Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales

Gobierno del SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

Tecnológico de Estudios Superiores del Oriente del Estado de México.

(TESOEM)

INGENIERÍA AMBIENTAL.

DISEÑO DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

Realizó: Miriam Vega Loyola.

EDO. MÉXICO.

MARZO, 2010.

INDICE

Contenido

Página

UNIDAD I Aguas Residuales. Introducción. 1.1 Historia.

1

1.2 Orígenes y cantidades.

7

1.3 Comportamiento de caudales contra tiempo.

10

1.4 Medición de caudales y análisis del comportamiento.

12

1.5 Métodos para medición de caudales.

15

1.6 Características químicas, físicas, fisicoquímicas y biológicas.

27

1.7 Muestreo de Aguas residuales.

46

1.8 Determinación de gastos másicos.

53

1.9 Aguas residuales de origen industrial

57

. UNIDAD II Procesos para Separación de Contaminantes. 2.1 Procesos físicos.

64

2.2 Procesos químicos.

69

2.3 Procesos fisicoquímicos. 2.4 Diseño conceptual de una planta.

UNIDAD III Procesos Físicos de Separación. 3.1 Cribado (rejillas y cribas).

77

3.2 Almacenamiento de excedentes (“igualación”).

83

3.3 Mezclado.

86

3.4 Floculación.

89

3.5 Sedimentación (desarenación y clarificación)

91

3.6 Flotación.

102

3.7 Filtración en medio granular (filtros de arena).

111

UNIDAD IV Tratamiento de Lodos. 4.1 Orígenes y formas de tratamiento (posibles combinaciones)

117

4.2 Cantidades y características.

118

4.3 Espesamiento.

120

4.4 Digestión aerobia y anaerobia.

123

4.5 Deshidratación.

127

4.5.1. Filtración. 4.5.2. Centrifugación. 4.5.3. Lechos de secado. 4.5.4. Estanques. 4.6 Composteo. 4.7 Acondicionamiento químico y térmico. Bibliografía

128

ÍNDICE DE TABLAS

No. Tabla

Contenido

Página

1.1

Composición Típica de las ARD

7

1.2

Conservantes y métodos de conservación para las muestras

52

de agua. 2.1

Aplicaciones de l

as oper aciones físicas uni tarias en el

66

tratamiento de A.R. 2.2

Productos químicos empleados en el tratamiento del AR

70

3.1

Características del tipo de rejas.

78

3.2

Propósitos del cribado.

80

3.3

Tipos de sedimentación que intervienen en el tratamiento del

92

agua residual. 3.4

Solubilidad del aire a P=1 atm y diferente Temperatura

106

4.1

Características de los lodos

118

ÍNDICE DE FIGURAS

No. de Figura

Contenido

Página

1.1

Variación típica horaria del caudal de AR.

10

1.2

Sección transversal para el método área-velocidad

19

1.3

Inyección de un volumen conocido de trazador.

20

1.4

Vertedor rectangular.

23

1.5

Vertedor triangular.

24

1.6

Vertedor Cipolletti

25

3.1

Rejas inclinadas.

79

3.2

Diagrama de flujo de una PTAR con igualamiento en

85

línea. 3.3

Diagrama de un sistema de flotación sin recirculación

107

3.4

Diagrama de un sistema de flotación con recirculación

109

4.1

Espesador

122

4.2

Filtro Banda

128

ÍNDICE DE CUADROS

No. de Cuadro

Contenido

Página

1.1

Cronología del tratamiento de agua a nivel mundial.

4

1.2

Cronología del tratamiento de Agua en México.

5

1.3

Clasificación de sólidos.

28

1.4

Tamaño de los sólidos.

29

1.5

Características Físicas.

32

1.6

Características Químicas.

39

1.7

Características Biológicas.

45

UNIDAD I AGUAS RESIDUALES.

OBJETIVO. El estudiante podrá identificar y analizar la problemática de los cuerpos de ag ua en el paí s, por medio d e muestreos y s us c aracterísticas físicas, q uímicas y biológicas del v ital l íquido, c on el fin de proponer u n pr oceso de t ratamiento de agua residual.

1 1.1 Historia. Aunque l a c aptación y dr enaje de ag uas pluviales dat an d e t iempos ant iguos, el almacenamiento de aguas residuales tiene su primer precedente en el siglo XIX. El tratamiento sistemático de las aguas residuales surgió a finales del siglo pasado y principios del presente. El desarrollo de la teoría del germen en la segunda mitad del s iglo pas ado por Koch y P asteur m arcó el i nicio de u na n ueva er a en el saneamiento. A ntes de es ta ép oca l a r elación de ent re contaminación y enfermedades habí a s ido es tudiada t an s ólo l igeramente, y la bac teriología, en aquel entonces en sus inicios no h abía sido aplicada al tratamiento de l as aguas residuales. El t ratamiento y l a el iminación de l as ag uas r esiduales n o r ecibió demasiada atención a finales del siglo XIX porque la magnitud de los daños causados por las descargas no t ratadas, no er a i mportante y por que s e di sponía de g randes cantidades de terreno para su evacuación. A principios del siglo XX, sin embargo, los daños y las condiciones sanitarias trajeron consigo una creciente demanda de que el t ratamiento d e las ag uas r esiduales tuviera m ás eficacia. L a i mposibilidad de disponer de z onas suficientes para la evacuación en la tierra de agua residual no t ratada, es pecialmente e n l as g randes c iudades, l levó a l a ad opción de métodos de tratamiento más intensos. A lo largo de la historia, la calidad del agua potable ha sido un factor determinante del bi enestar hu mano. Las en fermedades pr opagadas p or ag ua “ potable” contaminada c on m ateria f ecal di ezmaron a l a pobl ación de c iudades ent eras. Incluso actualmente, el ag ua i nsalubre c ontaminada p or fuentes nat urales o humanas sigue causando grandes problemas a las personas que se ven obligadas a us arla, t anto para b eber c omo p ara l a i rrigación de h ortalizas y ot ras pl antas comestibles crudas. Aunque hay todavía epidemias ocasionales de enfermedades bacterianas y virales causadas p or ag entes i nfecciosos transportados en el

agua pot able, como el Ing. Miriam Vega Loyola.

2 cólera, l a pol iomielitis y ot ras, l as en fermedades pr opagadas po r el la es tán, e n general, bi en c ontroladas y el ag ua p otable en l os países t ecnológicamente desarrollados es tá ahora notablemente l ibre d e l os agentes c ausantes de enfermedades q ue er an c ontaminantes m uy c omunes del ag ua hace s olo u nas décadas. Los seres humanos han almacenado y distribuido el agua durante siglos. En la época en q ue el hombre era cazador y recolector utilizaba agua de r ío para beber, y l os pr imeros as entamientos h umanos s e l levaron a cabo de m anera continua cerca de l agos y r íos. Cuando n o existían es tos r ecursos l as personas aprovechaban agua subterránea que extraían mediante la construcción de pozos. El c recimiento de l as capitales an tiguas, c entros r eligiosos y c omerciales s e dan alrededor de cuerpos de agua, la construcción de acueductos y drenajes se dio en la antigua Roma. Alrededor del a ño 3 00 A.C. l a c iudad d e P akistán ut ilizaba i nstalaciones y necesitaba un suministro de agua muy grande, esta ciudad contaba con servicios de baño público, instalaciones de agua caliente y baños. En la antigua Grecia el agua de escorrentía, agua de pozos y agua de l luvia eran utilizadas en épo cas muy t empranas. D ebido al c recimiento de l a po blación s e vieron obl igados al almacenamiento y di stribución ( mediante l a c onstrucción d e una r ed). Los g riegos f ueron de l os pr imeros en t ener i nterés e n l a c alidad del agua. Ellos utilizaban embalses de aireación. Los r omanos fueron los m ayores ar quitectos en c onstrucciones de r edes de distribución de ag ua que han existido a l o largo de l a historia. Utilizaban recursos de ag ua s ubterránea, r íos y ag ua de es correntía par a s u aprovechamiento, construían pr esas p ara el almacenamiento r etención ar tificial del ag ua. Ellos consideraban que el agua de m ejor c alidad er a aquella proveniente de l as montañas. Ing. Miriam Vega Loyola.

3 Desde el año 500 al 1500 D.C. hubo poco desarrollo en relación con los sistemas de tratamiento del agua. Durante la edad media se manifestaron gran cantidad de problemas de higiene, a causa de que a los sistemas de distribución del plomo, se vertían residuos y excrementos. El pr imer s istema de s uministro de agua pot able fue c onstruido e n E scocia, alrededor del año 1804 por John Gibbs.

En 1806 en Paris empieza a f uncionar la mayor planta de tratamiento de agua. El agua sedimentaba durante 12 horas antes de su filtración. Los filtros consistían de arena, carbón. En 1827 el Ingles James Simplón construye un filtro de arena para la purificación del agua potable. Hoy en día se considera el primer sistema efectivo utilizado con fines de salud pública. En 1830 el nuevo continente da inicio a los primeros tratamientos. En 1849-1853, Londres, las aguas residuales convirtieron al Támesis en una masa de desechos y 20000 humanos murieron por cólera. 1903, Filadelfia s e proponen o tros m étodos de d esinfección al terna c omo ozono (O3) y rayos ultravioleta (uv). 1908 se utiliza el cloro por primera vez como desinfectante en E.U. 1972 un estudio revela 36 sustancias químicas en diferentes cuerpos de agua y se da inicio a la legislación. 2010 dr enaje pr ofundo d e ag uas r esiduales q ue pretende c ontrolar l a contaminación. Ing. Miriam Vega Loyola.

4 Algunos de los antecedentes en materia del tratamiento de agua a nivel mundial y nacional, se presentan en los siguientes cuadros No.1.1 y No.1.2 respectivamente.

3000 A.C.

1300 A.C.

500 A.C.

250 A.C.

Aparecen los primeros suministros de agua. Pakistán

Se emplean los primeros tratamientos de purificación de agua. Egipto

Se emplean los primeros métodos de separación de residuos. Grecia-Asia

Se crean las primeras redes de suministro de agua. Grecia

1804 D.C.

1800 D.C.

1500 D.C.

500 al 1500 D.C.

Se transporta agua filtrada a ciudades de Escocia

Problemas de higiene en el agua. Europa

Se construyen las primeras tuberías de plomo. Europa

Se implementan las primeras letrinas en Europa Central

1806

1827

1992

Se construye la primera planta de tratamiento de agua en Paris

Se construye un filtro de agua potable para la purificación.

La asamblea general declaro que el día Mundial del agua se celebrara el 22 de marzo de cada año.

2009 UNICEF apoya programas de agua, saneamiento e higiene en más de 90 países del mundo

2003 La asamblea general proclamó el periodo 2005 a 2015 decenio internacional para la acción “el agua fuente de vida”

Cuadro No.1.1 Cronología del tratamiento de agua a nivel mundial.

Ing. Miriam Vega Loyola.

5 1928 Se reúne el secretario de obr as y servicios del D.F con representantes de la Comisión Nacional del Agua.

1987 La USDA(1) aprobó el tratamiento de agua caliente en todos l os es tados ex portadores de México excepto Chiapas.

2000 Población fronteriza no cuenta con plantas de tratamiento de agua.

2001 México no recibirá una gota de agua y tendrá que darse la suspensión del líquido en colonias.

1997 Se crea un programa sobre la construcción de las más grandes plantas de T.A.R.

2002 Se reforma un sistema de potabilización de tratamiento de agua que ayudara a la población

1989 Primeros acuerdos ent re estados que c onforman l a cuenca Ler ma-Chápala sobre l a i mportancia del agua.

1996 La Sociedad Mexicana de aguas (SMA) y la Water Enviroment Federation s e reúnen para l a operación de sistemas de agua potable y T.A.R.

2003 Cámara de diputados otorga financiamiento para problemas de contaminación del agua en México.

2007 CNA afirmó que México ha llegado al límite de lo permisible en el tratamiento de aguas residuales.

2006 El Banco mundial se refirió a la situación del agua en México y su contaminación

2005 Se emite una norma para el tratamiento de aguas residuales en la zona metropolitana de la ciudad de México NODF/003AGUA-2002

2008 Los Mexicanos no cuidamos el agua porque nos cuesta poco CONAGUA

2009 CNA afirmó que México requiere cambios en la política hídrica del país, se plantea construir más de 100 plantas de tratamiento

2009 Marcelo Ebrard subrayo que se debe garantizar el abastecimiento del líquido a la Ciudad

(1) Departamento de Agricultura de Estados unidos

2009 En la ciudad de México se generan casi 24m3 /s de agua residuales

Cuadro No.1.2 Cronología del tratamiento de Agua en México.

Ing. Miriam Vega Loyola.

6 El tratamiento de aguas residuales es esencial para garantizar el ciclo de agua y contribuir a la limpieza de los ríos, humedales, acuíferos y demás cuerpos de agua que se ven expuestos a l os efectos de la contaminación por descargas de ag uas residuales sin tratar. La CONAGUA recordó que en 2012, se espera haber logrado que el 60 por ciento de las aguas residuales de México reciban tratamiento dentro del problema del recurso hídrico.

Ing. Miriam Vega Loyola.

7 1.2 Origen y Cantidades. La determinación de la cantidad de aguas residuales a eliminar de una comunidad es fundamental p ara el pr oyecto de i nstalaciones d e al macenamiento, bombeo, tratamiento y evacuación. Además dada la reciente tendencia de la agrupación de municipios par a el t ratamiento y ev acuación, es i mportante poder di sponer d e datos precisos sobre las cantidades actuales y las previstas en un futuro. La cantidad y concentración de las aguas residuales es función de su origen y de sus componentes, por lo que las cargas equivalentes o contribuciones per-cápita por día varían de una ciudad a otra y de un país a otro. Para ciudades grandes se pueden us ar la t abla N o.1.1, como v alores de r eferencia; par a c omunidades pequeñas o ár eas rurales l as ag uas r esiduales s on p redominantemente domésticas. Parámetro

Magnitud mg/l

Sólidos totales

720

Sólidos disueltos

500

Sólidos disueltos volátiles

200

Sólidos suspendidos

220

Sólidos suspendidos volátiles

165

Sólidos sedimentables

10

DBO

220

COT

160

DQO

500

Nitrógeno total

40

Nitrógeno orgánico

15

Nitrógeno amoniacal

25

Fósforo orgánico

3

Fósforo inorgánico

5

Cloruros

50

Alcalinidad

100

Grasas

100

Tabla No.1.1 Composición Típica de las ARD

Fuente. Metcalf, 1994

Los componentes de un caudal pueden incluir: Ing. Miriam Vega Loyola.

8 a) Agua r esidual do méstica ( procedente de r esidencias, i nstalaciones comerciales o públicos). b) Agua residual industrial (predominan residuos industriales). c) Infiltración y c onexiones i ncontroladas ( es e l ag ua q ue ent ra de forma no controlada en l a r ed del al cantarillado pr ocedente del s ubsuelo). O bi en agua pluvial que es descargada a la red (alcantarillado). d) Agua pluvial resultante de la escorrentía superficial. Toda ag ua residual (A.R.) afecta en alguna m anera l a c alidad del ag ua de l a fuente o c uerpo d e a gua r eceptor. S in embargo, s e dice q ue un ag ua r esidual causa c ontaminación solamente c uando i ntroduce c ondiciones o c aracterísticas que hac en el ag ua de l a f uente o c uerpo r eceptor i naceptable par a el us o propuesto de l a misma, por ejemplo, n o se pu ede d ecir q ue l as ag uas de l a alcantarilla domiciliaria contaminan las aguas del alcantarillado sanitario municipal. La mayoría de l as A.R. son de origen doméstico urbano por lo tanto los métodos de t ratamiento t radicionales i ncluían g randes d epósitos d e hormigón d onde s e llevó a cabo la sedimentación, filtración y cloración, en la actualidad el tratamiento de A.R. lleva varios procesos de tratamientos, equipos y operaciones unitarias en el f uturo h ay q ue c onsiderar nuevas t ecnologías, nuevos pr ocesos y por l o t anto nuevas líneas de tratamiento así como la modificación de los antiguos. En al gunos c asos p ara el ab astecimiento, se pue de c lasificar d e ac uerdo a su origen en: a) Aguas superficiales b) Aguas subterráneas c) Aguas meteorológicas o meteóricas Aguas s uperficiales: s on aq uellas pr ovenientes d e l as c orrientes naturales c omo ríos, arroyos, lagos, embalses que están contaminados en su mayoría, por lo tanto existe una v ariación en l a l ocalidad. Al es currir por l a s uperficie l as c orrientes naturales se contaminan convirtiéndolas en muchos casos en aguas nocivas. Ing. Miriam Vega Loyola.

9 Aguas subterráneas: son las que penetran por las porosidades del suelo mediante infiltración, provocan poca turbidez y se divide en agua freática y artesiana. Agua freática: están suspendidas entre la superficie de la tierra y la primera capa impenetrable se mueve libremente, se encuentra a presión atmosférica. Agua artesiana: es la que está contenida entre dos estratos impermeables no se mueve libremente, está confinada y tiene una presión diferente a la atmosférica. En la eliminación de aguas residuales y pluviales se utilizan tres tipos de redes de alcantarillado: s anitarias, pl uviales

y uni tarias. C uando ut ilizan s istemas

independientes par a r ecolectar l as ag uas r esiduales ( redes s anitarias) y a guas pluviales ( redes pl uviales), l os c audales d e ag ua r esidual en l as al cantarillas sanitarias se componen de tres grandes elementos: 1) agua residual doméstica; 2) agua residual industrial, y 3) infiltración y conexiones incontroladas. Donde ex iste un s istema de alcantarillado único, l os c audales d e ag ua r esidual incluyen l os c uatro c omponentes m encionados an teriormente, en es te caso el porcentaje d e l os c omponentes del ag ua residual v aría s egún l as c ondiciones locales y la época del año. En ár eas q ue t ienen alcantarillado, l os c audales d el ag ua r esidual s e pueden determinar nor malmente a par tir de datos p rocedentes de a foros ex istentes p or medición directa. En zonas de nueva construcción, los caudales correspondientes se obt ienen del an álisis de l os dat os de pobl ación y s us c orrespondientes dotaciones de agua previstas, o bi en a partir de estimaciones de los caudales de agua residual per cápita en poblaciones similares.

1.3 Comportamiento de los Caudales contra tiempo.

Ing. Miriam Vega Loyola.

10 Dadas l as c aracterísticas y variaciones en l a des carga de ag uas r esiduales, a l sistema de alcantarillado, el tipo o sistema de alcantarillado usado, la diferencia en las c ostumbres de l a c omunidad a portante, el r égimen de operación d e l as industrias t ratadoras, el c lima, et c., l os c audales de ag uas r esiduales oscilan ampliamente dur ante el año , c ambian d e u n dí a a otro y f luctúan de una hor a a otra, t odos l os factores ant eriores en tre ot ros debe n de t enerse e n c uenta en l a predicción d e l as variaciones d el c audal y, por c onsiguiente, de l a c oncentración de las aguas residuales afluentes a una planta de tratamiento. Una curva típica de descarga de aguas residuales, para un alcantarillado separado, puede observarse en la figura 1.1.

Fig. No.1.1 Variación típica horaria del caudal de AR.

Los caudales mínimos ocurren en las primeras horas de la mañana, entre las 2:00 y las 5:30; durante dichas horas el consumo es mínimo y el flujo es básicamente por i nfiltración y peq ueñas cantidades d e A R. E l c audal máximo ocurre e ntre l as 7:00 y l as 10: 00, c uando se pr esenta el consumo m áximo, ex iste, además, u n segundo c audal m áximo e ntre l as 1 5:00 y las 16: 00 hor as. E ntre l as 7: 00 y l as 19:00 el caudal de AR, es m ayor que el caudal promedio, y durante la noche es menor que el promedio. Cuando la infiltración es alta o existen conexiones de ag uas pluviales, el régimen de lluvias puede influir notablemente sobre el caudal y, por consiguiente, sobre las Ing. Miriam Vega Loyola.

11 características de ag ua r esidual. E l c onocimiento d e l as c argas hi dráulicas d e DBO y ot ros c ontaminantes, es esencial p ara ev aluar l os factores de diseño y operación d e un a pl anta d e t ratamiento. Generalmente l as v ariaciones d e D BO siguen l as del c audal, per o deb en det erminarse en c ada c aso par ticular. E n alcantarillados c ombinados s e pr esenta u na m ayor c oncentración de m aterial inorgánico que en al cantarillados sanitarios o separados, debido a la introducción de ag uas pl uviales; a sí m ismo l as v ariaciones del c audal y de c oncentración del AR son más extremas. El régimen de caudales de una corriente de agua durante un período determinado, es el único término del balance hidrológico de una c uenca que puede ser medido directamente con una buena precisión. Los otros elementos de ese balance, como las precipitaciones, la evaporación, etc., no pueden ser sino estimados a partir de mediciones observadas en distintos puntos de la cuenca o deducidos de fórmulas hidrológicas, los cuales son siempre estimativos muy aproximados. El régimen de caudales es un da to básico, i ndispensable, par a todos l os diseños hi dráulicos y para m uchas obr as civiles en l os q ue el los s on parte i mportante c omo l as carreteras, pue ntes, acueductos, pr esas, etc. A sí l a i nstalación de m uchas "estaciones de aforo" que permitan observar, en una serie de años tan larga, como sea posible, los caudales escurridos en puntos característicos del río principal y, si fuera oportuno, de s us di versos af luentes, es el pr eámbulo d e t odo es tudio hidráulico de una cuenca. Sin embargo en países como el nuestro las estaciones de a foro de c audales s on i nexistentes en muchos s itios, l o q ue ha o bligado a recurrir a métodos ap roximados p ara l a estimación de l os c audales de diseño, como son los métodos de regionalización. Sin embargo jamás debe olvidarse que ningún método por bueno que sea reemplaza la medida directa. Todos los ríos de cierto tamaño en una región se deben medir cerca de sus bocas lo m ismo q ue un c ierto nú mero de a fluentes. L as c orrientes que s e pi ensen aprovechar en un futuro deben ser instrumentadas. 1.4 Medición de Caudales y Análisis de Comportamiento.

Ing. Miriam Vega Loyola.

12 Para el diseño d e estructuras hidráulicas y en g eneral obras r elacionadas c on e l agua s e t rabaja c on una s erie de t érminos r elacionados c on el c audal q ue es necesario conocer. Los principales son: Caudal medio diario. Es la tasa promedio de descarga en m 3/s para un período de 24 hor as. S e pu ede m edir m ediante u n l imnígrafo ( dispositivo q ue per mite el registro continuo de los niveles en el tiempo). Caudal medio mensual Qm. S e c alcula hal lando par a c ada m es l a m edia aritmética de los caudales promedios diarios. Caudal promedio mensual interanual. E s l a m edia de l os c audales medios mensuales para un mes dado durante un período de n años. Caudal medio anual. Es la media de l os caudales promedios diarios durante un año. Caudal máximo instantáneo anual. Es el máximo caudal que se presenta en un año det erminado. Para su det erminación es nec esario q ue l a es tación de aforo tenga limnígrafo. Si no es así se habla de caudal máximo promedio anual el cual es menor que el máximo instantáneo anual. Caudal mínimo anual. Es el m enor c audal q ue s e pr esenta durante un añ o determinado. El an álisis de l os c audales medios diarios g eneralmente pr esentan v alores variables, m ostrando, por un l ado, t endencias de ac uerdo c on l as es taciones o épocas de l luvia o de sequía, como por ejemplo valores mayores de c audales en las ép ocas de l luviosas q ue en l as de e stiaje. P or ot ro l ado, m uestran u na aleatoriedad en l a oc urrencia d e es tas v ariaciones, q ue d ependen d e u n g ran número de variables, posiblemente la lluvia y los factores geológicos son los más importantes. Se pue de d efinir que el per iodo c onsiderado los caudales: máximo, m edio y mínimo, d e c uyos v alores dep ende g ran par te del pl anteamiento r elativo a l a utilización de los recursos hídricos.

Ing. Miriam Vega Loyola.

