Download - Aguas Resisuales Industriales
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ContenidoCaractersticas de las aguas residualesFuentesCaractersticas fsicasCaractersticas QumicasCaractersticas BiolgicasComposicin de las aguas residuales
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ContenidoPrevencin de la contaminacin : Disminucin de consumo y reduccin de aguas residualesMtodos de tratamientoParmetros de diseo de sistemas de tratamientoClasificacin de los mtodosNiveles de tratamientoAplicacin de las operaciones y procesos unitariosElementos de diseo
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Fuentes de las aguas residualesAgua residual domstica
Agua residual Industrial
Infiltraciones y conexiones erradas
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CARACTERISTICAS de las Aguas Residuales industrialesCaracteristicas FisicasCaracteristicas quimicasCaracteristicas biologicas
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Caractersticas Fsicas Slidos totalesVoltilesorgnicoFijosinorgnicoSuspendidosretenidoDisueltosfiltradoFiltracinTemperatura
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Caractersticas FsicasColorCausado por slidos suspendidos (aparente), material coloidal y sustancias en solucin (verdadero).Fuentes de color: infiltracin, aportes por conexiones erradas, descargas industriales, y descomposicin de compuestos orgnicos.Caf claro, gris claro, gris oscuro o negro.
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Caractersticas FsicasOlor:Agua residual fresca: olor inofensivoGeneradores de olores: indol, eskatol, mercaptanos, sulfuro de hidrgeno.Mtodos de medicin: mtodos sensoriales e instrumentales.
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Principales compuestos olorosos
Nombre del compuesto
Frmula qumica
Peso molecular
Volatilidad a 25C
Ppm (v/v)
Umbral de deteccin de olor
ppb (v/v)
Umbral de reconocimiento de olor
ppb (v/v)
Carcter o palabra descriptiva del olor
Compuestos con azufre
Methyl mercaptan
CH3SH
48
Gas
0.5
1.0
rotten cabbage
Hydrogen sulfide
H2S
34
Gas
0.5
4.7
rotten eggs
Sulfur Dioxide
SO2
64
Gas
2700
4400
pungent, irritating
Compuestos con Nitrgeno
Ammonia
NH3
17
Gas
17000
37000
pungent, irritating
Indole
C6H4(CH)2NH
117
360
0.1
fecal, nauseating
Trimethyl amine
(CH3)3N
59
Gas
0.4
pungent, fishy
Skatole
C9H9N
131
200
1.0
50
fecal, nauseanting
Otros compuestos
Acetaldehyde
CH3CHO
44
Gas
67.0
210
pungent, fruity
Ozone
O3
48
Gas
500
pungent, irritating
Chlorine
Cl2
71
Gas
80
310
pungent, suffocating
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Caractersticas FsicasTemperatura:Regiones clidas: 13C - 30C Regiones fras: 7C - 18CAfecta las reacciones qumicas, velocidades de reaccin, uso del agua, vida acutica.T ptima vida bacteriana: 25C - 35CDetencin de procesos aerbicos y de nitrificacin: 50CDetencin produccin de metano: 15CDetencin procesos nitrificantes: 5C
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Caractersticas FsicasConductividadCapacidad de una solucin para conducir la corriente elctrica. Indicador de la concentracin de slidos disueltos totales
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Caractersticas QumicasConstituyentes orgnicosProtenasGrasas y aceitesCarbohidratos
Constituyentes inorgnicosElementos individuales (Ca, Cl, Fe, Cr, Zn, etc.)Compuestos (NO3, SO4)
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Caractersticas QumicaspH: Intervalo existencia vida biolgica: 5 - 9Parmetros importante para el tratamientoMedicin: pH metro
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Caractersticas QumicasNitrgeno:Nutriente esencial - eutrofizacinEn aguas residuales: nitrgeno amoniacal, nitritos, nitratos y nitrgeno orgnico.Nitrgeno amoniacal:Ion amonio: pH9.3Medicin: mtodos colorimtricos, titulacin, electrodos
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Caractersticas QumicasFsforo:Nutriente esencialAguas residuales domsticas pueden tener entre 4 - 12 mg/L como P.Formas comunes: ortofosfatos, polifosfatos (sufren hidrlisis en soluciones acuosas y se convierten en ortofosfatos) y fsforo orgnico (en aguas industriales).
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Caractersticas QumicasAlcalinidad:Neutralizar cidosPresencia de hidrxidos, carbonatos y bicarbonatosEn sistemas anaerobios o de nitrificacin amortigua cidos
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Caractersticas QumicasOtros constituyentes inorgnicos:Azufre: Ion sulfato en aguas de abastecimiento y residualesSulfatos se reducen biolgicamente a sulfurosMetalesTodos los organismos los requieren.Medicin: absorcin atmica, plasma acoplado por induccin o colorimetra.Clases de metales: disueltos, suspendidos, totales, extractables en cido (en solucin, cido mineral en caliente).
