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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
CATEDRA INTERNACIONAL 2008
ING. CARLOS JULIO COLLAZOS
CONTENIDO
2.1. Introducción2.2. Clasificación de los sistemas de tratamiento2.3. Tratamientos preliminares2.4. Tratamientos primarios2.5. Tratamientos secundarios2.6. Tratamiento de lodos
Porcentaje de Porcentaje de pobreza urbana pobreza urbana por país en ALCpor país en ALC
Porcentaje de pobres en áreas urbanasPorcentaje de pobres en áreas urbanasMás de 60%Más de 60%
Entre 40 y 60%Entre 40 y 60%
Menos de 40%Menos de 40%
No disponibleNo disponible
POBREZA URBANA Y SANEAMIENTO
Fuente: OMS/OPS
Diagnóstico (Fuente: Latinosan 2007)
Se estima que el 41% de la población mundial (2600 millones de habitantes) no tiene acceso al saneamiento básico
En América Latina en el 2004, el 14% de la población urbana (60 millones de personas) y el 51% de la población rural (65 millones de personas) carecían de sistemas de saneamiento
El año 2008 ha sido declarado por las naciones Unidas como el año internacional del saneamiento
La meta del milenio, busca reducir a la mitad el número de habitantes sin acceso al saneamiento básico para el año 2015
Disposición urbana de aguas residuales en América Latina (1998)
Disposición in situDisposición in situ 27%27%Alcantarillado ( 600 mAlcantarillado ( 600 m33/s)/s) 63%63%Sin servicio 10%Sin servicio 10%
Agua residual tratada 14%Agua residual tratada 14%(con tratamiento aceptable 6%)(con tratamiento aceptable 6%)
86%86%sinsin
tratamientotratamiento516 m516 m33/s/s
600 m600 m33/s/s
ríos, ríos, agricultura y agricultura y
maresmaresOPS, 2001
BALANCE EN LA PRODUCCIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNCIPALES EN COLOMBIA
20% conducidas a PTARs.
8% efectivamente tratadoPRODUCCIÓN DIARIA DE
AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
SEIS (6) MILLONES DE M3.
PRODUCCIÓN DIARIA DEPRODUCCIÓN DIARIA DEAGUAS RESIDUALES DOMESTICASAGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
SEIS (6) MILLONES DE MSEIS (6) MILLONES DE M33.. 80% vertidos sin tratamiento al suelo, ríos, quebradas, lagos y el mar.
Fuente: MAVDT
Esquema de uso tradicional del agua en América Latina
Recurso hídricoRecurso hídrico
AguasResiduales
CEPIS/OPS
AGROAGRO CIUDADCIUDAD
Esquema tendencia actual en América Latina
CIUDADCIUDAD
AguasAguasResidualesResiduales
Recurso hídrico
Reuso
AGROAGRO
TRATAMIENTO ADECUADOTRATAMIENTO ADECUADOCEPIS/OPS
PROPOSITOS DEL TRATAMIENTO
Dependen del destino final y pueden ser, básicamente:
Separar o remover del vertimiento los constituyentes indeseables
Modificar las propiedades fisicoquímicas o biológicas del residuo con el fin de alcanzar niveles compatibles con los requerimientos de la descarga
GRADUALIDAD
Dentro de una concepción racional del tratamiento es lógico contemplar un proceso de gradualidad en la implementación de las soluciones (etapas):
Inicialmente podría considerarse:
- Acondicionamiento- Remoción de Sólidos Suspendidos- Remoción de DBO soluble- Remoción de patógenos
GRADUALIDAD
Posteriormente:- Remoción de Nitrógeno- Remoción de fósforo
Finalmente:- Remoción de metales pesados- Remoción de sustancias refractarias- Remoción de otras sustancias disueltas
Criterios de selección
Para la selección de los procesos de tratamiento es necesario observar las siguientes consideraciones:
Características del agua a tratarGrado de tratamiento requerido según el destino finalDisponibilidad de espacioCostos: Capital y O & M
Clasificación por el tipo de proceso
En general, los procesos de tratamiento están categorizados como transporte de momento, masa o calor o una combinación de los mismos. Por esa razón se clasifican en:
Procesos Físicos
Procesos Físicos
Procesos QuímicosProcesos Químicos
Procesos BiológicosProcesos Biológicos
Clasificación por el grado de tratamiento
En atención a un orden de gradualidad, un proceso de tratamiento se puede implementar secuencialmente de la siguiente manera:
PreliminarPreliminarPreliminar
E = 5% PrimarioPrimarioPrimario
SecundarioSecundarioSecundarioE = 30 – 50%%
Terciario o avanzado
Terciario o Terciario o avanzadoavanzado
E = 80 – 95%%
Cribado – Función y características
Rejas o rejillas de barras metálicas paralelas e igualmente espaciadas
Su función es retener sólidos gruesos que floten o que se encuentren suspendidos en el agua
Pueden ser de limpieza manual (gruesas) o de limpieza mecánica (finas)
Fuente: COMARCO
Cribado – Especificaciones de las rejas
TIPO DE REJATIPO DE REJA ESPACIAMIENTO ENTRE ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS (m.m.)BARRAS (m.m.)
