Tratamiento de Aguas Residuales.

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Miguel Ángel Alarcón Cárdenas
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1 Universidad de Los Andes Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Dpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos Tratamiento de Aguas Residuales. Parte 2/2 CONTAMINACIÓN DEL AGUA Prof. Yoana Castillo yoanacastillo@ula.ve Web: CONTENIDO 1. Tratamiento de aguas residuales: Secundario. Terciario. 2. Tratamiento de lodos generados. 3. Esquema general de una planta de tratamiento de aguas residual industrial. 1

Yoana Castillo yoanacastillo@ula.ve Web:http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/yoanacastillo/ CONTENIDO 1.

2 TRATAMIENTO SECUNDARIO O BIOLÓGICO[1-4] Objetivos: Coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y estabilización de la materia orgánica, gracias a la acción de una variedad de microorganismos, principalmente bacterias. En el caso de las aguas residuales industriales, el principal objetivo es la reducción de la concentración de compuestos tanto orgánicos como inorgánicos. Los microorganismos se utilizan para convertir la materia orgánica coloidal y disuelta en diferentes gases y tejido celular. Dado que el tejido celular tiene un peso especifico ligeramente superior al del agua, se puede eliminar por decantación. TRATAMIENTO SECUNDARIO Actividades bioquímicas de los microorganismos [1-4] Requerimientos nutricionales Carbono. Nitrógeno. Fósforo. Azufre. Iones inorgánicos: K, Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Co. Oxígeno, según mecanismo. 2

Los microorganismos se utilizan para convertir la materia orgánica coloidal y disuelta en diferentes gases y tejido celular.

3 TRATAMIENTO SECUNDARIO Metabolismo bacteriano [1-4] Para llevar a cabo los procesos metabólicos, las bacterias obtienen energía a partir de compuestos del medio circundante: carbono orgánico y nutrientes, luego la convierten en energía química útil para la célula generando productos finales y un residuo orgánico más simple. TRATAMIENTO SECUNDARIO Crecimiento bacteriano [3] S id i i d l bi l ú d él l di t t j Se mide siguiendo los cambios en el número de células mediante un contaje total y de viables o con medidas de peso de la biomasa celular y turbidez. 3

productos finales y un residuo orgánico más simple.

4 TRATAMIENTO SECUNDARIO Factores que afectan el crecimiento bacteriano [3] Temperatura. ph. Disponibilidad de agua. Oxígeno TRATAMIENTO SECUNDARIO[1-5] Mecanismo Aerobio: Microrganismos aerobios o facultativos consumidores de oxígeno. Tipo Lodos activados Filtros biológicos Biodiscos Lagunas de oxidación Anaerobio: Microorganismos anaerobios, sistemas cerrados sin oxígeno. UASB Reactor anaeróbico de flujo ascendente Reactor de contacto Lecho de relleno. Lecho fluidizado 4

Tipo Lodos activados Filtros biológicos Biodiscos Lagunas de oxidación Anaerobio: Microorganismos anaerobios, sistemas

5 TRATAMIENTO SECUNDARIO 1. Lodos activados [1-6] Desarrollado en Inglaterra en 1914 por Andern y Lockett, involucra la producción una masa activa de microorganismos capaces de estabilizar un residuo por vía aerobia. Uso de aireación por medio de difusores o sistemas mecánicos, bajo estas condiciones, los organismos oxidan una parte del desecho orgánico a dióxido de carbono y agua, para obtener energía y sintetizar la otra parte en forma de células microbianas nuevas utilizando la energía obtenida de la oxidación. TRATAMIENTO SECUNDARIO[1] 1. Lodos activados. Reacciones: Oxidación y síntesis: bacterias COHNS + O2 + Nutrientes CO2 + NH3 + C5 H7 NO2 + otrosproductos Materia Nuevas orgánica células Respiración endógena: bacterias C H 7NO 2 + 5O 2 5CO 2 + 2H NH 3 Células 5 + Tipos de microorganismos presentes energía Bacterias, géneros Alcaligenes flavobacterium, Bacillus y Pseudomonas. En el proceso de purificación son importantes las bacterias nitrificantes; tales como Nitrosomas y Nitrobacter, al igual que la Zooglea ramigera. Protozoos y rotíferos que actúan como depuradores de los efluentes. Los protozoos consumen las bacterias dispersas que no han floculado y los rotíferos consumen cualquier partícula biológica pequeñas que no se haya sedimentado. 5

