Curso Saneamiento AMH 2014 Sección 2
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Curso
Procesos de Tratamiento de
Aguas Residuales
Septiembre 2014
M.C. Jos de Jess Rodrguez Padilla
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Contenido1. Generalidades
2. Objetivos del tratamiento de aguas residuales
3. Tratamiento preliminar
4. Tratamiento primario
5. Tratamiento secundario
6. Tratamiento terciario
7. Desinfeccin
8. Tratamiento de lodos
8.1 Espesamiento
8.2 Estabilizacin
8.3 Desaguado
9. Sistema de lodos activados
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
9. Sistema de lodos activados
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
5. Tratamiento secundario
(Tratamientos biolgicos)
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento secundarioObjetivo: Eliminacin de la materia orgnica disuelta.
Los tratamientos previos (preliminar, primario) slo eliminan contaminantes que se encuentren suspendidos.
No tienen capacidad de eliminar ningn contaminante que est disuelto en agua.
Entre los contaminantes disueltos se incluyen (por lo menos en parte):
Materia orgnica
Nutrientes (nitrgeno y fsforo)
Los tratamientos que usan microorganismos (tratamientos biolgicos) son los ms utilizados para
eliminar estos contaminantes.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Qu son los tratamientos biolgicos?
Tratamientos que utilizan microorganismos para laeliminacin de contaminantes o su conversin encompuestos inocuos.
La gran mayora de los tratamientos son adaptacionesen condiciones controladas de fenmenos que ocurrenen la naturaleza: Aeracin y depuracin de una corriente
Crecimiento de pelculas en rocas
Conversin de materia orgnica en embalses
Transformacin de nitrgeno y fsforo en lagos y pantanos.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Historia Los tratamientos biolgicos son muy antiguos como
procesos formales de tratamiento.
Ao Proceso Ubicacin
1901 Filtro percoldor EE.UU.
1907 Tanque Imhoff Alemania
1913 Lodos activados Inglaterra
1920's Lagunas facultativas EE.UU.
1930's Digestin anaerobiaAlemania,
Francia
1960's Biodiscos Alemania
Pantanos artificiales EE.UU.
Remocin biolgica de nitrgeno EE.UU.
1970's Remocin biolgica de fsforo EE.UU.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Microorganismos involucrados
El principal grupo de microorganismos aprovechadoen el tratamiento es el de las bacterias.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamientos biolgicos
Materia
orgnicaReactor
biolgicoSeparacin
O2 (2)
CO2
Residuos
(lodos)
Efluente
tratado
Nutrientes
(N, P)
Metano (1)
(1) Slo en tratamientos anaerobios
(2) Slo en tratamientos aerobios
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Aspectos generales Para el desarrollo adecuado de las bacterias (y con ello
un buen tratamiento del agua residual) se requiere:
Fuente de materia orgnica biodegradable.
Presencia de nutrientes (nitrgeno y fsforo)
Temperatura adecuada (depende del tipo de bacterias)
pH adecuado (cerca de la neutralidad)
Ausencia de sustancias txicas
Medio ambiente adecuado (Ausencia / presencia de oxgeno disuelto)
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Aspectos generales
Se aplican desde la descarga de una vivienda hasta la de una gran ciudad.
Contaminantes eliminados:
Materia orgnica biodegradable (uso principal)
Slidos suspendidos (atrapados en flculos biolgicos)
Nitrgeno y fsforo (procesos terciarios)
Microorganismos patgenos (de forma indirecta)
Aplicaciones principales
Tratamiento de agua residual municipal
Tratamiento de agua residual industria de alimentos
Estabilizacin de lodos
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Ubicacin de los tratamientos biolgicos
InfluenteTratamiento
preliminarTratamiento
primario
Tratamiento
secundario
Tratamiento
terciario (avanzado)Desinfeccin
Espesamiento
Efluente
tratado
Lodos
estabilizadosEstabilizacinDesaguado
Tratamientos biolgicos
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tratamiento secundario
Los sistemas biolgicos usualmente son los procesos utilizados con este fin.
Adems, los sistemas biolgicos tienen la ventaja adicional de remover slidos suspendidos remanentes (principalmente el proceso de lodos activados).
En la actualidad casi nicamente se utilizan procesos biolgicos en el tratamiento secundario de aguas residuales municipales.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Aspectos generales
Las bacterias no tienen boca!
El material disuelto pasa a travs de su membrana celular.
No pueden procesar directamente material suspendido.
No hay canibalismo.
Todos los tratamientos biolgicos generan residuos.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
ClasificacinExisten mltiples formas de clasificar a los tratamientos
biolgicos:
Por el tipo de bacterias involucradas:
Aerobios (Presencia de oxgeno disuelto)
Anaerobios (Ausencia de oxgeno disuelto y nitratos)
Anxicos (Ausencia de oxgeno / presencia de nitratos)
Por la forma como se mantienen a las bacterias en el reactor:
Medio fijo (estn adheridas a superficies)
Medio suspendido (mediante agitacin se evita que sedimenten).
