agus residuales

7/28/2019 Agus Residuales

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Gestin y Tratamiento deaguas residuales

Presentado por Lic. Qum.Dra. Heloina Berroa


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2

TEMA.QUIMICA DE LAS

AGUAS NATURALES


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3

El Agua

Todas las formas de vida requieren agua. Se encuentra en los tres estados de agregacin

Slido Lquido

Gaseoso Presenta

Capacidad disolvente Capacidad reactiva

Potencial erosivo Acta como fuente de oxgenoH2O + hu 2H + O H2+ O2CO2 + H2O CH2O + O2


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4

QUIMICA DE LAS AGUASNATURALES

EL AGUAReacciones cido baseQumica de los procesos de oxidacin

y reduccinLos gases en el aguaOxgeno disuelto

Transformacin de las sustancias enel agua

Compuestos de azufre en el agua


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5

La Qumica de las AguasNaturales

Reacciones cido-Base

Controlan las concentraciones de inorgnicosEjemplo: carbonato en las aguas.

El pH y las concentraciones de los iones principalesestn

controladas por la disolucin de CO2 atmosfrico, y porlos

iones carbonato unidos al suelo.


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6

2. Reacciones de oxidacin y reduccin(REDOX)

Controlan el contenido orgnico en elagua


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7

Qumica de los procesos cido- Base

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+(ac) + 2HCO3- (ac)

Ca3-(PO4)3(OH) + 4CO2+H2O Ca2+(ac) + 3PO4H2-

ac+4HCO3-

7NaAlSi3O8+6CO2+26H2O3Na33Al2.33Si3.66O10(OH)2(s)+Na+(ac)+6(HCO3-(ac)+10H4SiO4(ac)


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Reacciones de OxidacinReduccin

Determina su comportamiento ypropiedades: toxicidad, complejacin,pp

Depende del potencial qumico

]oxidada[

]reducida[ln

Forma

Forma

nF

RTEE =

]oxidada[]reducida[log059,0

nEE =

E = Potencial estndar del electrodo


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9

Qumica de los procesos deoxidacin-reduccin

El oxgeno molecular disuelto O2es el agente oxidante msimportante

En medio cidoO2 + 4H+ + 4e- 2H2O

O2 + 2H2O + 4e- 4OH-

Concentracin de oxgeno disueltoen agua:

O2(g) O2(ac)


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10

Potencial redox del agua

El oxidante es eloxgeno en aguasnaturales

OHeHO 222

1

4

1++

+

][

4

1

1log

1

059,0

2

+

=

H

EE

O

E = 1,23

P O2= 0,21


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11

El potencial redoxdel agua sera:

pHHpE =++= + 68,20]log[)21,0log(059,023,1 4

1

pE + pH = 20,68

A pH = 7 el pE ser 20,68 7 = 13,68


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A valores de pE < 20,68 menor poderoxidante

A > oxgeno > poder oxidante > pE >

20,68 A baja [ ] de oxgeno > materia orgnica

biodegradable el pE del agua puede estardeterminado por iones NO

3

-, SO4

2-

OHNHeHNO 24383

81

45

81 +++ ++


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13

En condiciones anaerbicas

Fermentacin de la materia orgnica.Valores de pE son bajos (-)

El agua puede experimentar proceso

de reduccin

++ OHHeOH 222

1


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Potencial redox de un agua: capacidadoxidante o reductora de la misma comoresultado de las respectivas conc. de

especies oxidantes y reductoraspresentes

Oxidantes del agua: N2, NO3-, SO42-, CO2,

MnO2, Fe(OH)3

Reductores del agua: M. orgnicas, iones

amonio


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Reacciones en mediooxidante

)()(32)(2)(4

)(22)(2)(2

)(2)(2)(2

6

221

844

acacacac

acacac

sacac

HNOOHONH

HMnOOHOMn

HFeOOHOHOFe

++

++

++

+++

+++

+++


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16

Reacciones en zonasanaerbicas y anxicas

osheterogne

Procesos324CH

cacinDesnitrifi47

21

45

45

nFermentaci23

2)(2

)(2)(2(ac)2

2)(223)(2

3)(22)(2

OHMnCOHMnOO

OHNCOHNOOCH

OHCHCOOHOCH

acacs

acac

acac

++++

++++

++

++

+

Procesos oxidacin-reduccin aceleradores de microorganismos


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17

Solubilidad de los gases en elagua y la temperatura

Por lo general disminuye alaumentar la temperatura

moles/L

C

0 20 40 60 80 100

0,001

0,002

Gases CO2, O2, N2, Ar, NH3, He, CH4, H2SGases CO2, O2, N2, Ar, NH3, He, CH4, H2S


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Contaminacin trmica.Disminucin de solubilidad del oxgeno molecular en agua caliente.

Efecto de la presin en la solubilidad de los gases.Ley de Henry La solubilidad de un gas en un lquido es

proporcional a la presin del gas sobre la disolucinC P C= kPc = mol/LP = atmK = mol/L atm.

P l l


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Protocolo para laDeterminacin de Oxgeno

Disuelto en AguasGeneralidades

Los niveles de oxgeno

disuelto, OD, en aguasnaturalesy residuales dependen de la

actividad fsica, qumica ybiolgica en el cuerpo de

agua. El anlisis para ODes unensayo clave en el control de

la contaminacin del aguay

de su proceso de tratamiento.


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Mtodo volumtrico - Winkler

Preciso y confiable para analizar OD. Se basa en la adicin de una solucin

de manganeso divalente, seguida porlcali fuerte. Produciendo precipitados

de hidrxido de altos estados devalencia. En presencia de iones yoduro en una

solucin cida, el manganeso oxidado

para al estado divalente, con laliberacin del yodo equivalente alcontenido de OD, el cual se titula conuna solucin estndar de tiosulfato de

sodio.