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Caractersticas QumicasConstituyentes orgnicos agregados:Materia orgnica en las AR: protenas (40 - 60%), carbohidratos (25 - 50%) y grasas y aceites (8 - 12%). Urea (mayor constituyente de la orina)
Anlisis: caracterizar AR, eficiencias STAR, comportamiento fuentes receptores.Mtodos: DBO5, DQO, COT.
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Caractersticas QumicasDemanda Bioqumica de Oxgeno:Si hay suficiente oxgeno disponible, la descomposicin del desecho continua hasta que se ha consumido.Tres actividades ocurren:Oxidacin: desecho oxidacin a productos finales, generan energa.Sntesis: desecho a tejido celular usando la energa liberadaRespiracin endgena: cuando se acaba la MO, las nuevas celular consumen su propio tejido celular para obtener energa.
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Demanda Bioqumica de OxgenoDesechos orgnicos : COHNSTejido celular: C5H7NO2.Reacciones qumicas:OxidacinCOHNS + O2 + bacterias CO2 + H2O + NH3 + energaSntesisCOHNS + O2 + bacterias + energa C5H7NO2Respiracin endgenaC5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3
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Demanda Bioqumica de OxgenoOxidacin Carbono orgnico: DBOltima
Prueba estndar:Botella de DBO (300 ml)Agua saturada con oxgeno y nutrientesMedir [O2] inicial (D1), incubar a 20C por 5 das y medir [O2] final (D2).DBO (mg/L) = (D1 - D2) / PP es la fraccin de agua residual contenida en la muestra
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Demanda Bioqumica de OxgenoLimitaciones: perido de 5 das, consumo de oxgeno.Demanda adicional de oxgeno para oxidacin del amonio a nitrato (Demanda Nitrogenada de Oxgeno). Las reacciones del proceso de nitrificacin son:Conversin de amonio a nitrito (Nitrosomonas)Conversin de nitrito a nitrato (Nitrobacterias)Esta demanda ocurre 5 a 8 das despus de iniciada la prueba de DBO. Ojo si hay muchos nitrificantes.
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Demanda Qumica de OxgenoMedir material orgnico de las AR, susceptible de ser oxidado qumicamente.Se oxidan sustancias orgnicas difciles de oxidar biolgicamente (lignina)Hay sustancias inorgnicas que se oxidanAlgunas sustancias pueden ser txicas para los microorganismos.Se realiza en 3 horas.
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DBO5 / DQO
DBO5/DQO entre 0.3 y 0.8 = ARD.DBO5/DQO > 0.5, tratamiento biolgicoDBO5/DQO < 0.3 constituyentes txicos y/o aclimatacin.
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Caractersticas QumicasGrasas y aceites Liquidos a T ambiente: aceitesSlidos a T ambiente: grasasEsteres compuestos de cidos grasos, alcohol y glicerol.
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Caractersticas QumicasTensoactivos:Agentes de actividad superficialMolculas orgnicas grandes compuestas de un grupo hidroflico y uno hidrofbico.En AR provienen de descargas de detergentes, lavanderas industriales, etc.Causan aparicin de espumasMedicin: cambio de color de una muestra estndar de azul de metileno.SAAM - Sustancias Activas al Azul de Metileno
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Caractersticas BiolgicasImportancia: enfermedades, descomposicin y estabilizacin.Microorganismos presentes en Aguas superficiales y subterrneas:Bacterias, hongos, algas, protozoos, plantas y animales vivos, virus.Clasificacin: eucariotas, eubacterias y arqueobacterias.Eucariotas : ncleo recubierto, varias molc. de ADN. Procariotas (bacterias y arqueobacterias).
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Caractersticas BiolgicasFuente de carbono: hetertrofos (requieren carbono orgnico) y auttrofos (carbono celular se deriva del CO2).Requerimientos de oxgeno: aerobios obligados, anaerobios facultativos, anaerobios aerotolerantes y anaerobios obligados.Requerimientos ambientales: por T: psicroflicas (-10 - 20C), mesoflicas (10 - 50C), termoflicas (40 - 70C) e hipertermoflicas (70 - 95C) pH ptimo para crecimiento bacterial: 6.5 - 7.5
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Caractersticas BiolgicasUso de microorganismos indicadores:Se emplean los organismos coliformes (fcil identificacin y presencia abundante).Siempre presentes en el tracto intestinal; c/persona evacua entre 100.000 - 400.000 millones de bacteria coliformes por da.Indicador de posible presencia de organismos patgenos.No son efectivos para indicar presencia de virus y protozoos.Se est analizando el uso de bacterifagos como indicador de virus entricos (virus que pueden infectar clulas procaritas).
