UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO

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1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Voluntad, Conocimiento y Servicio Reporte de Estadía para obtener el título de: TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN TECNOLOGÍA AMBIENTAL ESAL S.A DE C.V ESTABILIZACION DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES COLON PRESENTA: C. Ma. ENEDELIA ZEFERINO SANCHEZ SANTIAGO DE QUERÉTARO, QRO. DICIEMBRE

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3 Hoja falsa (En blanco) 3

4 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Voluntad. Conocimiento y Servicio Reporte de Estadía para obtener el título de TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN TECNOLOGÍA AMBIENTAL ESAL S.A DE C.V. ESTABILIZACION DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES COLON PRESENTA: C. Ma. ENEDELIA ZEFERINO SANCHEZ SANTIAGO DE QUERÉTARO Noviembre

5 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Voluntad, Conocimiento y Servicio Reporte de Estadía para obtener el título de TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN TECNOLOGÍA AMBIENTAL ESAL S.A DE C.V. ESTABILIZACION DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES COLON PRESENTA: C. Ma. ENEDELIA ZEFERINO SANCHEZ Ing. Fernando Navarrete García ASESOR DE LA EMPRESA M. en C Rosalinda Camacho Olguín ASESOR UTEQ SANTIAGO DE QUERÉTARO Noviembre del

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7 AGRADECIMIENTOS ESAL Por la oportunidad brindada para la realización de mi estadía. Ing. Jorge Alejandro Maya Por ofrecerme el mejor proyecto que pude haber tenido, por responder mis dudas y principalmente por confiar en mi capacidad al dejarme un proyecto de vital importancia no solo para ESAL sino también para mi municipio. M.en C Rosalinda Camacho Olguín Gracias por todo el apoyo que recibí en la carrera, como asesora de grupo y ahora como asesora de este proyecto. Por todos la ayuda que recibí en las materias y en la realización de esta tesis. i

8 DEDICATORIAS A mi mamá Silvia Sánchez S. por el esfuerzo y la confianza que has depositado en mí, no solo en estos dos años sino también en todos los años de mi existencia. Y porque gracias a ti hoy soy la persona que soy, porque recibí de ti el mejor ejemplo de vida y siempre creeré que tu eres la mejor persona que puede existir en este mundo. Mi familia Mi papá Jaime Zeferino y mis hermanos Laura, axxu, Josecito, lili, Ángel. Por el apoyo y la gran compañía que me han dado toda la vida. Porque detrás de mí siempre va a existir la mejor familia que pude haber tenido, gracias por su apoyo. EDEM Loy, Dino y Chuy por la amistad y compañía que recibí de ustedes durante estos dos años, por la gran amistad que hicimos y que jamás podre olvidar, no importando la distancia. Gracias chicos por enseñarme lo que realmente es el valor de la mistad. I miss you!! F-26 Gracias chicos por que se que con ustedes no solo compartí un salón de clases y un trabajo en equipo. No diré todos los nombres porque sé que no terminaría de agradecerles, pero sé que a cada uno lo trate como amig@ y que recibí el mismo trato por parte de ustedes y en verdad se los agradezco ii

9 INTRODUCCIÓN Se denomina aguas servidas a aquellas que resultan del uso doméstico o industrial del agua. Se les llama también aguas residuales, aguas negras o aguas cloacales. Son residuales pues, habiendo sido usada el agua, constituyen un residuo, algo que no sirve para el usuario directo; son negras por el color que habitualmente tienen. Algunos autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas residuales en el sentido que las primeras solo provendrían del uso doméstico y las segundas corresponderían a la mezcla de aguas domésticas e industriales. En todo caso, están constituidas por todas aquellas aguas que son conducidas por el alcantarillado e incluyen, a veces, las aguas de lluvia y las infiltraciones de agua del terreno. Para cuantificar el grado de contaminación y poder establecer el sistema de tratamiento más adecuado, se utilizan varios parámetros expresados en las NOM. Oficiales. iii

10 ÍNDICE AGRADECIMIENTOS... i DEDICATORIAS... ii INTRODUCCIÓN... iii ÍNDICE... iv CAPÍTULO I... 1 ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA Antecedentes de la empresa Misión Visión Políticas y Valores Clientes Ubicación... 4 CAPÍTULO II.5 DEFINICIÓN DEL PROYECTO ANTECEDENTES DEFINICIÓN DEL PROBLEMA JUSTIFICACIÓN OBJETIVOS Objetivo Particular... 8 CAPÍTULO III SOPORTE TEÓRICO Características de las Aguas Residuales Sanitarias Características físico- Químicas Características Biológicas Desarenador Tratamiento Secundario por Lodos Activados Proceso de Lodo Activado Operación del Proceso de Lodos Activados Remoción Biológica de Nutrientes Crecimiento Bacteriano Crecimiento en Términos de Numero de Bacterias Crecimiento en Términos de Masa Bacteriana Crecimiento en Cultivos Mixtos Relación Alimento/Microorganismo. (F/M) Índice Volumétrico de lodos (IVL) Análisis de Sedimentación Pretratamiento Lagunas Aireadas Descripción del Proceso Filtros Percoladores Descripción del Proceso Sedimentador secundario Descripción del Proceso Proceso de desinfección en la PTAR de Colon iv

11 3.6.1 Desinfección con Compuestos de Cloro Aplicaciones de los Filtros de Carbón Columnas de Resina Lámparas de Luz Ultravioleta Efectos Biológicos de la luz ultravioleta Proceso de Digestión Aerobia para lodos de purga Estabilización Estabilización con cal Lechos de Secado Digestión anaerobia de lodos de purga Descripción del proceso Legislación sobre Aguas Residuales CAPÍTULO IV DESARROLLO DEL PROYECTO DESARROLLO DEL PROYECTO Reconocimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales Investigación básica sobre el municipio de Colon Hidrografía en colon Verificación del sistema a través del diagrama de proceso Desarrollo del proyecto Arranque normal de la planta de tratamiento de aguas residuales Colon Inicio de la estabilización Programa de monitoreo Observaciones diarias Sedimentación y prueba de IVL Bombeo de agua clarificada al sedimentador Control de Proceso Problemas durante la estabilización Aireación y Oxigeno Disuelto (OD) Presencia de espuma Muerte del reactor biológico Causas de la muerte del reactor Inoculación de lodos Aclimatación del lodo Control microbiano de los Lodos Activados Digestión biológica Nutrientes en estado de traza La prueba piloto Tiempo de Retención Celular CAPÍTULO V RESULTADOS ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE PRIMERA ESTABILIZACIÓN ANALISIS DE RESULTADOS DE LA SEGUNDA ESTABILIZACIÓN RESULTADOS DE LA PRUEBA PILOTO etapa etapa etapa v

12 4 etapa CONCLUCIONES RECOMENDACIONES GLOSARIO BIBLIOGRAFIA ANEXOS INDICE DE FIGURAS Figura 1. Curva característica de crecimiento bacteriano en términos del registro del número viable de organismos Figura 2. Crecimiento relativo de microorganismos durante la estabilización de desechos orgánicos en un ambiente liquido Figura 3. Zonas de sedimentación para un fango activado Figura 4.Mapa de ubicación PTAR Colon Figura 5. Planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Colon Figura 6. Diagrama de Proceso Figura.7 vista del pre tratamiento Figura. 8 Prueba en difusores Figura. 9 Sedimentador secundario Figura.10 primera prueba de IVL 15 ml Figura 11 Sensores de ph y turbiedad 48 Figura 12 medidor de flujo de entrada Figura 13 Sedimentación en el reactor biológico a los 30 min Figura 14. Diferentes prueba de IVL Figura 15 Bomba en reactor Figura 16 Bombeo de agua clarificada al sedimentador Figura.17 Sopladores Figura.18 Válvula de purga de OD Figura.19 Espuma en reactor biológico Figura 20. Estabilización del mes de junio Figura.21 Pipa cea con lodos Figura.22 Lodos descargados en cárcamo Figura.23 Organismo filamentoso Figura.24 Organismos ciliados móviles y fijos Figura.25 Organismo rotífero Figura 26. Rangos típicos de ph Figura 27. Prueba de sedimentabilidad Figura 28. Prueba de IVL Figura 29. Formación del floculo Figura 30. Clarificado Figura 31. Variación del IVL con respecto al flujo Figura 32. Disminución de IVL y aumento de flujo debido al agua de lluvia Figura 33. Medicion del flujo Figura 34. Variaciones del IVL con respecto al flujo del influente vi

13 INDICE DE TABLAS Tabla 1. Grado de tratamiento obtenido mediante diversas operaciones y procesos unitarios empleados en el tratamiento primario y secundario del agua residual.20 Tabla 2. Colores utilizados en la PTAR para identificar tuberías y válvulas Tabla 3. Equipo sumergible en la PTAR Tabla 4. Actividades para la primera estabilización. 67 Tabla 5. Resultados del análisis del influente Tabla 6.Resultados del análisis del efluente Tabla 7. Resultados de la aclimatación Tabla 8. Resultados del análisis del influente Tabla 9. Resultados del análisis del efluente Tabla 10. Resultados reactor biologico estable Tabla 11. Disminución de lodos Tabla 12. Disminución del IVL Tabla 13. Variación del IVL y variación del O.D Tabla 14 Resultados del analisis del Influente Tabla 15. Resultados del analisis del efluente vii

14 CAPÍTULO 1 ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA 1

15 CAPÍTULO 1 ASPECTOS GENERALES DE LA EMPRESA. 1.1 Antecedentes de la empresa La historia de la empresa de Equipos y Suministros de agua limpia SA. De CV. Es muy breve pero enriquecedora, en los años (años de crisis económica en nuestro país) el Ing. Antonio Verdusco Solís dejo de participar con la responsabilidad que tenia de Gerente de Proyecto del Grupo PROTEXA, se independizo y empezó a trabajar como persona física, durante esta primera etapa dos años de trabajar como persona física con la razón social de Equipos y Suministros Agua Limpia, en febrero de 1997 se crea la sociedad anónima Equipos y Suministros Agua Limpia S.A. de C.V. La primera etapa fue la adquisición del terreno en el año de 1997, posteriormente en 1998 se inicia la construcción del inmueble terminándose en el 2002 ya que en esos años nuestros contratos con la Comisión Nacional del Agua eran cíclicos y únicamente teníamos trabajo del mes de Junio a Diciembre, la plantilla base de nuestro personal de ese tiempo lo ocupamos en la construcción del inmueble en los meses de Enero a Mayo para conservar la mano de obra y no despedirlos. La idea es del Ing. Antonio Verdusco Solís con el apoyo incondicional de su esposa Ma. de los Ángeles Alvarado y sus hijos Antonio y Roció. Teniendo en cuenta que a sus inicios el número de trabajadores era únicamente, el Ing. Antonio Verdusco Solís, después se integro su hijo Antonio, un tiempo su esposa e hija Roció y así fue creciendo hasta contar actualmente con una plantilla base y promedio de 80 personas entre personal de operación y técnico administrativo. 2

