manera: Preliminar E = 5% Primario E = 30 50%% Secundario E = 80 95%% Terciario o avanzado

19 2.3. Tratamientos preliminares Cribado

20 Cribado Función y características Rejas o rejillas de barras metálicas paralelas e igualmente espaciadas Su función es retener sólidos gruesos que floten o que se encuentren suspendidos en el agua Pueden ser de limpieza manual (gruesas) o de limpieza mecánica (finas) Fuente: COMARCO

21 Cribado Especificaciones de las rejas TIPO DE REJA ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS (m.m.) Gruesa 40 hasta 100 Media 20 hasta 40 Fina 10 hasta 20 Muy fina (rotatoria) 0,25 hasta 2,5 CARACTERÍSTICAS Espaciamiento entre barras de la rejilla (mm) Velocidad mínima de aproximación (m/s) Velocidad mínima entre barras (m/s) Fuente: Ministerio de Desarrollo DE LIMPIEZA MANUAL DE LIMPIEZA MECÁNICA

22 2.3. Tratamientos preliminares Desarenadores

23 Desarenadores Características y función Estructuras destinadas a remover arenas y otros guijarros presentes en las aguas residuales Los desarenadores pueden ser rectangulares o circulares; de flujo horizontal o helicoidal; aireados o no; de limpieza manual o mecánica Foto: PTAR El Salitre, Bogotá - Colombia Foto: PTAR Breda, Holanda Tienen como función prevenir la abrasión de equipos mecánicos, evitar la sedimentación de arenas en tuberías, canales y tanques ubicados aguas abajo

24 Desarenadores Especificaciones Parámetros de diseño para desarenadores rectangulares de flujo horizontal PARÁMETRO UNIDAD VALOR INTERVALO TIPICO Tiempo de retención hidráulico s Velocidad horizontal m/s 0,24-0,40 0,3 Velocidad de sedimentación para remover: - Material tamiz # 50 (0,30 mm) m/s 2,80-3,10 2,9 - Material tamiz # 100 (0,15 mm) m/s 0,60-0,90 0,75 Longitud adicional por aumento en turbulencia a la entrada y la salida % FUENTE: CRITES Y TCHOBANOGLOUS (2000)

25 Desarenadores Especificaciones Parámetros de diseño para desarenadores aireados PARÁMETRO UNIDAD INTERVALO VALOR TIPICO Tiempo de retención para caudal pico min 2-3 3,0 Dimensiones: -Profundidad m 2,1-4,9 3,0 - Longitud m 7,6-19,8 12,2 -Ancho m 2,4-7,0 3,7 Relación ancho - profundidad Razón 1:1 a 5:1 1,5:1 Relación largo - ancho Razón 3:1 a 5:1 4:1 Suministro de aire por m de longitud m 3 /min*m 0,28-0,74 0,46 FUENTE: CRITES Y TCHOBANOGLOUS (2000)

26 2.3. Tratamientos preliminares Homogenización (igualación)

27 Homogenización Función Son tanques que sirven para regular o disminuir los efectos de la variación del flujo o de la concentración de las aguas residuales Estos tanques son indispensables en el tratamiento de las aguas residuales industriales y a veces se utilizan en las instalaciones municipales Un tanque de igualación es un depósito de cualquier forma con capacidad suficiente para contener el flujo de agua que sobrepasa un determinado valor. El procedimiento de calculo se basa en establecer un balance de masa a intervalos regulares de tiempo Fuente: Toprak

28 2.4. Tratamientos primarios Sedimentación

29 Sedimentación Primaria Función y características La sedimentación es un proceso físico que aprovecha la diferencia de densidad y peso entre el líquido y las partículas suspendidas Los sólidos, más pesados que el agua, precipitan produciéndose su separación del líquido La sedimentación primaria aplica para partículas floculentas (con o sin coagulación previa) Los sedimentadores pueden ser circulares o rectangulares

30 Sedimentadores Primarios Criterios Parámetros de diseño para sedimentadores rectangulares TIPO DE TRATAMIENTO CARGA SUPERFICIAL, m/d Caudal promedio Caudal pico Profundidad (m) Carga sobre el vertedero (L/s.m) Tiempo de retención (h) % de remoción DBO SS Primario seguido de tratamiento secundario ,4-5,8 1,5-2, Primario con lodo activado de desecho ,4 5,8 1,5-2, Primario ,1-3,6 1,4-5, Fuente: Romero, 2005

31 2.4. Tratamientos primarios Flotación

32 Flotación Función y características Es un proceso utilizado para la separación de partículas sólidas o líquidas en un medio líquido La separación se consigue por flotación simple o introduciendo burbujas muy finas de aire en la masa líquida para que arrastren las partículas suspendidas hacia la superficie (DAF) En el tratamiento de las aguas residuales se utiliza para remover aceites y grasas y también para aglutinar sólidos suspendidos Flotación sin recirculación La flotación con aire se puede aplicar con o sin recirculación Flotación con recirculación Fuente: FAO

33 Flotación DAF Parámetros de diseño Sistema de presión: 3 a 5 atm Caudal de recirculación: % Carga superficial: m 3 /m 2.d Tiempo de retención: minutos Relación aire/sólidos: kg/kg

34 2.5. Tratamientos secundarios Sistemas de biomasa en suspensión Lodos activados