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Clasificacin
Por el grado de mecanizacin
Naturales (bajo consumo energa / alta superficie)
Mecanizados (alto consumo energa /baja superficie)
Por la forma de aeracin (sistemas aerobios)
Mecnica superficial
Aeracin difusa
Por el tipo de patrn de flujo
Continuos
Por lote
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de lodos activados
Influente
Tanque de
oxidacin biolgica Sedimentador
secundario
Oxgeno
Efluente
Exceso de lodos
(Purga)
Nutrientes
Recirculacin
de lodos
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema de lodos activados
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Variables principales en un sistema de
lodos activados
Q0S0N0P0
V
XLM, XvLM, OD
RO2
PxQWXWXvw
QR = R Q0
QeSeXeXve
Nutrientes
c
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Variables principales en sistemas de
medio suspendido Influente
Q0 Flujo volumtrico (l/s, m3/s)
S0 DBO5 (mg/l, kg/m3)
N0 Nitrgeno influente (mg N/l, kg/m3)
P0 Fsforo influente (mg P/l, kg/m3)
Reactor
V Volumen del reactor (m3)
XLM Slidos suspendidos totales (mg/l, kg/m3)
XvLM Slidos suspendidos voltiles (mg/l, kg/m3)
OD Oxgeno disuelto (mg/l, kg/m3)
Sistema general de tratamiento
c Edad de lodos o tiempo de retencin celular (das)
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Variables principales en sistemas de
lodos activados Suministro de aire
RO2 Requerimiento de oxgeno (kg O2/hora)
Efluente
Qe Flujo volumtrico (l/s, m3/s)
Se DBO5 soluble (mg/l, kg/m3)
Xe Slidos suspendidos totales (mg/l, kg/m3)
Xve Slidos suspendidos voltiles (mg/l, kg/m3)
Recirculacin
QR Flujo volumtrico (l/s, m3/s)
R Relacin de recirculacin (QR/Q0)
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Variables principales en sistemas de
medio suspendido
Purga de lodos
Px Produccin de lodos base seca (kg/da)
Qw Flujo volumtrico de lodos (l/s, m3/da)
Xw Slidos suspendidos totales (mg/l, kg/m3)
Xvw Slidos suspendidos voltiles (mg/l, kg/m3)
Px = Qw Xw
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Parmetros bsicos para el
funcionamiento correcto de un
sistema de lodos activados
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Necesidades bsicas del tratamiento
El objetivo bsico del proceso es la remocin de
Materia orgnica biodegradable
Remocin de slidos suspendidos
Para lograr este objetivo se requiere:
Mantener una cantidad de bacterias adecuada que consuma la materia orgnica.
Mantener condiciones adecuadas para el desarrollo de las bacterias
Permitir que las bacterias se aglomeren formando flculos biolgicos atrapando los slidos suspendidos.
Permitir la separacin de los flculos biolgicos del agua cuando ya se consumi la materia orgnica.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Factores que afectan el crecimiento
bacterianoLos principales factores que afectan el crecimiento de
las bacterias (y el consumo de materia orgnica) son:
Relacin entre cantidad de materia orgnica (sustrato) y microorganismos (biomasa)
Nutrientes (N y P)
Temperatura
pH
Oxgeno disuelto
Presencia de sustancias txicas
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin de materia orgnica La materia orgnica del influente es el alimento (sustrato) de las
bacterias.
La concentracin de materia orgnica (S0) se mide con el parmetro Demanda bioqumica de oxgeno (DBO5).
Como la prueba analtica es muy lenta (5 das) se usa como sustituto el parmetro Demanda Qumica de Oxgeno (DQO).
La DQO tarda 3 horas aproximadamente y es fcil de realizar en un laboratorio de la planta de tratamiento (mtodo de reflujo cerrado).
En el influente se cumple que DQO 2 DBO5(DBO5 0.5 DQO)
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin de materia orgnica Valores tpicos en el influente:
DBO5 110 400 mg/l (0.11 0.40 kg/m3)
DQO 250 800 mg/l (0.25 0.80 kg/m3)
Es deseable realizar la prueba de DQO en el influente diariamente o una vez por semana como mnimo.
La misma tcnica se puede utilizar para medir la concentracin de materia orgnica en el efluente (Se).
Nota importante:
En el efluente no se cumple que DQO 2 DBO5.
Se debe obtener una curva que relacione estas variables. Tpicamente DQO 3 5 DBO5.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin de cantidad de
microorganismos La cuantificacin directa de los microorganismos
(biomasa) es difcil:
Las bacterias presentes en los tratamientos biolgicos son muy diversas.
Las tcnicas microbiolgicas son lentas y especficas para cada familia de bacterias.
Como las bacterias transforman el sustrato soluble a biomasa (suspendida) los slidos suspendidos (XLM) son
un indicador de la cantidad de microorganismos.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin de la cantidad de
microorganismos Como hay slidos inertes, se prefiere utilizar los slidos
suspendidos voltiles (XvLM) como el indicador de la cantidad de
biomasa.
Aproximadamente se cumple que XvLM 0.8 XLM Valores tpicos en el reactor biolgico son:
XLM 1,000 4,000 mg/l (1.0 4.0 kg/m3)
XvLM 800 3,200 mg/l (0.8 3.2 kg/m3)
La medicin de XLM y XvLM es factible hacerla en un laboratorio de control de operacin pero es muy tediosa y es fcil cometer errores.
Se usan dos pruebas como medicin indirecta de XLM.
Prueba de sedimentabilidad.
Mtodo de centrifugacin.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin de la cantidad de
microorganismosMtodo de prueba de sedimentabilidad (probeta, cono Imhoff)
Muy simple
Tiempo de prueba : 30 min 45 min
Afectado fuertemente por las caractersticas del lodo (abultamiento, presencia de filamentos, etc.).
Centrifugacin
Requiere equipamiento (centrfuga)
Muy simple
Tiempo de prueba: 15 min
Afectado menos por caracterstica del lodo
Ambos mtodos dan resultados volumtricos (ml/l). Se debe obtener una curva para convertir a resultados msicos (mg/l).
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin de la cantidad de
microorganismos Se recomienda medir XLM cada turno o una vez al da como mnimo.
Se recomienda realizar la calibracin cada 15 30 das.
Los mismos mtodos se pueden usar para medir la concentracin de microorganismos en la purga de lodos (Xw, Xvw).
Los valores tpicos en la purga de lodos (y la recirculacin) son:
XLM 8,000 12,000 mg/l (8.0 12.0 kg/m3)
XvLM 6,000 9,000 mg/l (6.0 9.0 kg/m3)
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin de slidos suspendidos del
efluente Los mtodos de centrfuga y sedimentacin no se usan para medir
los slidos suspendidos del agua tratada (Xe) debido a las bajas
concentraciones (10 60 mg/l).
Para operacin, resulta simple la medicin de la turbiedad.
La turbiedad nefelomtrica se mide:
Por comparacin visual con estndares
Nefelmetro (mtodo preferido).
Se debe hacer una curva que relacione las unidades de turbiedad (UTN) con las unidades de slidos suspendidos (mg/l).
En forma muy aproximada
Xe 2.4 Turbiedad Xe en mg/l y Turbiedad en UTN.