13 También es i mportante dent ro de l os r ecursos hí dricos de una hoya hi drográfica destacar el hecho de q ue el caudal mínimo puede ser alcanzado apenas durante un c ierto t iempo; en el c aso de q ue el per íodo d e es tiaje s ea m ás ex tenso, l os caudales es tarán pr óximos al m ínimo. Lo m ismo s e pu ede d ecir del c audal máximo. De acuerdo al problema que se desee resolver, se debe conocer las variaciones de los caudales medios diarios y hasta horarios para un cuerpo de agua grande, si se requiere estudiar estiajes, por ejemplo, el conocimiento de los caudales medios mensuales puede ser suficiente. Los factores m ás i mportantes q ue c ontribuyen a l a v ariación del c audal en u na corriente de agua son los siguientes: Factores geológicos. Un cuerpo de agua bastante permeable, al recibir una c ierta lluvia, da or igen a un a escorrentía con un pico achatado y bastante retrasado en relación c on el i nicio de en esa l luvia. E sto s e de be a q ue hay un a i nfiltración inicial, c on l a c onsiguiente acumulación d e aguas s ubterráneas q ue c ontribuirán posteriormente al hi drograma. U n c uerpo d e ag ua r elativamente i mpermeable, a l recibir una cierta lluvia, da origen a una escorrentía superficial con pico agudo y no muy retrasada con respecto al inicio de esa lluvia. Factores pl uviométricos. Ll uvias m uy i ntensas provocan c recientes en peq ueños cuerpos de agua. Las lluvias de menor intensidad pero con duración y cubrimiento grande provocan crecientes en grandes cuerpos de agua. Es c laro q ue l o q ue más i nteresa en r elación c on l a es correntía superficial es el volumen de l luvia total precipitada. El área del cuerpo de ag ua ésta asociada con la al tura de l

luvia pr ecipitada para producir un a es correntía s uperficial

determinada. Humedad del suelo. Depende a su vez de precipitaciones antecedentes. Ing. Miriam Vega Loyola.

14 Temperatura. Influye en la escorrentía de aguas subterráneas, la evaporación y la escorrentía s uperficial. E sta úl tima principalmente al c omienzo de s u pr oceso cuando el agua escurre en finas capas sobre grandes áreas hasta llegar al curso de agua. Topografía. Influye en la infiltración y la escorrentía superficial. Un cuerpo de agua con bastante i nclinación d a origen a m ayor es correntía s uperficial y

menor

infiltración. En una cuenca plana el proceso rige de modo inverso. Tipo de vegetación. Influye en la infiltración y la detención superficial. Forma d e l a c uenca. U na c uenca r elativamente c ircular es más pr opensa a crecientes que cuenca alargada, dado que el tiempo de r ecorrido del agua desde los sitios más lejanos hasta el sitio de interés en esta última es similar, y se puede producir una mayor concentración de escorrentía superficial. Finalmente, cuando una lluvia se dirige en el sentido de aguas arriba hacia aguas debajo de un a cuenca alargada, da or igen a m ayores picos de c reciente del que daría s i s e di rigiese en el s entido i nverso. Si s e c uenta c on datos hi stóricos de l caudal, por ej emplo, de 30 añ os, l a el ección del per iodo m ás c rítico de s equía, esto es de caudales m ínimos, durante el m ayor intervalo del tiempo t endrá un valor estadístico de 30 años de periodo de retorno. Cuando se cuenta apenas con 5 años de datos, el periodo más crítico de sequía puede no ser el adecuado para el dimensionamiento de la planta de tratamiento. En este caso se puede estudiar por análisis de frecuencias, esto es extrapolando la curva de probabilidades de los periodos de sequía. Cuando se cuenta con un pequeño número de datos se puede recurrir a la generación estadística de datos del caudal.

Ing. Miriam Vega Loyola.

15 1.5 Métodos para Medición de Caudales. Un caudal se define como la cantidad de agua que corre en determinado lugar por unidad de tiempo. En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa por el r ío en una u nidad de tiempo. N ormalmente s e i dentifica c on el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, s e i dentifica c on el flujo m ásico o masa q ue pa sa por un área dada en la unidad de tiempo. El régimen de c audales es un dat o básico, indispensable, para todos los diseños hidráulicos y para muchas obras civiles en los que ellos son parte importante como las carreteras, puentes, acueductos, presas, etc. La medición de caudales es importante para los siguientes proyectos: a) Instalación de recolección b) Bombeo c) Tratamiento d) Evacuación Existen una diversidad de métodos y estructuras para medir caudales, algunos de los cuales se describen brevemente a continuación: Tobera de Flujo Hace uso del principio de Venturi, pero utilizan una tobera que se inserta en una tubería en lugar del tubo venturi para producir la presión diferencial. Orificio Es una a bertura c ilíndrica o pr ismática a t ravés de l a c ual f luye el líquido y determina el c horro e n un a s alida q ue no toca d e n uevo l a pared del orificio. S e basa en el teorema de Torricelli.

Ing. Miriam Vega Loyola.

16 Medidores Magnéticos Se induce una fuerza electromotriz o voltaje que es proporcional a la velocidad del conductor. Se b asa en l

a l ey de F

araday y es s imilar a m

edidores

electromagnéticos. Placa de Orificio Se inserta en una conducción cerrada una placa que tiene una abertura cilíndrica en el c entro. E l c audal s e det ermina a partir de l as l ecturas de pr esiones diferenciales. Tubo Venturi Se utiliza para medir caudales en conducciones cerradas, consta de 3 partes: a. Cono de entrada e n el c ual, el di ámetro de

la t ubería s e r educe

gradualmente. b. La garganta o sección contraída. c. Cono de salida, en el cual el diámetro aumenta gradualmente hasta el de la tubería en la que se inserta el medidor. Molinetes Se utilizan par a l a determinación pr ecisa de l a v elocidad d e flujo e n g randes alcantarillas o canales, siempre y cuando no haya demasiada materia flotante que puedan obturar el medidor.

Medidas con Flotadores. Son r aramente ut ilizados, ex cepto en c anales r ectangulares o par

al a

determinación apr oximada de l a v elocidad del f lujo ent re d os p ozos de r egistro, existen tres tipos: 1. Superficial: Mide la velocidad en la superficie.

Ing. Miriam Vega Loyola.

17 2. Sumergido: Son más pesados que el agua, conectados con alambres finos a flotadores superficiales. 3. Varilla: M iden c on mucha pr ecisión de flujo, ut ilizados pr incipalmente e n canales.

Existen m étodos eléctricos q ue s on ut ilizados par a medir el c audal de ag ua q ue fluye en u na c orriente, s uponen el us o d e un eq uipo q ue i ncluye pi las de conductividad, anemómetros de hilo caliente y anemómetros de película caliente. Aunque no son muy utilizados por la materia orgánica que trae el agua residual. Tubo de Pitot Útil en aforos de tubería de agua, no se aplica en aforos de alcantarilla debido a la materia en suspensión del agua residual, ya que existe la tendencia a obturarlo.

Trazadores Químicos y Radiactivos Cuando s e us a l a s al c omo t razador, el t iempo de r ecorrido entre l os p untos de control es m edido c on el ectrodos c onectados a un a mperímetro o r egistrador. El tiempo r ecorrido s e r egistra m ediante c ontadores de radiactividad conectados en el exterior del tubo. Trazadores con colorantes Sirven para medir la velocidad en tuberías pequeñas, es uno de los métodos más utilizados y de m ayor éx ito, ent re l os colorantes ut ilizados es tán: eos ina, fluoresceína, rojo de congo, per manganato de pot asio, s adamina B y pont acil brillante B. A continuación se describirá con más detalle algunos de estos métodos. Los métodos para medir caudales pueden clasificarse en dos grandes categorías: métodos directos y métodos indirectos. En estas dos categorías los más utilizados son: Ing. Miriam Vega Loyola.

18 a. Métodos directos: a.1 Método área velocidad a.2 Dilución con trazadores

b. Métodos indirectos: b.1 Estructuras hidráulicas. b.2 Método área pendiente. Con m uy pocas ex cepciones las m edidas de caudal continuas en e l t iempo s on muy costosas, por lo que se relaciona el caudal con el nivel del agua, el cual se puede m edir m ucho más fácilmente q ue e l c audal. Las c urvas q ue relacionan estos niveles con el caudal son las llamadas curvas de calibración. a. Métodos directos a.1Método área velocidad. Este método consiste básicamente en medir en un área transversal de la corriente, previamente d eterminada, l as v elocidades de flujo c on l as c uales s e puede obtener l uego el c audal. El l ugar el egido para hacer el aforo o m edición debe cumplir los siguientes requisitos:  La s ección t ransversal debe es tar bi en de finida y que en l o pos ible no se presente degradación del lecho.  Debe tener fácil acceso.  Debe estar en un sitio recto, para evitar las sobreelevaciones y cambios en la profundidad producidos por curvas.  El s itio deb e es tar l ibre de efectos d e c ontroles ag uas a bajo, q ue puedan producir remansos que afecten luego los valores obtenidos. Una de l os pr ocedimientos más c omunes em pleados e n es te m étodo es e l descrito a c ontinuación. En el s itio q ue s e dec idió hac er el a foro, s e hac e un levantamiento topográfico completo de la sección transversal, el cual dependiendo Ing. Miriam Vega Loyola.

19 de su ancho y profundidad, puede hacerse con una cinta métrica o con un equipo de topografía. La se cción es cogida s e di vide e n t ramos i guales, como s e p uede observar en la figura No.1.2.

Fig. No.1.2 Sección transversal para el método área-velocidad

En cada vertical, de las varias en q ue se divide la sección, se miden velocidades con el cronómetro a 0.2, 0.6 y 0.8 de l a profundidad total. Cada vertical t iene su respectiva área de influencia (sombreada en la gráfica). Las verticales deben tener las siguientes características:  El ancho entre ellas no debe ser mayor que 1/15 a 1/20 del ancho total de la sección.  El caudal que pasa por cada área de influencia Ai no debe ser mayor que el 10% del caudal total.  La diferencia de velocidades entre verticales no debe sobrepasar un 20%. Cuando las profundidades de la sección son pequeñas, menores de 0.6 m, solo se mide l a v elocidad a 0. 6 de l a profundidad, v elocidad q ue s e considera representativa de la velocidad media de la vertical. a.2 Dilución con trazadores Esta t écnica s e us a en aq uellas c orrientes q ue pr esentan di ficultades par a la aplicación del método área velocidad o medidas con estructuras hidráulicas, como en c orrientes muy anc has o en r íos t orrenciales. S e pu ede i mplementar de d os maneras: Ing. Miriam Vega Loyola.

20 1. Inyectar rápidamente un volumen de trazador. E ste método es l lamado también método de integración. Supóngase que en una sección 1 de un río se adiciona un peq ueño volumen de trazador (V1) c on una c oncentración alta C 1. Si ex iste en el r ío una c oncentración (Co), en el r ío, el per fil de concentraciones se comporta con el tiempo, como lo muestra la figura 1.3.

Fig. No.1.3 Inyección de un volumen conocido de trazador.

2. Inyección a caudal constante. Se i nyecta un t razador en u na s ección dada a un caudal constante, con una concentración de trazador Co. Es importante an otar que par a a plicar es te m étodo s e s upone q ue el flujo e s permanente. Los trazadores deben tener las siguientes propiedades:  No de ben s er a bsorbidos por l os s edimentos o v egetación, ni de ben reaccionar químicamente.  No deben ser tóxicos.  Se deben detectar fácilmente en pequeñas concentraciones.  No deben ser costosos

Ing. Miriam Vega Loyola.

21 Los trazadores son de 3 tipos: 1. Químicos: de esta clase son la sal común y el dicromato de sodio 2. Fluorescentes: como la rodamina 3. Materiales radioactivos: lo s m ás us ados son el y odo 1 32, bromo 82, sodio. La sal común puede detectarse con un er ror del 1% para concentraciones de 10 ppm. El dicromato de sodio puede detectarse a concentraciones de 0.2 ppm y los trazadores fluorescentes c on c oncentraciones d e 1/ 1011. Los t razadores radioactivos s e det ectan en c oncentraciones m uy baj as ( 1/1014), s in em bargo s u utilización requiere personal muy especializado.

b. Métodos indirectos Los métodos indirectos más utilizados son las estructuras hidráulicas y el método área -velocidad. b.1Estructuras hidráulicas: El pr incipio d e funcionamiento de t odas l as estructuras hidráulicas es establecer una s ección d e c ontrol, d onde a p artir de l a pr ofundidad s e p ueda estimar e l caudal. Las es tructuras hi dráulicas m ás c omunes par a este t ipo de medidas s on usar vertederos, canaletas y compuertas. b.2 Método área-pendiente. A v eces s e pr esentan c recientes en s itios do nde n o ex iste n ingún t ipo de instrumentación y c uya es timación s e r equiere p ara el diseño de estructuras hidráulicas t ales c omo pue ntes o c anales. Las c recientes d ejan huel las q ue permiten hac er una es timación apr oximada d el c audal, determinando l as propiedades geométricas de 2 secciones diferentes, separadas una distancia L y el coeficiente de rugosidad en el tramo.

Ing. Miriam Vega Loyola.

22

Métodos generales para medir caudales a) Instalación de v

ertederos o c

anales P arshall ( canales abi ertos o

alcantarillado principalmente llenos). b) Métodos de l lenado d e r ecipientes par a caudales peq ueños o d escargas intermitentes (medición del tiempo en que el caudal permanece). c) Estimación d e l os c audales de bo mbeo ( se es tima a par tir de l as características de la bomba). d) Cronometrando el d esplazamiento de u n ob jeto flotante entre dos punt os fijos a l o l argo de s u r ecorrido, s e ut iliza par a al cantarillados par cialmente llenos, se tiene que medir la profundidad y estimar una velocidad media. e) Examen de los registros de uso de agua de la planta (tomando en cuenta las pérdidas del agua debidas a la evaporación).  Vertederos Se emplean para medir el gasto del agua que fluye libremente (flujos relativamente pequeños), como se muestran en la figuras 1.4, 1.5 y 1.6. Características: a) Es un di spositivo hidráulico que consiste de una escotadura, a través de l a cual s e hac e c ircular ag ua, pued en ser r ectangulares, t rapeciales, triangular o circular b) son de pared delgada. Se requiere conocer algunos parámetros para determinar el gasto: a) cresta: es la altura del chorro de ag ua desde el nivel de l a cresta hasta la superficie medida a una distancia (d) antes de la crestas.

Ing. Miriam Vega Loyola.

23 b) Carga s obre l a c resta; es el es pesor del c horro de ag ua m edida desde l a crestas en el plano del vertedero y tiene un valor aproximado del 31% de la carga.

 Vertedor Rectangular

Fig. No. 1.4 Vertedor rectangular.

Las siguientes ecuaciones se aplican para calcular el gasto. Con contracción. Q= 3.33 (L- n 0.1H)H3/2

Sistema Ingles

Q= 1.84 (L- n 0.1H)H3/2

Sistema Métrico

Q= 1.84 LH3/2

Sistema Métrico.

Q= 3.33 LH3/2

Sistema Ingles

Sin contracción.

Ing. Miriam Vega Loyola.

24 Donde: Q= Caudal (m3/s) n= Número de contracciones (en un lado o en los dos) L= Longitud de la cresta del vertedero (vertedor) (m) H= Carga del vertedor (m) Nota: Cuando el agua no tiene concentraciones laterales (n=0)  Triangular Es e l m ás u tilizado pr incipalmente es el del ángulo 9 0º e n s u vértice i nferior, s in embargo presenta u na g ran pér dida de c arga por l o t anto s e r ecomienda para caudales pequeños (menores a 110 l/s) y se muestra en la figura 1.5.

Fig. No.1.5 Vertedor triangular.

Las siguientes ecuaciones se aplican para calcular el gasto. Q= 2.54 H5/2

Sistema Inglés

Q= 1.40 H5/2

Sistema Métrico

Q= 1.4 tg α H5/2

Sistema Métrico Ángulo diferente a 90°

Ing. Miriam Vega Loyola.

25  Trapezoidal (vertedor Cipolletti) Es un v ertedor que requiere que el talud de sus lados estén en l a proporción de 1:4, como se muestra en la figura 1.6

Fig. No.1.6 Vertedor Cipolletti

Las siguientes ecuaciones se aplican para calcular el gasto. Q= 3.36 LH3/2

Sistema Ingles

Q= 1.859 LH3/2

Sistema Métrico

Dónde: L= Largo cresta (m) H= Carga (cm) Ejemplo. En un curso de agua está colocado un vertedor rectangular con dos contracciones, con u na l ongitud de c resta 1 .2 m y un a c arga de 0 .4 m. C alcular el gasto en el sistema métrico e inglés. Datos: n= 2 L= 1.2 m H= 0.4 m Ing. Miriam Vega Loyola.

26 Sustituyendo para sistema ingles. Q= 3.33 ((L- n 0.1H)H3/2 Q= 3.33 (3.9369 ft-(2*0.1*1.3124ft))(3.3124ft) 3/2 Q= 18.3963 ft3/s 1.2 m 3.2808 ft = 3.9372 ft 1m

Sustituyendo para sistema métrico Q= 1.84 (L-n0.1H)H3/2 Q= 1.84 (1.2- (2/0.1*0.4)*0.4))

3/2

Q= 0.5213 m3/s

Ing. Miriam Vega Loyola.

27 1.6 Características Químicas, Físicas, Fisicoquímicas y Biológicas. El conocimiento de la naturaleza del agua residual es esencial para el proyecto de las instalaciones de almacenamiento, tratamiento y evacuación, y para la gestión de calidad del ambiente. Las propiedades físicas y los constituyentes químicos y biológicos de l as aguas residuales se encuentran, junto con sus procedencias en los cuadros No.1.5, No.1.6 y No.1.7 respectivamente. La c aracterística f ísica m ás i mportante del ag ua r esidual es s u c ontenido de sólidos t otales, el c ual es tá c ompuesto por

materia flotante y m ateria e n

suspensión, en dispersión coloidal y en disolución, otras características físicas son la temperatura, color y olor. La procedencia de estos pueden ser; aguas residuales domésticas e i ndustriales, des integración nat ural d e c ontaminantes or gánicos, agua r esidual en d

escomposición, v ertidos i ndustriales, er osión del s uelo,

infiltración y conexiones incontroladas. A continuación se describirán algunos de estos parámetros: Características Físicas.

Sólidos totales. Analíticamente, el c ontenido de s ólidos t otales de un ag ua r esidual, s e d efine como l a materia q ue queda c omo r esiduo después de la ev aporación a 103°C105°C. La m ateria t otal, s ólidos y l íquidos – a v eces s e ut iliza el t érmino n o de l todo correcto, de sólidos totales -, existentes en un agua, se puede clasificar de la siguiente forma, ver cuadro No.1.3. El término f ijo eng loba habitualmente materia de n aturaleza i norgánica, m ientras que el término volátil se incluyen compuestos, en general, de naturaleza orgánica. Dentro de todos estos t ipos d e s ustancias, l a materia en suspensión es responsable de los siguientes efectos.

Ing. Miriam Vega Loyola.

28  Produce color aparente en el agua.  Disminuye el pas o d e ener gía s olar, por l o q ue es r esponsable de u na menor actividad fotosintética.  Ocasiona de pósitos s obre l as plantas ac uáticas y l as br anquias de l os peces.  Ocasiona depósitos por sedimentación, con lo que favorece la aparición de condiciones a naerobias y di ficulta l a al imentación de l os s eres v ivos acuáticos.

Sedimentables Materia en suspensión

No sedimentables

Coloides

Fija Volátil Fija Volátil

Fija Volátil

Sustancias filtrables Disueltas

Fija Volátil

Cuadro No.1.3 Clasificación de sólidos

Las sustancias filtrables son las responsables de:  Aumentar la salinidad.  Variar la solubilidad de oxígeno.  Pueden i nducir t oxicidad por l a presencia ent re ellas d e de terminados compuestos.

Ing. Miriam Vega Loyola.

29 A causa de las diferentes formas en que pueden encontrarse las sustancias en el agua, s e m iden di versos par ámetros q ue h acen r eferencia a l as m ismas, entre estos se encuentran:  Sólidos sedimentables.  Sólidos en suspensión.  Sólidos disueltos.  Sólidos fijos El tamaño de dichos sólidos se puede observar en el siguiente cuadro No.1.4.

´ ´ ´

´ ´

Cuadro No.1.4 Tamaño de los sólidos.

Temperatura. Es una v ariable f ísica q ue i nfluye not ablemente e n l a c alidad d el ag ua, af ecta parámetros o características como:  Solubilidad de gases y sales (Ley de Henry y curvas de solubilidad).  Cinética de l as r eacciones q uímicas y bi oquímicas ( Aumento d e l a velocidad de reacción con la temperatura, ley de Arrhenius).  Desplazamientos de equilibrios químicos (Un aumento de la temperatura los desplaza en el sentido en que son endotérmicos, principio de Le-Chatelier).  Tensión superficial.  Desarrollo de organismos presentes en el agua. Ing. Miriam Vega Loyola.

30 La influencia más interesante va a ser la disminución de la solubilidad del oxígeno al aumentar la temperatura y la aceleración de los procesos de putrefacción. La c ontaminación por c alor s e debe, fundamentalmente, al us o del ag ua c omo medio de r efrigeración en pr ocesos i ndustriales. S e de ben de a portar s oluciones como la aplicación de torres de refrigeración o la construcción de albercas o lagos de retención del agua caliente, antes de la devolución al cauce receptor. Conductividad. Es una medida d e l a r esistencia q ue o pone el ag ua al pas o de l a c orriente eléctrica, la conductividad proporciona la concentración de los iones en disolución, una c onductividad el evada s e t raduce en una s alinidad el evada o en v alores anómalos d e pH . L a temperatura es u na v ariable q ue m odifica sensiblemente estos valores. Color. Hay que distinguir lo que se llama color aparente, que es el que presenta el agua bruta, del denominado color verdadero, que es el que se presenta cuando se ha eliminado la materia en suspensión. El or igen del c olor pu ede s er de tipo i nterno ( debido a l os materiales di sueltos, dispersos o suspendidos) o de tipo externo (absorción de las radiaciones de mayor longitud de onda). La coloración de un agua natural “no contaminada” es causada principalmente por: sustancia hú micas, ácidos t ánicos, h ojas, fitoplancton, s ales d e h ierro, et c. L os colores de las aguas residuales pueden ser debidos a una multitud de compuestos orgánicos e inorgánicos, que pueden estar en elevadas concentraciones: sales de cromo, c olorantes i ndustriales, ac eites; l as ag uas r esiduales ur banas r ecientes tienen color gris, que va pasando a oscuro e incluso negro.

Ing. Miriam Vega Loyola.

31 Olor y Sabor. El ol or y s abor es tán, en g eneral, í ntimamente relacionados. E xisten solamente cuatro sabores f undamentales: ácido, s alado, a margo y dul ce. J unto a ellos s e suele hablar de sabores m etálico, a tierra, a m oho, a farmacia, e tc., e n es trecha relación c on l os ol ores. L as fuentes de olor y s abor pu eden s er nat urales o artificiales. E n g eneral, l os c ompuestos inorgánicos no pr oducen ol or, ex cepto el cloro, s ulfuro de hidrógeno, amoniaco y der ivados. Los c ompuestos or gánicos suelen producir tanto olores como sabores, entre estos, se destacan, los fenoles, clorofenoles, alquitranes, aldehídos, detergentes, ácidos grasos, índoles, también organismos vivos producen olores y sabores: algas, bacterias, hongos, así como la descomposición de vegetales y animales. Especialmente tienen malos olores y sabores las aguas residuales domésticas e industriales. Turbidez. La t urbidez de un ag ua es pr ovocada por l a m ateria i nsoluble, e n s uspensión o dispersión coloidal. E s un f enómeno ópt ico q ue consiste, esencialmente, en una absorción de luz combinada con un proceso de difusión. Las partículas insolubles responsables d e es ta t urbidez pued en s er apor tadas t anto por pr ocesos d e arrastre c omo de r emoción de tierras y t ambién p or v ertidos ur banos e industriales.

Ing. Miriam Vega Loyola.