16 GIRO DE LA EMPRESA Saneamiento y potabilización de agua. 1.2 Misión Contribuir con el mejoramiento a la salud de la población en el entorno ecológico nacional e internacional a través de proveer equipos de calidad para tratamiento y potabilización de agua, elaboradas por el personal comprometido con el bienestar social. 1.3 Visión Ser líder en la fabricación y comercialización de plantas potabilizadoras y de tratamiento de agua, en el mercado nacional así como consolidar su participación internacional a través de cumplir las expectativas de calidad de nuestros clientes respaldados con tecnología de vanguardia y personal capacitado. 1.4 Políticas y Valores Las políticas principales de la empresa son las de trabajar en total armonía con profesionalismo y responsabilidad para llegar a ser la empresa líder a nivel nacional en el año 2011 en tratamiento de agua residual y el principal valor de nuestra empresa es tratar a nuestro personal como seres humanos que somos. 1.5 Clientes Nuestros clientes son desde usuarios como agricultores, unidades habitacionales y pequeñas empresas, hasta organismos federales, estatales e internacionales, así como organismos no gubernamentales a nivel internacional 3

17 1.6 Ubicación Calle Vidriera No 19 Fracc. Industrial el Pueblito Corregidora, Querétaro CP TEL. y FAX: (01442) /

18 CAPÍTULO 2 DEFINICIÓN DEL PROYECTO 5

19 CAPÍTULO II DEFINICIÓN DEL PROYECTO 2.1 ANTECEDENTES Las Aguas Residuales son materiales derivados de residuos domésticos o de procesos industriales, los cuales por razones de salud pública y ambientales, no pueden desecharse vertiéndolas sin tratamiento en lagos o corrientes convencionales. Los materiales inorgánicos como la arcilla, sedimentos y otros residuos se pueden eliminar por métodos mecánicos y químicos; sin embrago, si el material que debe ser eliminado es de naturaleza orgánica, el tratamiento implica usualmente actividades de microorganismos que oxidan y convierten la materia orgánica en Bióxido de Carbono (CO 2), es por esto que nos tratamientos de las aguas de desecho son procesos en los cuales los microorganismos juegan papeles cruciales. El Tratamiento de las Aguas Residuales da como resultado la eliminación de microorganismos patógenos, evitando así que estos microorganismos lleguen a ríos o a otras fuentes de abastecimiento. Específicamente el tratamiento biológico de las aguas residuales es considerado un tratamiento secundario ya que este está ligado íntimamente a dos procesos microbiológicos, los cuales pueden ser aerobios y anaerobios. El tratamiento secundario de las aguas residuales comprende una serie de reacciones complejas de digestión y fermentación efectuadas por un huésped de diferentes especies bacterianas, el resultado neto es la conversión de materiales orgánicos en Bióxido de Carbono (CO 2 y Gas Metano (CH 4 ), este último se puede separar y quemar como una fuente de energía. Debido a que ambos productos finales son volátiles, el efluente líquido ha disminuido notablemente su contenido 6

20 en sustancias orgánicas. La eficiencia de un proceso de tratamiento se expresa en términos de porcentaje de disminución de la DBO inicial. 2.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA La precipitación pluvial anual en Colon es de 574 mm, siendo verano la época de lluvia más abundante. Debido a la falta de sistemas de riego de agua potable, los campesinos del municipio, recurren al riego con aguas residuales con tal de lograr sus cosechas. Las aguas residuales que generan más de 8000 habitantes de la cabecera municipal de Colón, son descargadas en el rio Colón, así las cosechas asentadas en las inmediaciones del río, tienen el riesgo de trasmitir enfermedades al ser consumidas, aunado a esto el agua emite olores fétidos y acarrea todo tipo de desechos, incluso animales muertos, de aquí la importancia de que estos residuo sean tratado previamente para su uso en riego agrícola. 2.3 JUSTIFICACIÓN La realización de este proyecto es de suma importancia para el municipio de COLON, ya que al poner en marcha la planta de tratamiento de aguas residuales se contribuirá al saneamiento integral de la cuenca hidrológica de los ríos San Lorenzo y Colon, el cuerpo receptor presa Colon, así como cumplir con la normativa vigente en materia de agua residual. 7

21 2.4 OBJETIVOS Objetivo Particular Obtener agua tratada que cumpla con la normativa vigente en materia de agua para su rehusó en riego agrícola y áreas verdes. 8

22 CAPÍTULO 3 MARCO TEÓRICO 9

23 CAPÍTULO SOPORTE TEÓRICO. Tratamiento de aguas residuales Por qué Tratar las Aguas Residuales? Las Aguas Residuales de cualquier índole, al ser descargadas en un cuerpo receptor incorporan a estos cuerpos diversos contaminantes que al mezclarse con el agua contenida en los cuerpos receptores, deterioran la calidad de los mismos. De manera natural, el medio ambiente realiza un ciclo del agua que le permite auto depurarse, sin embargo, a medida que el hombre ha ido poblando y explotando la tierra, el grado de contaminación del agua ha rebasado esa capacidad, por lo que es necesario tratar las aguas para proteger el ambiente y a nosotros mismos. Para tratar un agua residual no solo es necesario un buen diseño y una buena construcción de la planta de tratamiento; también es de suma importancia una buena operación. Los operadores de las plantas de tratamiento son los responsables finales de la calidad del agua que se trata y que impactara en el uso final que se le haya destinado, de ahí la importancia de que los operadores conozcan los principios fundamentales de los procesos que se encuentran más comúnmente en las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Sanitarias y cómo manejar y conservar adecuadamente dichos procesos. Las aguas residuales contienen residuos procedentes de las ciudades y fábricas. Es necesario tratarlos antes de enterrarlos o devolverlos a los sistemas hídricos locales. En una depuradora, los residuos atraviesan una serie de cedazos, cámaras y procesos químicos para reducir su volumen y toxicidad. Las tres fases 10

24 del tratamiento son la primaria, la secundaria y la terciaria. En la primaria, se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión y materia inorgánica. En la secundaria se trata de reducir el contenido en materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. La terciaria es necesaria cuando el agua va a ser reutilizada; elimina un 99% de los sólidos y además se emplean varios procesos químicos para garantizar que el agua esté tan libre de impurezas como sea posible (Rodríguez, 1997) Características de las Aguas Residuales Sanitarias Características físico- Químicas. Las Aguas Negras contienen básicamente tres tipos de contaminantes: Sólidos (arenas, restos de madera, plásticos, animales muertos, llantas y sólidos suspendidos entre otros), Materia Orgánica (Alimentos, Heces Fecales y Productos de Limpieza) y Microorganismos que causan enfermedades (Bacterias, Hongos, Virus, Amibas y Lombrices). Dentro de las características conocidas como Físico-Químicas, además de los sólidos, se encuentran otras que también deben tomarse en cuenta tales como la Temperatura, ph, Olor, Color, Sólidos, Metales, Materia Orgánica e Inorgánica y Microorganismos. Temperatura.- Representa el grado de calentamiento del agua y es importante debido a su efecto sobre los procesos de tratamiento biológicos (Lodos Activados, Zanjas de Oxidación y Digestión Aerobia) y a su efecto sobre la vida acuática cuando liberamos el agua ya tratada ya que el oxigeno pierde solubilidad en el agua a medida que la temperatura aumenta. Por lo tanto el operador de una planta de tratamiento, al detectar un apreciable incremento en la temperatura del agua residual que se recibe deberá reportarlo de inmediato, ya que generalmente se trata de una descarga de tipo industrial y por el contrario, si se aprecia una disminución de la temperatura, esto puede ser ocasionado por una infiltración del agua superficial. Generalmente un agua residual debe estar entre 20 y 30 C. 11

25 Olor.- La medición del olor depende de la sensibilidad individual del sentido del olfato, por lo tanto es un parámetro subjetivo, sin embargo el olor puede ayudar a revisar las condiciones del agua residual y la operación en varios puntos de la planta, el agua residual de origen municipal, tiene un olor característico a sanitario. Por lo que la percepción de otro olor indica que pueden existir descargas de origen industrial o algún problema de agua estancada en los colectores de llegada a la planta o en procesos dentro de la misma. Color.- En el agua residual, el color es debido a la presencia de materia en suspensión y disuelta, el color característico de un agua residual municipal fresca es gris o café claro. Otros colores muy diferentes a los que normalmente se reciben en la planta de tratamiento pueden ser causados por descarga de origen industrial, principalmente la textil, papelera, galvanoplástica y procesos químicos o por exceso de retención en los colectores de llegada a la planta. El operador debe reportar inmediatamente si se perciben algún olor o color poco común en el agua que está llegando a la planta. Sólidos.- Los sólidos presentes en el agua pueden ser de 4 tipos: sólidos gruesos como pedazos de madera, plásticos, hules, animales muertos, etc. Sólidos que caen rápidamente como arenas, sólidos suspendidos que se quedan más tiempo en el agua y necesitan más tiempo para separarse y sólidos disueltos que se quedan en el agua y pueden ser aprovechados por los procesos biológicos. De acuerdo a la composición física de los sólidos estos pueden ser divididos en Sólidos Suspendidos, Sólidos Sedimentables, Sólidos Disueltos y Sólidos Totales: Sólidos suspendidos: Los Sólidos Suspendidos se mantienen en el agua debido a su naturaleza coloidal que viene dada por las pequeñas cargas eléctricas que poseen estas partículas que las hacen tener una cierta afinidad por las moléculas de agua. Este tipo de sólidos como tales son difíciles de eliminar siendo necesaria la adición al agua de agentes coagulantes y floculantes que modifican la carga eléctrica de 12

