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Las tecnologLas tecnologíías ecolas ecolóógicas ygicas yde bajo coste en depuracide bajo coste en depuracióón n
Prof. Dr. D. A. Aznar JimProf. Dr. D. A. Aznar JimééneznezDpto. C. e I. de Materiales e I. QuDpto. C. e I. de Materiales e I. Quíímicamica
UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRIDUNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID
Las tecnologías ecológicas y de bajo coste, desarrollado por el Dr. D. Antonio Aznar, profesor de Ingeniería Química del Dpto. de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química de la Universidad Carlos III de Madrid.
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TECNOLOGÍAS ECOLÓGICAS Y DE BAJO COSTE
• Son técnicas extensivas de tratamiento
• Aplicables a vertidos totalmente degradables, d
aguas sin componente industrial o asimilables a un
vertido urbano
• En comparación con los procesos intensivos:
– Ocupan más superficie (entre 4 y 40 m2/he)
– Costes de inversión generalmente inferiores
– Condiciones de explotaciones menos difíciles, má
flexibles y más económicas en cuanto a energía
– Necesitan menos personal y menos especialización
– Baja producción de fangos
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Procedimientos o técnicas en los que la eliminación de las sustancias contaminantes presentes en las aguas residuales se produce por componentes del medio natural, no empleándose en el proceso ningún tipo de aditivo químico.
SISTEMAS NATURALES DE DEPURACIÓN
Los posibles sistemas de tratamiento se pueden englobar en seis grandes grupos:
Primarios: balsas de estabilización Lagunaje: aerobio, anaerobio, facultativo, maduración
Aplicación subsuperficial: zanjas y pozos filtrantes, infiltración rápida
Aplicación superficial: escorrentía superficial, filtro verde, filtro macrofitas, filtros de arena, lechos de turba
Procesos de biopelícula: lechos bacterianos, biodiscos
Tratamientos convencionales: aireación prolongada, fangos activos, …
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Cultivo
bacteriano
Libre Fijo
Balsas de
estabilizaciónLagunaje
Fosa séptica
Lechos filtrantes
Tanque digestor-
decantadorAerobio Anaerobio Terreno Otros
Natural AireadasMacrofitas Infiltración Filtros verdes
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•Sistemas simples
pozos negros
fosas sépticas
tanques digestor/decantador
•Muy bajo mantenimiento
•Proceso biológico principal anaerobio
•Indicados para pequeños núcleos urbanos (< 1000 e-h) o
asentamientos aislados.
BALSAS DE ESTABILIZACIÓN
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POZO NEGRO
• Francia, hacia 1870
• Babilonia, siglo V a. de C.Heródoto describe el uso de pozos negros como sistema de depuración.
Depósito impermeable excavado junto a las casas para recoger en él las aguas residuales. Por carecer de salida debe ser vaciado periódicamente.
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FOSAS SÉPTICAS
4
4 cámara de aireación
5
5 ventilación
6
6 sifón de vertido3 cámara de digestión anaerobia
3
2 cámara de decantación/digestión anaerobia
2
1 desengrasador
1
7 bocas de hombre
7 77
En este tipo de sistemas se incluyen las fosas sépticas y los decantadores-digestores. Son sistemas simples de muy bajo mantenimiento, donde el proceso biológico principal es el anaerobio, constan de dos o tres compartimentos colocados longitudinalmente (fosa séptica) o en vertical (tanques decantadores-digestores), infiltrándose la corriente efluente del sistema en el terreno o en filtros de arena, de forma que la depuración se completa, en condiciones aeróbicas, aprovechando la capacidad depuradora de los mismos. Están indicados para pequeños núcleos urbanos (< 1000 e-h) o asentamientos aislados.La fosa séptica es un recipiente hermético diseñado y construido para recibir las aguas de desecho de una casa, separar los sólidos de los líquidos, suministrar una digestión limitada a la materia orgánica retenida, almacenar los sólidos y permitir que el líquido clarificado sea descargado para su posterior tratamiento y disposición. Las fosas sépticas dotadas de una tercer cámara con ventilación mediante tiro natural y gracias a la aportación de oxígeno, se completa la oxidación de la materia orgánica de manera que las condiciones del agua efluente se ajustan más a las permitidas por la legislación vigente ‘para vertidos a cauces o al terreno.
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tRH = 3 min (Q<120L/min)
5 min (Q>600L/min)
V = Q·tRH·Cpunta (0,03-0,17 m3)
Hútil > 0,5 m
L/a = 1,5 – 2,5
h > 0,3 m
DISEÑO DE FOSAS SÉPTICASV = 1,5 · Q (< 6 m3/día)V = 4,5 + 0,75 · Q (< 40,0 m3/día)
•longitud = 2-3 anchura
•1,2 m < hútil < 1,7 m
•resguardo > 0,3 m
•2 compartimentos 2/1 3 compartimentos 6/3/1
Cámara de grasas
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Ubicación de fosa séptica
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Criterios de selección de fosas sépticas
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
Muy alto
0-50
0-75
0-60
50-90
20-60
30-60
Bajos
Bajos
Poco frecuente
Poca
Poca
Muy sencillo
0,1-0,5
Muy sencillo
Muy sencillo
Muy sencillo
Muy alto
Muy alto
Frecuente
Inexistentes
Excepcionalmente
Buena
Altos
ExcepcionalmenteMuy baja
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TANQUES DIGESTORES-DECANTADORES
Decantador
Digestor
Decantador
Digestor
Tanque Kremer
Tanque Imhoff
El tanque decantador-digestor es de funcionamiento análogo a las fosas sépticas, produciéndose el tratamiento en dos cámaras situadas una encima de la otra. En la cámara superior se efectúa la separación sólido-líquido y en la zona inferior se produce la digestión anaerobia de los sólidos sedimentados. El diseño de las paredes de la cámara superior es tal que se impide que las burbujas de gas producidas por la digestión anaerobia de los lodos sedimentados arrastren materia sólida hacia la cámara superior.
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tr (caudal medio) = 2,5 h
tr (caudal máximo) = 1,0 h
tr (digestión fango) = 4 mesesh =
6-9
m
a = 1,5-10 mL = 3-5 a
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Criterios de selección de decantadores-digestores
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
Muy alto
0-50
0-75
0-60
35-85
30-65
30-60
Moderados
Bajos
Poco frecuente
Poca
Poca
Sencillo
0,05-0,1
Complejo
Simple
Muy sencillo
Muy alto
Muy alto
Frecuente
Inexistentes
Excepcionalmente
Buena
Altos
ExcepcionalmenteMuy baja
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Evacuación de las aguas tratadas
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Fosa séptica + pozo filtrante
Fosa séptica + zanja filtrante
Fosa séptica + lecho de arena
Fosa séptica + lagunaje
Las aguas efluentes de las balsas de estabilización no suelen estar en condiciones de ser vertidas directamente a un cauce, por lo que necesitan un tratamiento posterior para completar la eliminación de SS, DBO y microorganismos (desinfección). Estos tratamientos pueden ser:
•Con pozo filtrante: sistema por el cual se completa la oxidación de la materia degradable y la eliminación de la materia en suspensión mediante la edafodepuración.