Sulfuro de Hidrógeno

Sulfuros Orgánicos

(Huevo Podrido)

(Coles podridas)

Sulfuros Orgánicos (Coles podridas)

Ca, Na y SO4 que se añaden al agua de suministro

• Sedimentación •

• Floculación

Sulfuros Orgánicos (Coles podridas)

Olor

Tratamiento

Aminas Eskatol (Fecal)

Coagulación

Diaminas

(Pescado)

(Carne descompuesta) CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

Color

Procedencia:

Olor Procedencia:

• ARD

• A.R. en descomposición. (M.O)

• ARI

• Vertidos industriales

• Desintegración nat ural de m ateriales Orgánicos

• Microorganismos anaerobios

Sólidos en s uspensión conducen al des arenador desarrollo d e de pósitos de lodo y de las c ondiciones anaerobias

Sólidos SST, STT, SDT, SSF, SDF, SSV, STV, SDV Forma: • Coloidales • Flotantes • Suspensión • Dilución

Cuadro No.5. Propiedades Físicas.

33 Características Químicas. Con respecto a los compuestos orgánicos, debido a su gran variedad, procedentes del hombre y l a nat uraleza, s us c omponentes m oleculares no s uelen expresarse individualmente en u n anál isis de ag ua. Aunque s e pu eden determinar por separado, p or ejemplo, uno muy c onocido: el al quil benc il s ulfonato ( ABS). Es posible q ue en el c aso de no t ener una i nformación pr ecisa, s e puede r ecurrir a una serie de pruebas no específicas. Estas pruebas n o h acen di stinción entre l os c ompuestos orgánicos, per o da n l a evidencia q ue ellos e xisten o es tán presentes e n el ag ua. Entre l os pr incipales parámetros que caracterizan la materia orgánica presente en un agua están:  Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): Mide l a c apacidad de l as bacterias comunes p ara di gerir l a m ateria or gánica bi odegradable. S e expresa como ppm de 02.  Extraíbles de Carbón - Cloroformo (CCE): Determina l os pr oductos orgánicos absorbidos en c artuchos de c arbón ac tivado q ue s on extraídos con cloroformo.  Extraíbles de Carbón - Alcohol (CAE): Determina los productos orgánicos absorbidos en cartuchos de c arbón activado que son extraídos con alcohol etílico. Esta extracción se realiza después de la de cloroformo.  Demanda Química de Oxígeno (DQO): Mide la capacidad en disoluciones calientes de ác ido c rómico para ox idar l a m ateria or gánica. A naliza l a materia or gánica biodegradable y l a no biodegradable o r efractaria. S e expresa en ppm de O2.  Oxígeno Disuelto (OD): Determina la presencia de sustancias fuertemente reductoras en l as ag uas r esiduales, q ue p ueden di sminuir r ápidamente el nivel de ox ígeno en las c orrientes r eceptoras. S e d etermina midiendo l a Ing. Miriam Vega Loyola.

34 pérdida de oxígeno, 1 5 m inutos des pués d e di luir un a muestra c on ag ua saturada en oxígeno. Se expresa en ppm de O2.  Oxígeno consumido por el permanganato (O2): Mide l a s usceptibilidad de la materia orgánica de una muestra a la oxidación por el permanganato potásico. Se expresa como ppm de O2.  Extraíbles en disolvente: Determina l a materia or gánica q ue s e pu ede extraer directamente del ag ua. C omo ag ente par a l a ex tracción se ut iliza hexano, tetracloruro de carbono o cloroformo.  Carbón Orgánico Total (TOC): Mide el CO 2 producido por los compuestos orgánicos cuando s e introduce una muestra de ag ua e n una c ámara d e combustión. S e de be eliminar pr eviamente el C O2 de l a al calinidad o s e resta del CO2 total para así determinar el carbón orgánico. Se expresa en ppm como C. El c omponente or gánico de l as m uestras de ag uas r esiduales es es timado generalmente en términos de l as demandas de ox ígeno ut ilizando l a D emanda Bioquímica de O xígeno (DBO), l a D emanda Q uímica de Oxígeno ( DQO) y l a Demanda Total de O xígeno ( DTO) o en t érminos d el C arbono O rgánico T otal (COT), dos de los principales parámetros, se describen a continuación: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) La DBO5 es la cantidad de ox ígeno empleado por los microorganismos a l o largo de un per íodo de cinco días, para descomponer la materia orgánica de l as aguas residuales a una temperatura de 20 °C. La D BO5 suele e mplearse para c omprobar l a c arga or gánica de l as ag uas residuales municipales e i ndustriales bi odegradables, s in t ratar y t ratadas. La DBO5, la cual es un estimativo de la cantidad de oxígeno requerido para estabilizar los m ateriales or gánicos bi odegradables por u na población h eterogénea de Ing. Miriam Vega Loyola.

35 microorganismos, es un par ámetro no bi en de finido q ue ha s ido ut ilizado po r muchos años, al asignar una demanda de oxígeno a las aguas residuales. La pr ueba d e l aboratorio es tá i nfluenciada por muchas v ariables y l imitaciones como son: a) Aclimatación de la semilla. b) La temperatura y el pH. c) La presencia de compuestos tóxicos. d) El tiempo de incubación. e) Nitrificación. a) Aclimatación de la Semilla: El us o d e u na s emilla bi ológica q ue no es té aclimatada al agua residual es un factor muy común responsable de resultados erróneos de DBO5. La semilla a utilizar en esta prueba debe ser preparada en un r eactor c ontinuo a es cala de l aboratorio, al imentado c on di soluciones d el desecho. La composición del desecho puede ser incrementada y se considera la semilla como aclimatada una vez que la remoción de orgánicos y el oxígeno alcanzan un nivel máximo y llegan a estabilizarse. b) Temperatura y pH: Los resultados de la DBO5 pueden ser afectados sí el pH de la muestra es menor de 6. 5 o mayor de 8. 3 unidades. Aunque la DBO5 se lleva a c abo a una temperatura estándar de 20 °C, las condiciones del campo necesitan l a i ncubación a otras t emperaturas. S e r equiere en tonces un factor de corrección para compensar la diferencia de temperatura. c) Toxicidad: La pr esencia de s ustancias t óxicas en una

muestra de ag ua

residual p uede t ener un e fecto bi otóxico o bi oestático s obre l a s emilla d e microorganismos. Este efecto se manifiesta por disminución de los valores de DBO5 donde, el resultado de la DBO5 aumenta con el aumento de la dilución de la muestra. Una vez se detecte la presencia de m ateriales tóxicos se debe

Ing. Miriam Vega Loyola.

36 tomar m edidas par a i dentificarlos y r emoverlos o us ar diluciones don de l os resultados de la DBO5 den valores consistentes. d) Tiempo de incubación: La importancia de la variable tiempo de incubación es indicada en la ecuación básica de l a D BO5. El tiempo de incubación usual es de 5 dí as, a unque el tiempo us ual r equerido par a l a c ompleta e stabilización ocurre (DBO5 última) dependiendo de l a biodegradabilidad de l os compuestos presentes y la capacidad depuradora de los microorganismos. e) Nitrificación: Aunque al go de ni trificación oc urre a t ravés del per íodo d e incubación, un efecto de dos etapas es generalmente observado. Esto resulta del hecho de que las constantes de velocidad de nitrificación son mucho más bajas que las de la demanda carbonácea y la demanda nitrificante; no se inicia hasta que la demanda carbonácea esté completamente satisfecha. La medida de l a demanda de ox ígeno ej ercida p or l a fracción c arbonácea d el des echo puede s er medida, r etardando el pr oceso de ni trificación e n l a bot ella, adicionando inhibidores de la nitrificación o dejando que ella ocurra y sustraerla de la demanda total. Demanda Química de Oxígeno (DQO) La D QO m ide el ox ígeno eq uivalente d e s ustancias or gánicas e i norgánicas en una muestra acuosa que, es susceptible a l a oxidación por dicromato de p otasio en una solución de ácido sulfúrico. Este parámetro ha s ido usado por más de u n cuarto de s iglo par a es timar el c ontenido d e orgánicos e n aguas y ag uas residuales. Sin embargo, la correcta interpretación de los valores de D QO puede presentar pr oblemas por l o c ual s e d ebe e ntender l as v ariables que a fectan l os resultados de este parámetro. El valor de l a DQO es siempre superior al de la DBO5 porque muchas sustancias orgánicas pueden oxidarse químicamente, pero no biológicamente.

Ing. Miriam Vega Loyola.

37 Generalmente, s e po dría es perar q ue l a D BO5 última d el ag ua r esidual s e aproximara a l a D QO. S in e mbargo, ex isten m uchos factores q ue a fectan estos resultados especialmente en desechos industriales complejos. Estos factores son los siguientes: 1. Muchos compuestos orgánicos que son oxidables por el dicromato no s on bioquímicamente oxidables. 2. Ciertas s ustancias i norgánicas, t ales c omo s ulfuros, s ulfatos, t iosulfatos, nitritos y el i on f erroso, s on ox idados por e l di cromato c reando u na D QO inorgánica, l o c ual entorpece l os d atos c uando l a D QO s e m ide como e l contenido de materia orgánica en un agua residual. 3. Los resultados de la DBO5 pueden ser afectados por pérdida de semilla por aclimatación, d ando resultados er róneos. Los r esultados de

DQO s on

independientes de esta variable. 4. Los cloruros interfieren en el análisis de la DQO. Se puede obtener lecturas más altas resultantes de la oxidación de cloruros por dicromato. En l a c aracterización de l as ag uas residuales, de ac uerdo c on l a i ndustria, es necesario el análisis de otros compuestos orgánicos, como son ácidos orgánicos, alcoholes, al dehídos, f enoles y ac eites específicamente e n l a i ndustria petroquímica. En un agua residual de concentración media, un 75% de los sólidos suspendidos y un 40% de l os s ólidos f iltrables s on de naturaleza or gánica pr ocedentes de l os reinos animal y vegetal y de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de c ompuestos or gánicos.

Los c ompuestos or gánicos es tán

formados

generalmente por un a c ombinación de c arbono, hidrógeno y ox ígeno, j unto con nitrógeno en al gunos c asos. O tros el ementos i mportantes t ales c omo az ufre, fósforo y hierro pueden también estar presentes.

Ing. Miriam Vega Loyola.

38 Los s ólidos i norgánicos es tán formados p rincipalmente por nitrógeno, fósforo, cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y al gunas s ustancias tóxicas como arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc. Los sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los nitrogenados, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula, son proteínas, ureas, aminas y aminoácidos. Los no ni trogenados s on pr incipalmente celulosa, grasas y jabones. La concentración de orgánicos en el agua se determina a través de l a D BO5, l a c ual m ide m aterial or gánico carbonaceo pr incipalmente, mientras que la DBO20 mide material orgánico carbonaceo y nitrogenado. Las pr opiedades q uímicas de l as ag uas r esiduales s on pr oporcionadas p or componentes q ue se pue den agrupar en t res categorías, según s u naturaleza: materia or gánica, c ompuestos i norgánicos y c omponentes g aseosos. Tanto el grupo de s uspensión como di solución, pr esenta un a c omposición m ás o menos homogénea, e n l a q ue s e encuentran, e n forma pr edominante, l as pr oteínas, l os hidratos de carbono y algunos aceites y grasas. El nitrógeno orgánico puede aparecer como amonio, en los nitratos orgánicos y en los nitritos, siendo las dos primeras formas mayoritarias. La pr esencia de ni tratos es m uy i mportante c uando s e apl ican s istemas de v ertidos a s uelos. Y a demás, por l a c apacidad de eut roficación q ue d esarrollan es tos c ompuestos c uando aparecen en concentraciones elevadas en la parte superficial de los suelos. Otros el ementos c omo el z inc el c obre y el ní quel s on l os metales que m ás contribuyen a acrecentar las cifras de elementos pesados, siendo el zinc el metal usado como referencia de toxicidad. El boro es el otro elemento que puede afectar mucho a los sistemas biológicos de tratamientos d e ag uas. E s es encial en l a micronutrición v egetal, pero pu ede s er tóxico para muchos sistemas de fauna y flora que están presentes en los procesos de las aguas residuales. En los siguientes cuadros se resumen algunos de es tos parámetros y su procedencia.

Ing. Miriam Vega Loyola.

Procedencia: Escorrentías, Campos, Tierras abandonadas.

Método: Cromatografía de gases con captura de e-

Tóxicos

Causan: Plaguicidas

Contaminantes peligrosos en aguas superficiales

Muerte de peces, intoxicación Medida de contenido orgánico

Se reportan en ppb Gases

Materia Orgánica Combinación d (Algunos casos)

e CHO

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS Método: Método: Cromatografía de gases con captura de e-

Materia Inorgánica

SAAM Causan: GyA

Agentes tensoactivos * • Moléculas grandes orgánicas • Ligeramente solubles en agua • Causan espumas en PTAR • Presentes en detergentes

Muerte de peces, intoxicación

• Carbohidratos (azucares, al midón, celulosa…) • G y A ( Mantequilla) Gy A vegetales (semillas, nueces…) • Urea

• Moléculas s intéticas orgánicas ((2)plaguicidas, Fenoles, ag entes tensoactivos). • Proteínas ( P .Maltos 20000- 20 E6) • Se forman a partir de los aminoácidos. • Su or igen l as pl antas y tejidos grasos de la carne

N

O3 Desinfección y control de olor.

CH4 Descomposici ón anaerobia

SOx y N2 procesos de combustión

Gases comunes en la atmosfera CO2, O2,N2

Proceden de l a disolución de suelos y r ocas , intrusión de agua s alada, descargas de ARD y A RI, a grícolas, He ces humanas ( 6g de C l-/día personas)

Compuestos tóxicos: • Muerte de microorganismos • Y por lo tanto se detiene la PTAR

Cl2 para desinfección Gases

Descomposición d e l a materia orgánica.

Nitrógeno: Causa c recimiento de plantas. Y Eutroficación de cuerpos de agua.

Cloruros

( H2S, NH3 )

MATERIA INORGÁNICA

Azufre q ue s e l ibera de l a síntesis de proteínas

Aniones CN, CrO4, F) proceden del ARI

Metales pesados: • Ni , Cr, Cu • Mn, Cd, Fe • Pb, Zn, Hg

Crecimiento de algas (Fosforo)

DBO: DTeO: Determina principalmente m aterial de origen animal o vegetal en A.R

• Determina t amaño d e i nstalación de PTAR. • 20 días oxida del 95-99% • 5 días oxida del 60-70% • M.O (5 días a 20°C) • Bacterias saprófitas

COT: Para peq ueñas concentraciones Mat.Org. A naliza c on I.R, E spectro infrarojo.

• Bacterias au tótrofas carbonosa MEDIDA DEL CONTENIDO ORGÁNICO

–Materia n o

• Cantidad d e ox ígeno par a estabilizar biológicamente la materia Orgánica.

DTO

DQO:

Combustión c atalizada con platino

Utiliza q uímico f uertemente oxidante e n medio acido K2CrO7(H2SO4)

42 Características Biológicas. Es c laro q ue el c omponente or gánico de l as ag uas r esiduales es un m edio de cultivo q ue per mite el des arrollo de l os m icroorganismos q ue c ierran l os c iclos biogeoquímicos de elementos como el azufre, el carbono, el nitrógeno o el fósforo, entrando frecuentemente en c onsecuencia y el iminando l os elementos q ue s on fundamentales par a los s istemas bi ológicos de t ratamientos de l as ag uas residuales. Este componente biológico se manifiesta fundamentalmente en 5 áreas diferentes: a. Descomposición d e l os c ompuestos or gánicos c ontenidos e n l as ag uas residuales. b. Eliminación de determinados compuestos orgánicos que sean tóxicos para los vegetales y microorganismos del suelo. c. Desaparición de microorganismos patógenos. d. Participación de l os c iclos bi ogeoquímicos d el ni trógeno, del fósforo y del azufre. e. Reacciones de l a materia or gánica t ransformada y del c omponente microorgánico frente a los constituyentes minerales del suelo. Un úl timo aspecto del c omponente bi ológico de l as aguas r esiduales, es l a presencia de d eterminados v irus, c omo p ueden s er el ad enovirus, en terovirus, hepatitis A , etc. Q uienes a ún e n muy baj a pr oporción r especto a bac terias y microorganismos e n g eneral, m anifiestan enorme peligrosidad desde el punto de vista s anitario. Una de l as r azones más i mportantes para t ratar l as ag uas residuales es l a el iminación d e t odos l os a gentes pat ógenos de origen hum ano presentes en l as excretas c on el pr opósito de c ortar el c iclo epi demiológico d e transmisión. Estos son, entre otros: a. Coliformes totales b. Coliformes fecales c. Salmonella d. Virus Ing. Miriam Vega Loyola.

43 Microoganismos Los g rupos pr incipales d e or ganismos que s e encuentran en l as ag uas superficiales se clasifican en pr otistas, vegetales y animales. La categoría de l os protistas i ncluyen l as bac terias, hongos, protozoos y al gas. Los v egetales s e clasifican en plantas de semilla, helechos, musgos y hepáticas. Como animales se clasifican los vertebrados e invertebrados. Los virus que también se encuentran en el agua residual se clasifican según el sujeto infectado. Protistas. Dado el a mplio y fundamental papel j ugado p or l as bac terias en l a descomposición y es tabilización de l a m ateria or gánica, t anto e n l a nat uraleza como en l as pl antas de t ratamiento, de ben c onocerse bien s us características, funciones, metabolismo y s íntesis, l as bacterias coliformes se utilizan c omo u n indicador de contaminación y es pr oducida por v ertidos d e or igen hu mano. Las algas pueden presentar un s erio inconveniente en las aguas superficiales, ya que cuando las condiciones son favorables pueden reproducirse rápidamente y cubrir ríos, lagos y embalses con grandes colonias flotantes. Virus. Los v irus ex cretados por l os h umanos pu eden l legar a s er un pel igro importante par a l a s alud p ública, s e s abe c on c erteza q ue al gunos v irus viven hasta 41 días en el agua residual a 20 °C y durante 6 días en un rió normal. Cierto número de br otes de hepatitis infecciosa han sido atribuidos a la transmisión del virus a través del suministro normal de agua. Plantas y ani males. El c onocimiento de es tos or ganismos es út il par a v alorar el estado de las corrientes y lagos, al determinar la toxicidad de las aguas residuales evacuadas al ambiente y al o bservar l a e fectividad de l a v ida b iológica en l os procesos secundarios de tratamiento. Organismos Patógenos Los or ganismos pa tógenos encontrados en el ag ua r esidual pu eden proceder de desechos hu manos que es tén i nfectados, o q ue s ean por tadores de u na enfermedad determinada. Los or ganismos pat ógenos b acterianos us uales, q ue Ing. Miriam Vega Loyola.

44 pueden s er excretados p or el

hombre, causan e nfermedades del

aparato

gastrointestinal, tales c omo f iebre tifoidea o par atifoideas, disentería, di arreas y cólera. D ado q ue estos or ganismos s on al tamente i nfecciosos, s on l os responsables de m uchas miles de m uertes cada año en

zonas con escasa

sanidad, especialmente en los trópicos. A pesar de que los organismos patógenos bacterianos son los más numerosos, no son en ningún modo los únicos patógenos presentes en el agua residual. Bacterias. Son l os organismos más i mportantes e n l a des composición y estabilización d e l a materia or gánica. A sí m ismo, l os organismos bac teriales patógenos q ue pu edan ac ompañar l as excretas h umanas or iginan u no de l os problemas sanitarios m ás g raves. Los i ndividuos i nfectados c on al gún t ipo d e enfermedad ex cretan en s us h eces b acterias pat ógenas, c ontaminando así l as aguas residuales domésticas. Huevos de H elminto. Los parásitos h elminto más i mportantes q ue p ueden encontrarse en aguas residuales son las lombrices intestinales que causan anemia debido a l a perdida sanguínea (200 ml/día) que ocasiona aproximadamente 1000 gusanos d e Necator americanus. E l t érmino hel minto se apl ica a parásitos en forma de lombriz.

Ing. Miriam Vega Loyola.

• Fiebre ,cólera, diarrea • Tifoidea, Disentería • Enfermedades gastrointestinales

Organismos patógenos

Grupos de M.O. presentes en A.R y A.S

Proceden de: Desechos humanos, Bacterias

ASPECTOS BIOLÓGICOS

Descomposición y M.O.

estabilización d e

• Bacterias …. Coliformes  Indicador de contaminación  Origen humano • Hongos • Protozoos ( A mebas, Flagelados, ciliados(1)[se al imentan de bacterias] • Algas  Problemas en aguas sup.  Reproducción rápida

Virus:

No significan contaminación por humanos.

Persona evacua 100000400000 mill/día

Indican que puede haber M.O patógenos

 NMP 

Filtro de Membrana

 Viven hasta 41 días en A.R a 20 °C y 6 días en un río.

 Eutroficación Para A.S Animales:  Rotíferos  Gusanos  Crustáceos

Coliformes

Incluye géneros: Tienen forma de bastoncillos

 10000-1000000 dosis infecciosas de hepatitis en 1g de heces.

Útiles para destruir M.O en procesos biológicos en PTAR

Existen 2 Métodos:

 Cubre r íos, l embalses.

 E.Coli  Aerobacter

Su a usencia i ndica que no ex isten organismos productores de enfermedades

Para A.R Vegetales  Helechos, Musgos  Plantas de semilla

agos,

46 1.7 Muestreo de las Aguas Residuales. La adquisición de datos significativos demanda el uso de procedimientos correctos de m uestreo, t ransporte y al macenamiento. E stos pr ocedimientos pued en s er bastante di ferentes para l as di stintas especies en el ag ua. E n general, d eben tomarse m uestras s eparadas unas p ara l os anál isis q uímicos y ot ras par a l os análisis bi ológicos, p orque s us t écnicas d e m uestreo y c onservación di fieren significativamente. N ormalmente, mientras más c orto s ea el i ntervalo de t iempo entre l a t oma d e l a m uestra y el análisis, más pr eciso s erá el mismo. D e hecho algunos an álisis debe n r ealizarse en el c ampo algunos m inutos des pués de l a toma de l a m uestra. O tros c omo l a determinación de l a temperatura de ben hacerse en el propio cuerpo de agua. Unos minutos después de la toma, el pH del agua puede cambiar, los gases disueltos (oxígeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y cloro) pueden volatilizarse, mientras otros gases (oxígeno, dióxido de carbono) pu eden absorberse de l a a tmósfera. P or c onsiguiente, l os a nálisis d e temperatura, pH y l os g ases di sueltos s iempre d eben r ealizarse en el c ampo. Además, l a pr ecipitación d el c arbonato d e calcio ac ompaña l os cambios e n l a relación de pH -alcalinidad-carbonato de c alcio des pués de l a t oma de m uestras. De es ta m anera, el a nálisis de una m uestra des pués de es tar es tancada pu ede dar valores erróneamente bajos en calcio y para la dureza total. Las muestras pueden dividirse en dos categorías principales: 1. Muestras puntuales. Son aquellas que se toman en un solo instante y en un s olo l ugar y , por c onsiguiente, s on m uy es pecíficas c on respecto al tiempo y la localización. 2. Muestras compuestas. Son las tomadas durante un lapso de tiempo y pueden ab arcar t ambién l ocalidades di ferentes. E n pr incipio, l os resultados promedio de un gran número de muestras puntuales dan la m isma i nformación q ue un a muestra c ompuesta. U na m uestra compuesta tiene la ventaja de proporcionar un cuadro global a partir de un solo análisis. Ing. Miriam Vega Loyola.