26 estas partículas consiguiendo que se agrupen en flóculos de mayor tamaño para así poder separarlos mediante filtración. Sólidos Sedimentables: Los Sólidos Sedimentables son sólidos de mayor densidad que el agua, se encuentran dispersos debido a fuerzas de arrastre o turbulencias. Cuando estas fuerzas y velocidades cesan y el agua alcanza un estado de reposo, precipitan en el fondo. Suelen eliminarse fácilmente por cualquier método de filtración. Sólidos disueltos: Los Sólidos Disueltos están relacionados con el grado de mineralización del agua ya que son iones de sales minerales que el agua ha conseguido disolver a su paso. Están relacionados con la conductividad del agua ya que un aumento de estos iones aumenta la capacidad conductiva. Un tratamiento prolongado con compuestos del cloro en una piscina por ejemplo aumenta la cantidad de sólidos disueltos y la conductividad en el tiempo. Sólidos totales. Los Sólidos Totales como indica su nombre, este término incluye al total de constituyentes sólidos de las aguas. Son la totalidad de sólidos Orgánicos e Inorgánicos a la Totalidad de Suspendidos y Disueltos. La remoción de sólidos es de suma importancia pues su acumulación en los cuerpos de agua favorece los procesos de eutrofización de los mismos, contribuyendo en la disminución del oxigeno. ph.- Es el grado de acidez que tiene el agua. El agua no debe estar muy ácida o muy básica para no afectar los procesos biológicos de la planta o dañar los equipos. Generalmente el ph típico de un agua residual municipal debe estar entre 6.5 y 7.5, si se encuentra alejado de estos valores es muy probable que exista presencia de aguas residuales industriales y debe reportarse de inmediato. 13

27 Turbiedad.- El termino turbio se aplica a las aguas que contienen materia en suspensión que interfiere con el paso de la luz atreves del agua, o aquellas en las aguas en las que está restringida la visión de la profundidad. La turbiedad puede ser causada por una gran variedad de materiales en suspensión, de tamaño variable entre las dispersiones coloidales y las gruesas, dependiendo el grado de turbulencia (Sawyer, 2001) Características Biológicas. Materia Orgánica.- La materia orgánica está conformada básicamente por una combinación de Carbono (C), Hidrogeno (H), Oxigeno (O), Nitrógeno (N), Fósforo (P) y Azufre (S) y es aquella que viene en los residuos de las necesidades fisiológicas, en los restos de alimentos y en algunos productos de limpieza. Es materia biodegradable formada por proteínas, grasas y azucares. Su cantidad se mide a través de un parámetro conocido como DBO 5 que significa Demanda Bioquímica de Oxigeno y es un parámetro que mide la cantidad de materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios biológicos que contiene una muestra líquida, y se utiliza para determinar su grado de contaminación. Normalmente se mide transcurridos 5 días (DBO 5 ) y a una temperatura de 20 C es lo recomendable, sin embargo no siempre se va a tener la misma temperatura por las condiciones del lugar donde esté ubicada la PTAR y por lo general será a temperatura ambiente la cual se encuentra (en promedio de 15 C aprox.) la DBO 5 se expresa en mg O 2 /L. La materia orgánica es fuente de energía para la mayoría de los animales, incluso para microorganismos y para poder transformarla es necesario utilizar oxigeno, por lo que descargar cantidades excesivas de materia orgánica en un cuerpo receptor de manera continua generara a fin de cuentas el abatimiento del oxigeno y por ende la muerte de la mayoría de la fauna de dicho cuerpo de agua. Microorganismos.- En una planta de tratamiento hay dos tipos de microorganismos importantes, los que ayudan al proceso removiendo la materia orgánica y los que 14

28 deben quitarse porque pueden producir enfermedades. Para determinar esos microorganismos peligrosos se utilizan unas bacterias llamadas Coliformes, los cuales son indicadores de la contaminación microbiológica del agua. Dentro de los microorganismos que podemos encontrar en las aguas residuales están las Bacterias, Virus, Algas, Protozoo, Hongos, Lombrices y Amibas principalmente. En general las tres características más importantes a remover en una planta de tratamiento de aguas residuales son los Sólidos, la Materia Orgánica y los Microorganismos que causan enfermedades. (Fortunecity, 2000) 3.2 Pretratamiento Principios Generales. El Pre tratamiento consiste básicamente en reducir o remover sólidos de gran tamaño, arenas abrasivas, olores y algunos casos altas cargas orgánicas e hidráulicas del influente que podrían obstruir o dañar el funcionamiento de bombas tuberías o unidades subsecuentes de tratamiento teniendo como consecuencia el impedir la operación e incrementar el mantenimiento de procesos y equipos en etapas posteriores. Una estructura que si bien no constituye una etapa de eliminación de contaminantes del agua si es conveniente, recomendable y la mayoría de las veces indispensable, es una estructura de desviación o derivación de caudal, la cual conforma una etapa muy útil cuando es necesario desviar una parte o la totalidad del agua residual del influente, con el fin de dar mantenimiento preventivo o correctivo a las unidades de Pre tratamiento o etapas subsecuentes. Las rejillas gruesas en plantas de tratamiento modernas, remueven o reducen los sólidos que podrían interferir con equipos subsecuentes tales como bombas o válvulas, aireadores mecánicos y difusores, y filtros biológicos. Si estos sólidos no son removidos pueden afectar la eficiencia de la planta. Dentro de este tipo de 15

29 rejilla se encuentra las rejas de limpieza (Racks de barras), rejillas manuales y rejillas mecánicas, en estas dos últimas depende del tipo de limpieza que se realice. Las rejas de limpieza consisten de barras de acero verticales o inclinadas espaciadas a intervalos iguales a través del ancho de canal. Las rejillas gruesas tienen espaciamientos entre barras de 50 a15 mm. (2-6 ). La función principal, en colectores combinados (sanitarios y pluviales) es prevenir que grandes tamaños de objetos entre a la planta de tratamiento, especialmente en temporadas de lluvia y tormentas. Una ampliación de las rejillas finas es el mejoramiento de los propios Sedimentadores primarios. Las rejillas finas tienen aperturas de 1 a 6 mm ( ) con eficiencias de remoción de 15 a 30% de remoción de sólidos, 15 a 25% para DBO, y 10 a 25% para bacterias. La criba estática es un tipo de rejilla se compone de una malla de acero inoxidable con espacios entre 0.25 y 2.5 mm, este tipo de rejillas también es conocido como tipo cascada y son muy populares en el tratamiento de aguas residuales debido a que estos equipos no tienen partes movibles y tienen un costo de capital relativamente bajo. El tamiz es plano o ligeramente curvo inclinado a 65 45, con la horizontal y es contenido en un gabinete o estructura metálica, el cual contiene un dispositivo de entrada de agua residual y un dispositivo de salida. El gabinete está hecho de acero, lamina de aluminio o fibra de vidrio. El agua se deja rebasar desde arriba hasta, y a través del tamiz. Los residuos sólidos son retenidos por el tamiz y caen por gravedad al fondo del mismo. Estos equipos permiten la separación de sólidos-líquidos a un índice de flujo relativamente alto con poco capital y gastos de operación. Sin embargo, tienen la desventaja de obstruirse cuando el líquido no fluye regularmente. Esto es si no está en uso constante toda la superficie del tamiz, o cuando se atrapan elementos fibrosos y pelo. Se han empleado varios aparatos en contra de 16

30 este problema, particularmente el reciclaje del efluente tratado para agua de retro lavado bajo presión Desarenador. Principios Generales. La eliminación de arena es una parte importante en el tratamiento del agua residual, previniendo con ello la abrasión del equipo mecánico, el depósito en tuberías y canales y la acumulación de arenas en tanques de aireación. Si una planta de tratamiento no contara con una etapa de remoción de arena esta seria eliminada en el tratamiento primario, y si la planta no cuenta con el tratamiento primario, la arena se depositaria en el tanque de aireación y en el Sedimentador secundario. En la actualidad es una práctica común implementar un proceso que elimine las arenas de cualquier planta de tratamiento. Las arenas de las aguas residuales son no putrescibles y tienen una velocidad de sedimentación mayor que los sólidos orgánicos. Las arenas incluyen partículas de arena, grava, otros minerales orgánicos y materiales orgánicos de menor tamaño con ausencia de putrefacción como los granos café, semillas de frutas, entre otros. Los canales desarenadores fueron uno de los primeros tipos de procesos de remoción de arena, con sistemas de velocidad controlada, los cuales utilizan vertedores proporcionales o controles de sección rectangular (canal Parshall) para variar la profundidad del flujo y mantener la corriente del flujo a una velocidad constante de 0.3 m/s (1ft/s). Experiencias en operación han mostrado que con esta velocidad las partículas de arena pesada sedimentan, mientras que las partículas orgánicas, que son más ligeras permanecen suspendidas y son llevadas fuera del canal. 17

31 Para el diseño de canales Desarenadores se debe considerar la velocidad de sedimentación para un tamaño específico de partícula, la velocidad de sedimentación de esa misma partícula y la profundidad del agua del canal desarenador. A esta longitud se recomienda agregar un porcentaje con el fin de cubrir la turbulencia de entrada y salida del canal Tratamiento Secundario por Lodos Activados Proceso de Lodo Activado. El sistema de lodo activado es mucho más compacto, opera con cargas mucho más elevadas (relación F/M) y no puede producir una reducción tan eficiente de la materia orgánica como en el caso de la laguna aireada. La producción de lodo es significantemente mayor. Este es el sistema que se utiliza casi siempre en plantas municipales de agua de desecho, donde opera con éxito bajo condiciones climáticas sumamente variadas. Por lo común, el aire es abastecido mediante difusores situados debajo de la superficie. En algunas plantas, se abastece oxigeno puro en vez de aire, lo cual reduce aun más el volumen del incubadora. La producción de lodo es un aspecto importante del proceso de digestión biológica. En un sistema de gran velocidad, donde hay tanto alimento que las bacterias se multiplican exponencialmente, la mayor parte del alimento se emplea en la producción de nuevas células, de modo que es grande la producción de lodo (que está formado casi por completo de biomasa). Inversamente, cuándo la alimentación escasea, las bacterias se comportan como caníbales y es baja la producción de células, de manera que en realidad puede detenerse la producción de lodo cuando las células nuevas alcanzan el equilibrio con aquellas que son consumidas. Una estimación de la producción de lodo puede aserce sobre la base de la relación F/M. 18