Se recomienda medir diariamente Xe por el mtodo de turbiedad.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Cmo se modifica XLM en el reactor? Es deseable poder modificar los slidos suspendidos (XLM) en el
reactor biolgico.
XLM se modifica al modificar la relacin de recirculacin (R).
Si R aumenta XLM aumenta.
Si R disminuye XLM disminuye.
Aumentar XLM Disminuir XLM
Aumentar la remocin de DBO5. Evitar sobrecarga del sedimentador
Propiciar la nitrificacin. Inhibir / disminuir la nitrificacin
Mejorar la aglomeracin de los slidos. Evitar lodo flotante en el sedimentador
Asegurar la estabilizacin de los lodos
purgados.
Reducir problemas de lodo abultado
Aumentar la edad de lodos (c) Disminuir la edad de lodos (c)
EFECTOS DE MODIFICAR XLM
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Retiro de exceso de lodos (purgado) Todos los sistemas de lodos activados producen residuos (lodos).
Si no se retiran, se acumulan en el reactor biolgico y sobre todo en el sedimentador secundario.
Se deben retirar con regularidad del sedimentador secundario para evitar la acumulacin, riesgo de arrastre y/o generacin de gases.
Se debe medir el nivel de lodos en el sedimentador. Usualmente se establece entre 0.5 m y 1.0 m de manto de lodos.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Retiro de exceso de lodos (purgado)
Si se excede el nivel prefijado, se debe hacer un retiro (purgado) de los lodos.
Se recomienda realizar el purgado de lodos una vez por turno o mnimo una vez por da.
Se debe medir el flujo volumtrico (QW) y la concentracin (XW) de los lodos purgados.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Oxgeno disuelto (OD) Las bacterias aerobias toman el oxgeno que requieren
a partir del oxgeno disuelto en el agua.
La carencia de oxgeno disuelto inhibe a las bacterias aerobias y permite el desarrollo de condiciones anxicas
o anaerobias.
Aerobio: Presencia de oxgeno disuelto (OD)
Anxico: Carencia de oxgeno disuelto pero presencia
de nitratos (NO3-).
Anaerobio: Carencia oxgeno tanto disuelto como en
nitratos.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Oxgeno disuelto (OD) Las bacterias responsables de eliminar la materia
orgnica en lodos activados son aerobias.
Si OD < 0.5 mg/l no hay condiciones aerobias.
Si OD < 1 mg/l se favorece el crecimiento de bacterias aerobias filamentosas que no sedimentan fcilmente.
Si OD > 3 mg/l no hay algn beneficio. Hay un consumo de energa innecesario en el sistema de aeracin.
Es una de las principales variables a monitorear.
Normalmente se busca que el OD se encuentre entre 1 y 3 mg/l.
La energa para aeracin de reactores biolgicos y digestores aerobios es el principal costo de operacin de las plantas de
tratamiento.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Control del Oxgeno disuelto (OD) El oxgeno es suministrado al reactor biolgico por medio
de:
Aeradores mecnicos superficiales
Sistemas de aeracin difusa (sopladores / difusores).
El OD se modifica:
Arrancando / parando equipos de aeracin (Control ON OFF)
Variando la velocidad de rotacin de los motores de aeradores o sopladores.
Variando la apertura de vlvulas en la succin o descarga de sopladores.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin del Oxgeno disuelto (OD) El oxgeno disuelto
se mide:
Mtodos qumicos (Winkler / Azida de
sodio)
Sondas electroqumicas
Sondas de medicin de luminiscencia.
Mtodo Observaciones
Mtodo ms lento (30 min - 1 h)
Fcil cometer errores
Medicin directa en campo
Tiempo de respuesta (30 s - 1 min)
Necesidad de reponer soluciones qumicas
Tecnologa probada
Medicin directa en campo
Tecnologa ms reciente
No requiere soluciones qumicas
Tiempo de respuesta (1 min)
Se deben remplazar componentes cada ao
Ms caro
Qumico (Winkler /
Azida de sodio)
Sonda electroqumica
(polarogrfica)
Sonda de
luminiscencia
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Nutrientes La frmula simplificada de una bacteria es: C5H7NO2
si se desea incluir el fsforo, la frmula es: C60H87O23N12P
Adems se necesitan trazas de otros elementos (S, K, Ca, Na, Cl, etc.)
C50%
O20%
N14%
H8%
P3%
S1%
Otros4%
Elemento Smbolo Composicin
Carbono C 50%
Oxgeno O 20%
Nitrgeno N 14%
Hidrgeno H 8%
Fsforo P 3%
Azufre S 1%
Otros Otros 4%
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Nutrientes Los principales nutrientes son N y P.
Los requerimientos aproximados de N y P son:
DBO5 : N : P 100 : 5 : 1
Cuando se requiere adicionar N o P las fuentes ms frecuentes son:
N : urea o sales de amonio
P : cido fosfrico o fosfato de sodio
El resto de los elementos rara vez son limitantes en los tratamientos biolgicos.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Nutrientes En las descargas municipales habitualmente hay exceso de N y P.
Dependiendo del uso y del cuerpo receptor pueden ser necesario removerlos.
En las aguas residuales industriales es frecuente que haya limitacin de N. El fsforo es menos frecuente debido a que todos
los detergentes lo contienen.
Se recomienda revisar peridicamente (una vez al mes como mnimo) los valores de N y P en el influente al reactor biolgico (N0y P0) o con ms frecuencia (semanal) si la planta est diseada
para eliminar alguno de ellos.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Temperatura El intervalo ptimo es 15 - 25 C para las bacterias aerobias.
El crecimiento de microorganismos prcticamente es nulo para
T < 0 C o T > 40 C.
En el intervalo 0 - 25 C la velocidad de crecimiento aumenta con la temperatura.
Prcticamente todas las aguas residuales municipales del pas tienen una temperatura superior a 10 C por lo que la temperatura
no es un factor crtico.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Temperatura
Se recomienda revisar cada turno la temperatura en el influente y en el reactor biolgico:
Las descargas industriales con frecuencia tienen temperatura elevada.
La reaccin de nitrificacin es muy sensible a la temperatura. A mayor temperatura es ms fcil que ocurra.