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Caractersticas BiolgicasMicroorganismos patgenos: Bacterias, parsitos (protozoos y helmintos) y virus
Mtodos de conteo: conteo directo, cultivo de placa, filtro de membrana, fermentacin en tubos mltiples.
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COMPOSICION DE LAS AGUAS RESIDUALES
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Composicin de las ARValores comunes de la cantidad total de contaminantes por habitante (Tabla 4.11 y 4.14).Valores comunes de ARD (RAS Res 1096/00)ParmetroIntervaloDBO5 (gr/hab-da)25 - 80SST (gr/hab-da)30 100Nitrgeno total Kjeldahl (gr/hab-da)9.3 13.7Coliformes totales (#/hab-da)2X108 2X1011
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VariacionesVariaciones:en la concentracin en el caudalen la carga msica:Concentracin media integrada: proporcional al caudal, se obtiene de la sumatoria del producto de los valores de caudal y concentracin del constituyente de inters (para muestras horarias de 24 horas), dividida por la sumatoria del caudal.Calcular la concentracin media integrada y la concentracin media aritmtica y comparar los resultados. Ejercicio (10)
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Arsnico0.5 mg/LBario5.0 mg/LCadmio0.1 mg/LCromo 0.5 mg/LMercurio0.02 mg/LPlomo0.5 mg/LCianuro1.0 mg/L
Normas de vertimiento
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Prevencin de la ContaminacinObjetivo: Reducir el uso de agua potableMinimizar la generacin de aguas residuales
Programa recomendado:Reduccin en el flujo de agua y aguas residualesReciclado Recuperacin de subproductosReuso
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Beneficios vs. Restricciones
Area
Beneficio potencial
Restriccin potencial
Tcnica
Recuperacin de subproductos comerciables
Necesidad adicional de tratamiento para cumplir con requisitos de reutilizacin.
Econmica
Ahorros en gastos por consumo de agua y materia prima
Ahorro en inversiones futuras
Mayores costos de operacin y mantenimiento de sistemas de tratamiento
Requerimiento de disposicin de residuos
Reglamentaria
Simplificacin en procesos de obtencin de licencias y permisos.
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Planeacin del Programa Paso 1: Evaluacin de toda la planta: (cmo se usa el agua, generacin de AR) Incluye revisin registros histricos, muestreos y anlisis de laboratorio, identificacin de fuentes de suministro y descargas).Paso 2: Areas potenciales para conservar, reciclar y reutilizar el agua:Incluir aguas de uso sanitario, proceso productivo, otros
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Planeacin del Programa P2Factores a tener en cuenta:Identificar posibles fuentesDeterminar los requisitos de calidad para el agua.Comparar los requisitos de calidad del agua con los valores actuales o que podran obtenerse mediante algn tipo de tratamiento.Estimar los flujos de aguas residuales producidas y requeridas y volmenes a ser almacenados.Analizar las objeciones de los usuarios en relacin con el uso de agua reciclada.Realizar estimaciones de costos actuales del agua y del agua residual tratada y costos previstos.
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Planeacin del Programa P2Paso 3: Definir las metas de reduccin de agua de suministro y agua residual.Metas: especficas, cuantificables, asignables, realistas y tiempo necesario para alcanzarlas.Ejm: reducir el consumo de agua en (rea) en (%) para (fecha)Paso 4: Poner en marcha el programa (ojo flexible, monitoreo)
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Tcnicas para reducir las AR dentro de la plantaObjetivo: minimizacin de uso de agua.Areas relacionadas:Capacitacin de personal Modificacin y/o cambios operacionales en proceso productivo.Minimizacin de uso de agua en servicios sanitarios, mediantes dispositivos para restringir el flujo y dispositivos de cierre automtico.
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Capacitacin de personalPromover la concientizacin del personal respecto a la necesidad de reducir el consumoEstablecer metas cuantificables para dicha reduccin.Capacitar al personal en las diversas tcnicas de reduccin del agua residual y mtodos de minimizacin.Vigilar el avance del programa (grficos mensuales de consumo) y reajustar los objetivos del programa si se observa necesario
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En el proceso productivoModificaciones en el proceso:Cambios en el equipo, por ejemplo:Usar enjuagues de roco a alta presin en lugar de tanques de inmersin.Sistemas de enfriamiento con aire en lugar de agua.Reemplazar la torre de enfriamiento por sistema de enfriamiento a base de refrigerante.Ponderar costo vs beneficio.