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NaIOSNaOSNaI

MnSOSOKIKISOMn

OHSOMnSOHOHMn

OHMnOOHOHMn

SOKOHMnKOHMnSO

22

22)(

6)(3)(2

)(42)(4

)(

6423222

4422342

2342423

3222

4224

++

+++

++

++

++


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22

Interferencias en ladeterminacin de OD

Materiales oxidantes y reductores

Altas cantidades de material orgnicose oxidan parcialmente cuando elprecipitado de manganeso oxidado seacidifica, causando errores negativos.

La adicin de azida elimina lainterferencia causada por nitrito.


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Procedimiento para determinar OD Colectar la muestra en una botella de

250-300 mL, adicionar 1 mL de sulfatomanganeso, seguido por 1 mL de lcali-yoduro-acida.

Adicionar 1,0 mL de cido sulfrico

concentrado Titular con sodio tiosulfato hasta un coloramarillo plido.

Adicionar 10 gotas de almidn y

continuar la titulacin hasta desaparicindel color azul.


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ClculosPara la titulacin de 200 mL de muestra,1 mL de Na2S2O3 0,025 M = 1 mg OD/L

ppm OD = (mL 0,025 Na2S2O3 x 0,2/200) x 1 000

Manejo ambiental de desechosElimine los residuos de la titulacin hacia un

recipienteque contenga residuos cidos.

BibliografaStandard Methods for the examination of water and

wastewater. Method 4500 C. 20TH edition, 1998.


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25

Solubilizacin y transformacinde sustancias

A. DisolucinSales Aniones: Cl-, HCO3-, SO42-, NO3-, etc

Cationes: Na+, Ca2+, Mg2+, K+, Fe2+ , etcB. Otros procesos fisicoqumicos

Hidrlisis, complejacin,

solubilizacin-precipitacin,fotoqumicos, biolgicos.


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26

Hidrlisis

a) Mg2SiO4(s)+H2O 2Mg(OH)2(ac) + H4SiO4(ac)

b) R COO R+H2OR COOH+R NH2Ox

steresc) ROPO-R+H2OROH+HO-P-OR

| |

FosfatosOR OR

a) RCONHR+H2ORCOOH+RNH2


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27

Precipitacin - Solubilizacin

Aniones que dan sales insolubles con cationes

CO32-, PO43- : Todos los cationes (menos los metalesalcalinos y NH4+)

Cl-: Ag+ Pb2+ Hg22+ Cu2+

OH-: Todos menos alcalinos, Ba2+ Sr2+y NH4+

SO42-: Ca2+, Sr2+ Ba2+ Pb2+

S2-

: Todos menos alcalinotrreos y NH4+

Condicin: la conc de iones en el agua debe superarel llamado producto de solubilidad.

Ejm. CaCO3Ca2+ + CO33- Ks = [Ca2+][CO32-]=5,0x10-9


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28

Otros factores que afectan lasolubilidad:

efecto del ion comn, efecto salino, pH,

formacin de complejos.


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29

Compuestos de azufre enlas aguas

Estado deoxidacin

-2 H2S HS- S2- H2S

-1 S22-

Molculas orgnicasaminocidos: H2S, CH3SH,CH3SCH3

0 S8

+4 H2SO3 HSO3-

SO32-

SO2+6 H2SO4 HSO4- SO42- SO3


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30

El H2S se oxida en el aire a (H2SO4)S porbacterias SO4 H2SO5

OHCOSHOCHSO

SOHOSHbacterias

222

2

4

4222

532432

2

++ ++

+

+


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Tema.Protocolo de

monitoreo de

aguas


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32

Protocolo de monitoreo

PROGRAMA DE MONITOREOAMBIENTAL Son las acciones de

observacin, muestreo, medicin y anlisis de datos tcnicos y

ambientales,que se toman para: definir las caractersticas del medio, identificar los impactos ambientales, y conocer su variacin durante el tiempo.


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33

PROGRAMA DE MONITOREOAMBIENTAL

Diseo Cada programa debe elaborarse para cada

situacin en particular.

Es sumamente importante asegurar: el resultado de las muestras representativas, seleccionar adecuadamente las estaciones de muestreo, el tipo de muestras y la frecuencia de recoleccin.

Los resultados analticos pueden ser sumamenteexactos y precisos, pero carecern de validez siel muestreo no se efectu adecuadamente.


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34

Objetivos del programa demonitoreo

De acuerdo a los objetivosespecficos, sedeterminarn:

los parmetros a medir. los puntos de muestreo. la frecuencia de medicin,

etc.


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35

Seleccin de losparmetros

Depender de los objetivos delPrograma de Monitoreo. Para los Monitoreos preliminares,

cuando no se conocen losparmetros importantes a analizar,se debe utilizar el Cuadro 2.

En monitoreos posteriores, podrn

seleccionarse slo los indicadoresms importantes (Cuadro 1), quevariarn de acuerdo al tipo deactividad industrial, los insumosutilizados y la tecnologa empleada.


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Seleccin de lasEstaciones

En las descargas,provenientes de losprocesos de laplanta, y

En todos los flujosde agua queingresan a laplanta; a fin dedeterminar elbalance de agua ypoder calcular lacarga de los

contaminantes.


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37

Fuera de la planta, aguasarriba:

Se ubicarn estaciones de muestreoaguas arriba a una distancia de300m. antes de la descarga de

efluentes, es decir, en sitios que noestn bajo la influencia de lasfuentes de contaminacin.

Estas constituyen las muestras enblanco o lnea base.


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38

Fuera de la planta, aguasabajo:

En la zona de mezcla, como en la zona deaguas abajo a una distancia de 300m. Enel caso de industrias vecinas el muestreodebe hacerse antes de la descarga de laplanta vecina.

Lugares crticos que presentan probableinterferencia de la descarga con el uso delagua, adems de considerarse puntos detoma de agua para abastecimiento pblico

o impactos locales sobre el ecosistemaacutico. Punto de mezcla total en las aguas abajo. Lugares accesibles.