La transferencia de oxgeno en el reactor biolgico disminuye a mayor temperatura.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
pH El intervalo ptimo para las bacterias aerobias es 6 - 8.
Las bacterias dejan de desarrollarse si pH < 5 o pH > 10 .
Las aguas residuales municipales tienen un pH cercano a 7.
Las aportaciones industriales pueden afectar el pH.
El pH debe vigilarse siempre en la entrada a las plantas de tratamiento.
Se sugiere revisarlo una vez por turno.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
pH En procesos biolgicos con tiempos largos puede ocurrir la
nitrificacin (conversin de nitrgeno amoniacal a nitratos).
La nitrificacin consume alcalinidad. Puede bajar el pH en el reactor biolgico o en el digestor aerobio.
En caso de requerirse, se adiciona cal (o sosa) para ajustar el pH.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sustancias txicas Inhiben o detienen el crecimiento bacteriano.
Los causantes pueden ser diversos:
Metales pesados (Cr+6, Hg, Cd)
Orgnicos (fenol, hidrocarburos clorados, plaguicidas)
La relacin DBO5 : DQO del influente puede ayudarnos a detectar problemas de toxicidad.
La estrategia ms utilizada es detectar el origen de la toxicidad y evitar su incorporacin al alcantarillado municipal.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medicin de caudal Para determinar las condiciones de operacin se necesita medir el
caudal de las siguientes corrientes:
Caudal influente (Q0) (l/s) o (m3/da)
Caudal de recirculacin (QR) (l/s) o (m3/da)
Caudal de purga (QW) (l/s) o (m3/da)
Es deseable contar con medidores automticos, con totalizacin.
Para la evaluacin de las condiciones de operacin se usan principalmente los promedios diarios.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Edad de lodos
(tiempo de retencin celular)Edad de Lodos o Tiempo de retencin celular (c)
c [=] das
Representa el tiempo promedio que duran los microorganismos en el sistema.
El parmetro que mejor mide lo que sucede en un sistema de lodos activados es la edad de lodos.
Se usa c tanto para diseo como para control de la operacin.
w
LM
w
LMLMc
XvQw
XvV
XQw
XV
Px
XV
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Objetivo de tratamiento * Edad de lodos (c)
das
Factores que afectan
c
Remocin de DBO5 disuelta 1 - 2 Temperatura
Conversin de DBO5 particulada 2 - 4 Temperatura
Floculacin de microorganismos en el
reactor biolgico1 - 3 Temperatura
Nitrificacin completa 3 - 18Temperatura
(fuerte efecto)
Remocin biolgica de fsforo 2 - 4 Temperatura
Estabilizacin de lodos biolgicos 20 - 40 Temperatura
EDAD DE LODOS REQUERIDA PARA DISTINTOS OBJETIVOS DE TRATAMIENTO
* Para tratamiento de aguas residuales domsticas
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PRINCIPALES TIPOS DE PROCESO DE LODOS ACTIVADOS
Tipo de reactor Edad de lodos (c)
das
Objetivo de proceso Slidos suspendidos
reactor (XLM)
mg/ld
Tiempo de retencin
(V/Q0)
horas
R = QR/Q0
%
Alta tasa 0.5 - 2.0 Remocin parcial de la
DBO5 del influente
200 - 1,000 1.5 - 3.0 100 - 150
Convencional 3 - 6 Remocin completa
de la DBO5 del
influente
1,000 - 3,000 4.0 - 8.0 25 - 75
Nitrificacin 5 - 10 Nitrificacin completa 1,000 - 3,000 6.0 - 15.0 25 - 75
Aeracin extendida 20 - 40 Produccin de lodo
estabilizado
2,000 - 4,000 15.0 - 30.0 50 - 150
Zanja de oxidacin 20 - 40 Produccin de lodo
estabilizado
2,000 - 4,000 15.0 - 30.0 50 - 150
-
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Edad de lodos
Ejemplo de clculoDatos
Volumen del reactor (V) = 1,000 m3
Slidos suspendidos reactor (XLM) = 3,000 mg/l
Flujo de purga de lodos (QW) = 100 m3/da
Slidos suspendidos purga (XW) = 9,000 mg/l
Clculo
c = [ (1,000 m3) (3,000 mg/l) ] / [ (100 m3/da) (9,000 mg/l) ]
c = 3.33 das
w
LM
w
LMLMc
XvQw
XvV
XQw
XV
Px
XV
-
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Modificacin de la edad de lodos
En todas las plantas es deseable poder modificar la edad de lodos.
La forma de hacerlo es modificando la recirculacin de lodos (QR).
Si QR aumenta R aumenta XLM aumenta c aumenta.
Si QR baja R baja XLM baja c aumenta.
Los cambios en el sistema tardan varias horas o inclusive das.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Modificacin de la edad de lodos
En todas las plantas es posible modificar la edad de lodos, pero hay limitantes para los cambios:
El volumen del reactor (V) est fijo.
El caudal influente (Q0) est definido exteriormente.
Si QR aumenta mucho (y por consiguiente XLM) se dificulta el trabajo del sedimentador secundario.
Si QR aumenta podemos hacer completa la nitrificacin. Esto aumenta las necesidades de aeracin. Se debe revisar si la
planta tiene capacidad adecuada para el suministro de aire.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
ndice volumtrico de lodos (IVL) Es una prueba que se realiza en los lodos para determinar si
sedimentan correctamente.
Se toma un litro de lodo activado del reactor biolgico en una probeta o cono Imhoff.
Se deja sedimentar por 30 45 minutos y se mide el volumen final de lodos (Vf) en ml.
Se mide la concentracin inicial de slidos en la muestra (XLM).
V0 = 1,000 ml
XLM = mg/l
Vf = ml
t = 30 min
LM
f
X
V1000IVL
IVL [=] ml/g
-
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
ndice volumtrico de lodos (IVL)
Ejemplo de clculoDatos
Slidos suspendidos reactor (XLM) = 3,000 mg/l
Volumen sedimentado final (Vf) = 400 ml
Clculo
IVL = [ (1000) (400) ] / (3,000)
IVL = 133.3 ml/g
LM
f
X
V1000IVL
-
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
ndice volumtrico de lodos (IVL)
Interpretacin Mide el volumen (en ml) que ocupa 1 g de slidos sedimentados
(base seca).