•Con zanja filtrante: sistema similar al de pozos filtrantes paracompletar el proceso de depuración.
•Con lecho de arena: se utiliza la capacidad depuradora de uunfiltro de arena o de otro material poroso para completar el proceso depurador antes de drenar el efluente para su evacuación posterior a un cauce.
•Evacuación a un estanque o laguna, donde la presencia de microorganismos y plantas completan el proceso de depuración
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Lagunaje
Consisten básicamente en un almacenamiento del agua a tratar durante periodos de tiempo suficientemente largos para que se produzca una oxidación de la materia orgánica por las bacterias.
Para el cálculo se deben considerar la mayor parte posible de los siguientes parámetros:
•DBO
•SS
•Caudal
•Temperatura media
•Nubosidad
•Radiación solar
•Viento
•Evaporación
•Oxigeno disuelto
•Agitación
•Tiempo de residencia
•Nutrientes
•Toxicidad
•pH
•Sólidos inorgánicos disueltos
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VENTAJASVENTAJAS• Bajo coste de construcción y explotación.
• Mínima necesidad de aporte energético.• No requiere personal cualificado para su operación y mantenimiento.
• Buenos rendimientos de eliminación de materia orgánica y sólidos ensuspensión.
• Los lodos producidos están estabilizados, con un alto grado de mineralización y pequeño volumen, siendo evacuados cada 3-6 años
• Efecto regulador ante variaciones de caudal y composición.
• El agua efluente es apta para el riego.
• Las lagunas se integran fácilmente en el entorno.
• Grandes superficies de terreno plano.
• Pérdida de agua por evaporación.
• Alto contenido en algas en el efluente.
• Dificultad para modificar las condiciones operativas.
DESVENTAJASDESVENTAJAS
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FACTORES QUE AFECTAN A LA EFICACIA
•Climáticos: temperatura, radiación solar, viento, precipitación, evaporación.
•Físicos: estratificación, líneas de corriente, profundidad.
•Químicos: carga contaminante, valores punta, presencia de tóxicos e inhibidores, grasas, nutrientes, pH.
•Biológicos: macrofitas, microfitas, bacterias, algas, protozoos, hongos, insectos.
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CONSTRUCCIÓN DE UNA LAGUNA•Excavación del vaso.
•Impermeabilización del terreno.
•Construcción de los sistemas auxiliares.
La impermeabilidad del estanque se puede lograr con arcilla apisonada, hormigón o con geomenbranas.
20
Geomembranas.
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TIPOS DE LAGUNASTIPOS DE LAGUNAS
• LAGUNAS ANAEROBIAS
• LAGUNAS FACULTATIVAS
• LAGUNAS AIREADAS
• LAGUNAS DE MADURACIÓN
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Clasificación por vía
metabólicaFacultativas
Presencia de oxígeno molecular en toda la laguna.
Presencia de oxígeno molecular en toda la laguna excepto en el fondo.
Ausencia de oxígeno molecular en toda la laguna excepto en la capa más superficial.
Aerobias
Anaerobias
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Clasificación por uso
AnaerobiasRemoción de materia orgánica
Control de microorganismos patógenos
Remoción de nutrientes
Aerobias de alta tasa
Aerobias de maduración
FacultativasAerobias de alta y baja tasaAeradas
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LAGUNAS ANAEROBIAS
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• Se usan normalmente como primera fase en el tratamiento daguas residuales urbanas o industriales con alto contenido emateria orgánica biodegradable.
• Suelen operar en serie con lagunas facultativas y dmaduración.
• La depuración la realizan bacterias anaerobias.
• La laguna debe tener una temperatura relativamente alt(óptima a 30ºC).
• Las lagunas han de ser de poca superficie y profundas (3 o 4m).
• El color gris del agua, las burbujas, la costra sobre la superficiy la ausencia de malos olores son síntomas de buefuncionamiento.
• Si las aguas toman un color rosa o rojo es por proliferación dbacterias fotosintéticas del azufre
En términos generales, las lagunas anaerobias funcionan como tanques sépticos abiertos y trabajan extremadamente bien en climas calientes.
El color gris del agua, las burbujas, las costras sobre la superficie y la ausencia de malos olores son síntomas de un buen funcionamiento.
Entre los mecanismos que ayudan a mantener el ambiente anaerobio necesario para el buen funcionamiento de estas balsas destacan los siguientes:
•La abundante carga orgánica, presente en la alimentación da lugar a que el posible oxígeno introducido en las lagunas con el influente o por reaireación superficial se consuma rápidamente en la zona inmediatamente adyacente a la entrada o a la superficie.
•En las lagunas anaerobias se produce la reducción de los sulfatos, que entran con el agua residual, a sulfuros. La presencia de sulfuros en el medio disminuye la posibilidad de crecimiento de las algas en dos formas:a) La penetración de la luz necesaria para el crecimiento de las algas se ve impedida por la presencia de sulfuros metálicos en suspensión, como el sulfuro de hierro, responsables de la tonalidad gris de las lagunas anaerobias. Estos sulfuros acaban precipitando en el fondo de las lagunas, y provocan la coloración gris oscura o negra que presentan los fangos.
b) Los sulfuros solubles son tóxicos para las algas, de modo que los cortos períodos de residencia, la falta de iluminación y un ambiente de composición química hostil impiden el crecimiento de éstas y en consecuencia mantienen el medio en condiciones
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• Sedimentación• Hidrólisis.• Formación de ácidos.• Formación de metano.
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CONDICIONES OPERATIVAS
• Los tiempos de retención entre 2 y 5 días.
• Elevado ratio de carga: 100-500 g DBO5/m3/día
El volumen de la laguna es:
V = Li · Q / lv (m3)
lv = carga volumétrica (g DBO5 / m3.día)
Li = concentración del influente (mg DBO5 mg/l)
Q = caudal de entrada (m3/día)
• La temperatura debe estar entre 30-35 ºC.
• El potencial redox debe estar entre un mínimo de -0,42 voltios a un
máximo de +0,82 voltios.