GruesaGruesa 40 hasta 10040 hasta 100
MediaMedia 20 hasta 4020 hasta 40
FinaFina 10 hasta 2010 hasta 20
Muy fina (rotatoria)Muy fina (rotatoria) 0,25 hasta 2,50,25 hasta 2,5
C A R A C TER ÍS T IC A S D E L IM P IE ZA M A N U A L
D E L IM P IE ZA M EC Á N IC A
Espacia m iento entre barras de la rejilla (m m )
15 - 50 3 - 70
V elocidad m ínim a de aproxim ación (m /s) 0 .3 – 0 .6 0 .3 – 0 .9
V elocidad m ínim a en tre barras (m /s)
0 .3 – 0 .6 0 .3 – 1 .2
Fuente : M inisterio de D esarrollo
Desarenadores – Características y función
Estructuras destinadas a remover arenas y otros guijarros presentes en las aguas residuales
Los desarenadores pueden ser rectangulares o circulares; de flujo horizontal o helicoidal; aireados o no; de limpieza manual o mecánica
Foto: PTAR Breda, Holanda
Tienen como función prevenir la abrasión de equipos mecánicos, evitar la sedimentación de arenas en tuberías, canales y tanques ubicados aguas abajo
Foto: PTAR El Salitre, Bogotá - Colombia
Desarenadores – Especificaciones
Parámetros de diseño para desarenadores rectangulares de flujo horizontal
FUENTE: CRITES Y TCHOBANOGLOUS (2000)
3025 - 50%Longitud adicional por aumento en turbulencia a la entrada y la salida
0,750,60 - 0,90m/s- Material tamiz # 100 (0,15 mm)
2,92,80 - 3,10m/s- Material tamiz # 50 (0,30 mm)
Velocidad de sedimentación para remover:
0,30,24 - 0,40m/sVelocidad horizontal
6045 - 90sTiempo de retención hidráulico
TIPICOINTERVALO
VALORUNIDADPARÁMETRO
Desarenadores – Especificaciones
Parámetros de diseño para desarenadores aireados
TIPICOINTERVALO
FUENTE: CRITES Y TCHOBANOGLOUS (2000)
0,460,28 - 0,74m3/min*mSuministro de aire por m de longitud
4:13:1 a 5:1RazónRelación largo - ancho
1,5:11:1 a 5:1RazónRelación ancho - profundidad
3,72,4 - 7,0m- Ancho
12,27,6 - 19,8m- Longitud
3,02,1 - 4,9m- Profundidad
Dimensiones:
3,02 - 3minTiempo de retención para caudal pico
VALORUNIDADPARÁMETRO
Homogenización – Función
Son tanques que sirven para regular o disminuir los efectos de la variación del flujo o de la concentración de las aguas residuales
Estos tanques son indispensables en el tratamiento de las aguas residuales industriales y a veces se utilizan en las instalaciones municipales
Un tanque de igualación es un depósito de cualquier forma con capacidad suficiente para contener el flujo de agua que sobrepasa un determinado valor.