35 Lodos activados Características Desarrollado por Ardern y lockett en Inglaterra en 1914 El nombre del proceso se deriva de la formación de una masa de microorganismos activos capaz de estabilizar un desecho orgánico bajo condiciones aerobias Esquema básico reactor - sedimentador El ambiente aerobio se logra mediante aireación difusa o mecánica en un tanque de aireación Fuente: Toprak Después de tratado el residuo en el tanque de aireación, la biomasa es separada en un sedimentador secundario. Parte de la misma se recircula al reactor

36 Lodos activados Tanque de aireación Aireación difusa Aireación mecánica

37 Variantes del proceso y sus aplicaciones MODALIDAD Convencional Mezcla Completa Aireación por Pasos Estabilización por Contacto Aereación Extendida Proceso Kraus APLICACION Aguas residuales domésticas de baja o media concentración, admite cargas de choque, aunque con algunas restricciones. Aplicación general, resistente a cargas de choque Aplicación general para un amplio rango de desechos Ampliación de sistemas existentes, Plantas compactas, flexible Pequeñas comunidades, plantas compactas, flexible, aereadores superficiales Bajo en nitrógeno, residuos de elevada concentración

38 Parámetros de diseño (típicos) PROCESO VARIANTE θc [ d ] F/M [kg DBO/kg SVLM.d] COV [kg DBO/m 3.d ] X [g/l SSV] θ [h] R [%] Convencional Mezcla completa Aireación extendida Zanjas de oxidación Convenciones: Edad de lodos: θc ; F/M: Relación Alimento/Microorganismos Carga Orgánica Volumétrica: COV ; X = SSVLM (sólidos suspendidos en licor mezclado Tiempo de Retención Hidráulico: θ ; Tasa de Recirculación (%): R

39 Diagrama básico de una planta convencional de lodos activados In fluente Interce ptor TRATAMIENTO PRELIMINAR Rejas Bomb eo Desa renad or Basu ras TRATAMIENTO PRIMARI O Sedimentador Pr imario Lodos A ctivados T RATAMIENTO SECUNDARIO Tanques de Aireación Espesamiento Sedimentador Secundario Efluente Río Medellín Línea de A guas Línea de Lodos Basuras Gas Metano Recuperación de Energía Deshidratación Digestor Anaeróbico Biosólid os 7 Retorno de Lodos Procesos bioló gicos Inhibidos por tó xicos MA NEJO DE SÓLIDOS Fuente EPM, PTAR San Fernando

40 2.5. Tratamientos secundarios Sistemas de biomasa adherida

41 Sistemas de biomasa adherida - fundamentos En los sistemas de tratamiento con biomasa adherida los microorganismos se encuentran pegados a un medio de soporte que puede ser de plástico, piedra o cualquier otro material inerte Diferentes medios Dependiendo de las condiciones ambientales que rodean el medio de soporte, los sistemas de biomasa adherida pueden ser aerobios o anaerobios

42 Sistemas de biomasa adherida Ejemplos de aplicación Filtro percolador Biorotores o biodiscos Fuente: IWK

43 Filtros percoladores Parámetros de diseño TIPO H (m) CARGA HIDRAULICA m 3 /m 2.d CARGA ORGANICA kg DBO/m 3.d TIPO DE RELLENO EFICIENCIA Remoción DBO (% ) R POTENCIA Kw/10 3 m 3 Baja carga Piedra Carga intermedia Piedra Alta carga Piedra Alta carga Plástico Desbaste > 1.5 Piedra o plástico Fuente: Metcalf & Eddy

44 Biorotores Parámetros de diseño PARAMETRO UNIDAD REMOCION DE DBO UNICAMENTE REMOCION DE DBO Y NITROGENO Carga hidráulica m 3 /m 2.d Carga orgánica g DBO s /m 2.d g DBO t /m 2.d Carga máxima en la 1ª etapa g DBO s /m 2.d g DBO t /m 2.d Carga de NH 3 g N/m 2.d TRH h Efuente de DBO mg/l Efluente NH 4 -N mg/l < 2

45 2.6. Tratamiento de lodos Origen y características

46 Generación de lodos Los lodos son un subproducto del tratamiento de las aguas residuales. Puede ser primario, secundario o digerido Generación de lodos en una planta convencional Las características de los lodos varían con la composición del agua residual y con el tipo de tratamiento Fuente: Toprak

47 Composición típica de los lodos PARAMETRO LODO PRIMARIO SIN TRATAR LODO PRIMARIO DIGERIDO LODO ACTIVADO SIN TRATAR Rango Típico Rango Típico Rango ST, % (materia seca) STV, % de ST Nitrógeno, % de ST Fósforo, % ST (P 2 O 5 ) Alcalinidad (mg/l CaCO 3 ) Fuente: Metcalf & Eddy

48 Esquema básico de tratamiento de lodos ESPESAMIENTO DIGESTIÓN AEROBIA DIGESTIÓN ANAEROBIA ACONDICIONAMIENTO QUIMICO DESHIDRATACIÓN ERAS DE FILTROS CENTRIFUGA FILTROS FILTROS SECADO DE VACÍO PRENSA BANDA EVACUACIÓN DISPOSICIÓN FINAL

49 Tratamiento de lodos Tanque de espesamiento por gravedad Digestores PTAR El Salitre Deshidratación (filtro prensa) Lechos de secado de lodos

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