• El tiempo de retención de fangos es entre 3 y 6 años. Alto nivel de
mineralización de los mismos
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Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
LAGUNA ANAEROBIA
1-3
Complejo
Muy sencilla
Muy sencillos
Poco frecuentes
Poca
Poca
Muy sencillo
50-90
20-40
60-8030-4010-20
50-90
Normal
Alto
ModeradoInexistente
Muy pocos
Pocos
Muy alto
Alta
Muy baja
Frecuente
Inexistentes
Moderado
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LAGUNAS FACULTATIVAS
El lagunaje facultativo se basa en la fotosíntesis. La capa de agua superior de las balsas está expuesta a la luz. Esto permite la existencia de algas que producen el oxígeno necesario para el desarrollo y conservación de las bacterias aerobias. Estas bacterias son responsables de la degradación de la materia orgánica. El gas carbónico formado por las bacterias, así como las sales minerales contenidas en las aguas residuales, permitena las algas multiplicarse. De este modo, hay una proliferación de dos poblaciones interdependientes: las bacterias y las algas, también llamadas "microfitas". Este ciclo se automantienesiempre y cuando el sistema reciba energía solar y materia orgánica. En el fondo de la balsa, donde la luz no penetra, se encuentran las bacterias anaerobias que degradan los sedimentos procedentes de la decantación de la materia orgánica. Se produce a ese nivel una liberación de gas carbónico y de metano.
La profundidad de la balsa debe permitir:
• evitar el brote de vegetales superiores;
• la penetración de la luz y la oxigenación de una fracción máxima de volumen
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Zona fótica(aerobia)
Zona heterótrofa facultativa
(anaerobia/aerobia)
Zona anaerobia(sedimentos)
Fotosíntesis(algas)
Viento O2
CO2
Degradación aerobia de materia orgánica disuelta(DBO5)
(bacterias heterótrofas aerobias y facultativas)
Agua residual cruda
Agua residualtratada
Luz solar
Degradación anaerobia de materia orgánica sedimentada (DBO5)
(bacterias anaerobias y facultativas)
Zonas o capas de una laguna facultativa
Zona fótica
Sistema de aeración donde ocurren dos procesos básicos: la fotosíntesis y la transferencia de oxígeno atmosférico al agua por efecto del viento, siendo el primero el más importante.
Profundidad: del orden de 0,60 m, determinada por concentración de algas y factores como: sólidos suspendidos, carga orgánica y transparencia del agua residual.
Zona heterótrofa
Es donde se lleva a cabo la degradación de la materia orgánica (DBOSOLUBLE) disuelta y coloidal.
Existe una relación simbiótica entre la zona fótica y la zona facultativa, el producto final de cada zona es utilizado por la otra: la zona fótica genera oxígeno, usado por bacterias para degradar materia orgánica, como resultado de la degradación se genera CO2que requieren las algas como fuente de carbono para generar oxígeno. .
Zona anaerobia
Se encuentra en el fondo de la laguna, está definida por materia orgánica sedimentada la cual se transforma, por acción de las bacterias, en ácidos grasos y posteriormente en metano (CH4), bióxido de carbono (CO2), ácido sulfhídrico (H2S).
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•Balsas de gran superficie y poca profundidad relativa•Proceso aerobio/facultativo/anaerobio (zonas profundas)
Tratamiento del agua residual dentro de una laguna facultativa
Algas
Viento O2
CO2
Agua residual
Luz solar
Lodos
Bacterias anaerobias y facultativas
Materia orgánica
suspendida
NH3PO4
DBO5
CO2 + NH3
NH3PO4
Nuevas células
Materia orgánica disuelta
Células muertas
Bacterias aerobias y
facultativas
Nuevas células
O2
Bacterias anaerobias
estrictasProductos intermedios de degradación (ácidos
orgánicos)CO2 + NH3 + H2S + CH4
Tratamiento de agua en una laguna facultativaEl agua residual entra en la laguna, la materia orgánica particuladasedimenta y se deposita en el fondo, mientras que la materia orgánica soluble y coloidal será consumida por las bacterias que se encuentran en la zona de degradación.Las bacterias utilizan el oxígeno disuelto en el agua para transformar la materia orgánica en CO2 y en más bacterias, para completar el proceso es necesario que el agua contenga nitrógeno amoniacal y fosfatos. Las nuevas bacterias se incorporan al proceso, las células muertas sedimentan y forman parte de los lodos que se degrada por vía anaerobia.El CO2 generado por las bacterias es utilizado por las algas, en presencia de luz solar, para generar más algas y oxígeno molecular, que será aprovechado por bacterias aerobias. Bacterias y algas requieren de nitrógeno y fósforo para completar el proceso de transformación.En el fondo de la laguna, en la zona de sedimentos ocurre una degradación a nivel anaerobio (ausencia de oxígeno) la materia orgánica particulada es transformada por acción de las bacterias anaerobias, en compuestos intermedios como ácidos orgánicos y finalmente, en compuestos más simples como metano, bióxido de carbono, nitrógeno amoniacal y ácido sulfhídrico.El CO2, el NH3 y el H2S son altamente solubles, serán utilizados por los microorganismos o se combinarán para formar nuevos compuestos, el metano tenderá a escapar a la atmósfera.
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profundidad: 1-2,5 m
tr = 5-30 días
ratio de carga
λ5 = 20 T - 60 λ5 = kg DBO5/Ha·día (56 < λ5 < 200)
T = temperatura media (ºC) (28ºC>T>12ºC)
superficie variable en función del caudal (0,8-4 m)
A = (10 · Li · Q)/ λ5 A = área de la laguna (m2)
Li = Concentración influente (mg DBO5/L)
Q = caudal de entrada (m3/día)
CONDICIONES OPERATIVAS
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Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
LAGUNA FACULTATIVA
2-20
Complejo
Muy sencilla
Muy sencillos
Poco frecuentes
Poca
Poca
Muy sencillo
60-95
50-85
50-9060-7010-40
50-90
Normal
Medio
ModeradoMuy baja
Muy pocos
Pocos
Muy alto
Alta
Muy baja
Moderado
Inexistentes
Moderado
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LAGUNAS AIREADAS
La oxigenación es, en el caso del lagunaje aireado, aportada mecánicamente por un aireador de superficie o una insuflación de aire. Este principio se diferencia por la ausencia de la extracción continua o reciclado de lodos. El consumo de energía de las dos técnicas es, a capacidad equivalente.
En la etapa de aireación, las aguas a tratar están en presencia de microorganismos que van a consumir y asimilar los nutrientes constituidos por la contaminación a eliminar. Estos microorganismos son principalmente bacterias y hongos (comparables a los que están presentes en las estaciones de lodos activados).