El muestreo debe hacerse siempre en elmismo lugar.


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39

En la Planta

Es necesario identificar fuentes decontaminacin segn los procesos yoperaciones (segn plano sanitario).

Punto final de la descarga de los efluentes

de la planta. Si existieran varios emisores, se ubicarnestaciones en cada uno de ellos.

Las estaciones de muestreo deben

identificarse y ser incluidas en el Registrode Monitoreo mediante una descripcindetallada, indicando las coordenadasgeogrficas correspondientes a cada

estacin.


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40

Tipos de muestra

Muestras tomadas al azar puntuales La muestra se colecta en determinado

momento y lugar en el recorrido del flujo deagua.

Muestras compuestas. En un intervalo de tiempo discreto. Puede ser

recoleccin continua.

Mezclando volmenes recolectados aintervalos mayores sobre un periodo de tiempo(24 hrs.)

No es aceptable juntar muestras compuestas

de dos lugares distintos.


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Toma de muestras Las muestras a ser tomadas sern

a mxima carga y de tipocompuesto. La muestracompuesta debe prepararse conmuestras tomadas cada cuatro

horas durante la jornada detrabajo. Ellas indican lascaractersticas promedio delambiente sujeto a muestreo.Problema.

Para aguas superficiales, las muestras deben ser

tomadas a media profundidad del cuerpo de agua;cuando se trate de alcantarillas o canales profundos, elmuestreo debe ubicarse en un punto situado a un terciode la profundidad media; en los canales anchos, elpunto de recoleccin deber variar de acuerdo al anchodel canal.
http://../TALLER.dochttp://../TALLER.doc


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42

Rotulado de las muestras

Al nmero o cdigo de la muestradebe corresponder un registro quecontenga: Nombre de quien toma la muestra Nmero o cdigo de la muestra Ubicacin / nombre del punto de

muestreo Fecha y hora de recoleccin Nombre de la fuente de agua Datos tcnicos:

caudal - aspecto del agua - nivel del

agua - olor y color - temperatura pH -resultados de las mediciones in situ Condiciones meteorolgicas (antes y

durante la toma de la muestra). Otras observaciones


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43

Rotulado de las muestras

Los frascos y contenedores debern ser rotuladoscorrectamente; Cada etiqueta deber contener la siguiente

informacin: nombre de la planta,

fecha de muestreo, estacin y nmero de muestreo, preservacin y cdigo del anlisis.

Cada contenedor deber contener una lista deembarque en la que debe figurar:

los nmeros de las muestras, parmetro o parmetros por analizar, el tipo de muestra, tcnica de preservacin, la fecha de embarque y

nombre del laboratorio o compaa y/o nombre de lapersona que se encargar del anlisis.


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Conservacin y preservacin de la muestraLa preservacin ms utilizada es la refrigeracin

de la muestra a 4 C, sin olvidar la preservacinqumica. Transporte y Almacenamiento

El transporte de los envases puede hacerse encajas trmicas aislantes, refrigeradoras elctricaso en cajas de madera cubiertas internamente pormaterial aislante, conteniendo hielo o materialrefrigerante. Cabe mencionar, que el uso de material esponjoso

ayudar en la prevencin de rupturas. Las muestras debern ser remitidas al Laboratorio lo

ms pronto posible. Debern mantenerse en el contenedor fresco y oscuro,

en posicin vertical, en la que debern sertransportados; a su vez, la recepcin de las muestras

por el laboratorio deber ser chequeada con la lista deembarque.


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45

Precauciones durante elmuestreo Cuando se preparan los preservantes y

durante el manejo de las muestras, sedeber tener cuidado con el manejo de

los reactivos (NaOH, HNO3, H2SO4) queson altamente txicos y corrosivos. Debido a esta caracterstica, debe

tenerse especial cuidado en lamanipulacin de las muestras quepueden contener cianuro.

A ti id d d t


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Actividades de postmuestreo

Calibracin de Equipos Se deber chequear que los equipos

mantengan la calibracin establecida.

Anlisis qumicos En los mtodos de anlisis que se seleccionendeben considerarse: lmites de sensibilidad,deteccin y selectividad en los anlisis;

requisitos de exactitud y precisin; ladesviacin estndar (DS); y el coeficiente devariacin (CV).

En los anlisis deber intercalarse los blancosentre cada grupo de muestras, normalmentese intercala un blanco por cada 10 muestras.


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47

Garanta de Calidad La garanta de calidad significa

garantizar la precisin y exactitud de losdatos del muestreo, mientras que elcontrol de calidad se refiere a la

aplicacin rutinaria de losprocedimientos para controlar losprocesos de medicin.

Con el fin de garantizar la calidad de los

resultados se debe: Observar los requisitos para la recoleccin

de las muestras, su preservacin, transportey almacenamiento.

Seguir los procedimientos analticosestndares de:


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Tema.Aguas

residualesDefinicinClasificacinParmetros de calidad del aguaParmetros indicativos de contaminacinorgnicaDrenaje cido de minaNitratos y nitritosMetales pesados


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Aguas residuales

Pueden definirse como las aguas queprovienen del sistema deabastecimiento de agua de una

poblacin despus de haber sidomodificado por diversos usosenactividades domsticas, industriales

y comunitarias siendo recogidas porla red de alcantarillado que lasconducir a un destino apropiado.

(COELHO, L. 2002)


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50

Aguas residuales

De acuerdo a su origen las aguas residuales puedenclasificarse como:

DOMSTICASSon aquellas aguas utilizadas con fines higinicos

(sanitarios, cocinas, lavanderas, etc.) y residuos originadosen establecimiento comerciales, pblicos y similares.

INDUSTRIALESSon residuos lquidos generados en los procesosindustriales, poseen caractersticas especficas

dependiendo del tipo de industria.