32 Operación del Proceso de Lodos Activados. El principal objetivo de operación del proceso de Lodos Activados, es necesario familiarizarse con los 2 conceptos: la Materia Orgánica y los Microorganismos. La Materia Orgánica es el contaminante a remover en un proceso de lodos activados sirviendo como alimento de los mismos, por lo cual es de suma importancia controlar la cantidad que ingresa al sistema para determinar la eficiencia del proceso y los requerimientos de oxigeno, a mayor materia orgánica mayor demanda de oxigeno. En un proceso de lodos activados, para medir la materia orgánica se utiliza un concepto denominado Demanda Bioquímica de Oxigeno a los 5 días (DBO 5 ) que es la cantidad de Oxigeno utilizado por los microorganismos para descomponer la materia orgánica contenida el agua residual en un periodo de 5 días. Sin embargo, la materia orgánica viva es difícil de cuantificar, por lo tanto, la concentración de Sólidos Suspendidos Volátiles del Licor Mezclado (SSVLM) comúnmente es considerada como materia orgánica viva. Cuando no se cuenta con el equipo necesario pueden medirse los Sólidos Suspendidos Totales (SST) en el licor mezclado y considerar que aproximadamente un 70-75% de los SSTLM son SSVLM. Para el control de proceso se usa principalmente los Sólidos Suspendidos Volátiles de Licor Mezclado (SSVLM) y la DBO 5 que ingresa al sistema, los primeros como medida de los microorganismos y la segunda como indicador de la materia orgánica. Las relaciones entre dos parámetros son la base del buen funcionamiento del proceso de Lodos Activados y cualquiera de sus modalidades. Para obtener una mejor remoción de materia orgánica (ver Tabla 1 grado de tratamiento obtenido mediante diversas operaciones). 19

33 Tabla1. Grado de tratamiento obtenido mediante diversas operaciones y procesos unitarios empleados en el tratamiento primario y secundario del agua residual. RENDIMIENTO DE ELIMINACION DEL CONSTITUYENTE, PORCENTAJE UNIDADES DE DBO DQO SS P N-Org NH 3 -N TRATAMIENTO Rejas de barra nulo nulo nulo nulo nulo Nulo Desarenadores Nulo nulo Nulo Sedimentador Lodos activados Cloración nulo nulo nulo nulo nulo nulo Remoción Biológica de Nutrientes Dado que tanto el nitrógeno como el fosforo pueden causar impacto en la calidad del agua que los recibe, la descarga de uno o de ambos constituyentes debe ser controlada con frecuencia. El nitrógeno puede estar presente en las aguas residuales de varias maneras (por ejemplo, en forma orgánica, amoniaco, nitritos o nitratos). La mayoría del nitrógeno disponible, tanto en los efluentes de los tanques sépticos como en las aguas residuales municipales, se presenta en forma orgánica o de amoniaco. La concentración total habitual en él efluente del tanque séptico varía de 50 a 125 mg/l. La concentración correspondiente en las aguas residuales municipales es de alrededor de 25 a 35 mg/l. En el tratamiento de aguas residuales, cerca del 20% del nitrógeno total se decanta durante le sedimentación primaria. Durante el tratamiento biológico, una porción importante de nitrógeno orgánico se convierte en nitrógeno amoniacal, una parte de la cual se incorpora a las células biológicas que son extraídas del flujo del agua tratada antes de la descarga, retirando así otros 20% de nitrógeno entrante. Normalmente, el 60% restante se descarga en las aguas receptoras. El fosforo se encuentra en las aguas residuales en forma orgánica, como ortofosfato inorgánico como fosfatos complejos, los cuales representan cerca de la mitad de los fosfatos de aguas residuales municipales y provienen del uso de estos minerales en detergentes sintéticos. Los fosfatos complejos se hidrolizan durante el tratamiento biológico a la forma ortofosfato ). De la concentración 20

34 total promedio de fosforo presente en las aguas residuales municipales, que es de alrededor de 5 a 9 mg/l, cerca del 10% se retira como material particulado durante la sedimentación primaria y otro 10 a 20% se incorpora a las células bacterianas durante el tratamiento biológico. El 70% restante del fosforo que entra, normalmente se descarga con los efluentes de tratamiento secundario de la planta Crecimiento Bacteriano Las bacterias se reproducen por fisión binaria, de manera sexual o por gemación. En general lo hacen por fisión binaria; la célula original se convierte en dos organismos nuevos. El tiempo requerido para cada división, conocido como tiempo de generación, puede variar desde menos de 20 minutos hasta varios días. Por ejemplo, si el tiempo de generación tarda 30 minutos, una bacteria puede generar 16, 777,216 bacterias luego de un periodo de 12 horas. Este valor calculado en una figura hipotética, dado que las bacterias no continúan dividiéndose indefinidamente debido a las limitaciones ambientales, como disponibilidad del sustrato, concentración de nutrientes, o incluso, el tamaño del sistema. El crecimiento de las bacterias en términos de número y masa bacteriana en un cultivo puro se considera a continuación, al igual que el crecimiento en cultivos mixtos Crecimiento en Términos de Numero de Bacterias El patrón general de crecimiento de las bacterias en un cultivo discontinuo se muestra en la figura 1. Inicialmente se inocula un número pequeño de organismos en un volumen fijo de medio cultivo, y el número viable de organismos se registra como una función del tiempo. El patrón de crecimiento, basado en el número de células, tiene cuatro fases más o menos distintas. 21

35 Figura 1. Curva característica de crecimiento bacteriano en términos del registro del número viable de organismos. 1.- La fase de latencia o adaptación. Se inicia al agregar un inoculado aun medio de cultivo, y representa el tiempo que requieren los organismos para aclimatarse a su nuevo ambiente y empezar a dividirse. 2.- La fase exponencial. Durante este periodo las células se dividen a cierta tasa determinada por su tiempo generacional y su habilidad para procesar alimento (tasa constante de crecimiento porcentual). 3.- La fase estacionaria. Aquí la población permanece estacionaria. Las causas que explican este fenómeno son: a) las células agotaron el sustrato o los nutrientes necesarios para su crecimiento y b) el crecimiento de células nuevas se compensa con el número de células muertas. 4.- La fase de muerte exponencial. Durante esta fase, la tasa de mortalidad de las bacterias excede la producción de células nuevas. La tasa de mortalidad 22

36 generalmente es una función de la población viable y de las características ambientales. En algunos casos, la fase de muerte exponencial es la inversa de la fase de crecimiento exponencial. La composición bacteriana es la siguiente: 75% - 80% (H₂O) C₅ H₇ 0₂N (aprox.) 80% - 90% Orgánico 53% de su peso es Carbono 20% (Material seco) P₂0₅ (50%), SO₃ (15%) 10% Inorgánico Na₂O (11%), CaO (9%) MgO (8%), K₂0 (6%) Fe₂0₃ (1%) Crecimiento en Términos de Masa Bacteriana El correspondiente patrón de crecimiento, en términos de masa de microorganismos, puede describirse así: 1.- La fase de latencia. De nuevo, las bacterias requieren de tiempo para aclimatarse a su ambiente nutricional. La fase de latencia en términos de masa bacteriana no es tan larga como su fase correspondiente en términos de números de microorganismos por que la masa empieza a incrementarse después de que tiene lugar la división celular. 2.- La fase de crecimiento exponencial. Existe siempre un exceso en la calidad del alimento que rodea a los microorganismos, y la velocidad del metabolismo y crecimiento es solo una función de la habilidad del microorganismo para procesar el sustrato. 3.- La fase de delimitación del crecimiento. La velocidad de incremento de la masa bacteriana disminuye debido a la limitación en el suministro de alimento. 23

37 4.- La fase endógena. Los microorganismos son forzados a metabolizar su protoplasma sin que haya remplazo, debido a que la concentración de alimento disponible se encuentra al mínimo. Durante esta fase puede ocurrir el fenómeno conocido como lisis, en el cual los nutrientes que quedan en las células muertas se difunden hacia el exterior para suministrar alimento a las células vivas restantes (conocido como crecimiento críptico) Crecimiento en Cultivos Mixtos Es importante anotar que en análisis precedente solo se considero una población sencilla de microorganismos. La mayoría de los procesos de tratamiento biológico se compone de poblaciones mixtas, complejas e interrelacionadas, en donde cada microorganismo del sistema tiene su propia curva de crecimiento. La posición y la forma de una curva de crecimiento en el sistema, sobre una escala de tiempo, dependerá de la disponibilidad de alimento y nutrientes y de factores ambientales tales como temperatura y ph, y de si el sistema es aerobio o anaerobio. Aunque las bacterias son de importancia fundamental, muchos otros organismos participan en la estabilización de los desechos orgánicos (ver figura 2. Crecimiento relativo de microorganismos durante la estabilización de desechos orgánicos en un ambiente liquido). Figura 2. Crecimiento relativo de microorganismos durante la estabilización de desechos orgánicos en un ambiente liquido. 24

38 Relación Alimento/Microorganismo. (F/M). Para una operación conveniente del sistema de lodos activados, es necesario que los microorganismos tengan la cantidad adecuada de alimento, poco o demasiado alimento causa problemas de sedimentación en el clarificador y de eficiencias de remoción. A esta relación se le conoce como F/M (F= Alimento y M= Microorganismo), ver Ec.1 calculo de la relación alimento/ microorganismos. La F/M considera la concentración de materia orgánica expresada como DBO 5 y su relación con los microorganismos expresados como SSVLM. Valores típicos para aguas residuales van del 0.15 al 0.45, pero también depende de la modalidad de los lodos activados que se esté utilizando. El trabajo de un operador consiste en determinar el mejor ambiente, para los microorganismos y así crear y mantener este ambiente, controlando la cantidad de microorganismos por Kg. de alimento (DBO). (F / M) = (F= alimento y M = microorganismo). Ec.1 Calculo relación Alimento / microorganismos Índice Volumétrico de lodos (IVL). La sedimentabilidad en un proceso de lodos activados es muy importante ya que es un indicador de la calidad del proceso, así mismo, si no existe una buena sedimentabilidad y no hay un control de los sólidos suspendidos, estos flotan y se escaparan hasta el efluente final, ocasionando valores de sólidos por encima de lo permitido. Para que una sedimentación de la biomasa presente en el licor de mezclado sea efectiva debe tomarse un floculo con las características apropiadas. 25