47 Para determinar los valores y concentraciones de l os parámetros establecidos en la Norma Oficial Mexicana, se deben aplicar los métodos de pr ueba indicados en las N ormas M exicanas, por ej emplo p ara coliformes fecales, los a nálisis se llevarán a c abo en el laboratorio de acuerdo con la NMX-AA-102-1987, siempre y cuando se demuestre a nte la a utoridad c ompetente q ue l os r esultados de l as pruebas g uardan un a es trecha c orrelación o s on equivalentes a l os ob tenidos mediante el método de tubos múltiples que se establece en la NMX-AA-42-1987. Algunas normas para el muestreo se mencionan a continuación: NMX-AA-003-1980. Muestreo de Aguas Residuales. Esta nor ma es tablece l os l ineamientos generales y r ecomendaciones par a muestrear l as des cargas de ag uas r esiduales, c on el f in de det erminar s us características físicas y químicas, debiéndose observar las modalidades indicadas en las normas de métodos de prueba correspondientes.  Aparatos y equipo Recipientes para el t ransporte y c onservación de l as m uestras. Los r ecipientes para l as m uestras d eben s er d e materiales i nertes al c ontenido de l as ag uas residuales. Se recomiendan los recipientes de polietileno o vidrio. Las t apas d eben pr oporcionar un c ierre her mético e n l os r ecipientes y s e recomienda q ue s ean de m aterial a fín al del r ecipiente. S e r ecomienda q ue l os recipientes tengan una capacidad mínima de 2 dm3 (litros). NMX-AA-014-1980. Muestreo en Cuerpos Receptores. Esta nor ma es tablece l os l ineamientos g enerales y r ecomendaciones p ara el muestreo en

cuerpos receptores de ag uas superficiales, ex cluyendo ag uas

estuarinas y aguas marinas, con el fin de d eterminar sus características f ísicas y químicas y bateriológicas, debiéndose observar las modalidades indicadas en las normas de métodos de prueba correspondientes.

Ing. Miriam Vega Loyola.

48  Etiquetas para la muestra Se deben tomar las precauciones necesarias para que en cualquier momento sea posible identificar las muestras. Se deben emplear etiquetas pegadas o colgadas, o numerar los frascos anotándose la información en una hoja de registro. Estas etiquetas deben contener como mínimo la siguiente información: a. Cuerpo receptor en estudio. b. Número y nombre de la estación. c. Identificación de la descarga. d. Número de la muestra. e. Fecha y hora de muestreo. f. Nombre y firma de la persona que efectúa el muestreo. g. Análisis a efectuar. Se debe utilizar papel y tinta que no sufran alteraciones con el agua.  Hoja de Registro Se debe de llevar una hoja de registro con la información que permita identificar el origen de l a muestra y todos los datos que en un momento dado permitan repetir el muestreo. Esta hoja debe contener la siguiente información: a. Los datos descritos en el punto anterior. b. Resultados de pruebas de campo practicadas en la zona estudiada, sobre diferentes planos de la misma. c. Temperatura ambiental, temperatura del agua, pH y gasto. d. Localización de las estaciones de muestreo. e. Descripción det allada de l as es taciones de m uestreo, de m anera que cualquier persona pueda tomar otras muestras en el mismo lugar. Para l as nor mas an teriores, t ambién es pos ible el us o d e m uestreadores automáticos. Ing. Miriam Vega Loyola.

49 Muestreadores Automáticos. Se per mite s u em pleo s iempre y c uando s e oper en d e ac uerdo c on l as instrucciones del adecuado

fabricante d el eq uipo muestreador d ándoles el c orrecto y

mantenimiento, as

egurándose

que s

e

obtienen

muestras

representativas de las aguas residuales o del cuerpo receptor. Cualquiera que sea el método de muestreo específico que se aplique a cada caso, debe cumplir los siguientes requisitos. Las muestras d eben ser r epresentativas d e l as c ondiciones q ue ex istan e n el punto y hor a de m uestreo y t ener el v olumen s uficiente par a efectuar en él l as determinaciones c orrespondientes. Las m uestras de ben r epresentar l o m ejor posible las características del efluente total que se descarga por el conducto que se muestrea. Tipos de muestreo. Muestreo en tomas: Se recomienda, se instalen tomas en conductos a presión o en c onductos q ue permitan el fácil ac ceso para muestrear a c ielo abi erto c on e l objeto de caracterizar debidamente las aguas residuales. Las tomas d eben tener un di ámetro adecuado p ara muestrear correctamente l as aguas residuales en función de los materiales que puedan contener, deben ser de la m enor l ongitud pos ible, y pr ocurar s ituarlas d e t al manera q ue l as muestras sean representativas de la descarga. Se r ecomienda el us o de m ateriales s imilares a l os del c onducto, de ac ero al carbón o de acero inoxidable. Se deja f luir un v olumen aproximadamente i gual a 10 v eces el v olumen d e l a muestra y a continuación se llena el recipiente de muestreo.

Ing. Miriam Vega Loyola.

50 Muestreo en descargas libres Cuando l as ag uas r esiduales fluyen l ibremente en forma d e c horro, d ebe emplearse el siguiente procedimiento. El recipiente muestreador se debe enjuagar repetidas veces antes de efectuar el muestreo. Se introduce el recipiente muestreador en l a descarga o de s er posible, se t oma directamente la muestra en su recipiente. La muestra se transfiere del recipiente muestreador al recipiente para la muestra cuidando de que ésta siga siendo representativa. Muestreo en canales y colectores Se recomienda tomar las muestras en el centro del canal o colector de preferencia en lugares donde el flujo sea turbulento a fin de asegurar un buen mezclado. Si s e v a a ev aluar c ontenido d e g rasas y aceites s e deben t omar por ciones, a diferentes pr ofundidades, c uando n o h aya mucha t urbulencia para as egurar una mayor representatividad. El r ecipiente m uestreador s e debe enjuagar repetidas v eces c on el agua p or muestrear antes de efectuar el muestreo. El recipiente m uestreador, at ado con una c uerda y sostenido con la m ano de preferencia e nguantada, s e i ntroduce en el ag ua r esidual c ompletamente y s e extrae la muestra. Si l a m uestra s e t ransfiere de r ecipiente, s e deb e c uidar q ue és ta s iga s iendo representativa.

Ing. Miriam Vega Loyola.

51 Obtención de muestras compuestas Se r ecomienda q ue l as m uestras s ean c ompuestas, para que r epresenten el promedio de l as v ariaciones de l os c ontaminantes. El pr ocedimiento p ara l a obtención de dichas muestras es el siguiente: Las muestras compuestas se obtienen mezclando muestras simples en volúmenes proporcionales al g asto o flujo de des carga m edido en el s itio y m omento del muestreo. El i ntervalo ent re l a toma de c ada muestra s imple p ara i ntegrar l a m uestra compuesta, d ebe s er el s uficiente p ara det erminar l a v ariación d e l os contaminantes del agua residual. Las muestras c ompuestas s e deben t omar de t al m anera q ue c ubran l as variaciones de las descargas durante 24 horas como mínimo. Preservación de las muestras No es posible proteger completamente una muestra de agua de los cambios en su composición. S in em bargo puede n e mplearse varios adi tivos y t ratamientos para minimizar el deterioro de las muestras. El método más general de conservación de la m uestra es l a r efrigeración a 4° C. N ormalmente debe ev itarse l a c ongelación debido a l os cambios físicos (formación de precipitados y pérdida de g ases) que puede afectar adv ersamente a l a c omposición d e l a m uestra. L a acidificación s e aplica, normalmente, a l as muestras d e metales p ara pr evenir s u pr ecipitación y también para hacer más lenta la acción microbiana. En el caso de los metales, las muestras d eben filtrarse an tes de agregar el ác ido para facilitar l a determinación de los metales disueltos. Los tiempos de almacenamiento de las muestras varían, desde cero para parámetros como la temperatura o el oxígeno disuelto medido por una s onda, h asta s eis m eses para l os metales. M uchos t ipos di ferentes d e muestras, incluyendo aquellas en que van a ser analizadas la acidez, alcalinidad y varias formas de nitrógeno o fósforo, no deben almacenarse por más de 24 horas. Algunos métodos se resumen en la siguiente tabla No. 1.2. Ing. Miriam Vega Loyola.

52 Preservar l a m uestra dur ante el t ransporte p or m edio d e u n baño de hi elo y conservar las muestras en refrigeración a una temperatura de 277K (4°C). Conservante o técnica

Efectos en las muestras

usada Ácido Nítrico Ácido Sulfúrico

Tipo de muestra para el cual se emplea el método

Mantiene los metales en

Muestras q ue c ontienen

disolución

metales

Bactericida

Muestras bi que c

odegradables

ontienen c

arbono

orgánico, aceite o grasa Formación de s ulfatos c on Muestras q ue c ontienen las bases volátiles Hidróxido de Sodio

aminas o amoníaco

Forma s ales de s odio c on Muestras q ue c ontienen ácidos volátiles

ácidos or gánicos v olátiles o cianuros

Reacción Química

Fijar un particular

el

emento en

Muestras q ue s e anal izan para ox ígeno di suelto, OD, usando el método Winkler.

Tabla No.1.2 Conservantes y métodos de conservación para las muestras de agua

Se recomienda que el intervalo de t iempo entre la extracción de l a m uestra y su análisis sea el menor posible y que no exceda de tres días. Solo se permite agregar a las muestras los preservativos indicados en las Normas correspondientes y en función del parámetro a determinar.

Ing. Miriam Vega Loyola.

53 1.8 Determinación de Gastos Másicos. Otra c aracterística de los f luidos en m ovimiento es que en general al f luir unas capas del fluido se deslizan sobre otras. E ste deslizamiento se realiza con cierta resistencia, o sea que en general los fluidos presentan fricción o rozamiento. Esta fricción o r ozamiento está r elacionada c on la v iscosidad del fluido. Todos h an notado cuan diferente fluye el agua, el aceite o la miel de abeja, lo cual se debe a la diferente viscosidad de es tos fluidos. En ocasiones se considera que la fricción en los fluidos es muy pequeña por lo que no se toma en cuenta. Una magnitud que caracteriza un flujo de un fluido determinado es el gasto: a. Gasto V olumétrico (G). Volumen del f luido por unidad de t iempo, que atraviesa una sección transversal del tubo de corriente. b. Gasto Másico (Q). Masa del fluido por unidad de tiempo, que atraviesa una sección transversal del tubo de corriente. De acuerdo a la definición del gasto volumétrico, se tiene

…(1.1) Donde: G = Gasto volumétrico V = Volumen que atraviesa la sección transversal del tubo, en el tiempo t. t = Tiempo El v olumen V es i gual al ár ea de l a s ección t ransversal A por l a di stancia q ue recorre un a c apa de fluido en el t iempo, p or l o an terior: el g asto se de fine como volumen d el l íquido que pas a por l a s ección t ransversal de un a corriente e n l a unidad de t iempo. E ste dat o es uno d e l os m ás i mportantes q ue deb en considerarse en la recolección de muestras, su medida se utiliza para:

Ing. Miriam Vega Loyola.

54 a. Interpretar las variaciones de flujo. b. Calcular la masa de las sustancias arrastradas por el agua y, c. Facilitar la planificación de los estudios. El gasto másico está relacionado con el volumétrico por la siguiente expresión: Q=Gρ=AVρ

… (1.2)

Donde: Q = Gasto másico G = Gasto volumétrico A = Área V = Velocidad ρ = Densidad del fluido Analizando l as u nidades del g asto v olumétrico tiene unidades de m densidad d e K g/m

3

3

/s y la

por lo q ue l as uni dades d el g asto másico s on K g/s,

correspondientes c on l a def inición de g asto m ásico c omo masa del f luido po r unidad de tiempo. Es importante conocer el gasto de des carga cuando se muestrean para delimitar los parámetros, ya que la concentración de contaminantes se reparte en mg/l y sin este flujo de descarga no se puede evaluar la carga total de los contaminantes. A la acción de medir el gasto se le denomina “aforar”, en términos generales los métodos para a forar una c orriente es tán b asados en l a l ey de l a c ontinuidad, expresada por la siguiente ecuación: G= A x V

… (1.3)

Dónde: G= Gasto (l/s, m3/s)

Ing. Miriam Vega Loyola.

55 A= Área a través de la cual fluye el agua (m2, cm2) V= Velocidad media del flujo o distancia por unidad de tiempo (m/s) Entre estos métodos destacan los de: 1. Sección - velocidad 2. Sección - pendiente 3. Vertederos Sección – Velocidad. Para aplicar este método se calculan por separado el área de l a s ección t ransversal y l a v elocidad de la c orriente. Si es p osible v adear l a corriente, se mide el ancho y se divide en segmentos para también medir en cada uno de el los el tirante de agua y calcular áreas parciales cuya suma será el área total. Si no es posible vadear el río se usará alguna estructura como un puente o una embarcación. El área o sección se calcula mediante la expresión:

A = D2 4

Π θ 360

Senθ 2

…(1.4)

… (1.5)

Dónde: A= Área mojada (m2) D = Diámetro (m) θ = Ángulo que forman los radios que unen el espejo de agua r = Radio del ducto de la descarga (m) T = Tirante (m) Nota: Tiene una limitante cuando r se hace igual al tirante.

Ing. Miriam Vega Loyola.

56 La medición del caudal se realiza de f orma manual utilizando un c ronómetro y un recipiente aforado. El procedimiento a seguir es tomar un volumen de una muestra cualquiera ( V) y m edir el t iempo t ranscurrido ( t) des de q ue s e i ntroduce en l a descarga has ta q ue s e r etira de ella, l a r elación d e es tos dos v alores per mite conocer el caudal (Q) en ese instante de tiempo. Este método tiene la ventaja de ser el más sencillo y confiable, siempre y cuando el lugar donde se realice el aforo garantice que al recipiente llegue todo el volumen de agua que sale por la descarga. Entre sus desventajas se cuenta que la mayoría de veces es necesario adecuar el sitio de aforo para evitar perdida de muestra en el m omento de a forar; t ambién s e deben e vitar r epresamientos q ue p ermitan l a acumulación de sólidos y grasas. La estimación y la proyección de los caudales promedio se necesitan para definir la c apacidad de di seño, as í c omo l os r equerimientos hi dráulicos del sistema de tratamiento. L os c audales pr omedios de ben s er des arrollados t anto para l as condiciones de diseño como para el periodo inicial de operación.

Ing. Miriam Vega Loyola.

57 1.9 Aguas Residuales de Origen Industrial. El or igen, c omposición y c antidad d e l os desechos es tán r elacionados c on l os hábitos de vida vigentes. Cuando un producto de desecho se incorpora al agua, el líquido resultante recibe el nombre de agua residual. Las aguas residuales tienen un origen doméstico, industrial, subterráneo y meteorológico. El uso del agua que la industria demanda puede clasificarse en cuatro principales actividades que se llevan a cabo en la mayoría de las industrias: 1. Agua para enfriamiento. 2. Agua para calderas. 3. Agua para procesos. 4. Agua para servicios generales. 1. Agua para Enfriamiento. La industria demanda grandes volúmenes de ag ua para enfriamiento en di versos procesos, c omo p uede s er el e nfriamiento de c ondensadores de pl antas de energía, r efinamiento del pet róleo, pl antas químicas, des tilerías y ot ras; t ambién se us a par a en friamiento e n m áquinas de c ombustión i nterna y pl antas d e bombeo, y enfriamiento en plantas de fundición. El ag ua par a l a i ndustria debe c umplir c on las nor mas de c alidad es pecíficas d e acuerdo a los usos y al tipo de industria. Los problemas que se pueden presentar en u n s istema d e e nfriamiento debido a l a mala c alidad d el ag ua em pleada son: formación de d epósitos e i ncrustación, corrosión, obs trucción d e l os s istemas d e distribución, c recimiento d e or ganismos y por s upuesto, un i ncremento en l os costos de mantenimiento y operación. 2. Agua para Calderas. El agua que se utiliza para calderas permite la generación de vapor o energía. En general, la calidad del agua debe ser tal que no d eposite sustancias incrustantes, Ing. Miriam Vega Loyola.

58 no c orroa al m etal de l as c alderas o d e l as l íneas d e c onducción y no oc asione espumas. U n ag ua d e t ales c aracterísticas es di fícil de enc ontrar en es tado natural, por lo que las condiciones de calidad se logran mediante un tratamiento. 3. Agua para Proceso. Es el agua que se incorpora en la manufactura del producto, o que pasa a formar parte del pr oducto t erminado, o el agua empleada c omo medio d e t ransporte d e los productos. La c alidad del ag ua r equerida par a el pr oceso v aría am pliamente de u n s ector industrial a otro, así se tiene por ejemplo que, el agua requerida en la manufactura de alimentos debe ser de calidad comparable a la del agua potable, mientras que el agua empleada para la fabricación de celulosa Kraft sin blanquear, puede ser de calidad comparable a la de un efluente secundario con cloración. Para cada caso en par ticular l os pr ocesos i ndustriales de mandan ag ua d efinida en n ormas específicas. 4. Agua para Servicios Generales. En es te us o del ag ua s e i ncluye l a l impieza de l as i nstalaciones, s ervicios sanitarios, usos p ersonales y en oc asiones riego de ár eas v erdes. E l ag ua par a servicios requiere de c ierta calidad, sobre todo cuando ésta se emplea para usos sanitarios y personales, la calidad debe ser potable. La cantidad y naturaleza de los vertidos industriales es muy variada, dependiendo del t ipo de i ndustria, de l a g estión d e s u c onsumo de agua y del g rado d e tratamiento que los vertidos reciben antes de su descarga. Tipos de Descargas Industriales La clasificación se puede hacer de acuerdo a diferentes criterios: a. Composición de elementos contaminantes. b. Características de dichos elementos. Ing. Miriam Vega Loyola.

59 c. Los procesos en los que se originan. d. Secuencia de tiempo en la que se generan. e. Vertidos continuos: Provienen de procesos en los que existe una entrada y una salida continua de agua, como son el transporte, lavado, refrigeración, etc. f. Vertidos di scontinuos: P roceden de op eraciones i ntermedias, s on l os m ás contaminantes; c omo en el c aso de l os b años de c urtido, l ejías neg ras, emulsiones, etc. A l a umentar el t amaño d e l a i ndustria, al gunos v ertidos discontinuos pueden convertirse en continuos. Clasificación de las Industrias según sus Vertidos a. Industrias con efluentes principalmente orgánicos. b. Industria con efluentes orgánicos e inorgánicos. c. Industria con efluentes principalmente inorgánicos. d. Industrias con efluentes con materias en suspensión. e. Industrias con efluentes de refrigeración. Los c ontaminantes más c omunes de l as des cargas i ndustriales e n g eneral proceden de las siguientes fuentes:  Agentes químicos de acondicionamiento de agua para enfriamiento.  Purgas de lodos acumulados en torres de enfriamiento.  Lavado de materias primas.  Procesos de transporte con residuos de producto terminado.  Compuestos químicos usados en el lavado de equipo.  Sustancias químicas empleadas como materias primas y reactivos.  Desechos de materia or gánica g enerados dur ante el pr oceso d e industrialización.  Desechos de ác idos y al calinos g enerados en pr ácticas a uxiliares del proceso i ndustrial, c omo l a g eneración de i ntercambios i ónicos, l avado d e filtros, limpieza del equipo, etc.  Metales pesados que se generan en algunos procesos de transformación. Ing. Miriam Vega Loyola.

60 Cada i ndustria, en pa rticular, g enera des cargas c aracterísticas de ac uerdo a l os procesos específicos de transformación de la materia prima. Son dos las circunstancias que obligan a una industria a dar tratamiento al agua: a. Para lograr la calidad deseada en el abastecimiento para la propia industria. b. Para cumplir con las condiciones particulares en su descarga. Las di ferentes i ndustrias g eneran c ontaminantes en función d e l os pr ocesos productivos que utilizan en la elaboración de sus productos. Por tanto para definir los tipos de contaminantes que se generan es necesario considerar cada industria en particular y e n ocasiones c ada pl anta d e l a r ama i ndustrial. Algunos factores que influyen en la diversidad de las aguas residuales para diferentes plantas de un mismo g iro s on: l a t ecnología del proceso, el us o eficiente o n o del agua en l a industria, las materias primas empleadas y el manejo de l as descargas de ag uas residuales. Cada actividad i ndustrial apor ta u na c ontaminación determinada, por l o q ue e s conveniente c onocer el or igen d el v ertido i ndustrial p ara v alorar s u c arga contaminante y s u i ncidencia en el m edio r eceptor, a c ontinuación s e describen algunos ejemplos.  Industria Alimenticia.  Sólidos totales  Sólidos sedimentables  Grasas y Aceites  DBO  DQO  Industria Textil.  Sólidos totales  Sólidos suspendidos totales  Sólidos sedimentables Ing. Miriam Vega Loyola.

61  Grasas y aceites  DBO  DQO  SAAM  Nitrógeno total  Cobre  Fierro  Cromo hexavalente y trivalente  Industria Papelera.  Color  Materia en suspensión y decantable.  pH en algunos casos.  Contaminación orgánica.  Industria del Curtido.  Alcalinidad  Materia en suspensión y decantable  Contaminación orgánica  Sulfuros  Cromo  Refinerías.  Aceites  Materia orgánica  Fenoles  Amoníaco  Sulfuros  Industrias de acabado de Metales.  pH  Cianuros  Metales, según el proceso de acabado  Industria Lechera.  Materia orgánica

Ing. Miriam Vega Loyola.

62 Las c aracterísticas d e l as ag uas r esiduales i ndustriales p ueden di ferir mucho, tanto de ntro c omo ent re l as e mpresas. Dentro de l as I ndustrias m ás contaminantes se encuentran:  Centrales Termoeléctricas Convencionales  Industria Productora de Azúcar de Caña  Industria de R efinación de P etróleo Crudo y sus Derivados y Petroquímica básica  Industria de Fabricación de Fertilizantes  Industria de Productos Plásticos y Polímeros Sintéticos  Industria de Fabricación de Harinas  Industria de Cerveza y Malta  Industria de Fabricación Asbestos de Construcción  Industria de la Celulosa y Papel  Industria de Matanza de Animales  Industria Textil  Industria del Hierro y Acero  Industria del Curtido y Acabado en Pieles El im pacto de l os v ertidos i ndustriales depende, n o s olo de s us c aracterísticas comunes, c omo l a D emanda B ioquímica d e O xígeno ( DBO), s ino t ambién de s u contenido en s ustancias or gánicas e i norgánicas es pecíficas. En det erminados casos, también será necesario determinar el grado de toxicidad de los efluentes e identificar las sustancias responsables de dicha toxicidad. El control puede tener lugar ahí donde se generan dentro de la planta; las aguas pueden t ratarse pr eviamente y des cargarse en el s istema de alcantarillado, o pueden t ratarse por completo e n l a pl anta y s e r eutilizadas o v ertidas en l os cuerpos de agua.

Ing. Miriam Vega Loyola.

132 Autoevaluación. 1.- Es el par ámetro que s e c onsidera i mportante en el c recimiento de l as al gas y ot ros organismos bi ológicos, debi do al noc ivo c recimiento i ncontrolado de al gas en ag uas superficiales, s e han r

ealizado g randes es fuerzos por c ontrolar l as des cargas

principalmente industriales, ya que las de tipo doméstico aportan poca cantidad. a. Nitrógeno. b. Fósforo. c. Materia orgánica. d. Las tres anteriores. e. Ninguno de los anteriores. 2.- La c oncentración de es te par ámetro es a guas r esiduales es tá r elacionado c on s u reutilización, su presencia en aguas naturales proviene de los lixiviados de las rocas y los suelos con los que ellas hacen contacto. En áreas costeras estas concentraciones pueden de la intrusión de las aguas salinas o salobres. : a. Cloruros. b. Azufre. c. Carbonatos. d. Las tres anteriores. e. Ninguna de las anteriores. 3.- Es el parámetro que nos indica la capacidad que tiene el agua para neutralizar soluciones ác idas s on gener adas pr incipalmente po r los hidróxidos, carbonatos, bicarbonatos de c

alcio, s odio, pot asio y m agnesio. E ste par ámetro s e ut iliza

principalmente par a el t ratamiento químico de l as ag uas r esiduales, en l os pr ocesos de remoción bi ológica de nut rientes, en l a r emoción de am oniaco y en t ratamiento anaerobios. a. pH b. Dureza. c. Alcalinidad. d. Ninguna de las anteriores. e. Todas las anteriores.

Ing. Miriam Vega Loyola.