INFILTRACIN Y CAUDALES ADICIONALES PLUVIALES

P t d lid d d l


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51

Parmetros de calidad de lasaguas

Parmetros fsicos1.Sabor y olor.- Determinacin Organolptica, det.

subjetiva Adquieren sabor salado a partir de 300mg/L de Cl- Sabor salado con mas de 450 mg/L de SO42-

El CO2 libre da un gusto picante Sabor y color desagradable: fenoles y comp. orgnica.

2.Color.- Amarillo cidos hmicos. Color rojizo por hierro.

La medida se hace por comparacin con un estndarCaCl3, K2PtCl2. Segn el origen la eliminacin puede ser: coagulacin y

filtracin o la adsorcin (carbn activo)

P t d lid d d l


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52


3. TurbidezDebido a materiales insolubles en suspensin,coloidales o muy finos.

Mediciones por comparacin con la turbidezinducida (SiO2)

Turbidmetro de Jackson (JTU). Nefelmetro(UNF,NTU)

La turbidez se elimina por coagulacin, decantaciny filtracin.

4. Conductividad(microsiemens s/cm a 25C)

Capacidad del agua para conducir la electricidad. Indicativo de la materia ionizable total presente. La medida de la conductividad es una buena forma

de control de calidad de agua siempre que:a) No se trate de contaminacin orgnicab) Medidas a la misma temperatura

c) Composicin constante

P t d lid d d l


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53


Parmetrosqumicos1.pH: Medida de la

concentracin deiones hidrgeno. Es una medida de la

naturaleza cida oalcalina de la solucin.

Medicin pHmetro El pH se corrige por

neutralizacin

P t d lid d d l


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54


2. Dureza: mg/L CaCO3Complexometra EDTA.

Presencia de sales de Ca y Mg. Mide lacapacidad de un agua para producir

incrustaciones.a)Dureza total.- Iones Ca2+ y Mg2+b)Dureza permanente o no carbonatada.-

Contenido de iones Ca2+ y Mg2+ despus desometer el agua a ebullicin (media hora),filtracin y recuperacin del volumen inicialcon agua destilada.

c)Dureza temporal o carbonatada Mide la dureza asociada a iones HCO3-

Es la diferencia entre la dureza total y lapermanente.

P t d lid d d l


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55


3. Alcalinidad Medida de la capacidad para

neutralizar cidos Contribuyen iones HCO3-, CO32- y OH-

(cidos dbiles)

Alcalinidad, m pH 4,4 3,1 Alcalinidad, p pH 9,8 8,2

4.Coloides 10-4 10-6 mm. Macromolculas de

origen vegetal o inorgnico Se salva con un proceso de

coagulacin floculacin ysedimentacin

Si se debe a DBO se tratanbiolgicamente.

Parmetros de calidad de las


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56


5. Acidez mineral Capacidad para

neutralizar bases Se mide mediante

adicin de base. Se

corrige porneutralizacin

6.Slidos disueltos o salinidad total

Medida de la cantidad de materia disuelta en agua Se determina por evaporacin de un volumen de agua

previamente filtrada Tratamiento: precipitacin, intercambio inico, destilacin,

electrodilisis, y smosis inversa.

Parmetros de calidad de las


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57


7. Slidos en suspensin, ss Medida de los slidos no

disueltos que pueden serretenidos en un filtro.

Pueden causar depsitos Se determina pesando elresiduo que queda en el filtrodespus de secado

Se separan por filtracin y

decantacin

8. Slidos totales Suma de slidos disueltos y

slidos en suspensin

PARMETROS INDICATIVOS DE


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58

PARMETROS INDICATIVOS DECONTAMINACIN ORGNICA Y

BIOLGICA La descomposicin de materia

animal y vegetal da lugar a c.Hmico y flvico y a materiascolorantes.

Residuos domsticos generanM.O. en descomposicin

DetergentesMicroorganismos

Residuos industriales generancompuestos orgnicos (aceites,disolventes)

R. agrcolas herbicidas ypesticidas

[ ] variable

PARMETROS DE


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59

PARMETROS DECONTAMINACIN ORGNICA

1. Demanda Bioqumica de Oxgeno Mide la cantidad de oxgeno consumido en la

eliminacin de la materia orgnica del agua(mg/L O2)

Se elimina por procesos fisicoqumicos ybiolgicos aerbicos y anaerbicos.

1. Demanda Qumica de Oxgeno Mide la capacidad de consumo de un oxidante

qumico (dicromato o permanganato) por lasmaterias reductoras contenidas en el agua (mg/L

O2) Relacin

a) vertido inorgnico

b) vertido orgnico

2,0

DQO

DBO
http://../comunidades/PRESENTACION/demanda%20bioquimica%20de%20oxigeno%20DBO5.dochttp://../comunidades/PRESENTACION/demanda%20bioquimica%20de%20oxigeno%20DBO5.doc


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60

Drenaje cido de mina

De todos los drenajes de los cursos deagua quiz el drenaje cido de mina seauno de los ms graves por su naturaleza,

extensin y dificultad de resolucin. Losros y acuferos afectados por este tipo decontaminacin se caracterizan por suacidez, alto contenido de sulfatos y

metales pesados de sus aguas y por elcontenido metlico de sus sedimentos.


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Contaminacin por el filtrado de mina: aguaacidificada y cido

El cido puede liberar metales txicos de susminerales en la mina o minas abandonadas, elfenmeno de drenado es de particularimportancia.

La previsin de drenaje cido: Prueba BritishColumbia para drenaje cido.

Proceso de formacin de


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62

Proceso de formacin dedrenaje cido

42342222

23

22

2

422

2

2

3222

222154

2444

4272

4824

)(

)(

SOHSOFeOHOFeS

OHFeHOFe

SOOHOS

OHFeOHOHOFe

bacterias

+++

+ ++

+++

+++

+++

+

+

4H


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63

Drenaje cido en la mina abandonada de San Quintn, Ciudad Real (Espaa)


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64

Nitratos y Nitritos

Estados de oxidacin comunes del nitrgeno

-3: NH4+ NH3 0:N2 +1:N2O +2:NO

+3:NO2- +4:NO2 +5:NO3-

Cond. Aerbicas CO2, H2CO3, HCO3-, SO42-, NO3-, Fe(OH)3

Cond. Anaerbicas CH4, H2S, NH3, NH4+, Fe2+(ac), NO2-

Contaminacin por nitratos : NH4NO3 no absorbido,estircol, fertilizantes a base de nitrgeno.