39 La formación del floculo se da desde el tanque de aireación, pero debido a la turbulencia y actividades de los microorganismos, no hay sedimentación. Pero, hay una vez que el Licor de Mezclado entra al Sedimentador Secundario, es nula y la actividad de los microorganismos decrece. Cuando se realiza la prueba de sedimentación, observamos el fóculo y la formación del manto de lodos. Con la experiencia se puede juzgar rápidamente la calidad del lodo (Mantilla, 2008). El lodo es un subproducto del tratamiento de las aguas residuales, contiene de un 93 a un 99 % de agua, sólidos sustancias disueltas del agua residual y que se fueron adicionadas o fueron generadas por un proceso de tratamiento. Las características del lodo dependen tanto de la composición inicial del agua residual como de los sistemas implementados para el tratamiento del agua residual y lodo, diferentes procesos de tratamiento genera diferentes tipos y volúmenes de lodos. En una planta de tratamiento las características del lodo producido pueden variar anualmente, estacionalmente, mensualmente o diariamente debido a las variaciones tanto de la composición del agua residual como de los procesos de tratamiento. Las características del lodo afectan la selección de las alternativas de tratamiento y disposición o uso final que se quiera dar, así mismo antes de seleccionar la alternativa de tratamiento se debe determinar primeramente la cantidad, características del lodo y las variaciones de estas características Análisis de Sedimentación En los sistemas que contiene elevadas concentraciones de sólidos en suspensión, además de la sedimentación libre o discreta y de la sedimentación flocúlenta, también suelen darse otras formas de sedimentación, como la sedimentación 26

40 zonal (tipo 3) y la sedimentación por compresión (tipo 4). El fenómeno de sedimentación que ocurre cuando se introduce en un cilindro graduado una suspensión concentrada, con concentración inicialmente uniforme, se esquematiza en la figura 4 Zonas de sedimentación para un fango activado. Figura 3. Zonas de sedimentación para un fango activado. 3.3 Lagunas Aireadas Las lagunas aireadas, se desarrollaron a partir de estanques de estabilización facultativos en los que se instalaron aireadores de superficie para eliminar los olores que se producían al estar sometidas a sobrecargas orgánicas Descripción del Proceso El proceso del lagunaje aireado es esencialmente el mismo que el de fangos activados de aireación prolongada convencional, excepto que se usa como reactor un depósito excavado en el terreno. El oxigeno necesario en el proceso se suministra mediante difusores o aireadores superficiales. En una laguna anaerobia, la totalidad de los sólidos se mantienen en suspensión. E n el pasado, las lagunas aireadas se operaban como los sistemas de fangos activados sin recirculación, y solían ir seguidas de grandes estanques de sedimentación. 27

41 3.4 Filtros Percoladores Son estanques impermeables rellenados con piedra machacada. En su funcionamiento, el lecho de contacto se llenaba con el agua residual por la parte superior y se permitía el contacto del agua con el medio durante un corto espacio de tiempo. Después se dejaba drenar el lecho y se permitía un cierto tiempo de reposo antes de repetir el ciclo. Un ciclo típico exigía un total de 12 horas, de las cuales 6 se destinaban al reposo del filtro. Las limitaciones del filtro de contacto incluían una posibilidad relativamente alta de obturaciones, la duración del periodo de reposo, y la carga que podía emplearse, que era relativamente baja Descripción del Proceso El filtro percolador moderno consiste en un lecho formado por un medio sumamente permeable al que se adhieren los microorganismos y atreves del cual per cola el agua residual, fenómeno del que recibe el nombre del proceso. El medio filtrante suele estar formado de piedras, o diferentes materiales plásticos de relleno. En el caso de los filtros percoladores con medio filtrante de piedra, el diámetro de las piedras oscila entre 2.5 y 10 cm. La profundidad del lecho varía en cada diseño particular, pero suele situarse entre 0.9 y 2.5 metros, con una profundidad media de 1.8 metros. Los filtros de piedra suelen ser circulares, y el agua residual se distribuye por la parte superior del filtro mediante un distribuidor rotatorio. Los filtros incluyen un sistema de drenaje inferior para recoger el líquido tratado y los sólidos biológicos que se haya separado del medio. Este sistema de drenaje inferior es importante, tanto como instalación de recogida como por su estructura discontinua a través de la cual puede circularse el aire. La materia orgánica presente en el agua residual se degrada por la acción de la población de microorganismos adherida al medio. La materia orgánica del liquido es adsorbida en la película biológica, en cuyas capas externas (0.1 y 0.2 mm) se 28

42 degradaba bajo la acción de los microorganismos anaerobios. Cuando los microorganismos crecen, aumenta el espesor de la película, y el oxigeno se Consume antes de que pueda penetrar en todo el espesor de la película. Por lo tanto, en la proximidad de la superficie del medio, se crea un ambiente anaerobio. 3.5 Sedimentador secundario El objetivo del tratamiento por sedimentación es el remover rápidamente los residuos de sólidos sedimentables y material flotante para así disminuir la concentración de sólidos suspendidos. La sedimentación primaria se emplea como parte del pretratamiento dentro del procesamiento integral de las aguas residuales. Los sólidos primarios, diseñados y operados pacientemente, remueven entre 50% y 70% de sólidos suspendidos y entre 25% y 40% de DBO5. El propósito de esta sección es describir las diferentes clases de sedimentadores usados en el tratamiento primario, considerar su desempeño y revisar algunos parámetros importantes para el diseño Descripción del Proceso En grandes plantas de tratamiento, la remoción de SST se realiza en tanques de sedimentación circulares o rectangulares con limpieza mecánica y diseño estandarizado, excepto en aquellas plantas que cuentan con tanques Imhoff. La elección del tipo de sedimentador acorde con una aplicación dada, depende del tamaño de las instalaciones, de las normas emitidas por autoridades locales de control, de las condiciones locales del sitio y de la experiencia del ingeniero a cargo. La etapa de sedimentación debe contar por lo menos con dos unidades, de manera que si un sedimentador se encuentra en trabajo de reparación y mantenimiento, es posible garantizar la continuidad del tratamiento(metcalf, 1996). 29

43 3.6 Proceso de desinfección en la PTAR de Colon Desinfección con Compuestos de Cloro. La desinfección consiste en la destrucción selectiva de organismos. Un agente químico utilizado para la desinfección es el cloro, este agente es el más utilizado universalmente. La química del cloro en el agua residual es analizada actualmente y también se hacen análisis de cómo actúa el cloro como desinfectante. Sin embargo, al margen de la desinfección, el cloro se ha aplicado para otros objetivos diversos dentro del campo del tratamiento de aguas residuales, entre los que podemos incluir pre cloración para el control de la producción de sulfuro de hidrogeno, control del bulking (abultamiento) en los fangos activados, y en el control de olores. Por lo tanto, el objetivo de este apartado es una breve discusión de: (1) los diversos usos y dosis necesarias;(2) los compuestos del cloro más comúnmente empleados; (3) equipos y método empleados en la aplicación del cloro;(4) proyecto de las instalaciones de mezclado y de los tanques de contacto para la desinfección, y (5) métodos de cloración (Hilleboe, 2004) Aplicaciones de los Filtros de Carbón Los sólidos acumulados requieren retro lavado frecuente de los lechos de filtro del carbón. La densidad del carbón es solo lb/pie³ ( g/cm 3 ), de modo que las velocidades de retro lavado deberán ser bajas. Esto limita la limpieza efectiva, por lo cual el agua abastecida al lecho de carbón debería estar clara. No solo los contaminantes orgánicos son removidos del agua, sino también el cloro residual, cuya eliminación se efectúa mediante la siguiente reacción química: Cl H O C CO 4HCl En esta reacción química, 1 mg/l Cl 2 reduce la alcalinidad del agua alrededor de 1.5 mg/l (como CaCO 3 por la producción de HCl). 30

44 3.6.3 Columnas de Resina Se han desarrollado resinas especiales de intercambio de iones para funcionar como adsorbentes en la remoción de materia orgánica del agua. En la aplicación descrita antes, donde la resina se emplea para proteger contra el ensuciamiento a un des mineralizador, el equipo que emplea las resinas es casi idéntico al de una unidad de intercambio de iones ordinaria. La resina es sensible al cambio de temperatura, y las velocidades menores de reacción a bajas temperaturas requieren que las velocidades de flujo sean seleccionadas para el más fría prevista. (Kemmer, 1989) Lámparas de Luz Ultravioleta Es un proceso germicida que logra erradicar la contaminación microbiológica. Con una tecnología simple (sin adición de químicos ni cambios en la química general del agua), se hace pasar el influente por una cámara donde se encuentran las lámparas que emiten rayos UV son automáticamente destruidos, logrando una exterminación del 99.99% Efectos Biológicos de la luz ultravioleta. La propiedad que tiene el acido nucléico ADN, presente en el núcleo de las moléculas de todos los microorganismos (bacterias, virus, hongos y quistes) de absorber la radiación UV produce el efecto de rompimiento de las cadenas de los aminoácidos de proteínas, causando una disrupción metabólica afectando su mecanismo reproductivo y logrando así su inactivación, eliminando sus propiedades para producir enfermedades y de crecimiento microbiológico. Uno de los principales beneficios al aplicar la luz UV con propósitos de desinfección es que no se utiliza ningún tipo de químico para ello.al contrario de las técnicas de desinfección química, que implican el manejo de sustancias peligrosas y reacciones que dan como resultado subproductos no deseados, la luz UV ofrece un proceso de desinfección limpio, seguro, efectivo y comprobado a través de varias décadas de aplicaciones exitosas. 31

45 3.7 Proceso de Digestión Aerobia para lodos de purga La digestión aerobia es la destrucción de la materia orgánica degradable del lodo por microorganismos aerobios, en ambientes con presencia de oxigeno y en ausencia de sustrato los cuales al no tener alimento comienzan a consumir su propia masa celular, transformando la masa celular en agua, Bióxido de Carbona, Nitrato y Amonio. La Digestión Aerobia se ha implementado exitosamente en sistemas de lodo activado en la modalidad de aireación extendida, con o sin sedimentación primaria. El Proceso de Digestión Aerobia presenta ciertas ventajas y desventajas sobre otros sistemas. Se pueden citar las siguientes ventajas para los procesos de digestión aerobia diseñados y operados adecuadamente: Debido a que los mecanismos biológicos del proceso de digestión aerobia son similares al proceso de Lodos Activados, es importante registrar las variaciones de los niveles y de características de los materiales tóxicos biológicamente que son aplicados en los sistemas de aguas residuales (Lodos Activados) ya que los tóxicos (Metales Pesados) podrían acumular en el lodo atinando por reacciones de absorción/precipitación y ser liderados posteriormente en el digestor aerobio en concentraciones potencialmente toxicas debidas a las condiciones de bajos ph en el proceso de digestión Estabilización La estabilización del fango se lleva a cabo para (1) reducir la presencia de patógenos ;(2) eliminar los olores desagradables, y (3) inhibir, reducir o eliminar, su potencial de putrefacción. El éxito en su consecución de estos objetivos está relacionado con los efectos del proceso u operación de estabilización sobre la fracción orgánica o volátil del fango. La supervivencia de los organismos 32