133 4.- Es un pa rámetro importante en a guas residuales ya que modifica la concentración de OD, i nfluye en l a s olubilidad de l os c ontaminantes y en l a velocidad de l as r eacciones químicas as í c omo de la ac tividad bac terial ( tasas de c recimiento de m icroorganismos), aumenta los problemas de olor, color y corrosión. a. Temperatura. b. Bacterias. c. Coliformes fecales d. Ninguna de las anteriores. e. Todas las anteriores 5.- En concentraciones altas causan problemas de calidad de aguas para riego y de sabor para a gua de reuso, s on c omunes en a guas residuales pues l a apor tación di aria po r persona es de 6 a 9

gramos. Los m étodos c onvencionales de t ratamiento, no l os

remueven. a. Grasas y aceites. b. Nutrientes. c. Sulfatos. d. Ninguna de las anteriores. e. Todas las anteriores. 6. S on moléculas or gánicas de ac tividad s uperficial q ue pr ovienen de l a des carga d e detergentes do mésticos, es tos t ienden a ac umularse en l a i nterface ai re/agua y pueden causar la aparición de espumas en las plantas de tratamiento de las aguas residuales y en la superficie de los cuerpos receptores de los vertimientos del agua residual tratada. a. Agentes tensoactivos. b. Jabones y detergentes. c. Grasas y aceites. d. Ninguna de las anteriores. e. Todas las anteriores 7.- Son no des eables en ag uas s uperficiales, pues c ubren l a s uperficie de l agos y embalses, pr oliferan en l agos eut róficos o enr iquecidos nut ricionalmente, al teran l a calidad del agua produciendo olores y sabores indeseables, al igual que algunos efectos tóxicos sobre peces.

Ing. Miriam Vega Loyola.

134 a. Nutrientes (Fosfatos, Nitratos). b. Algas. c. Bacterias. d. Ninguna de las anteriores. e. Todas las anteriores 8.- Es el parámetro para medir la materia orgánica presente en el agua residual, se lleva cabo la oxidación cuando se inyecta una cantidad conocida de muestra en un horno a alta temperatura, midiendo el dióxido de carbono en el infrarrojo. a. Demanda Bioquímica de Oxígeno Carbonatada. b. Demanda Bioquímica de Oxígeno Nitrogenada. c. Carbono Orgánico Total. d. Ninguna de las anteriores. e. Todas las anteriores. 9.- Son c ompuestos aromáticos comunes en aguas residuales, principalmente provenientes de l a i ndustria, no s on bi odegradables y t ienen una al ta de manda d e oxígeno. a. Fenoles. b. Plaguicidas. c. Cresoles. d. Ninguna de las anteriores. e. Todas las anteriores. 10.- Son c ompuestos d e c arbono, hi drógeno y ox ígeno q ue flotan en el ag ua residual, recubren l as s uperficies, c ausan i ridiscencia, i nterfieren c on l a ac tividad bi ológica, s on sustancias solubles en hexano. a. Sustancias Activas al Azul de Metileno (SAAM). b. Grasas y aceites. c. Clorofenoles. d. Ninguna de las anteriores. e. Todas las anteriores.

Ing. Miriam Vega Loyola.

UNIDAD II PROCESOS PARA SEPARACIÓN DE CONTAMINANTES

OBJETIVO. El estudiante conocerá y comprenderá l os distintos pr ocesos biológicos q ue s on factibles de ser utilizados en el tratamiento de las aguas residuales.

64 2.1 Procesos Físicos Las ag uas r esiduales pueden d efinirse c omo l as ag uas de c omposición v ariada provenientes d e l as des cargas de us o p úblico ur bano, d oméstico, i ndustrial, comercial d e s ervicios, ag rícola, pec uario, i ncluyendo fraccionamientos y en general de cualquier uso así como la mezcla de ellas. El obj etivo del t ratamiento de l as ag uas r esiduales es l a r emoción de s ustancias contaminantes a fin d e ev itar e fectos neg ativos en l a c alidad d e l os c uerpos de agua receptores, y para lograr que la calidad del agua sea la adecuada para las necesidades de los usuarios. En l a formulación, planeación y di seño d e un s istema d e t ratamiento s e puede considerar obj etivos di ferentes, t eniendo en c uenta l a di sponibilidad de r ecursos económicos y t écnicos, as í c omo l os c riterios es tablecidos p ara descarga d e efluentes, algunos de ellos son: 1.- Proteger la Salud Pública y el Ambiente. Si las aguas residuales van a ser vertidas a un cuerpo receptor natural (mar, ríos, lagos), será necesario realizar un t ratamiento p ara e vitar enf ermedades c ausadas por b acterias y virus en l as personas q ue ent ran en c ontacto c on es as ag uas, y t ambién p ara pr oteger l a fauna y flora presentes en el cuerpo receptor natural. 2.- Reúso del Agua Tratada. Existen actividades en l as que no s e requiere utilizar agua potable estrictamente y que se pueden realizar con agua tratada, sin ningún riesgo a la salud, tales como: a. Riego de Áreas Verdes c omo: g lorietas, c amellones, j ardines, centros r ecreativos, parques, c ampos d eportivos, f uentes de ornato.

Ing. Miriam Vega Loyola.

65 b. Industriales y de s ervicios c omo: l avado de pat ios y nav e industrial, l avado de flota v ehicular, s anitarios, i ntercambiadores de calor, calderas, cortinas de agua, etc. Con base en lo a nterior el obj etivo del t ratamiento de l as aguas r esiduales es e l garantizar que no existirán efectos nocivos a la salud por entrar en contacto con el agua tratada en las actividades antes descritas. Este t ipo d e obj etivos i nvolucran t ratamientos de mayor ni vel, q ue g eneralmente implican l a i mplementación d e l as mejores tecnologías y l as c alidades l ogradas son casi tan buenas como las generadas para el agua potable. Las op eraciones r ealizadas en el t ratamiento del ag ua r esidual en l as c uales e l cambio s e l leva a c abo p or m edio d e o a t ravés de l a a plicación de l as fuerzas físicas, s e c onocen c omo operaciones uni tarias. D ado q ue es tas oper aciones originalmente fueron o riginalmente der ivadas de observaciones d e l a n aturaleza, constituyen l os pr imeros m étodos de t

ratamiento ut ilizados. H oy d ía, l as

operaciones físicas unitarias conforman la base de la mayoría de los diagramas de flujo de los procesos. Las operaciones unitarias más comúnmente utilizadas en el tratamiento de ag uas residuales incluyen: a. Desbaste b. Dilaceración c. Homogenización del caudal d. Mezclado e. Floculación f. Sedimentación g. Flotación h. Filtración

Ing. Miriam Vega Loyola.

66 Las aplicaciones principales de estas operaciones se resumen en la tabla No. 2.1 Operación Desbaste

Aplicación Eliminación de s ólidos g ruesos y s edimentables por intercepción (retención en superficie).

Dilaceración

Trituración de s ólidos gruesos has ta ob tener un tamaño más o menos aceptable.

Homogenización del caudal

Regulación del caudal y de las cargas de DBO y de sólidos en suspensión.

Mezclado

Mezclado de los reactivos químicos y gases c on el agua residual, y para mantener los sólidos en suspensión.

Floculación

Provoca l a ag regación de peq

ueñas par tículas

aumentando el tamaño de las mismas, para mejorar su eliminación por sedimentación por gravedad. Sedimentación

Eliminación

de

sólidos

sedimentables

y

espesamiento de lodos. Flotación

Eliminación de sólidos es suspensión finamente divididos y de partículas con densidades cercanas a la del agua. También espesa lodos biológicos.

Filtración

Eliminación de los sólidos finos en suspensión que quedan tras el tratamiento biológico o químico.

Microtamizado

Lo mismo que la filtración también elimina algas procedentes de l os e fluentes de l os tanques de estabilización.

Tabla 2.1 Aplicaciones de las operaciones físicas unitarias en el tratamiento de A.R.

A c ontinuación s e describirán br evemente algunas de es tas operaciones; o tras como c ribado, mezclado, floculación, s edimentación; s erán t ratados en l a uni dad tres.

Ing. Miriam Vega Loyola.

67 Tamices Los t amices s e c aracterizan por di sponer d e aber turas l ibres i nferiores a l os 15 mm y nor malmente s e em plean en pl antas de peq ueño t amaño, en l as q ue s e eliminan del agua residual entrante los sólidos de menor tamaño, aunque también tiene aplicaciones dentro del tratamiento primario y del tratamiento secundario. Los primeros tamices eran de tipo circular o de disco y se empleaban como medio para pr oporcionar u n t ratamiento pr imario, en l ugar d el ac tual t anque d e sedimentación. Los tamices modernos s on de t ipo es tático ( fijos) o de t ambor giratorio, pr ovistos de una m alla fina d e acero i noxidable o de un material n o férreo. Los t amices v an a r etener s ólidos s uspendidos a fluentes q ue c ontienen o es tán compuestos por m ateria put rescible ( incluida l a m ateria fecal pat ógena) y cantidades s ustanciales de g rasas y es pumas, por l o q ue el manejo de es tos residuos requiere especial atención. Dilaceración Su objetivo es triturar las materias sólidas arrastradas por el agua. Esta operación no es tá d estinada a m ejorar l a c alidad del ag ua bruta y a q ue l as materias trituradas no s on s eparadas, s ino q ue s e r eincorporan al c ircuito y pas an a l os demás t ratamientos, p or l o q ue es te p aso n o s e s uele u tilizar, a no s er q ue no haya desbaste, con lo que si es necesario incluirlo en el diseño y funcionamiento de la planta. Pero, a v eces, au nque hay a un des baste p revio, s e s uelen ut ilizar di laceradores para tratar los detritus retenidos en las rejas y tamices, siendo después vueltos a incorporar al agua. Consta el dilacerador, de un tamiz tipo tambor que gira alrededor de un eje vertical provisto de r anuras c on u n pas o e ntre 6 -10 m m. L os s ólidos s e hac en pas ar a través de unas bar ras de c izalladura o di entes c ortantes don de s on t riturados antes de llegar al tambor. Se homogeneizan en t amaño y atraviesan las ranuras, Ing. Miriam Vega Loyola.

68 saliendo por una ab ertura de fondo mediante un s ifón i nvertido, s iguiendo s u camino aguas abajo. Esta op eración está muy c uestionada y ac tualmente c asi ha d esaparecido de l a mayoría de las instalaciones, por dos razones: 1. No es l ógico mantener o r etornar al proceso aq uellos s ólidos q ue pu eden eliminarse por desbaste o tamizado, ya que lo que hacemos es empeorar la calidad del agua residual que va a ser tratada posteriormente. 2. En la práctica, esta operación presenta varios inconvenientes: a. La necesidad de una atención frecuente debido a que se trata de un material muy delicado. b. El pel igro de obs trucción de t uberías y bom bas pr ovocada por la acumulación en masas de las fibras textiles o vegetales unidas a las grasas. c. La formación de una costra de lodo en los digestores anaerobios. Las tareas a realizar son las que siguen:  Vigilar las posibles obstrucciones de las tuberías.  Reponer los dientes del tambor, en caso de rotura.  Vaciar el contenedor de los sólidos que pueden estar retenidos. Todas estas operaciones se deben realizar con la maquina desconectada.

Ing. Miriam Vega Loyola.

69 2.2 Procesos Químicos

Precipitación Química La precipitación química en el tratamiento de las aguas residuales lleva consigo la adición d e pr oductos químicos c on l a finalidad de al terar el es tado físico de l os sólidos disueltos y en suspensión, y facilitar su eliminación por sedimentación. En algunos c asos, l a al teración es peq ueña, y la el iminación s e l ogra al q uedar atrapados dentro de un precipitado voluminoso constituido, principalmente, por el propio c oagulante. O tra c onsecuencia de l a adición d e pr oductos químicos es el incremento neto en l os c onstituyentes di sueltos del ag ua r esidual. Los pr ocesos químicos, j unto c on al gunas de l as o peraciones físicas uni tarias, s e ha n desarrollado par a pr oporcionar un t ratamiento s ecundario c ompleto a l as ag uas residuales no t ratadas, incluyendo la eliminación del nitrógeno, d el f ósforo, o de ambos a l a v ez. T ambién s e h an desarrollado otros procesos q uímicos p ara l a eliminación d el fósforo p or pr ecipitación q uímica, y es tán pensados par a s u utilización en combinación con procesos de tratamiento biológicos. El objetivo de esta sección es identificar y discutir los siguientes aspectos: 1. Reacciones de precipitación q ue tienen l ugar c uando s e añaden di versos productos químicos para mejorar el comportamiento y el rendimiento de las instalaciones de tratamiento de las aguas residuales 2. Reacciones q uímicas q ue i ntervienen en el pr oceso de pr ecipitación del fósforo en el agua residual 3. Algunos de l os as pectos t eóricos m ás i mportantes de l a pr ecipitación química. Los cálculos que se realizan para determinar la cantidad de fango producida como resultado de la adición de los diversos productos químicos. A lo largo de los años, se han empleado muchas sustancias de diversa naturaleza, como agentes de precipitación, las más comunes de las cuales se presentan en la Tabla No.2.2. El grado de clarificación resultante depende tanto de la cantidad de productos químicos que se añade como del nivel de control de los procesos.

Ing. Miriam Vega Loyola.

70 Mediante pr ecipitación q uímica, es pos ible c onseguir ef luentes c larificados básicamente l ibres d e m ateria en s uspensión o en es tado c oloidal y s e pue de llegar a eliminar del 80 al 90% de la materia total suspendida, entre el 40 y el 70 % de l a D BO5, del 30 al 60 % de l a D QO y e ntre el 80 y el 90 % de l as bacterias. Estas cifras c ontrastan c on l os r endimientos de el iminación de l os pr ocesos d e sedimentación s imple, en l os q ue l a el iminación de l a materia s uspendida s ólo alcanza valores del 50 al 70% y en l a eliminación de la materia orgánica sólo se consigue entre el 30 y el 40 %.

Producto químico

Fórmula

Sulfato de alúmina

Al2(S04)3 18H2O Al2(S04)3. l4H2O

Cloruro férrico

FeCI3

Sulfato férrico

Fe2(S04)3 Fe2(S04)3 3H20

Sulfato ferroso

Fe504. 7 H20

Cal

Ca(OH)2

Tabla No. 2.2 Productos químicos empleados en el tratamiento del AR

Los pr oductos q uímicos q ue s e añaden a l ag ua r esidual r eaccionan c on l as sustancias habitualmente presentes en el agua o que se añaden a ella para tal fin.

Ing. Miriam Vega Loyola.

71 Sulfato de alúmina Cuando se añade sulfato de alúmina al agua residual que contiene alcalinidad en forma de bi carbonato cálcico y m agnésico, l a r eacción q ue t iene l ugar s e pue de ilustrar de la siguiente manera:

A]2(S04)3. 18 H20 + 3 Ca(HCO3)2 ~3 CaSO4~ + 2 Al(OH)3 ± 6 CO2 + 18 H20

Los nú meros i ndicados enc ima d e l as fórmulas q uímicas c orresponden a l os pesos moleculares de combinación de las diferentes sustancias y denotan, por lo tanto, la cantidad de cada una de ellas que interviene en el proceso. El hidróxido de al uminio i nsoluble es un flóculo g elatinoso q ue s edimenta l entamente en el agua r esidual, arrastrando c onsigo m ateria s uspendida y pr oduciéndose o tras alteraciones. La r eacción es ex actamente anál oga c uando s e s ustituye el bicarbonato cálcico por la sal de magnesio.

Transferencia de gases La transferencia de gases se puede definir como el fenómeno mediante el cual se transfiere gas de una fase a otra, normalmente de la fase gaseosa a la líquida. Es una componente esencial de gran número de los procesos de tratamiento del agua residual. Por ej emplo, el funcionamiento de los pr ocesos a erobios, t ales como l a filtración bi ológica, l os f angos ac tivados y l a di gestión aerobia, dep ende d e l a disponibilidad de cantidades suficientes de oxígeno. Para alcanzar los objetivos de desinfección s e t ransfiere c loro en f orma g aseosa a un a di solución en ag ua. E s frecuente añ adir ox ígeno al e fluente t ratado des pués de l a c loración ( postaireación). U no de l os pr ocesos de el iminación d e l os c ompuestos del ni trógeno consiste en l a c onversión d el ni trógeno e n amoníaco y l a p osterior t ransferencia del amoníaco en forma gaseosa del agua al aire.

Ing. Miriam Vega Loyola.

72 Descripción En el c ampo d el t ratamiento del ag ua r esidual, l a apl icación m ás c omún de l a transferencia de g ases c onsiste en l a t ransferencia de oxígeno en e l t ratamiento biológico del ag ua r esidual. D ada l a r educida s olubilidad del ox ígeno y l a baj a velocidad de t ransferencia q ue ello c omporta, s uele oc urrir q ue l a c antidad de oxígeno que penetra en el agua a través de la interfase aire-superficie del líquido no es suficiente para satisfacer la demanda de oxígeno del tratamiento aerobio. Es preciso c rear i nterfases adi cionales p ara c onseguir t ransferir l a g ran c antidad d e oxígeno necesaria. Para conseguir este propósito se puede introducir en el agua aire u oxígeno, o s e pu ede ex poner el l íquido a l a atmósfera en forma de pequeñas gotas. Para c rear i nterfase gas-agua adi cionales, el ox ígeno s e pu ede s uministrar en forma de b urbujas de ai re o de oxígeno puro. E n l a mayoría de l as plantas de tratamiento de aguas r esiduales, l a aireación s e l leva a c abo m ediante l a dispersión d e bur bujas s umergidas a pr ofundidades d e has ta 10 m . E n al gunos diseños europeos s e han l legado a i ntroducir l as bur bujas a pr ofundidades superiores a l os 30 m. Los di ferentes s istemas d e ai reación i ncluyen pl acas y tubos por osos, t ubos per forados, y di ferentes c onfiguraciones de

difusores

metálicos y de pl ástico. T ambién s e pu eden em plear ap aratos de c izalladura hidráulica, que rompen las burbujas en burbujas de menor tamaño al hacer circular el fluido a t ravés d e un orificio. L os mezcladores de t urbina s e pueden e mplear para di spersar bur bujas de ai re i ntroducidas en el t anque b ajo el c entro de l elemento impulsor. Los ai readores de s uperficie, método al ternativo par a l a i ntroducción d e g randes cantidades de ox ígeno, c onsisten en t urbinas de alta o de baja velocidad o e n unidades flotantes d e al ta v elocidad q ue g iran en l a s uperficie del l íquido parcialmente s umergidas. Estos aireadores s e pr oyectan, t anto para mezclar el contenido del tanque, como para exponer el líquido a la acción de la atmósfera en forma de pequeñas gotas.

Ing. Miriam Vega Loyola.

73 Adsorción El pr oceso de a dsorción c onsiste, e n t érminos g enerales, e n l a c aptación d e sustancias s olubles presentes e n l a i nterfase d e u na s olución. Esta i nterfase puede hallarse entre un líquido y un gas, un sólido, o entre dos líquidos diferentes. A pesar de que la adsorción también tiene lugar en la interfase aire-líquido en el proceso d e f lotación, en es ta s ección s ólo s e c onsiderará l a adsorción e n l a interfase en tre l íquido y s ólido. E l pr oceso de adsorción n o s e ha empleado demasiado a menudo hasta el momento, pero la necesidad de una mayor calidad del e fluente d e l os t ratamientos d e ag uas r esiduales h a c onducido a un es tudio más det allado del proceso de a dsorción s obre c arbón activado y de s us aplicaciones. El t ratamiento del ag ua r esidual c on c arbón ac tivado s uele es tar c onsiderado como un proceso de refino de aguas que ya han recibido un tratamiento biológico normal. E n es te c aso, el c arbón s e em plea par a el iminar par te de l a m ateria orgánica di suelta. A simismo, es pos ible el iminar par te de l a m ateria par ticulada también presente, dependiendo de la forma en que entran en contacto el carbón y el agua.

Análisis del proceso de adsorción El proceso de adsorción tiene lugar en tres etapas: a. Macrotransporte b. Microtransporte y; c. Sorción. El macrotransporte engloba el movimiento por advección y difusión de l a materia orgánica a t ravés d el l íquido has ta al canzar l a i nterfase l íquido-sólido. Por s u parte, el m icrotransporte hac e r eferencia a l a di fusión del m aterial or gánico a través del sistema de macroporos del carbón activado granular hasta alcanzar las zonas de ads orción que s e hal lan en l os m icroporos y s ubmicroporos de l os gránulos de carbón activado.

Ing. Miriam Vega Loyola.

74 La ads orción s e pr oduce en l a s uperficie del g ránulo y en s us m acroporos y mesoporos, pero el ár ea superficial de es tas z onas, es t an p equeña c omparada con el área de los m icro y submicroporos, que la cantidad de m aterial adsorbido en el los s e c onsidera des preciable. E l us o del t érmino s orción s e debe a l a dificultad de di ferenciar l a ads orción física d e l a ads orción q uímica, y s e em plea para describir el m ecanismo por el cual la materia orgánica se adhiere al carbón activado. E l equilibrio se al canza c uando s e i gualan l as t asas de s orción y desorción, momento en el que se agota la capacidad de adsorción del carbón. La capacidad t eórica de adsorción d e un d eterminado c ontaminante por m edio del carbón activado se puede determinar calculando su isoterma de adsorción. La c antidad d e a dsorbato q ue p uede r etener un adsorbente es función de l as características y de l a c oncentración d el ads orbato y de l a t emperatura. En general, l a c antidad de m ateria ads orbida s e det ermina c omo f unción de l a concentración a t emperatura c onstante, y l a función r esultante s e c onoce c on el nombre de isoterma de adsorción.

Procesos Químicos unitarios Los procesos empleados en el tratamiento de las aguas residuales en los que las transformaciones s e p roducen m ediante reacciones q uímicas reciben el n ombre de procesos químicos unitarios. Con el fin de alcanzar los objetivos de tratamiento del ag ua r esidual, l os pr ocesos q uímicos uni tarios s e l levan a c

abo e n

combinación con las operaciones físicas unitarias. Desinfección La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan enfermedades. N o t odos l os or ganismos s e destruyen dur ante el proceso, p unto en el q ue r adica l a p rincipal di ferencia en tre l a des infección y l a es terilización, proceso q ue c onduce a l a des trucción de la t otalidad d e l os or ganismos. E n el campo d e l as aguas r esiduales, l as t res c ategorías de or ganismos ent éricos d e origen humano de mayores consecuencias en la producción de enfermedades son Ing. Miriam Vega Loyola.

75 las bac terias, l os virus y l os quistes am ebianos. L as en fermedades bac terianas típicas transmitidas por el agua son: tifus, cólera, paratifus y la disentería bacilar, mientras q ue l as enfermedades c ausadas p or l os v irus i ncluyen, ent re otras, l a poliomelitis y la hepatitis infecciosa.

Descripción de los objetivos y métodos de desinfección Los r equisitos q ue debe c umplir un desinfectante q uímico, en l a q ue s e p uede apreciar q ue u n d esinfectante i deal debería t ener una g ran v ariedad d e características. A pesar de que tal compuesto puede no existir, es preciso tener en cuenta los requisitos propuestos a la hora de valorar los desinfectantes propuestos o recomendados. También es importante que los desinfectantes sean seguros en su aplicación y manejo, y que su fuerza o concentración en las aguas tratadas sea medible y c uantificable. Los m étodos m ás em pleados p ara l levar a c abo l a desinfección son:  Agentes químicos  Agentes físicos  Medios mecánicos  Radiación.

Ing. Miriam Vega Loyola.

135 Autoevaluación.

1.- Mencione y explique al menos cinco situaciones que generan la problemática de las plantas de tratamiento de Agua, comente algunas cifras 2.- Mencione y ex plique al menos c inco di sciplinas q ue i ntervienen e n l a problemática del agua. 3.- Explique al menos tres fuentes de or igen de ag uas residuales industriales y el tipo de agua que descargan. 4.- Explique al menos tres métodos para medir caudales. 5.- Elabore y ex plique una g ráfica q ue ej emplifique el c omportamiento d e l os caudales en las plantas de tratamiento, considere los máximos y mínimos. 6.- Dibuje un di agrama de l a planta de t ratamiento i ndicando l os diversos procesos, desde la entrada del influente hasta la salida del efluente tratado. 7.- Explique l a di ferencia ent re g asto másico y gasto volumétrico, c uales s on l as unidades en que se reporta cada uno. 8.- Realice una l ínea del t iempo q ue i lustre l a hi storia del t ratamiento d e ag ua residual. 9.- Identifique l os e quipos o s

istemas empleados en el

pr etratamiento y

tratamiento primario. 10.- Elabore un reporte acerca del funcionamiento de la planta y su eficiencia.