En la etapa de decantación, las materias en suspensión que son los montones de microorganismos y de partículas aprisionadas, decantan para formar los lodos. Estos lodos están bombeados regularmente o retirados de la balsa cuando constituyen un volumen demasiado importante. Este piso de decantación está constituido de una simple laguna de decantación, o incluso, lo cual es preferible, por dos balsas que es posible de derivar por separado para proceder a su limpieza.
En lagunaje aireado, la población bacteriana sin recirculación conduce:
• a una pequeña densidad de bacterias y a un elevado tiempo de tratamiento, para obtener el nivel de calidad requerido ;
• a una floculación poco importante de las bacterias, lo que conlleva el implantar una laguna de decantación de dimensiones grandes.
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•LAGUNAS AIREADAS:
sistemas aerobios
aireación forzada (1-2 kW/1.000 m3)
mezcla perfecta (≈3 kW/1.000 m3)
profundidad: 1,8-6 m
tr = 2-10 días
ratio de carga (80 - 95 kg DBO5/Ha·día )
superficie variable en función del caudal (0,8-4 m)
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Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
Muy alto
50-90
25-40
10-60
70-92
60-97
70-90
Intermedios
Altos
Frecuente
Regular
Regular
Normal
1-3
Complejo
Muy sencillo
Muy sencillo
Alta
Muy baja
Excepcional
Frecuente
Moderado
Normal
Bajos
ModeradosMuy bajo
LAGUNAS AIREADAS
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LAGUNAS DE MADURACIÓN
Las lagunas de maduración son sistemas aerobios estrictos, donde el agua sufre una última etapa de acondicionamiento para eliminar gérmenes patógenos (desinfección) por medio de la luz solar, y algún contaminante residual que pueda permanecer en la misma (restos de DBO, SS, etc.)
•Tienen como función la eliminación de agentes patógenos.
•Deben operar siempre como lagunas secundarias.
•Son de poca profundidad, extensas y soleadas.
•Pueden usarse como etapa final del tratamiento de otros sistemas de depuración.
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•Se supone toda la masa de agua en condiciones aerobias
•Son tanques de poca profundidad (0,3-1,2 m) con una producción máxima de algas. Su función es eliminar patógenos
•La ecuación de diseño de Mara supone una cinética de eliminación de patógenos de primer orden, así como un régimen de flujo en mezcla completa en la laguna.
Ne = Ni / (1 + kbt*) Ne : número de coliformes fecales / 100 ml en el efluente
Ni : número de coliformes fecales / 100 ml en el influente
kb : constante de velocidad eliminación coliformes (día-1)
t* : tiempo de retención (días) >10 días
•Para construir varias lagunas de maduración en serie, la ecuación sería:Ne = Ni / (1 + kbt*1) + (1 + kbt*2) ... (1 + kbt*n)
•La constante de velocidad kb depende de la temperatura de la siguiente manera:kb = k20 θ(Tª-35) k20 : constante de velocidad a 20 ºC (día-1)
θ : coeficiente de temperatura (adimensional)
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Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
LAGUNA MADURACIÓN4-8
Complejo
Muy sencilla
Muy sencillos
Poco frecuentes
Poca
Poca
Muy sencillo
65-90
50-60
90-9560-7010-20
50-90
Normal
Medio
ModeradoMuy baja
Muy pocos
Pocos
Muy alto
Muy alta
Muy baja
Moderado
Inexistentes
Moderado
40
Vista aérea de un sistema lagunar.
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FacultativaAnaerobia
Facultativa
FacultativaAnaerobia Aerobia de maduración
Facultativa Aerobia de maduración
Facultativa Facultativa
Facultativa
Facultativa
Pueden constar de una o varias lagunas; cuando es una, suele serfacultativa.Se encuentran arreglos de dos o más lagunas facultativas. Pueden operar en serie o en paralelo, en serie hay menor producción de algas que al operar en paralelo. El sistema paralelo permite mejor distribución de sólidos.
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ZANJAS FILTRANTES
Se basan en la capacidad depuradora del terreno (edafodepuración) el cual se comporta como:
un lecho filtrante: dado el carácter granular del terreno, el agua circula a su través mediante el fenómeno de infiltración, siendo necesaria una granulometría media del terreno que le permita una velocidad de infiltración aceptable;
un adsorbente: dada la capacidad de retención superficial de los materiales constitutivos del suelo;
un sistema biológico: la presencia de microorganismos en el terreno hace que este actúe como un sistema biológico soportado. La mejor o peor aireación natural del terreno favorecerá que los procesos biológicos sean aerobios o anaerobios.
El terreno utilizado puede ser natural (tapando la zanja con el mismo material excavado) o no (lechos de arena).
La excavación puede recubrirse con una geomembrana para evitar que el agua infiltrada llegue al supere el nivel freático y contamine el acuífero, recogiéndose el agua mediante un sistema de drenaje.
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a h
L
a =0,9-1,2 mh = 0,5-0,7 mL = 25-30 m
La aplicación al terreno, de forma subsuperficial, de los efluentes procedentes de Fosas Sépticas o Tanques Imhoff se realiza a través de lechos excavados, por los que las aguas se dispersan en el suelo, depurándose en su transcurrir por el mismo.Los lechos, excavados en el terreno, presentan anchuras de 0,9 –1,2 m, longitudes inferiores a 30 m y profundidades comprendidas entre 0,5 – 0,7 m. En el fondo de los lechos se extiende una capa de arena, de unos 5 cm de espesor, sobre la que descansa una capa de grava de unos 60 cm de profundidad. Embutidos en la grava se disponen drenes paralelos, que permiten la dispersión en el terreno de las aguas a tratar. Sobre la capa de grava se extiende una capa de tierra vegetal, de unos 20-30 cm. El agua residual pretratada (procedente de Fosas Sépticas o Tanques Imhoff), descarga en una arqueta de reparto, que permite la alimentación alternada de los distintos drenes. Con esta disposición la superficie filtrante está constituida únicamente por el fondo del lecho, y si bien, pueden ser más sensibles a las obstrucciones que las Zanjas Filtrantes, los Lechos Filtrantes presentan la ventaja de necesitar una menor superficie para su implantación.La distancia entre zanjas debe ser entre 1,0 y 2,5 m y el drene debe encontrarse como a más de 0,6-1,5 m del nivel superior de la capa freática. La carga hidráulica aplicable es de 0,02-0,05 m3/m2·día
44
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
Baja
50-90
80-98
25-98
60-90
90-98
65-90
Intermedios
Muy altos
Poco frecuente
Poca
Poca
Sencillo
6-66
Muy sencillo
Muy sencillo
Muy sencillo
Muy baja
Muy baja
Moderado
Inexistentes
Excepcionalmente
Normal
Altos
FuerteInexistente
ZANJAS FILTRANTES
45
LECHOS FILTRANTES
46
El mecanismo de remoción de materia orgánica consiste en que la matriz de suelo se somete a ciclos intermitentes de carga hidráulica, en los cuales se alternan periodos de inundación y de secado del suelo. En el periodo de inundación, el agua residual aplicada lixivia el nitrato previamente convertido por las bacterias aerobias presentes en la matriz de suelo, presentándose entonces condiciones anaerobias e iniciándose un proceso de denitrificación, que es el mecanismo primario de remoción de nitrógeno en un sistema de filtración rápida. El porcentaje de remoción de nitrógeno puede ser hasta del 80 % en condiciones óptimas. A medida que se seca la superficie del suelo, las bacterias aerobias se activan nuevamente y comienzan a descomponer la materia orgánica presente, iniciándose entonces un proceso de nitrificación. La descomposición de la materia orgánica ayuda a resquebrajar la soglea, y la nitrificación microbiana libera sitios de adsorción de amoniaco en materiales arcillosos y en los humus presentes. El periodo de secado es esencial para la restauración de condiciones aerobias en la matriz del suelo, ya que el oxígeno atmosférico penetra en el suelo y las bacterias que oxidan la materia orgánica y el amoniaco disponen de oxígeno. Por lo que concierne a otros constituyentes, se ha encontrado que los suelos que se usan en los sistemas de infiltración rápida generalmente tienen una baja capacidad de retención de sales solubles, pero pueden retener cantidades grandes de metales pesados y de fósforo. Se ha encontrado que los principales mecanismos de remoción de fósforo en estos sistemas son la adsorción y la precipitación química.