Cultivo intensivo facilita la oxidacin de N2

NO3-


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65

Contaminacin del agua por metales pe

Tema
http://../contaminaci%C3%B3n%20del%20agua%20por%20metales%20pesados-%20r-rojas.dochttp://../contaminaci%C3%B3n%20del%20agua%20por%20metales%20pesados-%20r-rojas.doc


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Tema.

Tratamiento deefluentes

industrialesGeneralidadesCriterios para seleccin de untratamiento de aguasAguas residualesTratamiento de aguas residuales

Reacciones de precipitacinDecantacinCoagulacin floculacinFiltracinMicrofiltracinUltrafiltracin

TRATAMIENTO DE


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67

TRATAMIENTO DEEFLUENTES INDUSTRIALES

Deber basarse en: Conocimiento de los diversos

contaminantes

Caracterizacin de los efluentes Organizacin de los desages y separacin

de efluentes

Eleccin entre los diversos mtodos dedepuracin fsica qumica y/o biolgica

Factores especficos de


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68

Factores especficos decontaminacin

Insolubles separables fsicamente con osin floculacin Materias grasas, flotantes (grasas,HC, aceites

orgnicos, etc) Materias slidas en suspensin (arena, xido,

hirxido, pigmentos, azufre, coloidal, latex,fibras, etc)

Orgnicos separables por adsorcin Colorantes, detergentes, macromoleculares,fenolados


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69

Separables por pp Fe, Zn, Be, Ni, Ti, Al, Pb, Hg, Cr (pH)

SO32-, PO43-, SO42-, F- (con Ca2+) Precipitables como sales insolubles de

hierro o complejos Separables por desgasificacin Reaccin Redox cidos y bases Por intercambio inico a osmosis inversa

I*, Mo*, Cs* sales de cidos y bases fuertes Orgnicos ionizables (intercambio iones) Orgnicos no ionizables osmosis inversa

CRITERIOS GENERALES EN LA


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70

AGUAS DE PROCESO Rara vez se encuentran en condiciones de ser

utilizadas directamente en los procesosindustriales

Calidad de agua disponible y exigida en elproceso

Grado de pureza requerido en el agua tratada Criterios financieros, inversiones, amortizacin,

consumos de productos qumicos, energa,mano de obra, rendimiento o prdidas deagua.

La energa, componente importante enosmosis inversa

CRITERIOS GENERALES EN LASELECCIN DE UN

TRATAMIENTO DE AGUAS


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AGUAS RESIDUALES

Legislaciones distintas para proteger enlas causes naturales de aguas

Aguas residuales costos de produccin

Tratamiento de aguas se inicia pora) Un anlisis del inventario de vertidos y suposible reduccin (caudales instantneos ymedios)

b) Potencial reciclado de aguas despus de su

depuracin (reutilizacin)c) Reduccin de vertidos de contaminantesd) Segregar volmenese) Ensayar previos de laboratorio o planta pilotof) Neutralizacin qumica

TRATAMIENTO DE AGUAS


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Naturaleza de las aguas residualesindustriales Agua usada como medio de transporte

Lavado y enjuagueTransformaciones qumica disolvente Filtracin destilacin

Medio de transporte de calor

TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES


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Encontramos: Materia orgnica soluble medida comoDBO, DQO, COT

Aceites, grasas y material flotante

Nutrientes Slidos en suspensin y materia coloidal Color, turbidez y olor

Metales pesados Contaminantes orgnicos especiales


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Seleccin de un tratamientoFactores

Caudal (volumen diario, horario

mximo y mnimo) Composicin y concentraciones Calidad requerida del efluente

Posibilidad de reutilizacin


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Tratamientos separados

Aislar ciertos efluentes y someterlos a untratamiento especfico

(elevada [ ] de DQO y DBO5, H2S y NH4 otoxinas)

Ej.a)Galvapoplastab)Licoles de sales o de cidos pp con sal de calcioc) Aceites, tratamiento trmico, membranas


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TRATAMIENTOS PRELIMINARES

1. Desbaste automtico (papeleraagroalimentaria) tamices rejas

2. Desarenado (fundiciones,

laminacin)3. Desaceitado, separadores4. Depsitos derivados

5. Depsitos de homogenizacin(uniformizar caudales)6. Operaciones previas de

neutralizacin

PROCESOS UNITARIOS DE


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PROCESOS UNITARIOS DETRATAMIENTO DE AGUA

TRATAMIENTOS PRIMARIOS Decantacin, precipitacin,

cristalizacin, adsorcin

Reactores decantadores (primarios) Proceso de sedimentacin

i d i i i


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Reacciones de precipitacin

Se caracterizan por la formacin de unproducto insoluble o precipitado que sesepara de la disolucin.

Se produce siempre que el producto inicosobrepase el valor del producto desolubilidad, Kps de la sustancia.

El Kps indica la solubilidad de uncompuesto inico, mientras menor sea suvalor menos soluble ser el compuesto.


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Reglas de solubilidad para compuestosinicos Compuestos solubles. Que contengan iones

de metales alcalinos (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+)ion amonio.

Nitratos, bicarbonatos y cloratos.Haluros excepto haluro de Ag, Hg y Pb.Sulfatos excepto sulfato de Ag, Ca, Sr, Ba y Pb.

Compuestos insolubles.Carbonatos excepto carbonatos de metalesalcalinos y el ion amonio.Fosfatos, cromatos y sulfuros.HidrxidosExcepto compuestos que contengan iones de

metales alcalinos y el ion bario.