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En el proceso productivoCambios en las operaciones:Mejorar operaciones de limpieza del equipo:Dispositivos mecnicos de limpieza, limpieza en seco, cortina de aire, enjuague a contracorriente.Maximizar la vida efectiva del agua de produccin:enjuague a contracorriente, medicin de conductividad.Optimizacin del consumo:Evitar sellos defectuosos en tubos y equipos, equipos de control automtico, reductores de flujo, cubiertas, control de nivel del agua.
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En servicios sanitariosUso de dispositivos y sistemas para reducir el consumo (Tabla No.36-4)
Fuentes de generacin de aguas residuales: lavadoras, bebederos, duchas, grifos, inodoros.
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Tcnicas para reciclar AR no tratadaReciclado de aguas residuales industrialesDepende de los requisitos del proceso que recibe las aguas. Tabla 36-5Purga de torres de enfriamiento para lavado.Agua de enfriamiento de 1 uso (sin contacto) para intercambiador de calor y almacenamiento para enfriamiento sin contacto.Reciclado de aguas de uso sanitario:Agua residual gris (agua de lavado de duchas, lavadoras de ropa o vajillas) para inodoros o riego.
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Reutilizacin del agua residualCriterios: calidad requerida, tecnologa disponibleIrrigacin agrcola: cultivos o viverosIrrigacin de jardines: parques, patios, cementerios.Reutilizacin en la industria: aguas para sistemas de enfriamiento, de proceso.Usos recreativos/ambientales: recarga de lagos, acuiferos.Usos urbanos: proteccin contra incendios, inodorosTabla 36-8
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Mtodos de tratamientoClasificacin:Operaciones fsicas unitarias: floculacin, sedimentacin, flotacin, filtracin, tamizado.Procesos qumicos unitarios: Precipitacin, adsorcin y desinfeccin.Procesos biolgicos unitarios: mtodos donde la remocin se realiza gracias a la actividad biolgica. Se usan principalmente para remocin constituyentes orgnicos biodegradables y nutrientes.
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Niveles de tratamiento
Nivel de tratamiento
Descripcin
Preliminar
Remocin de constituyentes que puedan causar problemas operacionales o de mantenimiento en los procesos de tratamiento y sistemas auxiliares
Primario
Remocin de parte de slidos y de materia orgnica suspendidos.
Primario avanzado
Remocin intensiva de slidos suspendidos y materia orgnica, en general llevada a cabo mediante la adicin de insumos qumicos o filtracin
Secundario
Remocin de compuestos orgnicos biodegradables y slidos suspendidos. Se incluye la desinfeccin.
Secundario con remocin
Remocin de compuestos orgnicos biodegradables, slidos suspendidos y nutrientes.
Terciario
Remocin de slidos suspendidos residuales, en general por filtracin en medio granular. Se incluye la desinfeccin y la remocin de nutrientes
Avanzado
Remocin de materiales disueltos o en suspensin que permanecen despus del tratamiento biolgico convencional. Se aplica cuando se requiere reutilizar el agua tratada o para el control de eutroficacin en fuentes receptoras.
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Aplicacin de las operaciones y procesos unitariosTabla 4.29 y 4.30
Constituyente
Operacin unitaria, proceso unitario o sistema de tratamiento
Slidos suspendidos
Sedimentacin, filtracin, adicin de polmeros qumicos, coagulacin/sedimentacin, procesos naturales (humedales artificiales, tratamiento en el suelo)
Compuestos orgnicos biodegradables
Lodos activados, filtros de lecho empacado, lagunas de estabilizacin, procesos naturales, reactores de pelcula adherida (filtros percoladores, contactores biolgicos rotatorios), sistemas fsico-qumicos.
Patgenos
Cloracin, Radiacin UV, procesos naturales, Ozonacin.
Nitrgeno
Nitrificacin/denitrificacin (procesos biolgicos de pelcula adherida, en suspensin), procesos naturales
Fsforo
Remocin biolgica, adicin de sales metlicas, coagulacin con cal/sedimentacin, procesos naturales
Metales pesados
Precipitacin qumica, procesos naturales
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Eficiencias tpicas de tratamiento (%)
Unidad de tratamiento
DBO
DQO
SST
Sedimentacin primaria
30-40
30-40
50-65
Lodos activados convencionales
80-95
80-95
80-90
Filtros percoladores
65-80
60-80
60-85
Sistemas anaerobios
65-80
60-80
60-70
Lagunas de estabilizacin
Anaerobias
Facultativas
Aerobias
50 70
80-90
80-95
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20-60
60-75
85-95