Selección de plantas de tratamiento de agua residual

Transcripción

1 RALCEA: Eje Calidad de Agua y Saneamiento Curso Tecnologías de Tratamiento de Aguas Residuales para Reuso Módulo 1: Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales y Reuso Selección de plantas de tratamiento de agua residual Alvaro Mercado Guzman Santa Cruz, agosto 2013

2 Métodos de tratamiento Qué es el tratamiento del agua? Es someter al liquido a una serie procedimientos, que en el ámbito de la ingeniería de procesos se denominan operaciones y procesos unitarios, los cuales permiten modificar las características físicas, químicas y biológicas, para llevarlas a un estándar de calidad.

3 Operaciones y procesos unitarios OPERACIONES UNITARIAS: Cada una de las acciones necesarias de transporte, separación y/o transformación que solo impliquen cambios físicos. SEPARACIÓN TAMIZADO SEDIMENTACIÓN FLOTACIÓN FILTRACIÓN DESORCIÓN

4 PROCESOS UNITARIOS. Mecanismos de transformación de los componentes moleculares, que implican cambios en su estructura química, los cuales solo pueden ocurrir dentro de un sistema con condiciones termodinámicas e hidrodinámicas especificas. Al equipo donde se desarrollan estas reacciones químicas se le denomina reactor. Las reacciones químicas mas utilizadas son: oxidación, nitración, polimerización, esterificación, etc. OXIDACIÓN QUIMICA BIOQUIMICA

5 Características físicas químicas y biologicas del agua residual doméstica Clasificación Caracteristicas físicas Actividad que la incorpora Arenas y arcillas Sólidos flotantes Lavado de patios y arrastre por agua de lluvia Arrastre de basura Características químicas Orgánicos Materia orgánica Detergentes Grasas y aceites Orgánicos sintéticos Descarga de inodoros, lavados de cocinas Lavado de ropa y de lavado de utensilios de cocina Higiene personal, y de cocina Derrame de artículos de sustancias de limpieza y medicinas Inorgáncos Sales disueltas Metales pesados Compuestos de nitrogeno Compuestos de fósforo Lavado de utensilios y vertido de alimentos Pueden venir de baterias, y residuos de limpieza Descarga de inodoros Lavado de ropa y de lavado de utensilios de cocina Gases Oxigeno Aácido sulfúrico Metano Nitrogeno amoniacal Bioxido de carbono Disuelto en forma natural Descomposición de la materia orgánica Descomposición de la materia orgánica Descomposición de la materia orgánica Descomposición de la materia orgánica Caracteristicas biológicas Bacterias Virus Protozoarios Nemátodos Descarga de heces fecales Descarga de heces fecales Descarga de heces fecales Descarga de heces fecales

6 Características físicas, químicas y biológicas Caracteristica Materia orgánica Componentes moleculares Carbohidratos, proteinas, ácidos orgánicos Forma de medición global e indirecta, parámetros analíticos DQO DBO 5 COT SSV SDV Demanda quimica de oxigeno Demanda bioquimica de oxigeno Carbon orgánico total Sólidos suspendidos volatiles Sólidos disueltos volátiles Detergentes Grasas y Aceites Sales disueltas Compuestos de nitrogeno Dodecil benceno, sulfato alquil benceno lineal SAAM Sustancias activas al azul de metileno Hidrocarburos, ácidos grasos Gy A Grasas y aceites Carbonatos, bicarbonatos, cloruros Amoniaco, nitritos y nitratos Dureza Alcalinidad Conductivida d SDT SDF NTK NH 3 NO 2 NO 3 CT CF o CTT Virus Dureza total: calcio y magnesio Alcalinidad total Conductividad electrica Sólidos disueltos totales Sólidos disueltos fijos Nitrogeno total kjeldal Nitrogeno amoniacal Nitritos Nitratos Coliformes totales Coliformes fecales o termotolerantes Partículas virales Biologicas Patógenos como, Bacterias, virus, protozarios, y nemátodos Protozoarios Helmintos Quistes de protozoarios Huevos de helmintos