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80

En las reacciones de precipitacinnormalmente participan compuestosinicos.

Ejemplo: cuando se agrega unadisolucin acuosa de nitrato de plomo auna disolucin acuosa de yoduro desodio se forma un precipitado amarillode yoduro de plomo.

Secuencia para calcular la


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Secuencia para calcular lasolubilidad a partir del valor de

la Kps

Kps delcompuesto

Concentracionesde cationes y

aniones

Solubilidadmolar del

compuesto

Solubilidaddel

compuesto

Separacin de una muestra con los siguientes


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Separacin de una muestra con los siguientescationes

Catin Reactivo Compuesto

Ag+

Hg22+

Pb2HCl AgClHg2Cl2

PbCl2

Bi3+Cd2+

Cu2+

Sn2+

H2S(disolucin

cida)

Bi2S3CdSCuSSnS

Al3+

Co2+

Cr3+

Fe2+

Mn2+

Ni2+

Zn2+

H2S(disolucin

bsica)

Al(OH)3CoSCr(OH)3FeSMnSNiSZnS

Ba2+

Ca2+

Sr2+

Na2CO3 BaCO3CaCO3SrCO3

K+

Na+

NH4

+

Sin reactivo No pp


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83

Eliminacin de hierro y manganeso Iones ferrosos y manganoso son solubles en

agua y dejan residuo en ciertos procesosindustriales

Su eliminacin previa implica oxidacin forzadacon inyeccin de aire, agitacin, aireadores ocloro.

En el caso del hierro a pH 7 despus de 15

min. se aireacin se elimina el 99% luego sedecanta o se filtra.

D t i


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84

Decantacin

Aprovecha la fuerza de gravedad. La velocidad depende de:

la densidad y viscosidad del lquido. tamao, forma y densidad de partcula

Favorece la sedimentacin:partculas pesadas y grandes

D t d


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85

Decantadores

Rectangular Circular Cnico Laminar

a) Recogida de slidos y flotantesb) De cadena y barrederasc) De puente deslizanted) Reactor decantador incorporando

coagulacin y floculacindecantadores recirculacin de fangos

COAGULACIN FLOCULACIN


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COAGULACIN - FLOCULACIN

Turbidez y color causadas por partculascoloidales

Dimetro de

partcula (mm)

Tiempo de

sedimentacin

10 grava 1 s1 arena 10 s

0.1 arena fina 2 min

0.01 arcilla 2 h

0.001 bacteria 8 d

0.0001 coloidal 2 aos

0.00001 coloidal 20 aos


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Doble capa elctricaDiferencia de potencial zeta Coagulantes: sales de hierro o

aluminio Floculantes: slice activada

Polmeros orgnicos (polielectrolitos) Polmeros no inicos (poliacrilamidas)

ilib i d l bilid d f


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El mnimo de solubilidad del Fe(OH)3se presenta a pH alcalino y delAl(OH)3 a pH ligeramente cido

Equilibrio de solubilidad frente

al pH para hidrxido de hierroy del aluminio

Mecanismo de coagulacin -


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eca s o de coagu ac floculacin

Cargas electrostticasCoagulacin neutralizacin de cargas

Coagulantes ms comunes


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90

Coagulantes ms comunes

Coagulantes FrmulaDosi

s mg

Sulfato dealuminio Al2(SO4)3 . 14H2O

potab 30-150

Sulfato frrico Fe2(SO4)3 . 3H2O resid100-

300

Fe2(SO4) . 7H2Opota

b 20-60

pota

b 20-60

Cloruro frrico40% FeCl3 . 6H2O resid

200-400

pota

b 5-150

Cal Ca(OH)2 resid100-

500

Policloruro 100-

Floculantes ms comunes


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Floculantes ms comunes

Polielectrolitos catinicos copolmeros abase de acrilamida conpeso mol > 1 000 000

Polielectrolitos no inicos poliacrilamidas Polielectrolitos aninicos poliacrilatos Slice activa diluida al 0,1% como SiO2 Polielectrolitosnaturales: almidones,

taninos, alginatos, etc.

Filtracin


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Filtracin

Rejas barrras metlicas de 6 o mas mmde espesor. Se utilizan en desbastesprevios.

Paralelas y espaciadas de 10 1 100mm.Manuales o automticas Tamizado: autolimpiantes, mallas

dispuestas en una inclinacin que dejapasar el agua y la materia slida cae por ssola.

Microfiltracin


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Microfiltracin

Trabajan a baja carga, poco desnivel Se basan en malla de acero giratoria o plstico A travs de la cual circula el agua Separan algas, depuracin de aguas residuales Mallas de acero 30 micras, poliester 6 micrasPARMETROS Velocidad de filtracin Presin disponible Modo de filtrar

Tamao del medio y la altura del lechoFiltros de arena antracita (Multicapas) Materiales de densidades diferentes

ULTRAFILTRACIN


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ULTRAFILTRACIN

Membranas tamao de poro 0,001 a 0,02micras.

Flujo poroso y viscoso

Fenmeno de polarizacin. Aumenta laresistencia al flujo. Se fabrican de Acetato de celulosa, PVC,

poliacrilonitrilo, policarbonatopolisulfona

(93C pH 0,5 13) y agentes qumicos. Separa material coloidal, cidos hmicos yflvico, materia orgnica de alto pesomolecular y microorganismos


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Tema.Separaciones deslidos y gases

disueltosIntercambio inicoDescarbonatacin

Ablandamiento delagua

Desmineralizacin

INTERCAMBIO INICO


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INTERCAMBIO INICO

Elimina slidos disueltos, soluciones diluidas conconcentraciones de 1000 a 2000 ppm.

Caractersticas1. Actan selectivamente. Los grupos reactivos estan unidos

a un polmero insoluble.

