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Ingeniería Sanitaria
Unidad 1: Introducción
Esquema de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas
Objetivo del Tratamiento de Aguas Servidas Proteger la salud humana y el ecosistemas
mediante la remoción o mitigación de las sustancias contaminantes en las aguas servidas a tratar.
¿Remoción?
¿Mitigación?
Definición de la Contaminación de un Curso de Agua Un curso de agua se considera como
contaminado o polucionado, cuando la composición o el estado de sus aguas son directa o indirectamente modificadas por la actividad del hombre, en una medida tal, que disminuye la facilidad de utilización para todos aquellos fines, o algunos de ellos, a los que podrían servir en estado natural.
Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz
Efectos de la Contaminación de un Curso de Aguas Destrucción de los limitados recursos hidráulicos. Disminución de la calidad de agua para abastecimiento de población, o
uso para riegos o industria. Todos estos usos tienen sus limitaciones cualitativas.
Supresión del poder autodepurador de los cauces recetores con destrucción de su fauna y flora, imposibilitando, o dificultando al menos, su utilización.
Afecta a los asentamientos urbanos e industriales, a los amantes de la pesca y de los deportes, así como a los simples visitantes que buscan el esparcimiento en la naturaleza.
Es un peligro potencial que atañe directamente a la salud pública, influyendo sobre la economía de la sociedad o sobre su recreo y esparcimiento.
Exige un control riguroso y tratamiento adecuado la utilización de agua con un cierto grado de contaminación.
Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz
Terminología de Tratamiento de Aguas Servidas Bio-sólidos: Los restos de las bacterias que
degradan solubles, después de la digestión.
Caracterización de las aguas servidas: Todos los parámetros usados para caracterizar biológicamente, físicamente y químicamente la composición de las aguas servidas (se vera más profundamente en el capítulo 2).
Nota: Constituyentes, en vez de contaminantes, impurezas o sustancias toxicas.
Terminología de Tratamiento de Aguas Servidas Desinfección: Reducción de microorganismos que causan enfermedades
(patógenos)
Efluente: Liquido descargado desde la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS)
Fuente no puntual: Fuentes de origen múltiples (en contraste con una cañería o un outfall)
Nutriente: Elemento esencial para el crecimiento (N, P, C)
Recuperación (Reclamation): Tratamiento para su subsiguiente re-uso.
Lodo: Solidó removido del tratamiento de aguas servidas antes a su estabilización
Estabilización: Digestión anaeróbica y deshidratación de los sólidos.
Regulación de Aguas Servidas (Historia) 1900-1970: Objetivos
Remoción de Sólidos (SST: Sólidos Suspendidos Totales) Oxidación de orgánicos biodegradable (DBO) Eliminación de patógenos
1972: Clean water act CWA (P.L. 92-500) Objetivos: Aguas en que se puede nadar y pescar en los EEUU.
1970-1980: Objetivos: Remoción en dirección de la estética y medioambiente Remoción de N y P
1980 a la actualidad: Objetivos Remoción de componentes que causan impactos a largo plazo en la salud y
medioambiente. (WQA 1987) Control de olores (CAA 1990 revisión) Bio-Sólidos 40 CFR 1993
DS 609
DS 90
Infiltración
DS 46
Regulación de Aguas Servidas (Chile)
DS 609
Tarea
Leer: DS 609, DS 90 y DS 46
Archivos en pagina del curso
Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 1
Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana Respecto a las aguas residuales nos
hacemos las siguientes preguntas: ¿Cuáles son sus orígenes? ¿Cuáles son sus características?
Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana
Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz
Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana La contaminación de los causes superficiales
es debido a: Descarga directa de residuos industriales líquidos
(riles) Descargas de aguas servidas domésticas sin
previo tratamiento Descargas derivadas de actividades agrícolas o
forestales (Agua superficiales y/o subterráneas )
Parámetro Contaminación Fuerte Contaminación Media Contaminación Ligera
Sólidos totales (S.T.) 1000 500 200
Volátiles (S.T.V.) 700 350 120
Inorgánicos (S.T.I.) 300 150 80
Sólidos en suspensión totales (S.S.) 500 300 100
Volátiles (S.S.V.) 400 250 70
Inorgánicos 100 50 30
Sólidos sedimentadles totales (S.s.) 250 180 40
Volátiles (S.s.V.) 100 72 16
Inorgánicos (S.s.I.) 150 108 24
Sólidos disueltos totales (S.D.) 500 200 100
Volátiles (S.D.V.) 300 100 50
Inorgánicos (S.D.I.) 200 100 50
D.B.O5 a 20ºC 300 200 100
DQO 800 450 160
Oxígeno disuelto (O.D.) 0 0.1 0.2
Nitrógeno total (N.) 86 50 25
Nitrógeno orgánico (.) 35 20 10
Amoníaco libre (N-NH4) 50 30 15
Nitritos (N-NO2) 0.10 0.05 0.00
Nitratos (N-NO3) 0.40 0.20 0.10
Fósforo total (P) 17 7 2
Cloruros 1750 100 15
pH 6-9 6-9 6-9
Grasas 40 20 0
Caracterización España (Valores en mg/l)
Características de las Agua Residual Urbana (EE.UU.)Parámetro Baja Media Alta
Sólidos, totales (TS), mg/L Total disueltos (TDS), mg/L Total suspendidos (TSS), mg/LSólidos Sedimentables, mg/LDBO5, mg/L
COT, mg/LDQO, mg/LNitrógeno (total as N), mg/L Orgánico, mg/L Amoniaco libre, mg/L Nitritos + nitratos, mg/LFósforo (total as P), mg/L Orgánico, mg/L Inorgánico, mg/LCloruros, mg/LSulfate, mg/LAlcalinidad, mg/L as CaCO3
Grasas, mg/LConiformes Totales, no/100 mL
350250100
511080250208
120413
30205050
106~107
720500220102201605004014250835
5030100100
107~108
120085035020
4002901000
8535500
155
1010050
200150
107~109
Contaminación del Agua
Contaminación de origen: Física Química Biológicas
Contaminación del Agua (Física) Sólidos Suspendidos:
Flotables Sedimentables: al termino de movimiento Coloidales: precipitan después de coagulación o floculación
Radiación: Actividades humanas pueden contaminar el agua con isótopos radiactivos
Temperatura: Muerte de vida acuática (peces y algas)
Color: Dificultad de establecer el tipo de contaminación u origen.
Olor y Sabor Fenoles, hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición,
esencias liberadas por algas u hongos, sales minerales
Turbiedad
Contaminación del Agua (Química) Orgánicos
Contaminantes orgánicos demandantes de oxígeno: Aguas residuales domésticas, estiércol, residuos alimenticios y algunos residuos industriales.
Compuestos orgánicos refractarios: Plaguicidas, plásticos, detergentes, residuos industriales y aceites.
Proteínas, carbohidratos, lípidos, agentes tensoactivos, fenoles, pesticidas
Contaminación del Agua (Química) Inorgánicos
Cloruros, Alcalinidad, Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Metales Pesados y Minerales tóxicos Nitrógeno y fósforo : en exceso causa de eutrofización Cationes, Aniones, Neutros
Sólidos Disueltos (Cationes) Sodio: indica salinidad Calcio y magnesio: están relacionados con la dureza del agua Amonio: contaminación con fertilizantes y heces Metales pesados: de efectos muy nocivos; se bio-acumula en
la cadena trófica; (se estudian con detalle en el capítulo correspondiente)
Contaminación del Agua (Química)
Sólidos Disueltos (Aniones) Cloruros: indican salinidad Nitratos: indican contaminación agrícola Nitritos: indican actividad bacteriológica Fosfatos: indican detergentes y fertilizantes Sulfuros: indican acción bacteriológica anaerobia
(aguas negras, etc.) Cianuros: indican contaminación de origen industrial Fluoruros: en algunos casos se añaden al agua para la
prevención de las caries, aunque es una práctica muy discutida.
Contaminación del Agua (Química) Gases
Oxigeno: (DBO5 demanda biológica de oxígeno)
Anhídrido carbono Acidificación (Ca+2 y Mg+2)
Metano Sulfuro de hidrógeno:
Gas con olor a huevos podridos. Degradación anaeróbica de materia orgánica.
Contaminación del Agua (Química) pH:
El cambio de pH del agua puede ser un indicador de contaminación del agua
ácido sulfúrico procedente de algunos minerales, ácidos húmicos disueltos del provenientes del suelo
Fuente: http://robotics.nasa.gov/courses/fall05/P1010176.JPG&imgrefurl=http://robotics.nasa.gov/courses/fall05/&h=480&w=640&sz=65&hl=en&start=5&tbnid=AKQF6-Rs-hIYMM:&tbnh=103&tbnw=137&prev=/images%3Fq%3Drio%2Btinto%26svnum%3D10%26hl%3Den%26rls%3DGWYE,GWYE:2006-50,GWYE:en%26sa%3DN
Contaminación del Agua (Química)
Contaminación del Agua (Biológica) Bacterias:
Cólera: Diarreas y vómitos intensos, deshidratación (mortal si no se trata adecuadamente)
Tifus: Fiebres, diarreas y vómitos (inflamación del bazo y del intestino) Disentería: diarrea (produce la muerte de muchos niños en países poco
desarrollados). Virus:
Hepatitis: Inflamación del hígado e ictericia (puede causar daños al hígado) Poliomielitis: Dolores musculares intensos. Debilidad. Temblores. Parálisis.