7 Patogenos Operaciones y procesos unitarios Característica Forma de asociación con el agua Operaciones y procesos unitarios para su remoción Arenas y arcillas Sedimentable Sedimentacion Material flotante Suspendida Tamizado por rejillas Grasas y aceites Emulsión Flotación Materia orgánica Suspendida Disuelta Sedimentación y o filtración Química Oxidación Bioquímica Detergentes Disuelta Oxidación Química Bioquímica Compuestos de nitrogeno Disuelta Oxidación Química Bioquímica Desorción Biologicas Bacterias Química Oxidación Virus Bioquímica Protozoarios Suspendida Oxidación Química Ultrafiltración Nemátodos Sedimentación y o filtración

8 Conversión biológica - Oxidación bioquímica Degradación de sustrato Sustancias minerales, CO 2, CH 4, H 2, PO 4-3, NH 4+, energía Materia orgánica en el agua (= substrato) Energía Decaimiento Nuevas células (lodo) Síntesis

9 Oxidación bioquímica Metabolismo aerobio Residuos oxidables Materia orgánica Oxígeno Bacterias aerobias Residuo de bacterias Nuevas bacterias CO 2 + H 2 O + NH 3 + Energía Nuevas células (biomasa) Energía Productos finales Residuo orgánico Respiración endógena Síntesis Biomasa Residuo no biodegradable

10 Oxidación bioquimica con bacterias aerobias OXIDACIÓN BIOQUIMICA CON BACTERIAS AEROBIAS La materia orgánica biodegradable es usada como sustrato para el crecimiento bacteriano. DQO/DBO + O 2 = nuevas células + CO 2, H 2 O, PO 4-3, NH 4+, energía Ej., 3C 6 H 12 O 6 + 8O NH 3 = 2 C 5 H 7 NO 2 +8CO H 2 O El sustrato como DBO soluble e insoluble es convertido en masa microbiano nueva a una tasa específica de: r Su = ds/dt =µ*x/y

11 Oxidación química metabolismo anaerobio Materia orgánica donante de hidrógeno BacteriaS anaerobias CH 4 + CO 2 NO - 3 SO = 4 CO 2 B -anaerobia B -anaerobia B -anaerobia N2 H 2 S CH 4 + H 2 O Materia orgánica particulada Enzimas extracelulares Materia orgánica disuelta Bacterias Formadoras de ácidos Ácidos orgánicos Alcoholes, H 2, CO 2 Ácidos orgánicos Alcoholes, H2, CO2 Biomasa del metano Biomasa CH 4 + CO 2 + H 2 O + H 2 S Biomasa

12 Reacciones bioquimicas Reductor Oxidante (aceptor final de e) Productos Organismo H 2 O 2 H 2 O Bacteria del hidrógeno H 2 SO 4 = H 2 O + S = Desulfovirbio Compuestos orgánicos O 2 CO 2 + H 2 O Bacterias, plantas y animales NH 3 O 2 NO H 2 O Bacteria nitrificante NO - 2 O 2 NO H 2 O Bacteria nitrificante Compuestos orgánicos NO - 3 N 2 + CO 2 Bacteria desnitrificante Fe ++ O 2 Fe +3 Ferrobacillus S = O 2 SO = 4 + H 2 O Thiobacillus

13 Condición oxido - reducción Condición Donador de electrón Aceptor final de electrón Aerobia Materia orgánica o inorgánica O2 Anóxica Materia inorgánica NO3-, NO2- Anaerobio Materia orgánica o inorgánica Materia orgánica, HCO 3-. SO 4-2