Uso de aireación por medio de difusores o sistemas mecánicos, bajo estas condiciones, los organismos oxidan una parte del desecho orgánico a dióxido de carbono y agua, para obtener energía y

6 TRATAMIENTO SECUNDARIO[1] 1. Lodos activados. Formas de operación Convencional Período de aereación de 5 a 8 horas. Remociones > 90% DBO. Aereación por pasos o escalonado. TRATAMIENTO SECUNDARIO[1] 1. Lodos activados. Formas de operación Aereación por etapas. Mezcla completa. Altas cargas. Tiempos de aereación de 1.5 a 3 horas. Aereación prolongada 6

Remociones > 90% DBO. Aereación por pasos o escalonado.

7 TRATAMIENTO SECUNDARIO[1] 2. Filtros biológicos [4-5] Uso de material de relleno plástico sobre el cual crece una película de microorganismos i aerobios. El agua residual a tratar se distribuye en la parte superior, luego entra en contacto con aire y microorganismo y la materia orgánica se descompone para generar CO2 ymás células. Alturas de filtro hasta 12m. No reducen más allá del 85% de la materia orgánico. Más fáciles de operar que los lodos activados. Producción de sólidos finales mínima. Para aumentar los rendimientos se puede trabajar en 2 etapas. TRATAMIENTO SECUNDARIO[1] 3. Biodiscos: Contactor biológico rotativo [4-5] Es tan eficaz como los lodos activados. Requiere menos espacio y fáciles de operar. Estructura plástica de diseño especial, dispuesta alrededor de un eje horizontal. El cuerpo típico es de polietileno de alta densidad y gran superficie especifica. Puede estar sumergido de un 40 a un 90% en el agua a tratar. Desarrollo de una película de microorganismos, cuyo espesor se autorregula por el rozamiento con el agua. Producción de sólidos finales mínima. Pueden usarse varias unidades en serie o paralelo. 7

Alturas de filtro hasta 12m. No reducen más allá del 85% de la materia orgánico. Más fáciles de operar que los lodos activados. Producción de sólidos finales mínima.

8 TRATAMIENTO SECUNDARIO[1] 4. Lagunas de oxidación [4-5] Grandes lagunas aereadas con tiempos de retención de 3 a 6 días. Insensibles a las variaciones de carga. Requieren de grandes extensiones de terrenos. En zonas frías son poco eficientes. Sin aereación artificial podrían se anaerobias. Criterios de diseño se desarrollarán en clases TRATAMIENTO SECUNDARIO ANAEROBIO[1-6] Digestión anaerobia Procesar aguas residuales con alta carga orgánica DBO de 2000 a 30000mg/L. Industrias alimentarias. Es un reactor cerrado sin oxígeno. La materia orgánica soluble y coloidal se transforma en ácidos volátiles que a su vez se transforman en CH4 y CO2. Biogás con alrededor de 65% de metano que puede ser usado. El sistema más conocido esel UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) mostrado en la figura. Altos tiempo de retención 30 a 60 días. Temperaturas: 30-38ºC ph: 6.6 y 7.6 metano bacterias 8

Criterios de diseño se desarrollarán en clases TRATAMIENTO SECUNDARIO ANAEROBIO[1-6] Digestión anaerobia Procesar aguas residuales con alta carga orgánica DBO de 2000 a 30000mg/L.