47
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
Baja
50-90
30-55
10-90
50-90
80-98
90-95
Altos
Muy altos
Poco frecuente
Poca
Poca
Sencillo
2-25
Muy sencillo
Muy sencillo
Muy sencillo
Muy baja
Muy baja
Moderado
Inexistentes
Excepcionalmente
Normal
Altos
FuerteInexistente
LECHO FILTRANTE
48
DISEÑO DE POZOS FILTRANTES
Limitación recomendada de uso:•Vertidos de vivienda familiar
Problemas en el sistema:•Limitación del subálveo •Extracción de sólidos y eliminación •Olores
El número de pozos (N), su diámetro (D) y altura se relejan en función de los habitantes equivalentes servidos, con una dotación < 250 l/he.d. El pozo filtrante se ve precedido de una cámara de grasas, un pozo de registro, una fosa séptica y una arqueta de reparto.
49
50
2.703.00491 a 100
2.703.00481 a 90
2.403.00471 a 80
2.403.00461 a 70
2.403.00351 a 60
2.403.00241 a 50
2.402.70231 a 40
1.802.40226 a 30
1.802.10221 a 25
1.801.80216 a 20
1.802.40111 a 15
1.801.8016 a 10
1.501.5014 a 5
H (m)D (m)N
Características de los Pozos filtrantesPoblación
(he)
51
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
Baja
50-90
80-98
25-98
50-90
90-98
55-80
Intermedios
Muy altos
Poco frecuente
Poca
Poca
Muy sencillo
1-14
Muy complejo
Sencillo
Muy sencillo
Muy baja
Muy baja
Moderado
Inexistentes
Excepcionalmente
Inexistentes
Inexistentes
ExcepcionalmenteInexistente
POZO FILTRANTE
52
INFILTRACIÓN RAPIDA
Es esencialmente un proceso de tratamiento por filtración, adsorción y degradación biológica, en el cual se aplica el agua residual sobre la zona superior del terreno, donde parcialmente se evapora percolando el resto a través del terreno, sufriendo un proceso de filtración por un lecho formado por las partículas del terreno, un proceso de adsorción –e incluso de cambio iónico- por los minerales presentes y un proceso de degradación biológica por parte de los microorganismos presentes en el terreno. Un proyecto que busque la aplicación de este sistema, deberá considerar, como mínimo, los siguientes aspectos:•Objetivos de diseño•Elección del emplazamiento•Tratamiento previo a la aplicación•Clima y almacenamiento•Tasas de aplicación•Superficie necesaria•Características de los bancales•Altura del nivel freático•Técnicas de distribución•Recogida de la escorrentía
53
El agua residual, tras recibir los pretratamientos correspondientes, se distribuye en balsas de infiltración o de distribución con una escasa profundidad donde no existe vegetación alguna, aunque sí se puede tener si se reparte el agua residual empleando sistemas de aspersión de alta carga. La mayor parte del agua aportada percola, siendo una mínima parte la que se evapora. Este sistema tiene el importante inconveniente de necesitar aguas residuales con una carga contaminante bastante reducida, por la posibilidad de contaminación de las aguas subterráneas.
54
Cargas hidráulicas correspondientes a cada tiempo de infiltración, a partir de la definición del tiempo preciso para un descenso de la lámina de agua en los ensayos de infiltración de 2.5 cm. La distancia mínima entre las paredes verticales de dos zanjas será de un metro.
1.2530 - 40< 30 minutos
1.0070 - 90< 10 minutos
0.6090 - 100< 5 minuto
0.60100 - 130<3 minutos
0.45130 - 160< 2 minutos
0.45160 - 210< 1 minuto
Anchura recomendada en
la zanja (m)
Carga hidráulica (l/m2 y día)
Tiempo descenso lámina de agua
en 2.5 cm
55
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
Baja
50-90
80-98
20-70
90-95
80-98
90-95
Pocos
Muy pocos
2-22
Sencillo
Muy sencilla
Muy sencillos
Muy baja
Muy baja
Frecuente
Inexistentes
Moderado
Normal
Alto
FuerteInexistente
INFILTRACIÓN RÁPIDA
Poco frecuente
Poca
Poca
Sencillo
56
FILTRO VERDE
57
FILTROS VERDESadición de aguas a terrenos cubiertos de vegetación (macrofitodepuración), utilizando conjuntamente la capacidad de depuración natural de los mismos (edafodepuración).