14 Patogenos Métodos de tratamiento Característica Operaciones y procesos unitarios para su remoción Sistema a ser empleado en el tratamiento del agua Material flotante Tamizado por rejillas Rejillas Arenas y arcillas Sedimentación Desarenadores Grasas y aceites Flotación Trampas de grasa Materia orgánica suspendida Sedimentación Sedimentación primaria Materia orgánica disuelta Carbonacea Nitrogenada Química Cloración, ozonación Oxidación Aerobia Detergentes Bioquimica Anaerobia Anoxica Bacterias Oxidación Química Bioquimica Cloración Digestión endógena Biologicas Virus Oxidación Química Cloración Ultrafiltación Ultrafiltración Protozoarios Nemátodos Sedimentación y /o filtracióni Sedimentación Filtración en arena

15 Patogenos Métodos de tratamiento Característica Sistemas empleados en el tratamiento de agua Clasificación convencional Material flotante Arenas y arcillas Aceites y grasas Rejillas Desarenadores Trampas de grasa Pre tratamiento Materia orgánica suspendida Sedimentación primaria Primario Materia orgánica disuelta Biologicas Bacterias Virus Protozoarios Nemátodos Oxidación bioquimica Oxidación bioquimica Cloración Cloración Ultra filtración Aerobia Anaerobia Anoxica Digestion endógena Filtración en arena Secundario Desinfección Terciario

16 Métodos de tratamiento Clasificación convencional Pretratamiento Primario Nombres convencionales de los procesos y operaciones unitarias mas usadas en el tratamiento de agua Rejas o tamices Desarenadores Tanques sépticos Tanques Inhoff Sedimentador primario Operación manual Operación mecánica Flujo horizontal Con areación Centrífugos Aerobio Reactores de medio fijo Reactores de biomasa suspendida Filtros percoladores Biodiscos Reactor de lodos activados Secundario Anaerobio Reactores anaerobios Laguna anaerobia Reactor anaerobio de flujo ascendente Desinfección Consorcio bacteriano Lagunas de estabilización Humedales Lagunas de maduración Tanques de contacto de cloro Lagunas facultativas Flujo superficial Flujo sub superficial

17 Eficiencias esperadas Característica Materiales flotantes, arcillas y arenas Materia orgánica suspendida Materia orgánica disuelta Organismos patógenos Nombres convencionales de los procesos y operaciones unitarias mas usados en el tratamiento de agua Aerobio Anaerobio Consorcio bacteriano Rejas o tamices Desarenadores Remocio n esperada de materia orgánica (%) operación manual operación mecánica Flujo horizontal Con aireación Centrífugos Tanques sépticos Tanques Imhoff Sedimentador primario Reactores de medio fijo Reactores de biomasa suspendida Reactores anaerobios Lagunas de estabililzacion Filtros percoladores Biodiscos Reactor de lodos activados Laguna anaerobia Reactor anaerobio de flujo ascendente Remocio n esperada de patogeno s (%) Lagunas facultativas Humedales Flujo superficial Flujo subsuperficial Lagunas de maduración Tanques de contacto de cloro 99 99

18 Costos estimados de operación y mantenimiento Característica Materiales flotantes, arcillas y arenas Materia orgánica suspendida Materia orgánica disuelta Organismos patógenos Nombres convencionales de los procesos y operaciones unitarias mas usados en el tratamiento de agua operación manual Rejas o tamices operación mecánica Flujo horizontal Desarenadores Con aireación Centrífugos Aerobio Anaerobio Consorcio bacteriano Costos de operación y mantenimiento $/m 3 Tanques sépticos Tanques Imhoff Sedimentador primario Reactores de medio Filtros percoladores 0,86 fijo Biodiscos 0,86 Reactores de biomasa suspendida Reactores anaerobios Lagunas de estabililzacion Reactor de lodos activados 1,49 Laguna anaerobia 0,21 Reactor anaerobio de flujo ascendente 0,1 Lagunas facultativas 0,21 Flujo superficial Humedales Flujo subsuperficial 0,2 Lagunas de maduración 0,21 Tanques de contacto de cloro