2. Reversible3. Se mantiene la electroneutralidadVentajas Altas capacidades de intercambio. Estables qumicamente, larga duracin, fcil

regeneracin. Instalaciones automticas o manuales. Se adaptan a las [ ] s de las aguas, son relativamente

bajas

Capacidad de la resina


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97

Capacidad de la resina Cantidad de grupos inorgnicos por unidad

de peso o volumen Capacidad catinica para Na+ depende de

pH,[ ] Na+ y del nivel de regeneracin ovolumen de regenerante empleado.

Principales tipos de resinas: CF, CD, AF, ADSintticas, basadas en un copolmero de

estireno divinilbenceno

Sulfonacin da lugar a resinas catinicasAminacin da lugar a resinas aninicas

Matriz a) estireno y b) acrlica (epoxi)

1. Resinas catinicas fuertes


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(CF) Eliminan todos los cationes del agua Operan a cualquier pH. Resisten temperaturas >100C

Mxima selectividad para M3+ < M2+ < M+ Ablandamiento en ciclo sdico (NaCl) al

10%

Desmineralizacin en ciclo de inhidrgeno se regenera con cido

2. Resinas catinicas


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99

dbiles Captan Mg y Ca. No operan a pH


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(AD)

Eliminan aniones SO42-, NO3-, Cl-

No funcionan a pH>6 Capacidad doble de (AF) Resisten ensuciamiento Situarlas despues de CF

Caractersticas de los


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principales tipos de resinas

Equicor Contracor.

CF (abland) 1-1.5 ClNa 10%CF ( desmin) 1-1.5 ClH 4-10% 160-300 120-150

SO4H2 1-8%

CD 1.2-2 4% 105-130

AF (tipo I) 0.4-0.7 0.80% 200-400 130-150

AF (tipo II) 0.5-0.8 3-5% 180-300 125-150

AD 0.8-1.2 1-4% 120-160

Tipo de

resina

Capacidad

til eq/l

Con. % tericoRegenerante

DESCARBONATACIN Y


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ABLANDAMIENTO CON CAL

Procesos con cal reduce alcalinidadbicarbonatada y ablanda el agua de alimentacin

Ventajas:

Utilizacin mas completa de los reactivos frente alexceso empleado en la regeneracin de resinas Fangos menos objecionables Simultaneamente reduce slice Reduccin global de slidos

El hierro soluble puede precipitarse y eliminarse con elfango

Incomodidades Esparce polvo Obstrucciones

Descarbonatacin en


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caliente

Mayor rendimiento qumico Eliminacin de slice pp junto con

Mg(OH)2 + MgO

SEPARACIONES SOLIDO


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LIQUIDO Partculas insolubles: sedimentacin,

filtracin, flotacin Separacin de slidos mediante

hidrociclones o centrfugas

Ablandamiento del agua


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Ablandamiento del agua

Columna con resina catinica fuerte Los iones Ca y Mg se sustituyen por iones

sodio.

Se regenera con una solucin de salcomn. No disminuye la salinidad total. Se emplea para tratar aguas destinadas a

caldera.

Desmineralizacin


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Desmineralizacin

Existen diferentes esquemas. Doble columna CF AF y desgasificador

(D).

Para alta alcalinidad y dureza: CD CF D AF Para el agua con alto porcentaje de sales

de cido fuerte: CF AD NaOH D AF Otra combinacin: CD CF cido AD

NaOH D - AF

Etapas para elegir un sistema


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107

de desmineralizacin Calidad y volumen de agua diario

requerido Calidad del agua de suministro

Tipo de pretratamiento primario Duracin del ciclo, tipo de regenerante y

almacenamiento. Tipo de resinas. Velocidad de paso y dems caractersticas.

Diseo de los equipos de


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108

desmineralizacin Dan un flujo de agua estacionario y

tranquilo porque se opera con lechosprofundos de resinas.

Material de construccin debe serresistente a la corrosin.

Altura de lechos de resina entre 70 y150cm.

Placa colectora con boquillas para evitarprdida de resina.

Intercambio y regeneracin


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Intercambio y regeneracin

Velocidad de paso entre 5 y 40 m/h. En lechos mixtos hasta 120 m/h. En sistemas automticos los ciclos son de 8 horas. La regeneracin es previo lavado en contracorriente. Con velocidad de paso en RA de 6 a 8 m/h, en RC de 10 a 18

m/h por 10 a 15 min. Regeneracin de RA con sosa diluida con agua

descationizada, velocidad de paso 2 a 8 m/h. Regeneracin RC con HCl o H2SO4, velocidad de paso de 2 a

8 m/h. Desplazamiento del regenerante residual: agua de dilucin

de reactivo, agua de lavado por 30 a 60 min. Los parmetros de funcionamiento deben corresponder a las

especificaciones del fabricante y la experiencia delsuministrador de la instalacin.

OSMOSIS INVERSA


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OSMOSIS INVERSA

El disolvente pasa a travs de una membrana(semipermeable) los otros componentes o solutosno pueden atravesarla.

Si se sobrepone una presin exterior, el aguacircular en sentido inverso.

El transporte se realiza a travs de los poros de lamembrana. El flujo del agua se expresa por

Qa = Ka (P - )SP: presin, aguas salobres 15 a 40 kg/cm2, agua de mar 55

a 80 kg/cm2.S: superficie de intercambioKa: constante de la membrana.


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La recuperacin se expresa porC = 100 x Qp/QaQp: Caudal de agua del producto

Qa: Caudal de agua de alimentacin. Rechazo de salesR = 100 (Ca Cp/a)Ca: concentracin de sales en el

alimentacinCp: concentracin de sales en elproductop


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El rechazo aumenta con la carga de losiones

Se rechazan las bacterias y virus.

No son rechazados los gases. Compuestos orgnicos de bajo peso

molecular y no polarizados. El paso del agua y de las sales aumenta

con la temperatura.