Entre menor se el IVL mejor ser la sedimentabilidad de los lodos.
IVL (ml/g) Caractersticas de sedimentacin
< 100 Excelente
100 - 150 Normal
> 150 Mala
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
ndice volumtrico de lodos (IVL)
Interpretacin Si el IVL es bueno y el efluente presenta turbiedad alta entonces
hay un problema en el sedimentador secundario.
Si el IVL es malo el problema est en el reactor biolgico, pero las causas pueden ser mltiples:
Reactor en proceso de arranque
Mala floculacin de los lodos
OD insuficiente
Problemas de nutrientes
Crecimiento de bacterias filamentosas
Intensidad de mezcla muy alta
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
ORGANISMOS FILAMENTOSOS
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Produccin de lodos
Se observa que al aumentar tiende a disminuir la produccin de lodos.
Generalmente se utiliza la siguiente expresin:
Yobs Relacin neta de produccin de lodos
(kg SSV/kg DBO5)
Yobs depende del valor de c y si hay o no tratamiento
primario (ver grfica anexa).
0.8
P P
)S(SQYP
v
v
x
x
e00obsx
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Produccin de lodos
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Requerimiento de oxgenoEl requerimiento de oxgeno se debe a dos motivos:
Remocin de materia orgnica (RO2 carbonceo)
O2 requerido = 1 - 1.2 DBO5 removido
Oxgeno requerido en nitrificacin (RO2 nitrificacin)
O2 requerido = 4.6 nitrgeno convertido a nitratos
La nitrificacin es importante para c > 7 das y despreciable para c < 3 das.
Requerimiento total (RO2 total)
RO2 total = RO2 carbonceo + RO2 nitrificacin
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentador secundario
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentacin secundaria
Variables bsicas de diseo
Las variables principales que afectan el desempeo de
un sedimentador son:
Carga hidrulica superficial
Carga superficial de slidos
Profundidad del sedimentador
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentacin secundaria
Variables bsicas de diseo
Carga hidrulica superficial (qh)
qh = Qe /As [m3/m2/da]
Qe Flujo (medio o mximo) del lquido
clarificado [m3/d]
As rea superior del sedimentador [m2]
Entre menor sea la carga superficial, mayor oportunidad de sedimentar tendrn las partculas.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentacin secundaria
Variables bsicas de diseoCarga superficial de slidos (Cs)
Cs = (Q0 + QR) XLM / As [kg/d/m2]
Q0 Flujo (medio o mximo) que entra al
tratamiento secundario [m3/d]
QR Flujo (medio o mximo) de recirculacin [m3/d]
XLM Concentracin de slidos en el reactor
biolgico [kg/m3]
As rea superior del reactor [m2]
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentacin secundaria
Variables bsicas de diseo
Entre menor sea la carga superficial de slidos existe menor tendencia al arrastre.
Tanto la carga hidrulica y la carga de slidos se deben evaluar en las condiciones de flujo medio y de flujo
mximo.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentacin secundaria
Variables bsicas de diseo
Profundidad
El efecto de la profundidad es aumentar la seguridad de la operacin.
Entre ms profundo sea el sedimentador, menor posibilidad hay de afectar el manto de lodos.
Usualmente se desea que el manto de lodos sea de aproximadamente 1 m.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medio Pico Medio Pico
Lodos activados (excepto
aeracin extendida)16 - 32 40 - 50 90 - 140 < 230 3.6 - 6.0
Lodos activados aeracin
extendida8 - 16 24 - 32 23 - 115 < 165 3.6 - 6.0
Biofiltros 16 - 24 40 - 50 70 - 115 < 190 3.0 - 4.5
Biodiscos 16 - 32 40 - 50 90 - 140 < 230 3.0 - 4.5
Carga hidrulica (qh)
(m3/da/m2)
Carga de slidos (Cs)
(kg/da/m2)Tratamiento secundarioProfundidad
(m)
Sedimentacin secundaria
Variables bsicas de diseo
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sedimentacin secundaria
No parece haber diferencia en la eficiencia de separacin de los sedimentadores circulares y
rectangulares.
Se recomienda limitar el dimetro de los sedimentadores circulares a 50 m.
A dimetros mayores su comportamiento se ve afectado, principalmente por accin del viento.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Aspectos varios de sedimentadores
secundarios En sistemas con dos o ms unidades, es muy importante
la correcta distribucin del flujo.
Una mala distribucin puede:
Sobrecargar una unidad.
Corrientes o canalizaciones
Resuspensin del lodo
En la entrada del flujo al sedimentador debe procurarse:
disipar la energa del influente
distribuir uniformemente el flujo
minimizar las perturbaciones al manto de lodos
promover la floculacin
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Aspectos varios de sedimentadores
secundarios
En los sedimentadores circulares la entrada se realiza a travs de un pozo aquietador.
Algunos diseos incluyen un pozo floculador que mejora la disipacin de la energa y favorece el mezclado.