El procedimiento de calculo se basa en establecer un balance de masa a intervalos regulares de tiempo
Fuente: Toprak
Sedimentación Primaria – Función y características
La sedimentación es un proceso físico que aprovecha la diferencia de densidad y peso entre el líquido y las partículas suspendidas
Los sólidos, más pesados que el agua, precipitan produciéndose su separación del líquido
La sedimentación primaria aplica para partículas floculentas (con o sin coagulación previa)
Los sedimentadores pueden ser circulares o rectangulares
Sedimentadores Primarios – Criterios
Parámetros de diseño para sedimentadores rectangulares
TIPO DE TIPO DE TRATAMIENTOTRATAMIENTO
CARGA SUPERFICIAL, CARGA SUPERFICIAL, m/dm/d ProfundidadProfundidad
(m)(m)
Carga sobre Carga sobre el vertedero el vertedero
(L/s.m)(L/s.m)
Tiempo de Tiempo de retenciretencióónn
(h)(h)
% de remoci% de remocióónn
Caudal Caudal promediopromedio Caudal picoCaudal pico DBODBO SSSS
Primario seguido de Primario seguido de tratamiento tratamiento secundariosecundario
3232--4949 8181--122122 33--55 1,4 1,4 -- 5,85,8 1,51,5--2,52,5 3535-- 4545 5050--7070
Primario con lodo Primario con lodo activado de desechoactivado de desecho 24 24 –– 3333 48 48 -- 7070 3 3 -- 55 1,4 1,4 –– 5,85,8 1,51,5--2,52,5 3535--4545 5050--7070
PrimarioPrimario 24 24 -- 3333 4545 2,1 2,1 -- 3,63,6 1,4 1,4 -- 5,25,2 1 1 -- 22 35 35 -- 4040 50 50 -- 7070
Fuente: Romero, 2005
Flotación – Función y características
Es un proceso utilizado para la separación de partículas sólidas o líquidas en un medio líquido
En el tratamiento de las aguas residuales se utiliza para remover aceites y grasas y también para aglutinar sólidos suspendidosLa separación se consigue por
flotación simple o introduciendo burbujas muy finas de aire en la masa líquida para que arrastren las partículas suspendidas hacia la superficie (DAF)
Flotación con recirculaciónFuente: FAO
Flotación sin recirculación
La flotación con aire se puede aplicar con o sin recirculación
Flotación DAF – Parámetros de diseño
Sistema de presión: 3 a 5 atm
Caudal de recirculación: 15 – 120%
Carga superficial: 60 – 230 m3/m2.d
Tiempo de retención: 20 – 40 minutos
Relación aire/sólidos: 0.005 – 0.08 kg/kg
Lodos activados – Características
Desarrollado por Ardern y lockett en Inglaterra en 1914
El nombre del proceso se deriva de la formación de una masa de ¨microorganismosactivos¨ capaz de estabilizar un desecho orgánico bajo condiciones aerobias Esquema básico reactor - sedimentador
El ambiente aerobio se logra mediante aireación difusa o mecánica en un tanque de aireación
Fuente: Toprak
Después de tratado el residuo en el tanque de aireación, la biomasa es separada en un sedimentador secundario. Parte de la misma se recircula al reactor
Variantes del proceso y sus aplicaciones
Bajo en nitrógeno, residuos de elevada concentraciónProceso Kraus
Pequeñas comunidades, plantas compactas, flexible, aereadores superficiales
Aereación Extendida
Ampliación de sistemas existentes, Plantas compactas, flexible
Estabilización por Contacto
Aplicación general para un amplio rango de desechosAireación por Pasos
Aplicación general, resistente a cargas de choqueMezcla Completa
Aguas residuales domésticas de baja o media concentración, admite cargas de choque, aunque con algunas restricciones.