Ing. Miriam Vega Loyola.

UNIDAD III PROCESOS FÍSICOS DE SEPARACIÓN.

OBJETIVO. El estudiante conocerá y c omprenderá l os d iversos p rocesos físicos q ue so n factibles de ser utilizados en el tratamiento de las aguas y aguas residuales.

77 3.1 Cribado [Rejillas y Cribas]

Desbaste (Cribado). La pr imera o peración uni taria q ue t iene l ugar en l as plantas d e tratamiento de aguas r esiduales, es l a oper ación d e des baste. U na r ejilla es u n el emento c on aberturas, g eneralmente de tamaño u niforme, q ue s e ut iliza p ara r etener l os sólidos g ruesos ex istentes e n el ag ua r esidual. Las aberturas l ibres ent re b arras suelen ser de 15 mm o mayores. En ellas van a quedar retenidos sólidos de gran tamaño t ales c omo pi edras, r amas, t rozos de c hatarra, pa pel, r aíces de ár boles, plásticos y trapos. Al quedar eliminados estos componentes del agua residual en primer l ugar, s e v an a i mpedir d años y obt uraciones en bo mbas, v álvulas, conducciones y otros elementos presentes en posteriores procesos de tratamiento en la planta. Los el ementos s eparadores p ueden es tar c onstituidos por bar ras, al ambres o varillas par alelas, r ejillas, t elas m etálicas o pl acas per foradas, y l as aber turas pueden s er de c

ualquier f orma, a unque nor malmente s uelen s er r anuras

rectangulares u orificios circulares. Según el m étodo de limpieza que s e emplee, l os t amices y r ejas pueden s er de limpieza manual o aut omática. G eneralmente, l as r ejas t ienen aber turas (separación entre las barras) superiores a 15 mm, mientras que los tamices tienen orificios de tamaño inferior a este valor. Algunas características del cribado son:  Se us a p ara el iminar t roncos, r amas, b asura y ot ros ad emás d e c ualquier material que pueda dañar el equipo o tapar las tuberías  La distancia o abertura de las rejillas depende del objeto  La limpieza puede ser manual o mecánica

Ing. Miriam Vega Loyola.

78 Tipos de rejas de barras Las rejas están formadas por barras metálicas verticales o i nclinadas, espaciadas en intervalos i guales, pue den t ener un a i nclinación d e 3 0 a 60º r especto a l a vertical. Existen dos tipos de rejas de barras en función del sistema de limpieza de las mismas, que puede ser manual o mecánico (automático). En la tabla No. 3.1, se comparan las características de ambos tipos. Característica

Limpieza manual 5-15

5-15

25-37.5

25-37.5

Separación entre barras (mm)

25-50

15-75

Pendiente en relación a la vertical (º)

30-45

0-30

Velocidad de aproximación (m/s)

0.3-0.6

0.6-1.1

Pérdida de carga admisible (mm)

150

150

Tamaño de la barra

Anchura (mm)

Limpieza automática

Profundidad (mm)

Tabla No. 3.1 Características del tipo de rejas

Fuente: Metcalf, 1994

1. Rejas de limpieza manual. Se em plean frecuentemente e n i nstalaciones de pequeño tamaño y actualmente se tiende a i nstalar equipos de limpieza automática p ara facilitar l as op eraciones y r educir al máximo l os trabajos manuales. E n l os c asos en l os q ue s e u tilicen, s u l ongitud no deb erá exceder de l a q ue per mita s u c orrecta l impieza, es dec ir, unos 3 m etros. Las bar ras q ue c onforman l a r eja n o s uelen ex ceder de l os 10 m m de anchura por 50 mm de profundidad. 2. Rejas de limpieza automática. Incorporan un pei

ne r ascador q ue

periódicamente y de manera automática l impia l a r eja por l a c ara ant erior (aguas arriba) o posterior (aguas abajo). El peine rascador puede funcionar de manera continua o se puede activar al superarse cierto valor establecido de pérdida de carga o mediante temporizador. El canal de las rejas se debe proyectar de forma que se evite la acumulación y sedimentación de arenas y otros sólidos de gran tamaño, y para ello se recomiendan velocidades de aproximación superiores a 0.4 m/s. A caudales punta, la velocidad de paso Ing. Miriam Vega Loyola.

79 a t ravés de l as bar ras no deb erá s er s uperior a 0. 9 m /s p ara evitar el arrastre de basuras a través de las rejas. Los residuos se suelen descargar a una cinta transportadora o a un sistema de evacuación neumático para su transporte a una tolva de almacenamiento, compactador o incinerador. Se expone a c ontinuación un es quema básico de un s istema de rejas inclinadas. Figura No. 3.1.

Fig. 3.1 Rejas inclinadas

Rejillas  Tienen la misma función que las rejas, la diferencia es su tamaño de abertura de 1.5 a 5 cm y las rejas van de 5 a 10 cm. Tamices  Tiene la misma función que los dos anteriores pero sus aberturas van de 22 a 32 mm.

Ing. Miriam Vega Loyola.

80 En la siguiente tabla (No. 3.2), se presentan algunos de los propósitos por los que se implementa el cribado. Tipo

Tamaño común

Propósito

Rejillas p/basura

5 a 10 cm

Proteger bo mbeo y eq uipo de obj etos grandes

Rejillas

1.5 a 5 cm

Proteger bombas

Tamices

22 a 32 mm

Protege l as boq uillas de l os filtros percoladores

Rejillas finas

5 mm o menos

Tratamiento preliminar par a r emoción de partículas pequeñas

Tabla No. 3.2 Propósitos del cribado.

Fuente: Metcalf, 1994

Consideraciones de Diseño. El diseño de l as rejas y rejillas depende d e las características de l os materiales a eliminar y al sistema de limpieza, para el diseño se establece lo siguiente 1. Suponer un número de barras con: espesor, diámetro y una separación 2. Calcular el ancho de la reja 3. Calcular la superficie mojada 4. Cálculo del caudal medio 5. Calcular la velocidad del flujo al pasar por la reja 6. Cálculo de l a c arga de v elocidad de acercamiento de flujo p ara c ada espaciamiento 7. Calculo de la perdida de carga hidráulica 8. Cálculo del nivel del agua 9. Calcular la velocidad Ejemplo Diseñar una rejilla para que un influente de agua residual doméstica considerando que se tienen barras de acero circulares con un ancho de 15mm, el ángulo que se desea para la rejilla es de 60º y el espacio entre barras es de 30 mm. La dotación Ing. Miriam Vega Loyola.

81 de agua por habitante al día es de 25 0 L y la población es de 150 mil habitantes. Considerar un tirante o profundidad de la rejilla de 1. 5 m, la velocidad de flujo es de 0.45 m/s. 1. Calcular Q= (m3/s) 250 l Dia

1 m3 1000 l

1 dia 24 h

1h 60 min

1 min = 2.8935E-6 m3 * 150000 hab 60 s

Q= 0.4340 m3/s 2. Área total AT= Q/V= Gasto/Velocidad AT =

0.4340 m3/s 0.45 m/s

= 0.9644 m2

3. Número de barras ao= n(d1)+ (n-1)b Donde: ao= Ancho de la reja n= Número de espacios n-1= Número de barras b= Espacio entre barras d1= Ancho de barra Ancho de reja (ao) ao= AT/Tirante = 0.9644 m2 = 0.6459 m 1.5 m 0.6429= n (0.014)+)n-1)(0.03) 0.6429= 0.015 n+0.03 n-0.03 0.6429+0.03= 0.045 m 0.6729= 0.045 m n= 0.6729*0.045= 14.9533 Número de espacios;

n= 15 espacios

n-1= Número de barras; 15-1= 14 barras

Ing. Miriam Vega Loyola.

82 4. Superfície mojada AER AER= nbt n= Número de espacios T= tirante b= Espacio entra barras AER= Área de entrada de cada reja g = Aceleración de la gravedad C = Coeficiente de fricción AER = (15)(0.03m)(1.5m) = 0.675 m2 5. Velocidad del flujo Al pasar entre rejas V2= Q/AER = 0.4340 m3/s 0.675 m2

= 0.6429 m/s

6. Carga de velocidad de acercamiento para cada espacio de rejilla (hv) Hv = V22 2g

( 0.6429 m/s)2 2* 9.81 m/s 2

=

=

0.02106 m

7. Pérdida de carga hidráulica para rejilla limpia hL= 1.79 (0.015 m/ 0.03 m) 4/3 =

0.0129 m

8. Pérdida de carga hidráulica para el 50% de obstrucción Hf = V22-V1 2g C

;

hf=

(0.6429 m/s)2- ( 0.45 m/s)2 2*9.81m/s * 0.6

=

0.0179 m

Ejercicio. Una rejilla de bar ras circulares de 2 c m de di ámetro instalada con una inclinación de 50º respecto a l a horizontal con un es pesamiento libre entre barras de 2. 5 cm recibe un caudal de L/s. Con una velocidad de 0.6 m/s y una profundidad de .75m calcule el nº de rejas, cargas hidráulicas, área total, velocidad de flujo y la pérdida de carga considerando una obstrucción del 30%.

Ing. Miriam Vega Loyola.

83 3.2 Almacenamiento de Excedentes [Igualación]

Igualación. El i gualamiento c onsiste e a mortiguar l as v ariaciones par a l ograr un c audal aproximadamente constante, tiene entre otros, los siguientes propósitos:  Superar l os pr oblemas oper acionales c ausados por l as v ariaciones d el caudal.  Proveer un c ontrol adec uado d e pH par a m inimizar l os r equerimientos posteriores de dosificación en procesos de neutralización.  Mejorar l a ef iciencia d e l os pr ocesos de t ratamiento bi ológico al c ontrolar las cargas de choque orgánicas.  Permitir descarga de caudales muy variables al alcantarillado municipal.  Proveer un flujo continuo en plantas de residuos industriales con operación de procesos intermitentes. Homogeneización o Igualación de Caudales La ho mogeneización o i gualamiento consiste simplemente en am ortiguar por laminación l as v ariaciones del c audal, c on el obj eto de c onseguir un c audal constante o c asi constante. Esta técnica puede aplicarse en situaciones diversas, dependiendo d e l as c aracterísticas de la red de al cantarillado. Se us a principalmente para igualar: a. Caudal en tiempo seco b. Caudales pr ocedentes de redes de al cantarillado separadas en époc as lluviosas c. Caudales procedentes de r edes de alcantarillado unitarias en combinación de aguas pluviales y aguas residuales sanitarias. d. Caudales de plantas industriales. La apl icación de l a hom ogenización de c audales en el t ratamiento d el ag ua residual, se da en «línea», en donde la totalidad del caudal pasa por el tanque de Ing. Miriam Vega Loyola.

84 homogenización. E ste s istema per mite r educir l as c oncentraciones d e l os diferentes c onstituyentes y am ortiguar l os c audales de forma considerable. E n la disposición «e n d erivación»,

sólo s e hac e pas ar p or el

t anque

de

homogeneización el caudal que excede un límite prefijado. Las principales ventajas que produce la homogenización de l os caudales son las siguientes: a. Mejora del tratamiento bi ológico, ya q ue se eliminan o r educen las c argas de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se consigue estabilizar el pH. b. Mejora de l a calidad del e fluente y del r endimiento d e l os t anques de sedimentación secundaria al trabajar con cargas de sólidos constantes. c. Reducción de l as s uperficies nec esarias par a l a filtración del ef luente, mejora de los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavado más uniformes. d. Uniformiza la carga de sólidos sobre el sedimentador secundario y m ejora el espesamiento de los lodos. e. En el t ratamiento q uímico, el a mortiguamiento de l as c argas a plicadas mejora el control de l a dos ificación de l os r eactivos y l a f iabilidad del proceso. f. Aparte de l a mejora de l a mayoría de l as oper aciones y pr ocesos de tratamiento, l a h omogenización d el c audal es u na opción al ternativa par a incrementar el rendimiento de las plantas de tratamiento que se encuentran sobrecargadas.

Localización de las instalaciones de homogenización. La ubicación óptima de las instalaciones de homogeneización debe determinarse para c ada c aso concreto. D ado q ue l a l ocalización ópt ima variará en f unción del tipo d e t ratamiento, de l as c aracterísticas d e l a r ed de al cantarillado y de l as del agua residual, de las condiciones físicas del sistema de conducción y del tipo de Ing. Miriam Vega Loyola.

85 tratamiento, es pr eciso l levar a c abo un es tudio de tallado d e l as di ferentes posibilidades. Probablemente, l a l ocalización m ás i ndicada c ontinuará s iendo en las plantas de tratamiento existentes o en fase de proyecto. También es n ecesario c onsiderar l a integración de l as i nstalaciones d e homogenización e n e l diagrama de f lujo de l os pr ocesos de tratamiento. E n ocasiones, puede resultar m ás i nteresante situar l a homogenización d espués del tratamiento pr imario y ant es del biológico, pues así s e r educen los problemas originados por el lodo y las espumas. S i las instalaciones de h omogenización se sitúan p or del ante de l a s edimentación pr imaria y del t ratamiento bi ológico, el proyecto deb e t ener en c uenta l a pr ovisión de un g rado de mezclado s uficiente para pr evenir l a s edimentación de s ólidos y las v ariaciones de concentración y dispositivos de aireación suficientes para evitar los problemas de olores. Los t anques de i gualamiento r equieren g eneralmente mezcla, p ara as egurar u n igualamiento adecuado y para prevenir asentamiento de sólidos sedimentables en el tanque. Este tanque puede ser de profundidad variable, para proveer un caudal constante, o de volumen constante y efluente igual al afluente, cuando el propósito es i gualar c aracterísticas del afluente, c omo s u ac idez, al calinidad y pH , par a optimizar t ratamiento químico o bi ológico posterior. A c ontinuación s e muestra el diagrama de flujo de una planta de tratamiento, figura No. 3.2.

AR

Desarenador

Tanque de Igualamiento

Caudal Cte.

PTAR

Efluente

Fig. No. 3.2 Diagrama de flujo de una PTAR con igualamiento en línea

Ing. Miriam Vega Loyola.

86 3.3 Mezclado Mezclado El m ezclado es una operación unitaria de gran importancia en cualquier fase del tratamiento de aguas residuales, entre las que podemos citar:  Mezcla completa de una sustancia con otra  Mezcla de suspensiones líquidas  Mezcla de líquidos miscibles  Floculación  Transferencia Como ejemplo, se puede citar el m ezclado del cloro o hipoclorito con el ef luente procedente de l os t anques de s edimentación s ecundaria, e n l a úl tima p arte de l proceso. Los productos químicos se mezclan igualmente con el lodo para mejorar sus características de deshidratación antes de la filtración a vacío. En el tanque de digestión, se utiliza el mezclado frecuentemente para asegurar un contacto íntimo entre el sustrato y los microorganismos. En el tanque del proceso biológico, el aire deberá mezclarse con el lodo activado con el fin de proporcionar a los organismos el oxígeno requerido. La mayoría de las operaciones de mezclado relacionadas con el tratamiento de las aguas residuales p uede c lasificarse en

continuas y r ápidas c ontinuas ( 30

segundos o menos). Estas últimas suelen emplearse en los casos en los que debe mezclarse una s ustancia con otra, mientras que las primeras tienen su aplicación en aq uellos c asos e n l os q ue debe m antenerse en s uspensión el c ontenido d el reactor o d el d epósito. A c ontinuación s e analiza cada uno de es tos t ipos de mezclado.

Ing. Miriam Vega Loyola.

87 Mezcla rápida continua de productos químicos. En el proceso de mezcla rápida continua, el principal objetivo consiste en mezclar completamente una sustancia con otra. La mezcla rápida puede durar desde una fracción d e s egundo has ta al rededor d e 30 s egundos. La mezcla r ápida d e productos químicos se puede llevar a c abo mediante diversos sistemas, entre los que destacan: 1. Resaltos hidráulicos en canales 2. Dispositivos Venturi 3. Conducciones 4. Por bombeo 5. Mediante mezcladores estáticos 6. Mediante mezcladores mecánicos En l os c uatro pr imeros, el m ezclado s e c onsigue c omo c onsecuencia de l as turbulencias que se crean en el régimen de flujo. En los mezcladores estáticos, las turbulencias son inducidas y se producen como consecuencia de la disipación de energía, por el us o d e i mpulsores g iratorios c omo; p aletas, t urbinas y hél ices; mientras que e n l os m ezcladores mecánicos l as t urbulencias s e c onsiguen mediante l a a portación de en ergía c on i mpulsores g iratorios c omo l as pal etas, hélices y turbinas. Mezcla continua en reactores y tanques de retención. En el pr oceso de mezcla c ontinua, el pr incipal o bjetivo c onsiste en m antener un estado de mezcla completa con el contenido del reactor o del tanque de retención. El mezclado continuo puede llevarse a cabo mediante diversos sistemas, entre los cuales se encuentran: a. Mezcladores m ecánicos. S e lle va

a c abo m ediante l os m ismos

procedimientos y medios que el mezclado mecánico rápido continuo.

Ing. Miriam Vega Loyola.

88 b. Mecanismos ne umáticos. S e a plica en l

a i nyección de g

ases, q ue

constituye un factor importante en el diseño de los canales de aireación del tratamiento biológico del agua residual. c. Mezcladores es táticos. Un c anal c on pantallas de flectoras es un t ipo de mezclador estático que se emplea en el proceso de floculación. d. Por bombeo. Suelen ut ilizarse al gunos di spositivos c omo l os ag itadores de pal etas que giran lentamente puesto que tienen una superficie grande de acción sobre el fluido. Los agitadores de paletas se emplean como elementos de floculación cuando se debe añadir al ag ua r esidual, o a l os lodos, c oagulantes c omo el s ulfato férrico o d e aluminio, o coadyuvantes a la coagulación como los polielectrolitos y la cal. La c oagulación s e promueve, m ecánicamente, c on u na agitación m oderada c on palas g irando a v elocidades baj as. E sta acción s e c omplementa, en ocasiones, con la disposición de unas hojas o láminas estáticas entre las palas giratorias para reducir el movimiento circular de l a masa de agua y favorecer así el mezclado. El aumento d el c ontacto ent re par tículas c onduce a un i ncremento del t amaño del flóculo, p ero una agitación de masiado v igorosa pue de pr oducir t ensiones q ue destruyan los flóculos formando partículas de menor tamaño. Es importante controlar adecuadamente la agitación, de modo que los tamaños de los flóculos sean los adecuados y sedimenten rápidamente. La producción de un buen flóculo requiere generalmente un tiempo de retención entre 10 y 30 minutos. Los fabricantes de equipos han llevado a c abo numerosos estudios para obtener las c onfiguraciones i dóneas de l as di mensiones de l as pal etas, s eparación e ntre ellas y velocidad de rotación. Se ha podido constatar que una velocidad lineal de aproximadamente, 0 .6 a 0 .9 m /s e n l os ex tremos d e l as pal etas c rea s uficiente turbulencia sin romper los flóculos.

Ing. Miriam Vega Loyola.

89 3.4 Floculación

Floculación. Una parte esencial de cualquier sistema de precipitación química, o químicamente asistida, es la agitación, con proyecciones a aumentar la posibilidad del contacto entre partículas (floculación), tras la adición de los productos químicos. La floculación es un pr oceso químico mediante el c ual, c on l a adi ción d e sustancias den ominadas floculantes, s e ag lutinan l as sustancias c oloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado. Este proceso es pr ecedido por l a c oagulación, por es o s e s uele ha blar d e l os procesos de coagulación-floculación. Ambos facilitan la retirada de las sustancias en s uspensión y de l as par tículas c oloidales, de manera g eneral se e ntiende en dos pasos, estos son: a. La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por l a adi ción de un r eactivo q uímico l lamado coagulante, e l c ual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí, y; b. La floculación es l a ag lomeración de p artículas des estabilizadas e n microflóculos y des pués en l os flóculos m ás g randes q ue t ienden a depositarse e n el

fondo d e l os r ecipientes c onstruidos p ara este fin,

denominados sedimentadores. Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al au mentar l a pr obabilidad d e q ue l as par tículas s e unan y da más t iempo pa ra que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.

Ing. Miriam Vega Loyola.

90 La s olución floculante m ás adaptada a

la nat uraleza de l as m aterias e n

suspensión c on el fin de c onseguir ag uas d ecantadas l impias y l a f ormación de lodos espesos se determina por pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo. En l a minería, l os floculantes ut ilizados s on pol ímeros s intéticos de al to p eso molecular, c uyas m oléculas s on de c adena l arga y c on gran af inidad p or l as superficies sólidas. Estas macromoléculas se fijan por adsorción a las partículas y provocan así la floculación por formación de puentes interpartículas. La floculación s e v e f avorecida por una ag itación m oderada c on pal etas a poc a velocidad. A veces la acción es m ejorada por l a i nstalación de pa letas a uxiliares fijas, o p aletas es táticas, s ituadas entre l as pal etas móviles, q ue s irven par a interrumpir l a r otación de m asa del l íquido y ac tivar el m ezclado. U n mayor contacto entre las partículas favorecerá la formación de flóculos; sin embargo si la agitación fuese d emasiado fuerte, l os es fuerzos c ortantes q ue s e pr oducen romperán el f lóculo e n partículas m ás peq ueñas. La agitación d ebe controlarse con mucho c uidado, de modo q ue l os flóculos s ean d el t amaño adec uado y s e depositen rápidamente. Se han realizado numerosos experimentos por parte de fabricantes de eq uipos y operadores de plantas par a determinar l a c onfiguración ó ptima del t amaño d e l a paleta, su espaciamiento y velocidad. Se ha comprobado que una velocidad en la punta de l a pal eta de apr oximadamente 0. 6 a 0. 9 m /s c onsigue s uficiente turbulencia sin romper el floculo.

Ing. Miriam Vega Loyola.

91 3.5 Sedimentación [desarenación y clarificación]

Sedimentación. La sedimentación consiste en l a separación, por la acción de la gravedad, de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Es una de las operaciones unitarias más utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los términos sedimentación y decantación se utilizan indistintamente. Esta o peración s e e mplea p ara l a eliminación d e ar enas, de l a materia en suspensión, del

flóculo b iológico en l os dec antadores s ecundarios, en l os

procesos d e lodo activado, t anques de d ecantación pr imaria, de l os f lóculos químicos c uando se e mplea l a c oagulación química; y par a l a c oncentración de sólidos en los espesadores de lodo. En l a m ayoría de l os c asos, el o bjetivo pr incipal es l a ob tención de un efluente clarificado, per o t ambién es nec esario pr oducir un lodo cuya c oncentración d e sólidos per mita s u fácil t ratamiento y m anejo. E n el pr oyecto de t anques d e sedimentación, es ne cesario pr estar at ención en l a obtención d e un e fluente clarificado, así como a la producción de un lodo concentrado. En función de la concentración y de la tendencia a la interacción de las partículas, se pueden producir cuatro tipos de sedimentación: a. Discreta b. Floculenta c. Retardada (también llamada zonal) d. Compresión En la siguiente tabla se resume cada una de ellas.

Ing. Miriam Vega Loyola.

92

Tipo de fenómeno

Aplicación/Situaciones Descripción

Sedimentación

Partículas discretas (Tipo 1)

Floculenta (Tipo 2)

Retardada, llamada zonal (Tipo 3)

Compresión (Tipo 4)

en que se presenta Se refiere a la sedimentación de partículas en una suspensión con baja concentración de s ólidos. L as par tículas s edimentan Eliminación de l as ar enas de l como entidades individuales y no existe agua residual. interacción sustancial c on l as par tículas vecinas.

Se refiere a una suspensión bastante diluida de partículas que se agregan, o floculan, durante e l pr oceso de sedimentación. A l u nirse, l as par tículas aumentan de masa y sedimentan a mayor velocidad.

Eliminación de una fracción de los s ólidos en s uspensión d el agua residual br uta e n los tanques de s edimentación primaria, y en la zona superior de los dec antado-res s ecundarios. También elimina los flóculos químicos de l os t anques de sedimentación.

Se r efiere a s uspensiones de concentración i ntermedia, en l as que las fuerzas ent re par tículas s on s uficientes para e ntorpecer l a s edimentación de las partículas vecinas. Las partículas tienden a permanecer en posiciones relativas fijas, y la masa de partículas sedimenta como una unidad. Se desarrolla una interfase sólidolíquido en la parte superior de la masa que sedimenta.