En sedimentadores rectangulares la distribucin del influente se realiza mediante diversos puertos de
entrada.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biofiltros
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biofiltros
Variables bsicas de diseo
Las variables principales que afectan el desempeo de
un biofiltro son:
Carga orgnica volumtrica
Carga hidrulica superficial
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biofiltros
Variables bsicas de diseoCarga orgnica volumtrica (CV)
CV = (Q0 S0) / V [kg/d/m3]
Q0 Flujo medio que entra al tratamiento
secundario [m3/d]
S0 Concentracin de DBO5 influente
al biofiltro [kg/m3]
V Volumen del medio [m2]
Entre menor sea la carga orgnica volumtrica, mayor ser la eficiencia de tratamiento.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biofiltros
Variables bsicas de diseo
Carga hidrulica superficial (qh)
qh = (Q0 + QR)/As [m3/m2/da]
Q0 Flujo medio influente [m3/d]
QR Flujo de recirculacin [m3/d]
As rea transversal del biofiltro [m2]
Entre mayor sea la carga superficial, mayor ser el mojado del medio, mejorando la eficiencia de tratamiento.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Caractersticas de diseo Tasa baja o
estndar
Tasa intermedia Alta tasa Alta Tasa Desbaste
Tipo de empaque Roca Roca Roca Plstico Plstico
Carga hidrulica superficial qh
(m3/da/m2)1 - 4 4 - 10 10 - 40 10 - 75 40 - 200
Carga orgnica volumtrica CV
(kg DBO5/da/m3)
0.07 - 0.22 0.24 - 0.48 0.4 - 2.4 0.6 - 3.2 > 1.5
Tasa de recirculacin
(R = QR/Q0)0 0 - 1 1 - 2 1 - 2 0 - 2
Presencia de moscas Muchas Variable Pocas Pocas Pocas
Desprendimiento de biomasa del
medioIntermitente Intermitente Continuo Continuo Continuo
Profundidad, m 1.8 - 2.4 1.8 - 2.4 1.8 - 2.4 3.0 - 12.2 0.9 - 6.0
Remocin DBO5 (%) 80 - 90 50 - 80 50 - 90 60 - 90 40 - 70
Nitrificacin Completa Parcial Nula Nula Nula
CLASIFICACIN HISTRICA DE BIOFILTROS
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
MEDIOS UTILIZADOS EN BIOFILTROS
Roca Plstico, flujo vertical Plstico, flujo vertical
Plstico, flujo cruzado Madera Plstico, medio
aleatorio
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Medio Tamao
cm
Peso
kg/m3rea especfica
m2/m3Espacio vaco
%
Roca (pequea) 2.5 - 7.5 1,250 - 1,450 60 50
Roca (grande) 10.0 - 13.0 800 - 1,000 45 60
Plstico (convencional) 61 x 61 x 122 30 - 80 90 > 95
Plstico (alta superficie
especfica)61 x 61 x 122 65 - 95 140 > 94
Plstico (medio aleatorio) Variable 30 - 60 98 80
CARACTERSTICAS DE MEDIOS USADOS EN BIOFILTROS
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Unidades ValorParmetro
(mg/l)
Valor
DBO5 15 - 30
SST 15 - 30
kg DBO5 /(m3 da) 0.1 - 0.3 DBO5 < 10
g N /(m2 da) 0.2 - 1.0 N amoniacal < 3
Tratamiento terciario
nitrificacing N /(m2 da) 0.5 - 2.5 N amoniacal 0.5 - 3
Remocin parcial DBO5
(desbaste)kg DBO5 /(m
3 da) 1.5 - 4.0 Remocin DBO5 40% - 70%
Remocin DBO5 y
nitrificacin
Aplicacin
Carga Calidad efluente
Tratamiento secundario kg DBO5 /(m3 da) 0.3 - 1.0
CRITERIOS DE DISEO PARA BIOFILTROS DE MEDIO PLSTICO
Se recomienda una carga hidrulica 40 m3/(da m2)
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biofiltros
Ventilacin
El aire que requieren las bacterias puede suministrarse por:
Ventilacin natural
Ventilacin forzada (recomendada)
Ventilacin forzada
Flujo de aire: 0.3 (m3/min)/m2 de rea transversal.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biodiscos
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biodiscos
Variables bsicas de diseo
Las variables principales que afectan el desempeo de
los biodiscos son:
Carga orgnica superficial
Carga hidrulica superficial
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biodiscos
Variables bsicas de diseoCarga orgnica superficial (CS)
CS = (Q0 S0) / As [kg/d/m2]
Q0 Flujo medio que entra al tratamiento
secundario [m3/d]
S0 Concentracin de DBO5 influente
a los biodiscos [kg/m3]
As rea total de los biodiscos [m2]
Entre menor sea la carga orgnica superficial, mayor ser la eficiencia de tratamiento.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biodiscos
Variables bsicas de diseo
Carga hidrulica superficial (qh)
qh = Q0/As [m3/m2/da]
Q0 Flujo medio influente [m3/d]
As rea total de biodiscos [m2]
Entre mayor sea la carga superficial, mayor ser el mojado del medio, mejorando la eficiencia de tratamiento.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
BIODISCOS
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Remocin de
DBO5
Remocin de
DBO5 y
nitrificacin
Nitrificacin
Carga hidrulica superficial (qh) (m3/da)/m2 0.08 - 0.16 0.03 - 0.08 0.04 - 0.10
Carga orgnica superficial (Cs) (g DBO5/da)/m2 8 - 20 5 - 16
Carga orgnica superficial (Cs)
mxima en primer etapa(g DBO5/da)/m
2 24 - 30 24 - 30
Carga superficial de nitrgeno (g N/da)/m2 0.75 - 1.5 1 - 2
DBO5 efluente mg/l 15 - 30 7 - 15 7 - 15
N amoniacal efluente mg/l < 2 1 - 2
Nivel de tratamiento
Parmetro Unidades
CRITERIOS DE DISEO DE BIODISCOS
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biodiscos Los biodiscos se construyen en tamaos fijos.
Las dimensiones estndar son:
Dimetro: 3. 5 m (12)
Longitud: 7.5 m (25)
rea superficial
Estndar: 9,300 m2 / biodisco
Alta densidad: 13,900 m2 / biodisco
Otros parmetros:
Sumergencia: 35% - 40%
Potencia motor: 5 7.5 hp / biodisco
Velocidad de rotacin: 1 2 rpm
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Biodiscos El diseo consiste en:
Calcular el rea total de biodiscos.
Calcular el nmero de biodiscos requerido.
Calcular el arreglo de los biodiscos (nmero de unidades en serie y en paralelo.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Espesamiento
por gravedad
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Espesamiento por gravedad
Variables bsicas de diseo
Las variables principales que afectan el desempeo de
los biodiscos son:
Carga superficial de slidos
Carga hidrulica superficial
Tipo de lodos alimentado
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Espesamiento por gravedad
Variables bsicas de diseoCarga superficial de slidos (CS)
CS = (Q0 X0) / As [kg/d/m2]
Q0 Flujo medio que entra al espesador
por gravedad [m3/d]
X0 Concentracin de slidos suspendidos
[kg/m3]
As rea superior de espesadores [m2]
Entre menor sea la carga superficial de slidos, mayor ser la eficiencia de tratamiento.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Espesamiento por gravedad
Variables bsicas de diseo
Carga hidrulica superficial (qh)
qh = Q0/As [m3/m2/da]
Q0 Flujo medio influente [m3/d]
As rea superior de espesamiento [m2]
Entre mayor sea la carga superficial, mayor ser el riesgo de arrastre de slidos y menor la oportunidad de espesamiento.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Espesamiento por gravedad Dimensiones:
Dimetro: 20 m
Profundidad til: 2.0 3.5 m
Poco utilizados para espesamiento de lodos secundarios procedentes de lodos activados.