46 patógenos, la proliferación de los olores y la putrefacción, se produce cuando los microorganismos se desarrollen sobre la fracción orgánica del fango. A la hora de proyectar un proceso de estabilización de fangos, es importante considerar la cantidad de fango a tratar, la integración del proceso de estabilización con las restantes unidades de tratamiento, y los objetivos del proceso de estabilización. Los objetivos del proceso de estabilización suelen estar afectados por las normas existentes o de futura implantación Estabilización con cal En el proceso de estabilización con cal, se añade suficiente cal al fango para elevar su ph por encima de 12. Este valor elevado de ph crea un entorno que no favorece la supervivencia de los microorganismos. Como consecuencia de ello, mientras se mantenga este ph, el fango no se pudrirá, no creara olores y no provocara riesgos a la salud pública. Para la estabilización del fango con cal se emplean dos métodos: (1) adición de cal al fango antes del proceso de deshidratación, practica conocida como pretratamiento con cal y (2) adición de cal al fango después del proceso de deshidratación o post tratamiento con cal. Para la estabilización se puede usar tanto cal hidratada,, como cal viva, CaO. En algunos casos, la cual se ha sustituido por cenizas volátiles, polvos de horno de cemento y carburo cálcico Lechos de Secado. El proceso de deshidratación más antiguo y más sencillo es el que usa lechos rectangulares poco profundos con fondos pudorosos arriba de una red de drenaje subterráneo. Los lechos de secado se dividen en áreas convencionales con paredes bajas. El lodo se pasa a los lechos de secado hasta que la profundidad es de 125 a 250 mm; la deshidratación tiene lugar debido al drenaje de las capas inferiores y ala evaporización de la superficie bajas la acción del sol y el viento. 33

47 La pasta se agrieta a medida que se seca, lo que permite mayor evaporación y el escape del agua de lluvia de la superficie. En buenas condiciones, el contenido de sólidos que se obtiene es casi del 25% en unas cuantas semanas; en el clima templados un periodo más común es de 2 meses. Se obtienen mejores resultados con la aplicación frecuente de capas de lodos poco profundas e intervalos más largos. La remoción del lodo seco se hace manualmente en plantas pequeñas pero en otros lados se tiene que instalar una planta mecánica para el levantamiento de los lodos. El terreno que se requiere para el lodo d aguas residuales es de 0.25 m 2 por persona. Este gran requerimiento hace difícil que los lechos de secado sean factibles a menos que se dispongan de terrenos a bajo costo. En muchas circunstancias se utiliza alguna forma de deshidratado mecánico, para las necesidades de terreno son mínimas y cuyo rendimiento no son afectados por el clima. 3.8 Digestión anaerobia de lodos de purga La digestión anaerobia es uno de los procesos más antiguos empleados en la estabilización de fangos. En este proceso se produce la descomposición de la materia orgánica e inorgánica en ausencia de oxigeno molecular. Sus principales aplicaciones han sido, y siguen siendo hoy en dia, la estabilización de fangos concentrados producidos en el tratamiento del agua residual y de determinados residuos industriales. Sin embargo, recientemente se ha demostrado que los residuos orgánicos diluidos también se pueden tratar anaeróbicamente Descripción del proceso En el proceso de digestión anaerobia, la materia orgánica contenida en la mezcla de fangos primarios y biológicos se convierte biológicamente, bajo condiciones anaerobias, en metano. El proceso se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado. Los fangos se introducen en el reactor de forma continua 34

48 o intermitente, y permanecen en su interior durante periodos de tiempo variables. El fango estabilizado, que se extrae del proceso continúo o intermitentemente, tienen un bajo contenido en materia orgánica y patógena, y no es putrescible (Crites, 2000). 3.9 Legislación sobre Aguas Residuales. México es uno de los países en el mundo que tienen las bases normativas referentes al medio ambiente en su constitución política. Esto da lugar a la Ley de Aguas Nacionales de la cual emanan reglamentos y normas cuya función es dar seguridad jurídica en el uso y aprovechamiento del agua. En particular, la calidad del agua que una planta de tratamiento de aguas residuales municipales debe descargar a un cuerpo receptor esta legislada por las Normas Oficiales Mexicanas. NOM-001-SEMARNAT-1996, Establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y Bienes Nacionales, en ríos con uso público urbano Y NOM-003-SEMARNAT-1997, Establece los límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas tratadas que se rehúsen en servicio al público.nom-004-semarnat Lodos y Biosólidos. Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final. 35

49 Capitulo 4 DESARROLLO DEL PROYECTO 36

50 CAPÍTULO DESARROLLO DEL PROYECTO ACTIVIDADES MAYO JUNIO JULIO AGOSTO 1. Reconocimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales 2. Investigación básica sobre el municipio 3. Verificación del sistema a través del diagrama de proceso 4. Desarrollo del proyecto 4.1 Arranque normal de la planta 5. Inicio de estabilización 5.1 Programa de monitoreo 5.2 Sedimentación y pruebas de IVL 5.3 Bombeo de agua clarificada al sedimentador 6 Control del proceso 6.1 Problemas de estabilización OD Espuma en el reactor 7. Muerte del reactor 7.1 Investigación de causas probables 8. Inoculo de lodos(ptar pirámides) 8.1 Aclimatación de lodo Control microbiano de lodo Digestión biológica Nutrientes en estado de traza 9 Prueba piloto 9.1 Tiempo de retención celular 37

51 4.2 DESARROLLO DEL PROYECTO 1.0 Reconocimiento de la planta de tratamiento de aguas residuales Se llego a las instalaciones de la planta Colon ubicada en la zona oriente de la cabecera municipal a una distancia aproximada de 3 km (ver figura 4 mapa de ubicación de la PTAR de Colon). Las coordenadas geográficas del sitio destinado para los trabajos son latitud: N, longitud: O a 1900 msnm Fecha inicio de la estadía: 21-MAY-2009 Fecha de término: 31-AGO-2009 Figura 4.Mapa de ubicación PTAR Colon Capacidad de la planta Tratamiento inicial 15 L/s ( m³/año) Potencial 22.5 L/s ( m³/año) Aportaciones El municipio aporta el predio y construye el emisor. 38

52 2.0 Investigación básica sobre el municipio de Colon Hidrografía en colon El territorio colones por su elevación sobre el nivel del mar, es un parte de aguas continental. Hacia el oriente vierte al golfo de México por el rio Panuco; aquí nace el rio Toliman-Extoraz, al occidente vierte al océano pacifico por el rio Lerma. En Colon las cuencas principales son: el rio Colon, en donde se forma la presa Colon, y el rio Zamorano y Santa María, de donde se forma la presa La Soledad la cual se aprovecha doblemente al abastecer el rio agrícola y la siembra de peces. Existen además 130 bordos, que almacenan aproximadamente metros cúbicos de agua; 6 manantiales; 160 pozos; 12 norias y 7 corrientes superficiales. Las presas Colon y la Soledad benefician tanto habitantes del municipio de colon como de Toliman. De este modo la construcción de la planta de tratamiento de aguas residuales Colon (ver figura 2 planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Colon), beneficia tanto al municipio de Colon, como al de Toliman, con el fin de obtener una mejor calidad del agua para el uso de riego agrícola. 39

53 Figura 5. Planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Colon 3.0 Verificación del sistema a través del diagrama de proceso Se realizo una inspección y se observo cada una de las operaciones de la PTAR, así como cada uno de sus procesos incluidos en el tratamiento de aguas (ver figura 6 diagrama de proceso de la PTAR). Se hizo distinción y reconocimiento de cada uno de los colores de la tubería del proceso (ver tabla 2 colores utilizados en la PTAR para identificar tuberías y válvulas). Tabla2. Colores utilizados en la PTAR para identificar tuberías y válvulas Proceso Tubería de agua cruda Tubería de lodos. Tubería de aire Tubería de agua tratada Barandales. Herrería (puertas, marcos) Válvulas (Cuerpo) Válvulas (volante) Rejillas Postes de alumbrado. Color Gris. Café Verde Nilo Azul Holandés Azul Holandés Azul Holandés Naranja Negro Negro o gris si tenía color. Azul marino 40

54 El reconocimiento de los colores utilizados en la tubería sirvió para verificar el sistema de tratamiento utilizado en la PTAR de Colón. Ubicando las interconexiones de cada una de las tuberías entre el sistema de lodos activados y el sedimentador secundario así como la recirculación de lodos. Además del reconocimiento del proceso se hizo revisión de cada una de las bombas del cárcamo de agua cruda, esto con el fin de revisar que el flujo de agua de las tres bombas fuera el adecuado, esto con el fin de obtener una mejor operación. 41

55 SIMBOLOGIA Reactor biológico Sedimentador secundario Tanque de contacto cloro AGUA CRUDA LODOS AGUA TRATADA AIRE EFLUENTE (10 LPS) NOM-001-SEMARNAT-1996 PRETRATAMIENTO canal de cribado, desarenador y cárcamo de bombeo SOPLADORES DESINFECCION UV EFLUENTE (5 LPS) NOM-003-SEMARNAT-1997 CARCAMO DE RECIRCULACION FILTRACION LECHOS DE SECADO DIGESTOR DE LODOS Figura 6. Diagrama de Proceso 42

56 Se verifica que los sopladores estén operando correctamente. Se verifico el funcionamiento de las bombas sumergibles, para verificar la operación óptima, en caso de no cumplir con las especificaciones se deberá avisar al supervisor de la planta para realizar algún cambio o modificación antes de iniciar la estabilización. A continuación se muestra en la tabla 3 los equipos con los que cuenta la PTAR: Tabla 3. Equipo sumergible en la PTAR. Equipo Ubicación No de equipos Bombas Sumergibles 3 Hp Cárcamo de agua cruda 3* Bomba Sumergible 1 Hp Bomba Sumergible 1 Hp Aireador Sumergible 15 Hp Bomba Centrifuga Horizontal 10 Hp Bomba Dosificadora de Hipoclorito de sodio Cárcamo de recirculación de lodos Digestor de lodos 1 Digestor de lodos 1 Alimentación a Filtros. 2 Tanque agua Tratada. 2 Contacto de cloro