Se presenta en l os t anques de sedimentación secundaria empleados en las instalaciones de tratamiento biológico.

Se refiere a la sedimentación en la que las partículas están concentradas de tal manera que s e f orma una estructura, y l a sedimentación s ólo puede t ener l ugar como c onsecuencia d e l a c ompresión de esta estructura. La compresión se produce por e l peso de l as par tículas, qu e s e v an añadiendo c onstantemente a l a es tructura por s edimentación des de el líquido sobrenadante.

Generalmente, s e pr oduce en las capas inferiores de una masa de f ango d e gr an es pesor, t al como oc urre en el f ondo de l os decantadores secundarios profundos y en l as i nstalaciones de espesamiento de fangos.

Tabla No. 3.3 Tipos de s edimentación que i ntervienen en el t ratamiento del ag ua residual

Ing. Miriam Vega Loyola.

93 Sedimentación acelerada La s edimentación, s e pr oduce de bido a l a ac ción d e l a fuerza de l a g ravedad dentro d e u n c ampo de aceleración constante. L a eliminación de p artículas sedimentables t ambién pued e l levarse a c abo apr ovechando l as propiedades de un campo de aceleraciones variable. Para l a el iminación d e ar enas del ag ua r esidual s e ha n des arrollado n umerosos aparatos q ue apr ovechan tanto l a ac ción d e l as f uerzas g ravitacionales, c omo l a acción d e l a fuerza c entrífuga y l as v elocidades i nducidas. L os p rincipios en los que se basa uno de estos aparatos, conocido como Teacup separator (separador en f orma de t aza de t é). A pr imera v ista, el s eparador t iene forma de c ilindro achatado. El ag ua r esidual s e i ntroduce t angencialmente c erca del fondo del cilindro, y se extrae por la parte superior del mismo, también tangencialmente. La arena se extrae por una abertura dispuesta en el fondo del elemento.

Aplicación. La sedimentación es la separación de partículas suspendidas más pesadas que el agua mediante la acción de la gravedad, el propósito fundamental es obtener un efluente c larificado s in em bargo s e pr esenta t ambién un l odo c oncentrado con base a l a c oncentración y l a t endencia d e i nteracción ent re l a pa rtículas pued en efectuarse c uatro c lasificaciones g enerales s obre la f orma en

que dichas

partículas se depositan. Tipo No.1. Se refiere a la sedimentación discreta de partículas en una suspensión de concentración baja, las partículas se depositan como entidades individuales y no existe interacción con las partículas próximas.

Ing. Miriam Vega Loyola.

94 La s edimentación d e par tículas di scretas se analizan mediante l as l eyes señaladas por Newton y Stokes. Newton 3/2 (ρs- ρL) g φ Vs = 4

Newton

3CD ρL

… (3.1)

Donde: Vs = Velocidad de Sedimentación ρs = Densidad de la partícula ρL = Densidad del fluido g = Constante de la gravedad φ = Diámetro de la partícula CD= Coeficiente de fricción Stokes CD= 24/ (NRe) CD= 24/(Nre)+ 3/

zona de stokes NRe+ 0.34

flujo laminar

flujo turbulento

g (ρs-ρL) φp2 Vs =

Stokes

18 µ …(3.2) Donde: Vs= Velocidad de sedimentación ρs= Densidad de la partícula ρL= Densidad del fluido φp2= Diámetro de la partícula µ= Viscosidad del liquido Ing. Miriam Vega Loyola.

95 Tipo No. 2. Se r efiere a una s uspensión di luida de p artículas q ue s e ag regan a floculan durante la sedimentación. Al agregarse las partículas aumenta su masa y se depositan más rápidamente. El efecto de la floculación depende de l as oportunidades de c ontacto que tengan las partículas y que varía con respecto a los siguientes factores: a. Gradientes de velocidad del sistema b. Concentración de partículas c. Gama de tamaños d. Profundidad del tanque e. Flujo de alimentación El e fecto d e t odas estas v ariables p uede de terminarse s olamente mediante pruebas experimentales. Tipo No. 3. Tiene lugar en s uspensiones d e c oncentración i ntermedia d onde l as fuerzas interpartículas son suficientes para retardar la sedimentación de partículas vecinas. Las partículas tienden a prevalecer entre sí en posiciones fijas y la masa de las mismas se deposita como una unidad. En la parte superior de los lodos se desarrolla una interfase solidó-liquido bien diferenciada. Tipo No. 4. Tiene l ugar c uando las p artículas al canzan t al concentración q ue se forma una es tructura en l a q ue s e forma una es tructura en l a q ue s olo pu ede producir u n as entamiento por c ompresión. La c ompresión oc urre por e l pes o de las par tículas q ue c ontinuamente s e v a aña diendo y se pr esenta en l a z ona d e lodos. Velocidad de sedimentación Durante la primera etapa esta es constante y a m edida que el solidó se acumula en la zona de c ompresión la velocidad disminuye constantemente hasta alcanzar la altura final y el punto crítico se alcanza cuando la velocidad de sedimentación en su primera etapa deja de ser constante. Ing. Miriam Vega Loyola.

96 Aplicaciones.  Se emplean para separar materiales más pesados que la materia orgánica en descomposición como arenas, gravas o cenizas.  Protegen bombas y ot ros eq uipos del

desgaste ( abrasión) ev itando

obstrucciones y taponamientos.  Deberán tener poca profundidad.  El tiempo de retención va de 20 a 60 s.  Su forma general es de grandes canales. Cuya velocidad recomendable es de 0.3m/s para q ue l os s ólidos or gánicos pes ados s e d epositen manteniéndose en

suspensión, los s ólidos or gánicos l igeros y l os

inorgánicos finos (menores .2mm)  Se recomienda un ancho del desarenador de 0.6m

Ejemplo Se c onsidera di señar un s edimentador para pr oteger l os eq uipos de b ombeo d e una planta de tratamiento. Los datos son: Q= 400 m3/dia φ= 0.07mm

1 cm 10 mm

= 0.007 cm

Ss= Densidad específica = 2.65 T= 20 ºC γ = Viscosidad cinemática = 0.986 E-2 cm2/s Determine la superficie del desarenador para obtener una separación del 70% de las partículas.

Ing. Miriam Vega Loyola.

97 Metodología. 1. Aplicar Stokes 2. Validar Stokes con Reynolds NRe< 2 ------------ Stokes (Flujo laminar) 2< NRe < 500 ----- Allen (Flujo transición) NRe > 500 -------- Newton (Flujo turbulento) 3. Si es flujo laminar, el flujo se saca directamente 4. Si es flujo t urbulento l a v elocidad d e s edimentación s e c alcula en función de diámetro o del coeficiente de fricción. Vs =

g Ss-1 φP2 18 µ

1. Vs= (981 cm/sec) 2.65-1(0.007cm)2

…(3.3)

= 0.4465 cm/s

(18) (0.9867E-2 cm2/s ) 2. NRe= Vs φP µ = (0.4465 cm/s)(0.007 cm) 0.9867E-2 cm2/s

=

0.3168

60 min 1h

24 h 1 dia

3. A= Q/Vs= 4000 m3/dia 0.4465 cm s Área=

1m 60 s 100 cm 1 min

= 385.776 m/dia

4000 m3/dia = 10.3687 m2 385.776 m/dia Ing. Miriam Vega Loyola.

98 4.

10.3687 m2 ------100% 7.2581 m2 ------ 70%

5.- A= LW

; L= A/W = 7.2581 m2 0.6 m

= 12.0968 m

6.- Tirante (profundidad) H= Q/Vc (1/W) Q= Gasto Vc= Velocidad de arrastre W= Ancho Vc= 8 β g φP ( SS-1) F

½

Donde: Vc= Velocidad de arrastre (mm/s) β= Constante; 0.04--- Arena granular 0.06--- Material no uniforme y que tiende a flocularse F= Factor de fricción de Weisbach-Darcy = 0.003 El sedimentador queda con las siguientes dimensiones: L= 12.0968 m

W=0.60 m

Ing. Miriam Vega Loyola.

99 Ejercicio. El caudal promedio afluente para una pequeña planta de t ratamiento ARM es de 0.05 Mgal/día con una tamaño de partícula 3.28 E- 4 pies con una temperatura de 20 C° cuya viscosidad cinemática es de 1.003E-6 m2/s, una separación del 85 % una constante (β) igual a .006 una gravedad Ss= 1.125 ( densidad es pecifica), u n factor de fricción(f) igual a 0.025 Flujo Turbulento Los pasos a seguir son: 1. = [ (g(Ss-1)/γ]1/3 = Vc = [4NRe/3CD]1/3 2. = NRe= (Vs * Øp)/ γ 3. = [Vs/ g(Ss-1)/γ]1/3 4. = Vs= Vc [g(Ss-1)/γ]1/3 5. = A= Q/Vs Ejemplo. Calcular los par ámetros de di seño par a un des arenador c on l as s iguientes características φp 0.002cm, densidad relativa Ss= 2.65, µ cinemática= 1.0105 E-2 cm2/s, temperatura 20 °C, caudal= 200 L/sec al 100%, Q caudal= 200 L/s a m3/dia = 17,280 1. Vs= [(g (ss-1))/18 * γ] *Øp 2 Vs= [(981 (2.65-1))/18 * 1.0105 E-2 cm2/s] * (0.002cm) 2 Vs= 0.0355 cm/s 2. NRe= (Vs * Øp)/ γ NRe= (0.0355 cm/s * 0.002cm)/ 1.0105 E-2 cm2/s NRe= 0.007026 Flujo Laminar

Ing. Miriam Vega Loyola.

100 3. Área = Q / Vs A= 17280 m3/dia / 30.672 m/dia A= 563.3802 m2 4. 563.3802 m2 – 100% -- 85% 5. A= L*W

L= A/W 2

L= 563.3802 m / 0.6 m L= 938.967 m 6. Tirante Vc= [(8*0.06*9810 mm/s *0.02 mm *1.65)/0.03]1/2 Vc= 71.9699 mm/s Vc= 621.8199 m/dia H=[ 17280 m3/dia / 621.8199m/dia ]* [ 1/0.6m] H= 46.31 m Se propone construir dos sedimentadores en paralelo Ejercicio. Se co nsidera diseñar un s edimentador par a un a pl anta de t ratamiento, c on l os siguientes datos. φp=0.25 cm Ss=2.65 T=20 °C µ=0.9867 E-2 cm2/s Q= 83750 m3/dia

Ing. Miriam Vega Loyola.

101

Consideraciones. 1. El periodo de diseño teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años. 2. El nú mero de u nidades m ínimas e n par alelo es d e dos par a e fectos de mantenimiento. 3. El periodo de operación recomendable es de 24 h. 4. El tiempo de retención recomendable será entre 2 y 6 h. 5. La carga superficial estará entre los valores de 2 a 10 m3/m2dia 6. La profundidad del sedimentador recomendable será entre 15 m y 2.5 m 7. La relación de las dimensiones del largo y ancho serán entre los valores de 3a6 8. La r elación de l as dimensiones de l argo y pr ofundidad ( l/h) s erá ent re l os valores de 5 a 20 9. El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 5 a 10% para facilitar el deslizamiento del sedimento 10. La velocidad en l os o rificios no debe s er m ayor a 0. 15 m /s par a no c rear perturbaciones dentro de la zona de sedimentación 11. La descarga de lodos se debe ubicar en el primer tercio de la unidad pues el 80% del volumen de los lodos se depositan en esta zona. 12. Se r ecomienda u n c audal por m etro l ineal de r ecolección en l a z ona de salida igual o inferior a 3 l/s

Ing. Miriam Vega Loyola.

102 3.6 Flotación

Flotación La f lotación es una oper ación unitaria que se em plea par a la separación de partículas s ólidas o l íquidas de una f ase líquida. La s eparación s e c onsigue introduciendo f inas burbujas d e gas, n ormalmente aire, en l a fase l íquida. La s burbujas se adhieren a las partículas, y la fuerza ascensional que experimenta el conjunto partícula-burbuja de aire hace que suban hasta la superficie del líquido. De esta forma, es posible hacer ascender a la superficie partículas cuya densidad es m ayor q ue l a del l íquido, a demás de favorecer l a ascensión d e l as partículas cuya densidad es inferior, como el caso del aceite en el agua. En el tratamiento de aguas residuales, la flotación se emplea para l a e liminación de l a m ateria s uspendida y par a l a c oncentración de l os lodos biológicos. La principal v entaja del proceso d e flotación frente al de s edimentación c onsiste en que per mite eliminar mejor y en m enos t iempo l as partículas pe queñas o l igeras cuya depos ición es l enta. U na v ez que las par tículas s e h allan e n la superficie, pueden recogerse mediante un rascado superficial. La aplicación práctica de la flotación en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales ur banas s e l imita, en l a ac tualidad, al us o d el ai re c omo ag ente responsable del fenómeno. Las burbujas se añaden, o s e induce a su formación, mediante uno de los siguientes métodos: 1. Inyección de aire en el líquido sometido a presión y posterior liberación de la presión a que está sometido el líquido (flotación por aire disuelto). 2. Aireación a presión atmosférica (flotación por aireación). 3. Saturación c on aire a l a pr esión at mosférica, s eguido d e l a apl icación del vacío al líquido (flotación por vacío). En todos estos sistemas, es posible mejorar el grado de eliminación y rendimiento mediante la introducción de aditivos químicos. Ing. Miriam Vega Loyola.

103 1. Flotación por aire disuelto (FAD). En los sistemas FAD (Flotación por A ire Disuelto), el aire se disuelve en el agua residual a un a presión de v arias atmósferas, y a c ontinuación se libera la presión hasta alcanzar la atmosférica. En las instalaciones de pequeño tamaño, se puede presurizar la totalidad del caudal a tratar de 275 a 230 kPa, mediante una bomba, añadiéndose el aire comprimido en la tubería de aspiración de la bomba. El caudal se mantiene bajo presión en un calderín durante algunos minutos, para dar tiempo a q ue el ai re s e di suelva. A c ontinuación, el l íquido pr esurizado s e al imenta al tanque de flotación a t ravés de una v álvula reductora de presión, lo cual provoca que el aire d eje de estar en disolución y q ue s e formen di minutas b urbujas distribuidas por todo el volumen de líquido. En las instalaciones de mayor tamaño, se recircula parte del efluente del proceso de F AD ( entre el 1 5 y el 120 %), el c ual s e pr esuriza, y s emisatura c on aire. E l caudal r ecirculado s e mezcla c on l a c orriente pr incipal s in pr esurizar ant es de l a entrada al t anque d e f lotación, l o q ue pr ovoca q ue el ai re dej e de es tar e n disolución y entre en contacto con las partículas sólidas a l a entrada del t anque. Las pr incipales apl icaciones d e l a flotación por ai re di suelto s e c entran en el tratamiento de vertidos industriales y en el espesado de lodos.

2. Flotación por aireación. En los s istemas de flotación por ai reación, l as bur bujas d e ai re s e i ntroducen directamente en la fase líquida por medio de difusores o turbinas sumergidas. La aireación directa durante cortos periodos de tiempo no es especialmente efectiva a la hora de conseguir que los sólidos floten. La instalación de tanques de aireación no s uele es tar r ecomendada para c onseguir l a f lotación d e l as g rasas, ac eites y sólidos presentes en las aguas residuales normales, pero ha resultado exitosa en el caso de algunas aguas residuales con tendencia a generar espumas.

Ing. Miriam Vega Loyola.

104 3. Flotación por vacío. La flotación por vacío consiste en saturar de aire el agua residual, puede darse de dos formas a. Directamente en el tanque de aireación b. Permitiendo q ue el a ire penet re e n el c onducto de as piración de un a bomba. Al apl icar un v acío par cial, el aire di suelto ab andona l a s olución e n forma de burbujas di minutas. L as bur bujas y l as par tículas s ólidas a l as que s e ad hieren ascienden e ntonces a l a s uperficie par a formar u na c apa de espuma q ue s e elimina mediante un mecanismo de rascado superficial. La arena y demás sólidos pesados, que se depositan en el fondo, se transportan hacia un cuenco central de lodos para su extracción por bombeo. En el caso de que la instalación esté prevista para la eliminación de las arenas y si el lodo ha d e s er di gerido, es nec esario s eparar l a ar ena d el lodo en un clasificador de arena antes del bombeo a los digestores. Aplicaciones.  Separación de grasa, aceites, fibras y otros sólidos de bajo peso molecular.  Espesado de lodos procedente de lados activados.  Espesado de lodos procedente de floculación.  Separación de algas en efluentes de lagunas de estabilización.

En procesos de tratamiento la flotación se puede incorporar:  Como unidad d e pr etratamiento antes de l a uni dad d e s edimentación primaria.  Como unidad de tratamiento primario.  Como u nidad de p

retratamiento de A

R ant es d e l a des carga al

alcantarillado municipal.  Como unidad de tratamiento de efluentes de lagunas de estabilización para remoción de algas. Ing. Miriam Vega Loyola.

105  Para flotación de floc´s livianos.  Para flotación para algas coaguladas.  Como unidad específica de flotación para remover material suspendido no removido con otros procesos.  Para recuperación de materias primas o subproductos de interés.

Consideraciones de Diseño Para el diseño de los sistemas de flotación el parámetro utilizado es la relación de los parámetros y sólidos.

…(3.4) Donde: A: Se obtiene a partir de determinaciones de aire disuelto (mg/l) en los puntos de muestreo.

…(3.5)

…(3.7) Donde: P: Presión del sistema o del funcionamiento [atm] F: Factor que toma en cuenta la saturación incompleta del aire y dependiendo del diseño del tanque de retención. F: [0.5 – 0.8]: generalmente F: 0.5 concreto Sa: Solubilidad del aire [mg/L] ρa= Densidad del aire [mg / cm3]

Ing. Miriam Vega Loyola.

106 Donde: C2= Solubilidad del aire en agua [mg / L] C1 = Concentración de aire en agua C1= F P Sa f Xo = Ss = Concentración de sólidos en agua. P = Presión …(3.8)

…(3.9)

Factores que afectan el diseño de las unidades de Flotación son:  Concentración de sólidos  Cantidad de aire  Volumen de crecimiento de partículas  Q de alimentación La solubilidad del aire en el agua varía con respecto a la temperatura, como se muestra en la tabla No. 3.4.

T ( 0 C)

Sa (cm3 /L)

ρ aire (mg / cm3)

0

29.2

1.2915

10

22.8

1.2444

20

18.7

1.193 aprox 2.0

30

15.7

1.1555

Tabla 3.4 Solubilidad del aire a P=1 atm y diferente Temperatura

Ing. Miriam Vega Loyola.

107

Mecanismo barrenador de flotantes

Reactivos

MBF Rebose flotantes

Tanque de mezcla de reactivos

Lodos presentes con volumen despreciable

Bomba de Alimentación de reactivos

Efluente clarificador Tanque de flotación

Sistema de recolección del lodo del fondo extracción de lodos sedimentables

Tanque Mezcla

Válvula de control de presión

Bomba de presurizació n

Tanque de pasteurización

Fig. 3.3. Diagrama de un sistema de flotación sin recirculación

Superficie Requerida Sin Recirculación

…(3.10) Donde: A= Área (m2) Q= Gasto (m3/día) Fc= Factor carga

Ing. Miriam Vega Loyola.

108 Con recirculación

A=

…(3.11)

S=

…(3.12)

S=

…(3.13)

…(3.14)

A=

…(3.15)

Donde: A= Área Q= Gasto R=Recirculación Fc=Factor de carga Gasto por unidad de área. Nota: Estos sistemas implican conocer la presión requerida de operación y el área de la unidad de flotación.

Ing. Miriam Vega Loyola.

109

Rebose de flotantes

Lodos presentes

Mecanismo barrenador de Flotantes Efluente clarificador Tanque de flotación

Q

Reactivos

Efluente reciculado Tanque de mesclas de reactivos

Bomba de Alimentación De reactivos

Tanque de pasteurizació

Bomba de presurización

Fig. 3.4. Diagrama de un sistema de flotación con recirculación

Ejemplo Se es tá pr obando un s istema de flotación en el l aboratorio p ara un ag ua R determinando l os s iguientes p arámetros y c onsiderando q ue n o ex iste Xo=250mg/l

recirculación Q= 4000

sólidos y un Fc= 7.32

Determine la Presión del sistema y el área requerida considere un T Q=4000 Xo=250 mg/l A/S=.04 kg aire/kg sol Fc= 7.32 P=? 4000

m3/h

Ing. Miriam Vega Loyola.

110 Sustituyendo:

P=

A=

=

R=

Ejercicio Para la aplicación del ejemplo anterior, diseñar un sistema de flotación con reciclado. Considerando una presión de funcionamiento de 2.9 atm.

Ing. Miriam Vega Loyola.

111 3.7 Filtración en medio granular (filtros de arena)

Filtración. A pes ar de q ue l a f iltración es una de l as pr incipales oper aciones uni tarias empleadas en el

tratamiento del ag ua potable, la f iltración de efluentes

procedentes de pr ocesos de t ratamiento de ag uas r esiduales e s una pr áctica relativamente reciente. Hoy en dí a, la filtración se emplea, de modo generalizado, para conseguir una mayor eliminación de sólidos en suspensión (incluida la DBO y la materia particulada) de los efluentes de los procesos de tratamiento biológicos y químicos, y también se emplea para la eliminación del fósforo precipitado por vía química. El diseño de los filtros y la valoración de su eficacia debe basarse en: a. La comprensión de las variables que controlan el proceso b. El c onocimiento del m ecanismo, o mecanismos, r esponsables d e l a eliminación de la materia particulada del agua residual. La operación de los filtros está en función de los siguientes factores: 1. Descripción de la operación de filtración. 2. Clasificación de los sistemas de filtración. 3. Variables que gobiernan el proceso 4. Mecanismos de eliminación de las partículas 5. Análisis general de la operación de filtración 6. Análisis de la filtración de aguas residuales 7. Necesidad de estudios en planta piloto.

Ing. Miriam Vega Loyola.

112 Descripción de la operación de filtración La op eración c ompleta de filtración c onsta de dos regeneración ( comúnmente l lamada l avado a c

fases: filtración y l avado o ontracorriente). M ientras l a

descripción d e l os f enómenos q ue s e pr oducen dur ante l a fase d e f iltración es , prácticamente, idéntica para todos los sistemas de filtración que se emplean para las ag uas r esiduales, la fase d e l avado es bastante di ferente e n función d e s i el filtro es d e funcionamiento c ontinuo o s emicontinuo. Tal c omo ex presan s us nombres, en los filtros de funcionamiento semicontinuo la filtración y el lavado son fases q ue s e d an u na a c ontinuación de l a ot ra, mientras q ue en l os filtros d e funcionamiento continuo ambas fases se producen de forma simultánea. Operaciones de filtración semicontinuas. Se identifican tanto la fase de filtración como de l avado de un filtro convencional de funcionamiento s emicontinuo. La fase de filtración en l a q ue s e el imina l a materia particulada, se lleva a c abo haciendo circular el agua través de un l echo granular, con o sin la adición de reactivos químicos. Dentro del estrato granular, la eliminación de los sólidos en suspensión contenidos en el agua residual se realiza mediante u n c omplejo pr oceso e n el q ue i ntervienen un o o más m ecanismos d e separación como el tamizado, interceptación, impacto, sedimentación y adsorción. El f inal d el c iclo de filtrado ( fase de filtración), s e al canza c uando e mpieza a aumentar el contenido de s ólidos en suspensión en el efluente hasta alcanzar un nivel máximo aceptable, o cuando se produce una pérdida de carga prefijada en la circulación a t ravés del l echo filtrante. Idealmente, a mbas c ircunstancias s e producen simultáneamente. Una vez que se ha alcanzado cualquiera de estas condiciones, se termina la fase de filtración, y s e de be l avar el f iltro a c ontracorriente par a el iminar l a m ateria (sólidos en s uspensión) q ue s e h a ac umulado en el s eno d el l echo g ranular filtrante.

Ing. Miriam Vega Loyola.