Muy utilizado para lodos primarios, lodos de biofiltros y mezcla de primarios y secundarios
Riesgo de generacin de olores si T > 22 C
Recuperacin de slidos: 90% - 95%
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Entrada Espesado
Separado
Primario 2 - 6 5 - 10 100 - 150 15 - 31
Lodos activados 0.5 - 1.5 2 - 3 20 - 40 4 - 8
Aeracin extendida 0.2 - 1 2 - 3 25 - 40
Biofiltro 1 - 4 3 - 6 40 - 50
Biodisco 1 - 3.5 2 - 5 35 - 50
Combinado
Primario + lodos activados 0.5 - 1.5 4 - 6 25 - 70 6 - 12
Primario + biofiltros 2 - 6 5 - 9 60 - 100
Primario + biodisco 2 - 6 5 - 8 50 -90
Concentracin lodo
%Tipo de lodosCarga de slidos
kg SST /da /m2Carga hidrulica
(m3/da)/m2
PARMETROS DE DISEO ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Mesa de espesamiento
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Mesa de espesamiento
Variables bsicas de diseo
Las variables principales que afectan el desempeo de
las mesas de espesamiento:
Carga de slidos
Carga hidrulica
Consumo de polmero
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Mesas de espesamiento La capacidad de las mesas est definido por el ancho de banda.
Es indispensable la adicin de polmero.
Es indispensable adicin de agua limpia para lavado de telas.
Se disean frecuentemente para 8 o 16 horas de operacin por da.
Parmetro Valores
Ancho de banda 0.5 - 3.0 m
Carga hidrulica 800 (l/min)/m
Carga de slidos 200 - 600 (kg/h)/m
Recuperacin de slidos 90 - 98%
Dosis de polmero 3 - 7 kg/ton base seca
Flujo agua de lavado 1.3 (l/s)/m
60 m H2O
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Digestin aerobia
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Digestin aerobia
Los lodos se mantienen durante 15 20 das en condiciones aerobias mediante aeracin.
Como no hay recirculacin, c = = V/Q0 Se usa tanto aeracin difusa como mecnica superficial.
Es importante verificar los criterios de energa para mezcla.
El lodo producido no debe generar olores.
Nota:
En EE.UU. la normatividad requiere una edad de lodos de 40 das. Importante que los diseos no sean muy sobrados para Mxico.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Parmetro Unidades Valor Notas
Edad de lodos
(c = = V/Q0)
das 15 - 20 La norma NOM-004 requiere
20 das en total
Carga de SSV (kg/da)/m3 1.6 - 4.8
Requerimiento de oxgeno
DBO5 en lodo primario kg O2/kg DBO5 des. 1.6 - 1.9 Destruccin 30% - 50%
SSV en lodo secundario kg O2/kg SSV des. 2.3 Destruccin 30% - 50%
Energa para mezcla
Aeracin mecnica W/m3 20 - 40
Aeracin difusa (m3/min)/m3 0.02 - 0.04
OD a mantener en digestor mg/l 1 - 2
Reduccin de SSV % 30 - 50 Depende de destruccin en
procesos previos
PRINCIPALES PARMETROS DE DISEO. DIGESTIN AEROBIA
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tanque digestor
tr = V/Q = 15 20 dasAire
Lodos a
estabilizar Lodos
estabilizados
ESQUEMA PROCESO DE DIGESTIN AEROBIA
Notas:
Se recomienda que la concentracin de lodos en el influente sea 4% para no afectar la aeracin.
Se debe mantener el oxgeno disuelto entre 1 y 3 mg/l. Se debe vigilar el pH entre 6.5 y 8. Puede bajar por nitrificacin. Aadir
cal en caso necesario.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
EJEMPLOS DE DIGESTIN AEROBIA
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Desaguado
tipo
Filtros banda
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Criterios de diseo
Filtros banda
Las variables principales que afectan el desempeo de
los filtros banda son:
Carga de slidos
Carga hidrulica
Tipo de lodos alimentado
Consumo de polmero
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Filtros banda La capacidad est definida por el ancho de banda.
Valores de ancho de banda varan de 0.5 m a 3.0 m.
Es indispensable la adicin de polmero.
Es indispensable adicin continua de agua para lavado de telas.
Muchos diseos incluyen una mesa por gravedad para espesamiento de lodo muy diluido.
Frecuentemente se disean para 8 a 16 horas de operacin/da.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Tipo de lodo Concentracin
influente
Carga hidrulica
(l/s)/m
Carga de slidos
(kg/h)/m
Dosis polmero
(kg /1000 kg slido)
Concentracin
efluente
No estabilizado
Primario crudo 3 - 7 1.8 - 3.2 360 - 550 1 - 4 26 - 32
Lodo activado 1 - 4 0.7 - 2.5 45 - 180 3 - 10 12 - 20
Primario + lodo activado 3 - 6 1.3 - 3.2 180 - 320 2 - 8 20 - 28
Primario + biofiltro 3 - 6 1.3 - 3.2 180 - 320 2 - 8 23 - 30
Digerido anaerbicamente
Primario 3 - 7 1.3 - 3.2 360 - 550 2 - 5 24 - 30
Lodo activado 3 - 4 0.7 - 2.5 45 - 135 4 - 10 12 - 20
Primario + secundario 3 - 6 1.3 - 3.2 180 - 320 3 - 8 20 - 25
Digerido aerbicamente
Primario + lodo activado sin
espesar1 - 3 0.7 -3.2 135 - 225 2 - 8 12 - 20
Primario + lodo activado
espesado4 - 8 0.7 - 3.2 135 - 225 2 - 8 12 - 25
Estabilizacin alcalina 3 - 6 1.3 - 3.2 180 - 320 2- 8 20 - 28
PARMETROS DE DISEO DE FILTROS BANDA
Flujo de agua de lavado: 2.5 (l/s)/m de ancho de banda @ 60 m H2O
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Remocin de nitrgeno
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Remocin de nitrgeno (N)
Los efluentes municipales normalmente contienen ms nitrgeno que el que usan los microorganismos del tratamiento secundario.