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113

Tema.Tema.Tratamiento AnaerobioTratamiento Anaerobio

del Agua residualdel Agua residualGeneralidades

Ventajas

Limitaciones

Pasos para la degradacin anaerbica

Mecanismos principales para biodegradar lamasa

Esquema de biodegradacin

Energa de Gibbs

Tratamiento AnaerobioTratamiento Anaerobio


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Tratamiento AnaerobioTratamiento Anaerobio

del Agua residualdel Agua residual

El tratamiento anaerbico de las aguas

residuales supone la descomposicin de lamateria orgnica y/o inorgnica en ausencia

de oxigeno molecular. La mayor aplicacin

se halla en la digestin de los fangos de

aguas residuales una vez concentrados, as

como parte de residuos industriales.


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El modo mas usual de operar una instalacin detratamiento anaerbico de fango concentrado es

la utilizacin de un reactor de mezcla completa y

mnima recirculacin celular cuyo objeto es el

calentamiento contenido en el tanque.

El tiempo de detencin del liquido del reactor

oscila entre los 10 y 30 das, incluso mas, segn

opere el sistema.


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El tratamiento anaerobio deagua residual se limita a

aquellas sustancias orgnicas

propensas al ataque por parte

de organismos facultativos o

inherentes anaerobios.

Se adecua especialmente a

aguas residuales ricas encarbohidratos y grasas.


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117

La materia se descompone en varias etapas,

hasta las pequeas alteraciones (variaciones enel valor del pH, toxicidad, metales pesados, etc.)

pueden producir un colapso en el proceso de

digestin alcalina, mientras la descomposicin

anaerobia de las sustancias permanece en fase

cida.


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El proceso anaerobio es considerablemente ms

lento con respecto al aerobio.

El tratamiento anaerobio resulta ms econmico

con aguas residuales con alta contaminacin

orgnica, como una DQO superior a 4 000 mg/l

debido a no necesitar aireacin eliminando loscostos correspondientes.

La produccin de gas metano rico en energa, la

baja produccin celular (volumen de lodo

producido) y la estabilizacin del lodo,representan ventajas adicionales.


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El tratamiento anaerobio se lleva a cabo

mediante una amplia variedad de bacteriasclasificadas en dos grupos formadoras de

cidos (acidgenicas) y formadoras de

metano (metanognicas) estos dos

grandes grupos de bacterias actan enforma combinada para garantizar la

conversin del carbono en metano.

El diseo de las lagunas aneaerobias se realiza con


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El diseo de las lagunas aneaerobias se realiza con

base en la tasa de carga orgnica superficial, la tasa

de carga orgnica volumtrica y el tiempo deretencin hidrulico.

En climas donde la temperatura supera los 22 C se

puede alcanzar hasta un 50% de remocin de DBO

usando los siguientes criterios de diseo:

- Profundidad entre 8 y 16 pies (2.5 y 5m).

- Tiempo de retencin hidrulico de 5 das.- Carga orgnica volumtrica superior a 0,0187

lb/pie3.d (0,3 Kg/m3.d).


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Ventajas

- C6H

12O

63CO

2+ 3CH

4

- 90% de energa al final como CH4

- No requiere energa de entrada

-No tenemos emisiones gaseosas.


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Limitaciones

- Produccin marginada desde la

dilucin del agua residual 20mg DBO/l

se degrada al 70%.

- Bajo arranque, lento.

- T > 15C

Las bacterias en el agua estn distribuidas

uniformemente, deben estar lo ms juntos posibles por


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lo tanto el rea de contacto debe ser lo ptimo.

Para optimizar el mejor rendimiento del proceso

anaerobio desde el aspecto microbiolgico, debe ser la

inmovilizacin evitando as las distancias y

aumentando la taza de crecimiento para lo cual sedeben de mover las bacterias un tiempo de retencin

hidrulica.

El flujo Hidrulico depende del crecimiento de la

bacteria que es de 10 das por lo tanto esto influye en

el diseo del tamao del reactor entonces hay que

actuar independientemente del flujo.


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Existen diferentes tipos de reactores flujo ascendente

descendente de lecho fluidizado con las caractersticas

de estar soportadas como grnulos e inmovilizadas,

suspendidas o pegadas en un BIOFILTRO.

El tiempo de retencin hidrulico (HRT) mayor que eltiempo de generacin de bacterias, con mayor biomasa

activa mas la degradacin del sustrato, por lo tanto el

rango de biocatalizadores y las limitaciones del sustrato

ser mejor.


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125

El arranque se puede optimizar debido a quealgunas especies se establecen ms rpido que

otros por ejemplo metano crece ms rpido que la

metanozaeta (hay que tratar que domine esta

especie).

Por lo tanto la concentracin de acetato debe ir

acorde con el desarrollo del microorganismo.


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126

Arranque:Acetato > 20 millones

Siempre remover el sustrato manteniendo la

concentracin del microorganismo en crecimiento, no

es bueno hacer una capa gruesa porque no existealimentacin uniforme, por lo que se debe evitar el

exceso de generacin de lodos aunque esto se debe a

un proceso cclico.


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Los microorganismos causantes de la

descomposicin de la materia se dividen en dos

grupos:

Bacterias formadoras de cidos, estas hidrolizan

y fermentan compuestos orgnicos complejos a

cidos simples, de los cuales los mas corrientesson el cido actico y el cido propinico.

Bacterias formadoras de metano, estas

convierten los cidos formados por las bacterias

del primer grupo en gas Metano y CO2.

Las bacterias ms importantes de este grupo


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128

(las que devoran los cidos Actico y

propinico) tienen tasas lentas de crecimiento y

por ello su metabolismo se considera unalimitante de proceso.

Tabla 2.

APLICACIN


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129

Tratamiento de lodos

Tratamiento de RSO

Tratamiento de aguas

ASPECTOS IMPORTANTES


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130

Produccin de metano

Papel del hidrgeno

Relaciones sintrficas

Reduccin de sulfato


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Gestin y Tratamiento deaguas residuales

Muchas gracias.

agus residuales

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