•Especie vegetalevapotranspiracióncapacidad de asimilación de nutrientes tolerancia a las condiciones de humedad del suelopotencial rentabilidad,
•Terrenodisponibilidad (5 ha/1000 he)permeabilidad (intermedia)exento de pozos y tomas de aguas potablespendiente del mismo entre el 2 y el 6%
•Vertidopresencia de tóxicos caudal/pluviosidad
¿QUE ES UN FILTRO VERDESe denomina Filtro Verde a una Tecnología de Bajo coste y explotación que aprovecha la capacidad física, química y biológica del suelo para depurar las aguas residuales.· FISICA: Filtración según granulometría:- Suelo Arcilloso: Diámetro partículas<1/16mm.Lenta y efectiva.- Suelo de Grava: Tamaño de Grano>2mm.Rápida y poco efectiva.- Suelo Franco: Intermedio.· QUÍMICA: Asimilación de sustancias químicas como nutrientes, por plantas como chopos, carrizos, juncos...· BIOLÓGICA: Metabolización por microorganismos de la materia orgánica. Se admite que los microorganismos del suelo y de las raíces de las plantas pueden llegar a eliminar hasta un 85% de la Materia Orgánica que aquel reciba. Por otra parte, la vegetación clorofílica asimila, siempre que la carga de aguas residuales se mantenga dentro de ciertos limites, los compuestos nitrogenados, fosfóricos y potásicos que contengan.
58
CONDICIONES DE OPERACIÓN•Riego a manta. Rotación de parcelas con ciclos intermitentes (4-10 días) dependiendo de la pluviometría.•Caudal de alimentación: entre 20 m3/ha.d y 60 m3/ha.d.•Características del agua de entrada al sistema: generalmente agua bruta, o pretratada
59
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
FILTRO VERDE12-110
Muy sencillo
Muy sencillo
Muy sencillo
Frecuencia regular
Poca
Poca
Muy sencillo
Pocos
Intermedios
90-99
70-90
95-9985-9885-98
50-85
Muy baja
Alta
Muy baja
Moderado
Inexistentes
Frecuente
Bueno
Inexistentes
ExcepcionalmenteInexistente
60
Es el sistema de tratamiento de agua mEs el sistema de tratamiento de agua máás antiguo del mundo. s antiguo del mundo. Copia el proceso de purificaciCopia el proceso de purificacióón que se produce en la n que se produce en la naturaleza cuando el agua de lluvia atraviesa los estratos de naturaleza cuando el agua de lluvia atraviesa los estratos de la corteza terrestre y forma los acula corteza terrestre y forma los acuííferos o rferos o rííos subterros subterrááneos. neos. Elimina fundamentalmente sElimina fundamentalmente sóólidos en suspensilidos en suspensióón y patn y patóógenosgenos
FILTRO DE ARENAFILTRO DE ARENA
LimitaciLimitacióón recomendada de uso:n recomendada de uso:< 10000 habitantes< 10000 habitantes
61
Filtración
Rápida Lenta
Ascendente Descendente Descendente
62
Desaarenador-desengrasador Decantador Filtro Otros
tratamientos Sedimentador
Desaarenador-desengrasador Decantador Filtro
•Necesario un desbaste. Rejillas o Tamices
•Necesario desengrasado
•Necesaria decantación física
•Recomendable decantación secundaria
•Instalación de suministro energético en filtros con lavado por aire y agua
•Eliminación lodos por lavado o limpieza de los filtros
INSTALACIONES PREVIAS REQUERIDAS:INSTALACIONES PREVIAS REQUERIDAS:
63
Lecho Filtrante
Qs
Qf
Qs
Entrada Efluente
Salida Efluente
Qe
FILTRACIFILTRACIÓÓN RN RÁÁPIDA (FR)PIDA (FR)
FR
Arena Arena/antracita Antracita
0,6-0,9 m
QfQsQe ==
sefsef
fff
sss
eee
SSSvvv
SvQSvQSvQ
,,
***
>>⇒<<
===
64
CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL FILTRANTE
Granulometría
Talla efectiva (D10)
Coeficiente de uniformidad (D60/D10)
Friabilidad o dureza: es un coeficiente que mide la pérdida de material filtrante en forma de “finos”, debido a las roturas del mismo durante el funcionamiento y lavados.
10 1 0,1 0,010
20
40
60
80
100
D60
D10
po
rcen
taje
qu
e p
asa
(%
)
log10
tamaño partícula (mm)
Perdida por ataque ácido, generalmente ligado al contenido en carbonatos.
Peso específico real: peso del producto por unidad de volumen.
Peso específico aparente del producto apelmazado o esponjado.
65
0,850,65Arena gruesa
0,650,45Arena estándar 1,701,35
0,450,35Arena Fina
MáximoMínimoMáximoMínimo
Coeficiente de uniformidadTamaño efectivo (mm)
LECHOS DE ARENA
El medio filtrante debe estar compuesto por:
granos de arena duros y redondeados
peso específico real ≅ 2,6 kg/
peso específico aparente ≅ 1,3-1,6 kg/L
libre de arcilla y materia orgánica
< 2% de carbonato de calcio y magnesio
66
LECHOS DE ANTRACITA
El medio filtrante debe estar compuesto por:granos piramidales, duras (3,5 escala Mosh), peso específico
>1450kg/m3
alto contenido en carbono fijolibre de arcilla, polvo, limo, sulfuros y materiales extrañosbajo contenido en cenizas y material volátilbaja friabilidad
Interfase de los dos materiales < 0,15 m∅antracita < 4-6 ∅arena
LECHOS MIXTOS
67
El lavado consiste en hacer circular en contracorreinte un cierto caudal con objeto de retirar del lecho filtrante las partículas retenidas en él y desapelmazar el lecho.
Debe dejarse por encima del lecho filtrante un espacio de mas del 30% del espesor del mismo para la expansión del lecho durantre el lavado.
El lavado con aire rompe y facilita el lavado posterior que se puede hacer más corto, con lo que se ahorra agua de lavado.
El lavado con agua y aire simultáneamente mezcla todas las partículas del lecho, aunque tengan diferentes tamaños o densidades.
Los sistemas de lavado pueden ser:
a) Flujo ascendente. Expansión del lecho del 20 al 40%. νlavado >1,7 νfluidización , Qagua=15-100 m3/m2·h
b) Flujo ascendente y lavado superficial
c) Lavado simultáneo con agua y aire. Qaire = 3-90 m3/m2·h, expansión< 10%.
d) Flujo ascendente y lavado subsuperficial. Medios mixtos.