9 TRATAMIENTO TERCIARIO O QUÍMICO[1,5] Proceso final en la purificación de efluentes donde se emplean agentes químicos y físicos con el objeto de eliminar los microorganismos patógenos contenidos en el agua. Los más usados son: Tipo Descripción del proceso. Filtración. Eliminar sólidos que se han arrastrado del sedimentador secundario. Medio filtrante usado: arena, grava, antracita ó combinación. Adsorción. Eliminar materia orgánica residual del tratamiento biológico, olor, sabor, color. Uso de carbón activado forma granular, que puede regenerarse con vapor o aire a altas T (850ºC) Oxidación química. Adición de un oxidante fuerte como Oxígeno, ozono, cloro, hipoclorito sódico. Electrodiálisis Intercambio iónico. Ósmosis Inversa. Proceso con membranas selectivas. Proceso de intercambio con resinas. Elimina iones disueltos. Proceso con membrana selectiva, flujo con presión osmóticas elevadas. TRATAMIENTO DE LODOS GENERADOS Qué hacer con los lodos provenientes de pretratamientos, sedimentadores primarios y secundarios? Proceso de espesado y deshidratación. Traslado a una zona final de depósito o incineración. 9

Adsorción. Eliminar materia orgánica residual del tratamiento biológico, olor, sabor, color.

10 TRATAMIENTO DE LODOS GENERADOS Espesado de lodos [1,5] Por gravedad Por flotación TRATAMIENTO DE LODOS GENERADOS Estabilización de lodos de origen biológico. Evitar descomposición incontrolada posterior, puede realizarse por digestión anaerobia. Puede agregarse cal. Deshidratación de lodos. Por centrifugación. Filtración al vacío. Filtros prensa de bandas con acondicionamiento previo del lodo con polielectrolito, cal y/o cloruro férrico para obtener sequedad del orden de 45%. Disposición final. Vertedero. Incineración. 10

Puede agregarse cal. Deshidratación de lodos. Por centrifugación. Filtración al vacío.

11 Planta de Tratamiento de Aguas Residuales 0 Oficina Industria Alimenticia: Maíz 1 Tanque de descarga general 2 Tamiz 3 Tanque de acondicionamiento 4 Reactor Anaerobio 5 Unidad Anóxica 6 Tanque de aereación lodos activados DQO ppm 7 Sedimentador 1 8 Tanque de espuma del sed 1. 9 Tanque de lodos del sed Biodiscos (fuera de servicio) 11 Sedimentador 2 12 Tanque de espuma del sed Tanque de lodos del sed Unidad de Cloración 15 Tanque de almacenamiento de lodos. 16 Filtro prensa 18 Quemador de Gas Metano 19 Sopladores 20 Centro de Control Maestro. Decreto 833 Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Industria Alimenticia: Maíz Análisis realizados en la planta Demanda Química de Oxígeno. Sólidos sedimentables, totales y volátiles. Fósforo. Cloro Residual. Oxígeno Disuelto. Nitritos y Nitratos. Cloruros. Sulfatos. 11

10 Biodiscos (fuera de servicio) 11 Sedimentador 2 12 Tanque de espuma del sed 2. 13 Tanque de lodos del sed 2. 14 Unidad de Cloración 15 Tanque de almacenamiento de lodos.

12 REFERENCIAS [1] METCALF & EDDY. Ingeniería de las aguas residuales, tratamiento, vertido y reutilización. Tercera edición, McGraw-Hill. Madrid [2] MADIGAN M, MARTINKO J, PARKER J. Brock Biología de los microorganismos. Octava edición, Prentice Hall. Madrid [3] TCHOBANOGLOUS, G. Sistema de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados. Primera edición, McGraw-Hill. Bogotá [4] MONTOYA, R. Contaminación de Aguas. Universidad de Los Andes. Venezuela [5] RIGOLA PEÑA. M. Tratamiento de aguas industriales Alfaomega grupo editor. México [6] ROMERO, J. Tratamiento de aguas residuales. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá

Sistema de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados. Primera edición, McGraw-Hill. Bogotá. 2007 [4] MONTOYA, R. Contaminación de Aguas.

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