Puede ser mortal Protozoos:
Disentería amebiana Diarrea severa, escalofríos y fiebre. Puede ser grave si no se trata
Gusanos: Esquistosomiasis Anemia y fatiga continuas
Hongos:
Tarea
Leer apuntes de DBO, DQO y Sólidos Archivos en pagina del curso
Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 3.1
Parámetros de Calidad del Agua Materia Orgánica
Demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) Demanda química de oxigeno (DQO) Carbón orgánico toral (COT)
Compuestos tóxicos Contaminantes
Aceites y Grasas (Fat, oil and Grease FOG) Materia Inorgánica
pH, Cloruros, alcalinidad, nitrógeno (Nitrógeno Total Kjedahl (TKN), amoniacal, nitrito y nitrato), fósforo y sulfatos.
Bio-ensayos
Bio-ensayo (Bioassay)
Mysidopsis bahia, female, approx. 6 mm in length
Ceriodaphnia dubia
Brachionus calyciflorus
La Depuración y sus Rendimientos Procesos:
La depuración consiste en la eliminación de los contaminantes e impurezas que se encuentran en las aguas a tratar (nuestro caso aguas servidas o industriales). Los procesos de depuración van a depender del tipo de afluente a tratar y se pueden clasificar: Procesos físicos Procesos químicos Procesos biológicos
Procesos Físicos
Desbaste: rejillas, tamices o filtración mecánica Desengrasado: remover grasas, aceites y material
flotante del agua. Sedimentación: remover sólidos sedimentables que
se encuentren en suspensión (ρs > ρw). Flotación: remover materia en suspensión de menor
densidad que el agua (ρs < ρw). Evaporación: concentrar material Absorción: remover micro-contaminantes, como
color, fenoles, etc.
Procesos Químicos
Floculación y coagulación: remover partículas en suspensión no sedimentables.
Neutralización: ajuste de pH. Oxidación Reducción: (ejemplo utilización de hierro para
eliminar cromo) Intercambio iónico: eliminación de cobre, zinc,
plomo, etc.
Procesos Primario
Procesos Secundarios
Procesos Terciarios
Tratamiento de Lodos
RendimientosProceso de Depuración % de Remoción
DBO Sólidos Suspendidos
B. Coli
Cloración del agua bruta o sedimentada 15 - 30 -- 90 - 95
Depuración Primaria - Sedimentación 25 - 40 40 - 70 25 - 55
Depuración Secundaria – Precipitación Química 50 - 75 70 - 85 40 - 60
Depuración Secundaria – Lechos bacteriano de alta velocidad, precedido y seguido de sedimentación
65 - 85 65 -90 80
Depuración Secundaria – Lechos bacteriano de baja velocidad, precedido y seguido de sedimentación
80 – 92 70 - 92 90
Depuración Secundaria – Lodo activado de alta carga, precedido y seguido de sedimentación
65 – 85 65 – 90 80
Depuración Secundaria – Lodo activado convencional, precedido y seguido de sedimentación
75 – 92 85 – 92 90
Depuración Terciaria 92 – 98 93 – 98
Cloración del agua tratada biológicamente 98 - 99
Selección del Tipo de Proceso Necesita un conocimiento teórico y experiencia practica
Elementos principales del análisis: Desarrollar un diagrama de flujo del proceso Establecer los criterios de diseño y tamaños de las unidades de
tratamientos Preparación de un balance de masa y sólidos Evaluación de los requerimientos hidráulicos (eje hidráulico) Consideraciones de sitio a construir
Expansión o mejoramiento de plantas existentes Compatibilidad con la instalación existente Requerimientos de la nueva operación; procedimientos y
entrenamiento para la operación y manejo de las nuevas unidades.
Consideraciones de Diseño
Costo inicial y costo anual de manejo y operación Orden de magnitud estimada para del análisis conceptual Estimación del presupuesto (durante la fase de diseño
preliminar) Presupuesto definitivo derivado del proyecto definitivo (planos y
especificaciones)
Medio Ambiente: Declaración de impacto ambiental
Equipamiento (disponibilidad)
Requerimientos de personal
Energía y recursos necesarios
Planificación de Proyecto
Diseño de la planta: definir problemas, identificar vida útil (usualmente > 20 años), definir/desarrollar/analizar alternativas de tratamiento/sistemas de disposición, seleccionar plan y planificación de la implementación (financiamiento y cronograma)
Diseño: conceptual, preliminar, y diseño final con un estudio piloto
Value engineering: revisión intensiva del proyecto por expertos (1/3 a 2/3 del tiempo presupuestado).
Construcción: comprensión de la forma en que se va integrar la nueva instalación al sitio, claridad en la calidad especificaciones técnicas/materiales, cronograma de trabajo y prevención de riesgos
Puesta en marcha y operación: Manual de operación y mantenimiento
Futuro del Tratamiento de Aguas Servidas Son tres áreas claves:
1. Infraestructura antigua: ampliar y mejorara
2. Re-uso de las aguas tratadas: escasez de aguas a nivel nacional.
3. Bio-sólidos: escasez de vertederos y posibles usos