SISTEMA DE LAVADO
68
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,60
20
40
60
80
100
Velo
cid
ad
de c
on
trala
vad
o (
m3/
m2·h
)
diámetro del medio (mm)
69
> 20%
< 20%
Max. expansión
arena gruesa sola
Aire simultáneamente con un flujo de agua ascendente bajo primero y agua sola con alta velocidad después
Con aire
Velocidad baja durante la primera fase de lavado sin fluidificación y alta durante la segunda con fluidificación de partículas
de baja velocidad seguida de alta
velocidad(30 a 60+ 5 a 27
m3/m2h)
arena gruesa sola o antracita sola
Aire simultáneamente con el agua primero y luego agua sola a una rata mayor
Con aire
Velocidad inicial más baja durante la primera fase del lavado que durante la segunda sin fluidización en ambas
de baja velocidad(5 a 25 m3/m2h)
arena fina solaarena y antracitaantracita sola
Aire sin flujo de agua ascendente primero y agua sola después
Con aire
arena fina solaarena y antracita
- Chorros fijos- Chorros rotatoriosCon agua
arena fina solaarena y antracita
Se usa lavado ascendente solo
Sin agitación auxiliarSe usa velocidad constante
durante el lavado con fluidificación de todas las capas del medio filtrante y estratificación de partículas
de alta velocidad(30 a 60 m3/m2h)
DescripciónTipoDescripciónTipo
Medio filtrante con que se una este lavado
AGITACIÓN AUXILIARLAVADO ASCENDENTE CON AGUA
MODALIDADES DE LAVADO DE FILTROS
70
Parámetros de diseño del sistema de filtro de arenanº líneas tratamiento nº máximo líneas lavado simultáneo
SSafluente =20-100 mg/L SSefluente =5-10 mg/L
νfiltración = 5–25 m3/m2·h tciclo= 6–24 h
nHuecos(%)=50–60(antracita) 40-50(arena)
Wfloculo seco (w/v)=3-6%
n Hue oc =<26% Explecho=0-60%
Hseguridad=0,2-0,5 m Hvirola=20-50%
∇P(%)=5–30(antracita) 5-4(arena)
D10=0,8–2(antracita) 0,4-1,5(arena)
νagua lavado=15–100 m3/m2·h νaire lavado=30–90 m3/m2·h
71
Parámetros de diseño del sistema de filtro de arena
Caudal unitario (m3/h) =
Sección unitaria (m2)=
Vagua filtrada(m3) =
Wsólidos (kg) =
Cap retención (kg/m3) =
Vlecho (m3) =
líneasºnQ
Q diseñou =
νfiltración(m3/m2·h)=
Hlecho (m) =
Hfiltro (m) =
Perd. cargalecho limpio (m) =
Qagua lavado (m3/h) =
Qaire lavado (m3/h) =
filtración
uu
QS
ν=
( )max
udiseñofiltración simultáneolavadolíneasºnlíneasºn
S·Q−
=ν
cicloufiltradaagua t·QV =( )
filtradaagua
efluenteafluentesólidos V·1000
SSSSW
−=
osecfloculoocHuecosHue
retenido W·100
n·
100n
W =
∑=
retenido
sólidoslecho W
WV
seguridadu
lecholecho H
SV
H +=
virolalecho
lechofiltro H100
Exp1HH +⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +=
100P
·HP lechopiolimlecho∇
=∇
lavadoaguaulavadoagua ·SQ ν=
lavadoaireulavadoaire ·SQ ν=
72
BBáásicamente, un filtro lento consta de una caja o tanque que sicamente, un filtro lento consta de una caja o tanque que contiene una capa contiene una capa sobrenadantesobrenadante del agua que se va a desinfectar, un del agua que se va a desinfectar, un lecho filtrante de arena, drenajes y un juego de dispositivos delecho filtrante de arena, drenajes y un juego de dispositivos deregulaciregulacióón y control.n y control.
1-1,5 m
El medio filtrante debe estar compuesto por:El medio filtrante debe estar compuesto por:
granos de arena duros y redondeadosgranos de arena duros y redondeados
libre de arcilla y materia orglibre de arcilla y materia orgáánicanica
Menos del 2% de carbonato de calcio y magnesioMenos del 2% de carbonato de calcio y magnesio
didiáámetro efectivo de la arena del orden de 0,15 a 0,35 metro efectivo de la arena del orden de 0,15 a 0,35 mmmm
profundidad del lecho puede variar entre 0,50 y 1,00 m (espesor profundidad del lecho puede variar entre 0,50 y 1,00 m (espesor mmíínimo de 0,30 m)nimo de 0,30 m)
coeficiente de uniformidad <3 (recomendado entre 1,8 y 2,0)coeficiente de uniformidad <3 (recomendado entre 1,8 y 2,0)
FILTRO LENTO DE ARENA (FLA)FILTRO LENTO DE ARENA (FLA)
73
La velocidad de diseLa velocidad de diseñño tambio tambiéén es importante al decidir el nn es importante al decidir el núúmero de mero de unidades con las que operarunidades con las que operaráá el filtro. Con velocidades mayores de el filtro. Con velocidades mayores de 0,2 m0,2 m33/m/m22 hora deberhora deberáá considerarse un mconsiderarse un míínimo de tres unidades.nimo de tres unidades.
El El áárea de cada unidad (Area de cada unidad (Ass) es una funci) es una funcióón de la velocidad de n de la velocidad de filtracifiltracióón (n (ννff), del caudal (Q), del n), del caudal (Q), del núúmero de turnos de operacimero de turnos de operacióón (C) n (C) y del ny del núúmero de unidades (N).mero de unidades (N).
AAss = (Q = (Q ·· C) / (N C) / (N ·· ννff))
74
75
CONCEPCIÓN DEL SISTEMA
Para que la operación del sistema sea confiable, debe evitarse el uso de dispositivos para elevar el nivel del agua (bombas).
En caso de necesidad de bombeos se debería efectuar una sola etapa de bombeo que eleve el agua cruda hasta un nivel, desde elcual pueda distribuirse por gravedad al reservorio y a la red.
Preferentemente, el filtro lento debe operar en forma continua, es recomendable construir un tanque de almacenamiento de agua crudapara abastecer por gravedad la planta durante las 24 horas del día.
CONDICIONES DEL AGUA CRUDA
Temperatura.
Concentración de nutrientes.
Concentración de algas.
Concentraciones altas de turbiedad.
76
UBICACIÓN
Debe estar en una zona accesible, con vías de comunicación que faciliten su posterior construcción, operación y mantenimiento.
El agua subterránea debe estar ausente o muy profunda.
La zona debe ser segura y no estar expuesta a riesgos naturales o humanos.
De preferencia, la topografía de la zona seleccionada debe reunir los desniveles necesarios para que el sistema pueda operar totalmente por gravedad.
ASPECTOS RELACIONADOS CON LA COMUNIDAD
Efectuar estudios sociológicos para determinar las costumbres y creencias que puedan afectar la aceptación del sistema.
Comprobar la información demográfica disponible.
Determinar los recursos humanos y materiales disponibles para adecuar el diseño del sistema.
Estudiar la incidencia de enfermedades de origen hídrico y presencia de vectores.