Esto provoca que el efluente contenga concentraciones altas de N, a menos que se disee la planta especficamente para removerlo.
N junto al fsforo (P) son los principales responsables de la contaminacin a largo plazo de lagos y presas (eutroficacin).
La norma NOM-001 fija 15 mg N total/l para cuerpo tipo C.
El mtodo ms usado consiste en tratamiento biolgico para eliminacin de N.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Formas qumicas del nitrgeno
En el influente el N generalmente est formado por:
N orgnico (N Kjeldahl) Norg 30 40% total
NH4+ (N amoniacal) Namon 60 70% total
Nota: Norg + Namon se conoce como N total Kjeldahl (NTK)
En el efluente, adems puede haber
NO2- (N de nitritos) Nnitritos < 1 mg/l
NO3- (N de nitratos) Nnitratos es muy variable
Nota: Norg + Namon + Nnitritos + Nnitratos se conoce como N total
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Transformaciones del NNitrificacin
En un tratamiento secundario normalmente todo el Norg se convierte a Namon.
Si la edad de lodos es suficiente en un reactor aerobio el Namon se transforma en Nnitratos. Esto se conoce como nitrificacin.
NH4+ + O2 NO2
- + H+ (reaccin lenta)
NO2- + O2 NO3
- + H+ (reaccin rpida)
NOH4+ + O2 NO3
- + H+
Se requiere una edad de lodos (c > 5 7 das) para que la nitrificacin sea completa.
Puede ocurrir en lodos activados, biofiltro o biodiscos si la edad de lodos es suficiente.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Notas sobre la nitrificacin
Las bacterias que hacen la nitrificacin son distintas de las que consumen la materia orgnica.
Las bacterias nitrificantes no consumen carbono orgnico. No compiten por la materia orgnica (DBO5).
Las bacterias nitrificantes consumen oxgeno. S compiten por el oxgeno disuelto con las bacterias que consumen la materia
orgnica.
Se requiere 4.6 kg O2/kg N nitrificado.
La nitrificacin libera iones H+. Esto produce un consumo de alcalinidad y puede bajar el pH del reactor.
La nitrificacin es muy sensible a la temperatura. Se acelera en condiciones de verano.
La nitrificacin no elimina el N del agua. Slo cambia la forma qumica del N.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Transformaciones del NDesnitrificacin
Las bacterias que consumen la materia orgnica en lodos activados, biofiltros, biodiscos requieren una fuente de oxgeno.
La forma ms til de oxgeno es el oxgeno disuelto (OD).
En caso de ausencia de OD las bacterias pueden tomar el oxgeno contenido en los nitratos. Esto se conoce como desnitrificacin.
Materia orgnica + NO3- + H+ CO2 + H2O + N2 (reaccin
(OD 0 mg/l)
La presencia de Nnitratos y ausencia de OD se denomina condiciones
anxicas.
Se requiere una tiempo de retencin de 2 4 h para que la desnitrificacin sea completa.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Notas sobre la desnitrificacin
Las bacterias que hacen la desnitrificacin son las mismas que consumen la materia orgnica.
Las bacterias que hacen la desnitrificacin s consumen carbono orgnico. No compiten por la materia orgnica (DBO5).
Esto se transforma en un ahorro de oxgeno para la remocin de la materia orgnica.
Se ahorran 2.8 kg O2/kg N de nitratos que se desnitrifican.
La nitrificacin y la desnitrificacin no pueden ocurrir simultneamente.
La desnitrificacin s elimina el N del agua liberndolo como N gas.
La desnitrificacin requiere de una fuente de materia orgnica y de condiciones anxicas.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Remocin biolgica de nitrgeno (N) Todo proceso biolgico consta de dos etapas
Una etapa aerobia (xica) para hacer la nitrificacin
Una etapa anxica para hacer la desnitrificacin
Ambas etapas se pueden realizar en medio suspendido (ej. Lodos activados) como en medio fijo (ej. Biofiltros).
Uno de los tratamientos ms usados es el A/O (anxico / xico) de medio suspendido.
Otros sistemas incluyen varias etapas xicas y anxicas alternadas.
Es indispensable asegurar la mezcla del reactor anxico sin introducir aire.
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Sistema A/O
Influente
Reactor
Aerobio (xico) Sedimentador
secundario
Oxgeno
Efluente
Exceso de lodos
(Purga)
Recirculacin
de lodos
Reactor
Anxico
Recirculacin interna
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AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Criterios de diseo sistema A/OReactor aerobio (xico)
Edad de lodos (c) > 5 7 das
Requerimiento O2 1 1.2 kg/kg DBO54.6 kg/kg N nitrificado
Slidos suspendidos (XLM) 2,000 3,000 mg/l
Oxgeno disuelto (OD) 1 3 mg/l
Recirculacin de lodos (R) 0.5 1.0
Reactor anxico
Tiempo de retencin () 2 4 h
Slidos suspendidos (XLM) 2,000 3,000 mg/l
Oxgeno disuelto (OD) < 0.1 0.2 mg/l
Recirculacin interna (RI) 2.0 - 4.0
-
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Reactor biolgico por lotes (SBR)
Llenado
Reaccin aerobia
Sedimentacin
Descarga
Purga de lodos
Aire
S
No
No
No
20 min
120 min
20 min
15 min
5 min
Reaccin anxica 120 min No
Mezcla
S / No S / No
S
S / No
No
No
No
-
AMH. CURSO PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Bibliografa Wastewater Engineering. Treatment and Reuse
Metcalf & Eddy
4ta edicin
Editorial McGraw-Hill
Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEMARNAT-1996
Diario Oficial de la Federacin
Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEMARNAT-1996
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Norma Oficial Mexicana NOM-003-SEMARNAT-1996
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Norma Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-1996
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