57 4.0 Desarrollo del proyecto 4.1 Arranque normal de la planta de tratamiento de aguas residuales Colon. En este punto dio arranque del proceso de lodos activados, previsto con un flujo de entrada de 1,296 m 3 /día (15 L/seg.) Con un efluente del Pre tratamiento, (ver figura 7 vista del pretratamiento), que está compuesto por rejillas gruesa y finas y el desarenador. ESTRUCTURA DE IZAJE PARA RETIRO DE EQUIPO DE BOMBEO CANALETA PARSHALL GARGANTA 6" Figura.7 Vista del pre tratamiento Se dio arranque a los sopladores dejando que el aire saliera por los difusores, se llenaron 5 cm aprox. de agua es decir que tapara los difusores evitando excederse, esto fue para checar el burbujeo de estos. Después de checar el buen funcionamiento de los difusores (ver figura 8 prueba de difusores), se llenaron los tanques de aireación a la profundidad normal de operación en este caso a la mitad del tanque, permitiendo que el equipo de aireación opere a máxima eficiencia. Empleando los tanques de aireación se tiene el mayor tiempo de retención disponible. 44

58 Figura. 8 Prueba en difusores El objetivo del Tanque de Aireación es crear una población de microorganismos, para esto se requiere la mayor cantidad disponible de aireación para dar a estos la oportunidad de crecer, multiplicarse, y obtener las características deseables de sedimentación. Una vez que se lleno el tanque de aireación, se inicio el llenado del sedimentador secundario (ver figura 9). El uso del sedimentador reduce el transporte de sólidos ligeros que son microorganismos, y acelera la formación de floculo en el sistema. Figura. 9 Sedimentador secundario Cuando el sedimentador secundario se encontró lleno a las ¾ partes de su capacidad, se inicio la operación del sistema de recirculación de lodos. Las tasas de recirculación tienen que ser ajustadas para regresar rápidamente los lodos (organismos) al tanque de aireación. En nuestro caso se abre la válvula de recirculación de lodos, para nivelar 45

59 el lodo en el estanque de recirculación intentando que los lodos no estuvieran en el sedimentador secundario más de 1.5 horas. Ya que se sabe que pueden desarrollarse problemas si la tasa de recirculación es muy alta (mayor del 50 % del flujo del influente), debido a que el flujo es alto no permite que los lodos sedimenten en el fondo del clarificador. Teóricamente una Planta de Lodos Activados en general, opera satisfactoriamente a tasas de recirculación de 20 a 30 % del flujo del influente, se tomo en cuenta que la tasa relacionada de recirculación se tendría que hacer con base en los organismos que regresan al reactor donde ellos tratan la materia orgánica que entra. Para iniciar el proceso de lodos activados se dejo el reactor a 3/4 y el agua residual aireándose, con esto se podría dar inicia al proceso de lodos activados. 5.0 Inicio de la estabilización La estabilización dio inicio el 25 de mayo del 2009, se tenía agua en el reactor biológico, así que se esperaba que los microorganismos que ya contaban con comida y oxígeno, empezara a crecer. El mismo dia, después de dar inicio a la estabilización, se checo la concentración del Oxígeno Disuelto (O.D.) en el reactor biológico para verificar si la concentración que se tenía era la adecuada. Teóricamente la concentración adecuada tiene que estar entre 1.1 a 3.1mg/L de O 2. Durante los siguientes días de operación los registros que se tomaban diariamente daban diferentes demandas de oxigeno. Este resultado nos decía que se tiene que esperar a que se estabilice nuestro sistema, ya que aun no se conocen las necesidades de O.D. que necesita nuestro reactor. Muy frecuentemente se tenía un exceso de aire durante las primeras horas del medio día y en las tardes, lo anterior era producido por la tendencia de la carga orgánica, que aumenta más durante este periodo de tiempo. Al inicio de la estabilización no se pudieron realizar pruebas de IVL o sedimentabilidad, debido a que el material utilizado como probeta y vaso de precipitado fue entregado 46

60 por ESAL hasta el 4 de julio. Desde este dia comenzaron las pruebas. Después de la entrega se tomo una muestra del reactor biológico para una prueba de sedimentabilidad de 45 min. Después de unos minutos, se observo la formación de partículas muy finas de color beige grisáceo (ver Figura 10 prueba de IVL). Las partículas permanecieron suspendidas y bajaron lentamente. Después de 45 minutos, había una cantidad pequeña de partículas sedimentadas (10 a 20 ml), la mayor parte estaban en suspensión, lo anterior era una indicación clara que el proceso se está estabilizando, pero se requiere un IVL de 350 a 550mL para indicar que el reactor está estabilizado. Figura.10 Primera prueba de IVL 15 ml Durante las primera semana de operación el único control que se aplicaba de gran importancia consistía en mantener una concentración de O.D. de 1.1 a 3.1 ya que nuestro proceso tenía 7.09 mg/l de O.D. 47

61 5.1 Programa de monitoreo Con el fin de generar más información para el control futuro de la planta, se decidió revisar los siguientes parámetros: 1. DQO. (Demandas Química de Oxígeno) 2. Oxígeno Disuelto. 3. Sólidos Sedimentables (IVL). 4. Sólidos suspendidos totales(sst) 5. Temperatura 6. ph 7. Claridad del agua o Turbiedad. 8. Lectura de Medidores y Cálculos La planta cuenta con los siguientes instrumentos ver figura 11 sensores de ph y turbidez y figura 12 medidores de flujo de entrada. ph Turbidez Figura 11 Sensores de ph y turbiedad Figura 12 Medidor de flujo de entrada Algunos de ellos como la DQO y los sólidos sedimentables eran realizados una vez al mes, a partir del inicio de la estabilización. Los demás eran rutinarios. 48

62 5.2 Observaciones diarias. Antes de dar inicio a la estabilización se decidió anotar diariamente en la bitácora todas las observaciones que se podían ver a simple vista en la planta dia con dia. Algunas de ellas eran: a) Olor. b) Influente (Color y Nivel del Cárcamo de Bombeo ) c) Reactor biológico: Cantidad de espuma y nata superficial, Color del Licor Mezclado. d) Sedimentador Secundario. Claridad del efluente, Tipo de Sólido en la Superficie y el Efluente. e) Recirculación de Lodos Activados, Color y Olor. f) Equipo y Motores: Operación Normal, Ruido, Temperatura y Vibraciones. g) Condición del Agua en el sitio donde se descarga el Agua Tratada de la Planta de Tratamiento Aguas Residuales. Para determinar que el proceso se está llevando de manera adecuada, se realiza la prueba de IVL, la cual nos muestra el volumen de lodo viable, los resultados obtenidos fluctuaron entre los 40 y 50 ml. Se esperaba que lodos tuvieran un color café chocolate, un olor a tierra mojada y un IVL entre 150 a 250 ml, esto es una indicación de crecimiento continuo (fase logarítmica de crecimiento). Durante el primer periodo de estabilización en la planta se pudo observar que la aireación en el reactor biológico requería cierto tiempo para mantenerse con un OD adecuado y constante Sedimentación y prueba de IVL. Se realizaban continuamente pruebas de sedimentabilidad para observar mejor el floculo y la formación del lodo. 49

63 Las pruebas de sedimentabilidad nos muestran que el proceso está operando correctamente debido al resultado obtenido. El floculo en las pruebas realizadas era de color café claro y que al sedimentar producía un sobrenadante turbio y sin olor. Aunque los sólidos suspendidos individuales eran muy ligeros para sedimentar, se observo que se podían formar floculos lo suficientemente pesados para sedimentar (ver figura 13 sedimentación en el reactor biológico a los 30 min). La velocidad de sedimentación depende en gran parte de la edad del lodo y del material atrapado en el floculo. Por otra parte, la velocidad de sedimentación, del lodo, era lenta. Agua Lodo sedimentado Figura 13 Sedimentación en el reactor biológico a los 30 min Se realizaron pruebas de IVL diariamente durante el mes de junio para tener registro del crecimiento de los lodos. Diariamente se podía observar el crecimiento continuo de estos, que durante las primeras semanas tuvo un promedio de 50 a 60 ml, este resultado demostraba que estaba iniciando la etapa de adaptación. Aun así se decidió realizar más pruebas de IVL para conocer posibles dificultades en el sistema (ver figura 14. Diferentes pruebas de IVL). En dicho diagrama se muestran tres de los resultados posibles de la prueba, que comúnmente se utilizan para predecir problemas en el reactor secundario así como determinar si el proceso en el reactor biológico se está optimizando. 50

64 Purgar para no perder la calidad del lodo Ideal ± Si se pasa de 550 se purga Recirculación del sedimentador secundario Figura 14. Diferentes prueba de IVL Bombeo de agua clarificada al sedimentador Para decidir pasar el agua clarificada del reactor biológico al secundario se realizaron pruebas de IVL, para observar si se formaba un lodo compacto y el agua se clarifico, por el contrario si se observa que el agua aun esta turbia, esto nos indica que el agua aun tenia materia orgánica no digerida, por lo que se decide aumentar el tiempo de retención a un día más para verificar si se completa la degradación. Al día siguiente se realiza nuevamente la prueba de IVL para verificar si el agua ya esta clarificada, como se observa que si clarifico se procede a detener el soplador y esperar una hora y media para que sedimente el lodo y sea posible la extracción del agua clarificada. Al dejarlos en reposo, ambos se separan hasta situarse el lodo en la parte inferior del reactor. De esta forma, se vacía el agua por la parte superior por medio de una bomba sumergible (ver figura15 bomba sumergible en el reactor biológico) y se transfiere al sedimentador secundario (ver figura16 agua clarificada a sedimentador secundario). 51

65 Nuestro principal objetivo de bombear el agua clarificada del reactor biológico al sedimentador secundario era sacar el agua que ya no contiene materia orgánica, permitiendo con esto ingresar más agua cruda con la suficiente materia orgánica para mantener el reactor biológico estable. Figura15 Bomba en reactor Figura16 Bombeo de agua clarificada al sedimentador 6.0 Control de Proceso. Se decidió tener un control del proceso de lodos que consistía en la revisión de datos de operación para los que estaba prevista la PTAR de Colón, algunos de ellos de tipo laboratorio con el fin de seleccionar y de comparar los parámetros operacionales (tales como relación de alimento/ microorganismo (F/M), tiempo de retención celular (TMRC) y sólidos suspendidos en el licor de mezclado (SSLM)) Los datos de acuerdo a la memoria de cálculo de la planta para retención celular son, 3.97 d, la cual por el inicio de estabilización no coinciden teóricamente. Esto con una relación F/M de d ¹. Estos datos iníciales podrán servirnos para resolver posibles problemas que pueden surgir en un futuro en el reactor biológico. 52