77
Tareas rutinarias:Tareas rutinarias:
ajustes y mediciajustes y medicióón del caudaln del caudalmonitoreo de la calidad del agua producidamonitoreo de la calidad del agua producidalimpieza de la superficie de la arenalimpieza de la superficie de la arenalavado y almacenamiento de la arenalavado y almacenamiento de la arenareconstruccireconstruccióón del lecho filtranten del lecho filtrante
La limpieza del lecho filtrante debe iniciarse cuando el nivel dLa limpieza del lecho filtrante debe iniciarse cuando el nivel del el agua en la caja del filtro llega al magua en la caja del filtro llega al mááximo y el agua empieza a rebosar ximo y el agua empieza a rebosar por el aliviadero. por el aliviadero.
Para la limpieza de la superficie del lecho filtrante hay dos mPara la limpieza de la superficie del lecho filtrante hay dos méétodos todos manuales disponibles, que son aplicables al medio rural:manuales disponibles, que son aplicables al medio rural:
Raspado: retirar una capa superficial de alrededor de 2 Raspado: retirar una capa superficial de alrededor de 2 cmcm de espesor, de espesor, cada vez que la carrera del filtro ha llegado a su fincada vez que la carrera del filtro ha llegado a su finTrillado: volteado de la arena del filtro con arrastre por agua Trillado: volteado de la arena del filtro con arrastre por agua del del
sedimento retenido por el filtro (trillado en hsedimento retenido por el filtro (trillado en húúmedo) o sin arrastre medo) o sin arrastre (trillado en seco) (trillado en seco)
Por lo menos, cada cinco aPor lo menos, cada cinco añños se realizaros se realizaráá el lavado completo del el lavado completo del filtro. filtro.
CRITERIOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
78
La presencia de biocidas o plaguicidas en el afluente pueden modificar o destruir el proceso microbiológico en el que se basa la filtración lenta.
Las comunidades aceptan el agua tratada por la FLA
La eficiencia de esta unidad se reduce con la temperatura baja.
No hay cambios organolépticos en la calidad del agua
El filtro lento sin pretratamiento, no debe operar con aguas con turbiedad mayor de 20 ó 30 UNT; esporádicamente se pueden aceptar picos de 50 a 100 UNT.
La mayor ventaja de esta unidad reside en su simplicidad. El filtro lento sin controlador de velocidad y con controles de nivel mediante vertederos es muy sencillo y confiable de operar con los recursos disponibles en el medio rural de los países en desarrollo.
DesventajasVentajas
79
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
FILTRO DE ARENA
1-9
Sencillo
Sencilla
Muy sencillos
Frecuencia regular
Regular
Regular
Normal
Muy altos
Intermedios
80-99
70-90
40-9925-9020-80
50-90
Muy alta
Muy baja
Muy baja
Frecuente
Inexistentes
Frecuente
Inexistente
Normal
Inexistentes
Moderado
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FILTRO DE TURBA
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Impermeabilización
Son estanques o balsas rellenas grava, gravilla, arena y turba.• La turba es un carbón activo de origen vegetal• El agua residual entra regando la superficie del lecho.• Sistema de drenaje recoge el efluente en el fondo.• Terreno debe ser impermeable
LECHO DE TURBA
Drenaje
Arena (≈ 15 cm)
Turba (≈ 50 cm)
Grava (≈ 15 cm)
El tratamiento de aguas residuales por filtración sobre turba se basa en aprovechar las propiedades de absorción y adsorción de este carbón mineral, así como de la actividad bacteriana que se desarrolla en la superficie. Se produce en consecuencia, fenómenos físicos (filtración), químicos (intercambio iónico) y biológicos (degradación).
El proceso consiste en una filtración a través de una capa e turba superpuesta sobre un sistema drenante formado por un lecho de arena y grava, con tubos drenantes y sobre un suelo impermeable con una ligera pendiente. El agua residual, que ocupa un espesor de unos 20 cm sobre la turba, se filtra durante un tiempo limitado(10 días), siendo necesario la retirada de la costra que se ha formado en la superficie del lecho de turba, debido a la retención de la materia en suspensión. Después se deja un periodo de recuperación (10-20 días), antes de iniciar el ciclo de aplicación. Como consecuencia del régimen de explotación, resulta necesario contar al menos con dos lechos en paralelo y el tamaño recomendado es de 200 m2. La acción de depuración se realiza en la turba, mientras que el resto de los estratos empleados sólo retiene al inmediatamente superior.
82
• Los filtros se disponen en varias unidades, mínimo dos• La superficie máxima recomendada es de 200 m2.• El agua residual se filtra durante 20-25 días.• Retirar la costra que se forma.• Reposar el lecho durante unos 10-20 días.• Pretratamiento: fundamental un tamiz.• Laguna de maduración para control de patógenos.
Esquema de funcionamiento
Desaarenador-desengrasador Tamizado
Lecho de turba
Laguna aerobia
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Qdiseño CH=20-40 L/m2·h
nº líneas ≥ 3 nº líneas filtrando = 1,5·(nº líneas)
L/A tciclo = 35-45 d
Llecho (m) =
Qlínea (m3/h)=
Slecho (m2)=
Vturba (m3)=
trecuperación (d) =
Parámetros de diseño del sistema de lecho de turba
filtrandolineasºnQ
Q diseñolínea =
H
línealecho C
1000·QS =
5,0·SV lechoturba =
( ) 5,0lecholecho S·ALL =
5,1t
t cicloónrecuperaci =
84
Efecto de la temperatura
Disminución Coliformes fecales (%)
Disminución P (%)
Disminución N (%)
Disminución SS (%)
Disminución DBO5 (%)
Disminución DQO (%)
Costes de explotación y mantenimiento
Costes de construcción
Frecuencia de los controles
Necesidad de personal
Duración de los controles
Simplicidad de funcionamiento
Necesidad de obra
Superficie necesaria (m2/he)
Movimiento de tierras
Obra civil
Equipos
Mantenimiento y explotación
Superficie
Costes
Rendimiento
Estabilidad Turbidez del efluente
Variación caudal/carga
Impacto ambiental
Molestia de olores
Molestia de ruidos
Molestia de insectos
Integración con el entorno
Riesgos para la salud
Efectos en el sueloProducción de fangosFangos
Baja
50-99
20-30
20-75
85-95
70-90
60-90
Pocos
Intermedios
Frecuencia regular
Regular
Poca
Sencillo
0,6-1
Muy sencillo
Compleja
Complejos
Baja
Alta
Moderado
Inexistentes
Moderado
Normal
Medios
InexistentesInexistente
LECHO DE TURBA