Convencional
APLICACIONMODALIDAD
Parámetros de diseño (típicos)
75 - 15018-363.0 – 6.00.01 – 0.050.05 – 0.3010 - 30Zanjas de oxidación
50 - 15018-363.0 – 6.00.01 – 0.040.05 – 0.1520 - 30Aireación extendida
25 - 1003 - 52.5 – 4.00.07 – 0.180.2 – 0.65 - 15Mezcla completa
25 - 754 - 81.5 – 3.00.03 – 0.060.2 – 0.45 - 15Convencional
R[%]
θ[h]
X[g/l SSV]
COV[kg DBO/m3.d ]
F/M[kg DBO/kg SVLM.d]
θc[ d ]
PROCESOVARIANTE
Convenciones:
• Edad de lodos: θc ; F/M: Relación Alimento/Microorganismos
• Carga Orgánica Volumétrica: COV ; X = SSVLM (sólidos suspendidos en licor mezclado
• Tiempo de Retención Hidráulico: θ ; Tasa de Recirculación (%): R
Diagrama básico de una planta convencional de lodos activados
MANEJO DE SÓLIDOS
7
TRATAMIENTOSECUNDARIO
TRATAMIENTOPRELIMINAR
TRATAMIENTOPRIMARIO
Basuras
Recuperaciónde Energía
Gas Metano
Influ
ente
Inte
rcep
tor
Eflu
ente
Río
Med
ellín
Espesamiento
Deshidratación
Biosólid os
Rejas Bomb eo Desa renad orSedimentador
Pr imarioTanques deAireación
SedimentadorSecundario
DigestorAnaeróbico
LodosA ctivados
Línea de A guasLínea de LodosBasuras
Procesos bioló gicosInhibidos por tó xicos
Retorno de Lodos
Fuente EPM, PTAR San Fernando
Sistemas de biomasa adherida -fundamentos
En los sistemas de tratamiento con biomasa adherida los microorganismos se encuentran pegados a un medio de soporte que puede ser de plástico, piedra o cualquier otro material inerte
Diferentes medios
Dependiendo de las condiciones ambientales que rodean el medio de soporte, los sistemas de biomasa adherida pueden ser aerobios o anaerobios
Sistemas de biomasa adherida – Ejemplos de aplicación
Filtro percolador
Fuente: IWKBiorotores o biodiscos
Filtros percoladores – Parámetros de diseño
10 - 200 - 240 - 70Piedra o plástico
> 1.540 - 2000.9 – 6.0Desbaste
6 – 101 – 260 – 90Plástico0.6 – 3.210 – 753.0 - 12Alta carga
6 – 101 – 250 – 90Piedra0.4 – 2.410 – 401.8 – 2.4Alta carga
2 – 80 - 150 – 80Piedra0.24 – 0.484 - 101.8 – 2.4Carga intermedia
2 – 4080 – 90Piedra0.07 – 0.221 - 41.8 - 2.4Baja carga
POTENCIAKw/103 m3
REFICIENCIARemociónDBO (% )
TIPO DE RELLENO
CARGAORGANICA
kg DBO/m3.d
CARGA HIDRAULICA
m3/m2.d
H(m)
TIPO
Fuente: Metcalf & Eddy
Biorotores – Parámetros de diseño
< 2mg/LEfluente NH4-N
7 – 1515 - 30mg/LEfuente de DBO
1.5 – 40.7 – 1.5hTRH
0.75 – 1.5g N/m2.dCarga de NH3
24 – 3024 – 30g DBOt/m2.d
12 – 1512 – 15g DBOs/m2.dCarga máxima en la 1ª etapa
5 – 168 – 20g DBOt/m2.d
2.5 – 84 – 10g DBOs/m2.dCarga orgánica
0.03 – 0.080.08 – 0.16m3/m2.dCarga hidráulica
REMOCION DE DBO Y NITROGENO
REMOCION DE DBO UNICAMENTE
UNIDADPARAMETRO
Generación de lodos
Generación de lodos en una planta convencional
Los lodos son un subproducto del tratamiento de las aguas residuales. Puede ser primario, secundario o digerido
Las características de los lodos varían con la composición del agua residual y con el tipo de tratamiento
Fuente: Toprak
Composición típica de los lodos
PARAMETRO
LODO PRIMARIOSIN TRATAR
LODO PRIMARIODIGERIDO
LODO ACTIVADOSIN TRATAR
Rango Típico Rango Típico Rango
ST, % (materia seca) 5 - 9 6 2 - 5 4.0 0.8 - 1.2
STV, % de ST 60 - 80 65 30 - 60 40 59 - 88
Nitrógeno, % de ST 1.5 – 4.0 2.5 1.6 – 3.0 3.0 2.4 – 5.0
Fósforo, % ST (P2O5) 0.8 – 2.8 1.6 1.5 - 4.0 2.5 2.8 – 11
Alcalinidad (mg/L CaCO3) 500-1500 600 2500-3500 3000 580 - 1100
Fuente: Metcalf & Eddy
Esquema básico de tratamiento de lodos
ESPESAMIENTO
DIGESTIÓN DIGESTIÓN AEROBIA ANAEROBIA
ACONDICIONAMIENTOQUIMICO
DESHIDRATACIÓN
ERAS DE FILTROS CENTRIFUGA FILTROS FILTROS SECADO DE VACÍO PRENSA BANDA
EVACUACIÓNDISPOSICIÓN FINAL