66 6.1 Problemas durante la estabilización Aireación y Oxigeno Disuelto (OD). Desde el inicio de la estabilización el principal objetivo era poder mantener la concentración de oxígeno disuelto en el reactor biológico. Así que se decidió primero enfocarnos en este problema. El principal inconveniente dentro del reactor biológico era la sobre aireación, es decir tener un alto índice de O.D. esto ocasionaba en el proceso un rompimiento de floculos los cuales se podían observas en la superficie del sedimentador secundario. Se decidió monitorear este parámetro cada 2 horas, con el fin de buscar alternativas de solución y poder hacer los ajustes de aire apropiados. El exceso en el O.D. estaba causando probablemente problemas de espuma, así que como medida alternativa y mientras no esté totalmente estabilizado nuestro sistema se puso el soplador (ver figura 17 sopladores), con las rpm a 1.5 al igual que se mantuvo las válvulas de O.D. abiertas para ayudar a sacar el exceso de oxigeno (ver figura 18 válvula de OD). Esta alternativa nos daría tiempo para que poco a poco el reactor se estabilice y así la cantidad de microorganismos crezca y poder esperar un descenso en la concentración de O.D. debido a la demanda que los microorganismos irán necesitando. A mayor materia orgánica mayor demanda de oxigeno. Figura.17 Sopladores Figura.18 Válvula de purga de OD 53

67 6.1.2 Presencia de espuma La presencia de espuma en el reactor biológico se pudo determinar por el tipo de residuos que se está tratando, es decir del tipo domestico, la espuma presente es blanca y es resultado de que la planta contiene un lodo joven (ver figura 19 espuma en reactor biológico). Se llego a este resultado debido a las pruebas de IVL realizadas actualmente tienen un volumen de lodo promedio de 65 ml, es decir se tiene un corto tiempo de haber iniciado la estabilización y aun se tienen pocos lodos, estos apenas están creciendo y se están adaptando a las condiciones que el reactor contiene. Teniendo este tipo de problema se dejo seguir la estabilización, para esperar un mejor crecimiento en los lodos con el fin de que dejara de surgir la espuma. Sin embargo, por el tipo de agua que se está tratando no se pudo descarta la idea de que la espuma también pueda ser generada por detergentes. La presencia de espuma puede tener varios motivos, uno descartado en el proceso fue la presencia de microorganismos filamentosos, ya que este tipo no crece en lodos que son jóvenes, sin embargo la presencia de estos no se descarta para un futuro en el que la planta esta totalmente estabilizada. Figura. 19 Espuma en reactor biológico 54

68 7.0 Muerte del reactor biológico Como se muestra en la figura 20 estabilización del mes de junio, tuvo problemas relacionados principalmente con la carga orgánica, el influente disminuyo drásticamente en promedio 4.2 L/s a 0.4 L/s promedio diario. Esto provoco que la planta tuviera un paro durante dos semanas, en este periodo no se subió agua cruda al reactor, por lo que se apagaron los sopladores. Provocando la muerte del reactor el dia Lunes 21 de junio. En el periodo de tiempo de dos semanas no se realizaron actividades, esperando indicaciones por parte de Esal, para saber cuándo se podría volver a reiniciar con la estabilización. Figura 20. Estabilización del mes de junio 55

69 7.1 Causas de la muerte del reactor. Durante el periodo de tiempo de tratamiento los microorganismos llagaron a descomponer tanto la materia orgánica del agua, como los nitratos y fosfatos. Esto se llevaba a cabo para disminuir la carga de compuestos orgánicos disueltos en el agua. Los microorganismos, entre ellos principalmente bacterias, realizaron por un mes la descomposición de estos compuestos. Mat. orga O2 mo.. CO2 H2O ENERGIA BIOMASA La materia que contenía nuestro tipo de agua, actuaba como fuente de alimento para, las bacterias dentro de nuestro sistema de lodos activados; por lo tanto el cambio significativo en las características del agua, como la carga de DBO 5 afecto el crecimiento de nuestros microorganismos en el sistema de tratamiento. Sin embargo si nuestra carga de DBO 5, hubiese incrementado significativamente, habría demasiado alimento para microorganismos al igual que si disminuye, el cual fue nuestro principal problema, para ambas opciones se obtiene la misma respuesta, es decir la tasa de crecimiento se disminuye significativamente. Por lo tanto para reactivar y mantener un nuevo reactor biológico se decidió establecer la importancia de mantener un balance apropiado entre la cantidad de alimento que se agrega al sistema y la cantidad de lodos existentes en el. 8.0 Inoculación de lodos La manera de reactivar el reactor biológico fue mesclando una cantidad de lodos activados de una planta vecina (ver figura 21 pipa de la cea con lodos para inocular el reactor biológico). El inoculo procedente de la planta de tratamiento de aguas residuales pirámides llego a la planta de Colón el 22 de julio y fueron descargados en el cárcamo de bombeo para subirlos al reactor biológico y sucesivamente subir agua cruda (ver figura 22 56

70 lodos descargados en el cárcamo de bombeo), en espera de que los lodos se aclimaten a las condiciones que existen en la planta; la cantidad de materia orgánica, temperatura, ph, etc. Para acelerar el crecimiento de lodo activado en el reactor biológico se evito operar la planta a su máxima capacidad, ya que esto podría retrasar la formación, de floculos, debido a que ahora se requiere más tiempo de aireación para los lodos inoculados y su adaptación. Figura.21 Pipa cea con lodos Figura.22 Lodos descargados en cárcamo 8.1 Aclimatación del lodo El tiempo de aclimatación que se tomo en la planta representa el tiempo que los organismos necesitan para adaptarse a su nuevo ambiente, para que estos comiencen a multiplicarse. Después de dos días se tenía un IVL de 90 ml, esto significa que el alimento suministrado al reactor biológico y la velocidad del metabolismo estaba ayudando a procesar eficientemente la materia orgánica, como resultado se obtiene una mayor población de microorganismos la cual se puede evidenciar a través de dicha prueba. Se observo que a medida que los microorganismos se adaptaban lentamente a las condiciones de su entorno, el balance de la carga orgánica, genero que se aumentara el crecimiento, reproducción y la estabilidad de estos. Esto se evidencio en la prueba de IVL al obtener niveles 90 a 130 ml. 57

71 En los siguientes días de aclimatación se bombeó más agua cruda al reactor biológico, con el fin de evitar que los microorganismos entraran en fase de crecimiento endógeno. Es decir, que realicen canibalismo, alimentándose unos de otros así como de la materia celular muerta. Se decidió mantener el reactor con niveles adecuados de materia orgánica para evitar este tipo de problemas. Para tener más información de la etapa de aclimatación, se tomo la decisión de realizar las pruebas de IVL cada dos horas (durante los dos turnos de operación de la planta), tomando mediciones adicionales de O.D Control microbiano de los Lodos Activados Una vez iniciada la aclimatación de lodos inoculados se tomo en cuenta que el sistema que se utiliza en la PTAR de Colón es de lodos activados y es un proceso que utiliza entidades vivas como son los microorganismos, por lo tanto, se trato de identificar las especies de microorganismos que se encuentran en el reactor biológico y así cuando el proceso este estable, tratar de mantenerlas. Teóricamente los principales patógenos encontrados en los lodos biológicos pueden ser divididos en varios grupos, pero dentro de nuestro proceso de lodos activados existe la presencia del tipo Bacterias. Esto por el tipo de agua que se trata. Bacterias: Se encuentran numerosos tipos de bacterias en los lodos, una parte de ellas es de origen fecal y algunas provienen de portadores de gérmenes y por consiguiente puede ser patógeno. Las bacterias dentro nuestro reactor biológico se reproduce por fusión, es decir partiéndose una célula para producir dos, las cuales producen cuatro, y así sucesivamente. Como nuestro abastecimiento de agua ahora es el indicado, la velocidad de reproducción es exponencial. Este dato fue de gran importancia dentro de la estabilización, ya que es importante saber qué tipo microorganismos son los que llevan a cabo la degradación de la materia orgánica. 58

72 No solo era de vital importancia saber el valor de las bacterias dentro del reactor biológico, así que se investigo detalladamente que otros microorganismos se desarrollan a partir de las condiciones que generan las bacterias dentro del reactor. Este dato era vital para nosotros ya que estos son los que nos indican que nuestro proceso está estable o por el contrario que el proceso esté a punto de fallar o en un desequilibrio total. Ya que entre ellos debe existir un equilibrio constante. Las más comunes: Organismos filamentosos: El crecimiento filamentoso (ver figura 23 organismo filamentoso), dentro del sistema de lodos activados es causado por la unión de cierto tipo de bacterias conocidas como Nacardia y Thiothiri, las cuales se unen entre si y formar grandes estructuras filamentosas que dificultan la sedimentación del lodo. Provocando problemas de espuma. Figura.23 Organismo filamentoso Ciliados: Estos organismos semejan pequeñas bolsitas y se caracterizan por tener pequeños cabellitos alrededor del cuerpo llamados cilios. Existen dos tipos de ciliados los móviles o nadadores, los cuales utilizan los cilios para desplazarse en busca de alimento y fijos que están anclados a partículas solidas y que atrapan su alimento mediante movimientos de atracción del agua provocada por sus cilios (ver figura 24 organismos ciliados). 59

73 Figura.24 Organismos ciliados móviles y fijos Rotíferos: Son microorganismos multicelulares que presentan cilios en su cabeza también los utilizan como cola para poder desplazarse. Tanto a los rotíferos como los ciliados se les denomina en su conjunto como protozoarios (ver figura 25 organismo rotífero). Figura.25 Organismo rotífero Se espera que cuando nuestro proceso este estable se tiene que tener un predominio de ciliados tanto fijos como nadadores, algunos rotíferos y muy pocos filamentosos. En resumen, teóricamente las bacterias estabilizan la materia orgánica y los protozoarios se alimentan de bacterias y clarifican el efluente. El número de protozoarios ciliados libres o fijos es un indicador de la estabilidad nuestro proceso Digestión biológica En los siguientes días, se tenía un aumento significativo de lodos, de acuerdo a las pruebas de IVL y a las pruebas de O.D., con resultados de 105 ml de lodo. De acuerdo a la investigación que se realizo anteriormente, se sabía que en nuestro 60