113 Para el lo, s e a plica un c audal de ag ua de l avado s uficiente para fluidificar (expandir) el medio filtrante granular y arrastrar el material acumulado en el lecho. Para m ejorar y f avorecer l a oper ación d e l avado del f iltro, s uele em plearse u na combinación de agua y aire. En la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales, el ag ua d e l avado, q ue c ontiene l os s ólidos en s uspensión q ue s e eliminan en el

pr oceso de

filtración, s e r etorna a l

as i nstalaciones d e

sedimentación primaria o al proceso de tratamiento biológico. Clasificación de los sistemas de filtración Se ha proyectado y construido diversos modelos y sistemas de funcionamiento de filtros. Los principales tipos de filtros de medio granular se clasifican atendiendo a:  Tipo de funcionamiento;  Tipo de medio filtrante empleado;  Sentido de flujo durante la fase de filtración;  Procedimiento de lavado a contracorriente  Método de control del flujo. En el tratamiento de aguas residuales, la filtración es una operación utilizada para remover sólidos, material no sedimentable, turbiedad, fósforo, DBO, DQO, metales pesados, v irus; es

decir, par a asegurar una c alidad s uperior del e fluente

secundario. La mayor experiencia en l a utilización de la filtración para tratamiento de ag uas, pr oviene d el diseño y operación de f iltros de m edio granular par a la obtención de agua potable. Sin embargo, aunque el diseño, la configuración física y l a oper ación de l os f iltros t ienen l os m ismos pr incipios básicos en a mbas aplicaciones, deb e c onsiderarse q ue hay di ferencias m uy i mportantes e ntre l a aplicación de la filtración para agua potable y para efluentes secundarios de aguas residuales. La filtración s e puede us ar par a depurar ef luentes s ecundarios, s in ag regar coagulantes; c on agregación, antes d e l a filtración o a ntes de l s edimentador Ing. Miriam Vega Loyola.

114 secundario, y para depurar aguas residuales, previamente coaguladas, floculadas y s edimentadas, e n u na pl anta d e t ratamiento fisicoquímico. La r emoción d e l os sólidos s uspendidos c ontenidos e n el ag ua r esidual, de ntro d el l echo f iltrante granular, en t odos l os c asos, es el r esultado de u n pr oceso m uy c omplejo q ue involucra m ecanismos de r emoción di ferentes c omo el c ribado, adsorción, absorción, floculación y sedimentación. El f iltro típico convencional m onomedio, es el que ut iliza arena o ant racita como medio filtrante y oper a por g ravedad c on t asa d e filtración c onstante o v ariable. Otro filtro es el ascensional profundo monomedio, este cuenta con las siguientes ventajas:  La filtración pr ocede de un medio g rueso a f ino, ut iliza s olo un m edio filtrante y per mite us ar un m edio c on t amaño e fectivo m ás g rande y c on mayor coeficiente de uniformidad.  El tiempo requerido para lavado es menor porque el tiempo de d renaje es mínimo.  Se puede usar agua cruda para lavado, disminuyendo la cantidad de agua que debe filtrarse dos veces. La pr incipal d esventaja de es ta úl tima c onfiguración, r adica en l a nec esidad d e proveer un a r ejilla q ue r etenga el m edio filtrante en s u s itio, c uando s e ejerce l a fuerza ascensional para la filtración. Los filtros de presión pueden necesitarse para un diseño económico y se usan en plantas p equeñas; es es tas l a filtración s e r ealiza en un t anque c errado, c on presión s uministrada por una b omba, p or l o q ue pued en op erar c on pér didas finales de energía al tas, menor c onsumo d e l avado. C omo d esventaja d e es tos filtros e s la d ificultad p ara hac er obs ervación, i nspección y c ambio d el m edio filtrante, a menos que se cuente con un acceso fácil al filtro.

Ing. Miriam Vega Loyola.

115 El diseño de un filtro para aguas residuales requiere de una selección apropiada del tamaño del medio filtrante, de la profundidad del lecho de filtración, de la tasa de filtración y de la perdida de la carga disponible para filtración. Evidentemente, la mejor m anera de seleccionar di chos par ámetros y proveer un di seño de costo mínimo es desarrollar un es tudio c on l a pl anta piloto q ue permita de ducir l os requisitos del sistema de filtración. Las recomendaciones principales para diseño de filtros, destinados al tratamiento de efluentes secundarios, son:  Se de be evaluar l a v ariabilidad de l a carga hi dráulica y de s ólidos suspendidos para evitar carreras cortas de f iltración y consumos excesivos de agua de lavado.  Es pr eferible utilizar f iltros q ue p ermitan l a pen etración de s ólidos suspendidos, es dec ir, s istemas d e filtración de g ruesos a finos. El m edio filtrante sobre el lado de entrada del afluente debe tener un tamaño efectivo no menor de 1 a 1.2 mm.  La tasa de lavado debe ser suficiente para fluidizar los granos más gruesos de cada componente del lecho filtrante. Medios más uniformes reducirán la tasa de lavado requerida y son más deseables, aunque más costosos.  Se debe evaluar el efecto de l a recirculación del agua de l avado, a t ravés de la planta, sobre la tasa de filtración y sobre la duración de l a carrera de filtración.

Ing. Miriam Vega Loyola.

136 Autoevaluación. 1. En un curso de agua se coloca un vertedor, calcule el gasto, si: a. El vertedor es rectangular con dos contracciones laterales: L= 1.3 m, H= 1.5 in, n=2 b. El vertedor triangular de pared delgada con carga de 37cm, ángulo 80° en la escotadura. 2. U na c omunidad r ural de 80 v iviendas c onsidera l a i nstalación de u na r ed d e alcantarillado. E stime el caudal del agua residual si 40 v iviendas son nuevas, 30 viviendas son viejas y las 10 restantes son casas de veraneo ¿Qué porcentaje del agua de

abastecimiento r epresenta el c audal d el ag ua r esidual s i el ag ua

consumida es de 8000 gal/dia? 3. Estime el caudal pico en una zona que cuenta con un hotel vacacional de 250 habitaciones, una tienda para turistas, una zona de campamentos para capacidad de 120 per sonas, u n centro de v isitas, un a prisión c on 1 50 r eclusos, u n hospital médico con 120 camas y una oficina con 160 empleados. Exprese en forma clara los aporte base adoptados para el cálculo. 4. S e r equiere di señar una r ejilla par a u n i nfluente d e ag ua residual de u na población 1 75000 habitantes y un c onsumo de 15 0 l itros al día, c onsidere l os siguientes parámetros para una limpieza manual: a. Barras rectangulares.

d. Separación entre barras: 40 mm.

b. Rejilla con el 40% de obstrucción.

e. Ángulo (pendiente en relación a la vertical): 45 °

c. Ancho de la barra: 25 mm.

f. Profundidad de la rejilla: 120cm

g. Velocidad de flujo: 0.5 m/sec. Calcular: 1. Número de barras

5. Pérdida de carga hidráulica (hL) Ing. Miriam Vega Loyola.

137 2. Área de entrada de cada reja.

6. Pérdida de carga hidráulica con obstrucción.

3. Velocidad de flujo al pasar la reja.

7. Caudal medio.

4. Carga de velocidad de

8. Longitud sumergida

acercamiento (hv) 9. Nivel del agua 5. Se considera diseñar un sedimentador, de acuerdo a los siguientes parámetros: Q= 41 L/sec, φ= 0.075mm, Ss=2.65, γ = 0.9186E-2 a una temperatura de 24°C. Calcular: 1. Superficie del desarenador. (Largo,

3. Velocidad de arrastre.

ancho, tirante) 2. Velocidad de sedimentación.

Ing. Miriam Vega Loyola.

UNIDAD IV TRATAMIENTO DE LODOS.

OBJETIVO. El estudiante conocerá y c omprenderá la i nformación r elativa a l os l odos generados en l as pl antas de t ratamiento de aguas y ag uas r esiduales, as í c omo sus c aracterísticas y l os métodos a mbientales adec uados par a su m anejo y disposición.

117 4.1Origenes y formas de tratamiento (Posibles combinaciones) Los pr incipales c onstituyentes del ag ua r esidual el iminados e n las pl antas d e tratamiento i ncluyen b asura, ar ena, y l odo. El l odo ex traído y pr oducido en l as operaciones y pr ocesos de t ratamiento de l as ag uas r esiduales g eneralmente suelen ser un líquido-semisólido con gran contenido de sólidos que están entre el 0.25 y el 12% en pes o. El lodo es, por mucho el constituyente de mayor volumen eliminado en los tratamientos y está formado por las sustancias responsables del carácter desagradable de l as aguas residuales no tratadas. Los lodos producidos en el t ratamiento bi ológico debe n s er es tabilizados, es pesados y des infectados antes de ser retirados del sitio de tratamiento. En l os t anques de s edimentación s e pr oducen g randes v olúmenes de l odos c on alto c ontenido de ag ua; s u deshidratación y di sposición final r epresenta un al to porcentaje del costo general del tratamiento. Los l odos q ue s e p roducen en l os procesos de

tratamiento de ag uas s on

principalmente los siguientes.  Lodo primario proveniente de la sedimentación del agua residual.  Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residual.  Lodos digeridos proviene de los dos anteriores, separados o mezclados.  Lodos pr ovenientes d e l a c oagulación y s edimentación de ag uas y ag uas residuales.  Lodos provenientes de plantas de ablandamiento.  Lodos provenientes de rejillas y desarenadores.

Ing. Miriam Vega Loyola.

118 4.2 Cantidades y características Los lodos son una mezcla de aguas negras y sólidos sedimentables dependiendo de s u or igen r eciben el no mbre c omo: primarios, s ecundarios, l odos ac tivados o lodos químicos. Estos son los términos descriptivos más comunes, algunas otras son lodos del tanque Imhoff o del tanque séptico. Las c aracterísticas de es tos varían m ucho dependiendo de s u origen y s u edad , del t ipo de pr oceso del cual pr ovienen, como se m uestra en la t abla No. 4. 1. El volumen del lodo que se produce en un tanque de sedimentación debe conocerse o estimarse para cuantificar los diferentes componentes del sistema de tratamiento y di sposición de l os l odos. D icho v olumen de pende principalmente d e l as características del agua r esidual, del g rado de t ratamiento pr evio, el t iempo de sedimentación, la d ensidad de s ólidos, el c ontenido de hu medad, de eq uipos o método de remoción de lodos y de la frecuencia de remoción de los mismos. % humedad Proceso

del lodo

Densidad relativa

Intervalo

Típico

Sólidos

Lodo

Sedimentación primaria

88-96

95

1.4

1.02

Filtro percolador

91-95

93

1.5

1.025

-

93

1.7

1.03

90-93

92

1.3

1.005

-

93

1.7

1.03

Tanques Imhoff

90-95

90

1.6

1.04

Aireación prolongada

88-92

90

1.3

1.015

anaerobicamente

90-95

93

1.4

1.02

Laguna aireada

88-92

90

1.3

1.01

93-97

95

1.4

1.012

Precipitación química Lodos activados Tanques sépticos

Lodo primario digerido

Lodo primario digerido aeróbicamente

Tabla No. 4.1 Características de los lodos

Fuente: Metcalf, 1994

Ing. Miriam Vega Loyola.

119 El lodo activado tiene generalmente una apariencia floculenta de color marrón. Si el color es muy oscuro, puede estar próximo a volverse séptico. Si el color es más claro de l o nor mal puede haber es tado ai reado i nsuficientemente y l os s ólidos tienden a sedimentar lentamente. Los l odos s e t ratan par a facilitar s u disposición, l os diversos pr ocesos d e tratamiento t ienen por obj etivo, di sminuir el v olumen del m aterial q ue va a s er manejado, por la eliminación de toda la porción liquida y también en descomponer la m ateria or gánica muy put rescible a c ompuestos or gánicos e i norgánicos relativamente estables o inertes. La r educción del v olumen d e l odo es m uy bene ficiosa para l os pr ocesos d e tratamiento subsecuentes, algunas ventajas son:  Capacidad de tanques y equipos necesarios.  Cantidad d e r eactivos q uímicos nec esarios par a el acondicionamiento de l lodo.  Cantidad de calor necesario para los digestores.  Permite reducir tamaños de tuberías, bombas y tanques digestores.

Ing. Miriam Vega Loyola.

120 4.3 Espesamiento La implementación de nuevas normas para controlar el uso de lodos, provenientes del t ratamiento d e ag uas r esiduales, es i mplementar oper aciones de t ratamiento rentables que no causen daño al medio ambiente y que permitan generar un lodo de buena c alidad q ue s e pueda r eutilizar o di sponer en r ellenos s anitarios. Su tratamiento y evacuación es generalmente el problema más complejo. Cualquier t ratamiento de l odos pretende di sminuir, p or el iminación d e ag ua, el volumen, par a s ubsecuentes t ratamientos y di sposición o t ransformación d e l os sólidos orgánicos putrescibles en s ólidos orgánicos o i norgánicos más estables o inertes. Existen diferentes tratamientos para los lodos, a continuación se describen algunos: Espesado. Es un pr ocedimiento que se emplea para aumentar la fracción sólida del lodo de desecho m ediante l a r educción de l a fracción l iquida del m ismo. L os l odos activados en ex ceso, q ue nor malmente s e bom bean des de l os t anques de decantación s ecundaria c on u n c ontenido d e s ólidos de 0.8% p ueden es pesarse hasta u n c ontenido del 4% de s ólidos, c onsiguiéndose de es ta m anera un a reducción del volumen de lodo a una quinta parte del volumen original. El espesado se consigue generalmente, por medios físicos, incluyendo los equipos de es pesados por g ravedad, flotación y c entrifugación; q ue a continuación s e describen: Espesado por gravedad. Se r ealiza en un t anque de di seño s imilar al de un t anque d e s edimentación convencional. El lodo diluido se conduce a una cámara de alimentación central y a continuación s edimenta y s e c ompacta extrayéndose el l odo espesado des de e l fondo del t anque. E l flujo c ontinuo del s obrenadante pr oducido es r etornado al Ing. Miriam Vega Loyola.

121 tanque de decantación primaria. El lodo espesado que se recoge en el fondo del tanque se bombea a los digestores o al equipo de deshidratación. Espesado por flotación. Hay cuatro variantes básicas de la operación de espesado por flotación: flotación por ai re disuelto, flotación p or v ació, flotación p or di spersión de aire y f lotación biológica. S in e mbargo, s olo l a flotación p or ai re di suelto t iene u tilización par a el espesado del lodo. La utilización más eficaz del espesado por flotación se consigue con los lodos en exceso pr ocedentes de

procesos de t ratamiento biológicos de c ultivos

suspendidos, t ales c omo el pr oceso de l odos ac tivados, o el pr oceso de nitrificación de cultivo suspendido. Espesado por centrifugación. Las c entrifugas s e utilizan t anto para espesar c omo p ara d eshidratar lodos. E l espesado supone la sedimentación de las partículas del lodo bajo la influencia de las fuerzas centrifugas. Los t res t ipos b ásicos de c entrifugas n ormalmente di sponibles pa ra el es pesado de lodos son: a) Centrifuga de discos, b) Camisa maciza y c) De cesta. Los c ostos de

mantenimiento y ener géticos del pr oceso d e es pesado por

centrifugación s on al tos, por t anto el pr oceso es s olamente apl icable en plantas grandes p or e ncima d e 0. 2 m3/s en l as q ue el es pacio s ea l imitado y do nde s e disponga de o peradores c alificados, o bi en par a l odos q ue s ean di fíciles de espesar por m étodos m ás c onvencionales. En l a figura N o. 4 .1 s e obs erva un espesador típico

Ing. Miriam Vega Loyola.

122

Fig. No. 4.1 Espesador

Ing. Miriam Vega Loyola.

123 4.4 Digestión Anaerobia y Aerobia Digestión Anaerobia. Es uno de los procesos más antiguos empleados en la estabilización de lodos, en éste s e pr opicia l a degradación de l a materia or gánica c ontenida e n él , en ausencia de oxígeno molecular. La materia orgánica contenida en la m ezcla de l odos primarios y secundarios se convierte en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) principalmente. La di gestión an aerobia es u n pr oceso q ue dep ende d e l a ac ción de bacterias, clasificadas como hidrolíticas, acetogénicas, acidogénicas y metanogénicas. El pr oceso s e l leva a cabo en un r eactor c ompletamente c errado. Los l odos s e introducen en el reactor de forma continua y permanecen dentro de estos tanques durante periodos de tiempo considerables. El lodo estabilizado que se extrae del proceso t iene un bajo c ontenido de m ateria or gánica y de m icroorganismos patógenos vivos. Digestión convencional. La di gestión del l odo se e fectúa normalmente m ediante un pr oceso de u na s ola fase; d entro de l a digestión, el es pesamiento d el l odo y l a formación de sobrenadante se efectúan simultáneamente. Cuando el g as s ube h acia l a s uperficie, ar rastra c onsigo par tículas de l odo y de otras materias, tales como grasas y aceites, dando lugar finalmente a la formación de una capa de espumas. Como resultado de la digestión el lodo se vuelve mas mineralizado y se espesa por adición de la gravedad. Digestión de alta carga. Este proceso difiere del convencional de una sola fase en que la carga de sólidos es m ucho m ayor. E l l odo se mezcla íntimamente m ediante recirculación del gas, Ing. Miriam Vega Loyola.

124 bombeo, o m ezcladores c on t ubos d e as piración. E l eq uipo de mezclado deb erá tener mayor capacidad y llegar hasta el fondo del tanque; las tuberías de gas son mayores, el tanque es más profundo para facilitar el proceso de mezclado en un digestor de alta carga. El lodo debe bombearse al digestor en forma continua o mediante temporizado en ciclos de 30 m inutos cada 2 h oras, el l odo ent rante des plaza al di gerido a un segundo digestor par a l a s eparación d el s obrenadante y ex tracción del g as residual. Digestión de dos fases. En el proceso de dos fases, el primer tanque se usa para la digestión propiamente dicha. El tanque es calentado y equipado con medios de mezclado que consisten en u no o

más de los di spositivo. E l s egundo t anque s e utiliza par a el

almacenamiento y concentración del lodo digerido, así como para la formación de una c apa de s obrenadante r elativamente c larificado. P or l o g eneral, l os t anques son circulares y raramente tienen diámetros menores de 6 m o mayores de 35 m pueden llegar a tener una profundidad de hasta 14 m o más. Algunas de l as v entajas y des ventajas de l a di gestión A naerobia s e enl istan a continuación: Ventajas  Se obtiene un lodo con mayor capacidad de espesamiento  Se requiere una menor necesidad de nutrientes  No necesita aireación al realizarse en ausencia de oxígeno  Se pr oduce metano, c ontribuyente del bi ogás y que c uando se encuentra en proporciones s uperiores al 5 0% pue de s er ut ilizable como gas combustible.  Existe m enor pr oducción d e l odo, puesto q ue un a mínima par te d el carbono presente en la DBO es trasformado en biomasa.

Ing. Miriam Vega Loyola.

125  El l odo pr oducido es

f ácilmente

incrementarse l a el iminación de

deshidratado, y a q ue al

materia v olátil s e m ejora l a

deshidratación posterior.  Se elimina la mayor parte de los microorganismos patógenos. Desventajas:  Se d ebe r ealizar m ediante bacterias t ermófilas a

temperaturas

superiores a 30˚C. Temperaturas mucho más altas pueden favorecer la apar ición de s ustancias t óxicas. Provoca un m ayor c onsumo energético y necesidades de aislamiento térmico del digestor.  Los gases formados como el CO2 y CH4, favorecen la formación de espumas q ue s e t ienen q ue r omper par a una c orrecta s eparación lodo/agua y una buena recuperación del biogás.  Es s ensible frente a c ambios oper acionales de c arga, c audal y a cambios ambientales como pH y temperatura.  La pu esta en marcha es m uy l enta de bido a l a b aja t asa d e crecimiento.

Digestión Aaerobia. Se e mplea g eneralmente en pl antas de t ratamiento c on c apacidad i nferior a 20,000 m3/día, sin embargo, en algunas ocasiones se ha empleado en plantas con mayor capacidad. Las v entajas y des ventajas pr incipales d e es te pr oceso, c omparado c on l a digestión anaerobia, son: Ventajas  Se c onsiguen menores c oncentraciones de D BO en el

l íquido

sobrenadante.  Puede requerir menores costos iniciales.  La producción final biológicamente estable, sin olores. Ing. Miriam Vega Loyola.

126

Desventajas  Un m ayor c osto energético as ociado al s uministro d e oxígeno necesario.  Se pr oduce u n l odo di gerido de pobr es c aracterísticas par a l a deshidratación mecánica.  La digestión aerobia también es muy delicada en cuanto a operación se refiere. La digestión aerobia es similar al proceso de lodos activados. Conforme se agota el suministro de substrato disponible (alimento), los microorganismos empiezan a consumir s u pr opio pr otoplasma ( respiración en dógena) para o btener l a e nergía necesaria para las reacciones de mantenimiento celular. Los productos finales son dióxido de carbono, agua y amoníaco. Posteriormente el amoníaco se oxida para formar nitratos, la reacción global es la siguiente: C5H7NO2 + 7O2 

5CO2 + NO3 + 3H2O + H

Dentro d e l a di gestión aer obia es muy i mportante c onsiderar l os e fectos de l a acidez pr oducidos p or l a o xidación del a moníaco a ni tratos, s i l a al calinidad presente en el agua residual no es la suficiente, será necesaria la adición de algún reactivo que permita mantener el pH en los niveles deseados.

Ing. Miriam Vega Loyola.

127 4.5 Deshidratación En c uanto a l a t ecnología apl icada al pr oceso d e d eshidratación m ecánica, l os equipos más utilizados suelen ser las centrifugas, con una capacidad creciente de eliminación de agua, lo que causa una disminución de volumen muy conveniente para el transporte y compostaje, aunque también se sigue utilizando tecnología de secado, que tiende a maximizar el control de olores que se presenta en las etapas de espesamiento y deshidratación de lodos, mediante la construcción de cubiertas y el tratamiento de las corrientes de aire evacuadas mediante lavado de gases o absorción con carbono activo. Una vez deshidratados los lodos pasan a un sitio donde son enviados a su destino definitivo; es to pu ede s er: ag ricultura, c onstrucción i ncineración, ent re ot ros. A continuación se describen los tipos de deshidratadores. Eras de secado. Es una extensión de t erreno drenado formado por capas de materiales drenantes dispuestas d e formas v erticales en un r eceptáculo. E l l odo s e s itúa s obre es tas capas de grava o ar ena produciéndose el filtrado de forma análoga a l a f iltración en el tratamiento de aguas. El lodo se deshidrata por drenaje a través de la masa del l odo y l a ar ena, y por ev aporación d esde l a s uperficie expuesta al aire. L a evaporación dependerá de l as c ondiciones c limáticas de l a z ona, l os dí as de exposición de l os l odos y l as c aracterísticas de l os m ismos, q ue en t odo c aso deben estar bien estabilizados. Las eras pueden ser descubiertas o c ubiertas en zonas lluviosas. El drenaje suele estar formado por capas de 10 a 20 cm de arena sobre una capa de grava de 10 a 20 cm, colocando una red de t uberías en l a parte inferior para colectar el agua, que volverá a s er tratada. La c apa de l odo oscila entre 20 y 30 cm. d e es pesor. La c apa d e ar ena de be r eponerse c ada c ierto tiempo ya qu e pierden ar enas en el proceso d e f iltrado y recolección de l os l odos. E l pr incipal

Ing. Miriam Vega Loyola.

128 problema q ue s e pr esenta es l a extracción d e l os l odos u na v ez q ue han alcanzado la sequedad deseada. 4.5.1 Filtración Filtros banda. Es una variable de los filtros de presión que permite realizar la operación de forma continua. E n es te filtro pr imero s e pr oduce un dr enaje del ag ua por g ravedad y después se continúa la deshidratación por efecto de la sobre presión que ejercen los rodillos al comprimir las bandas porosas de fieltro en medio de las cuales se coloca el lodo a deshidratar, como se observa en la figura 4.2. Son sistemas baratos, ya que no necesitan una gran inversión inicial, los costos de mantenimiento y explotación son bajos y la instalación presenta un bajo consumo energético. Además, son e fectivos para c asi t odo l os tipos de l odos pr ocedentes de aguas r esiduales m unicipales, a unque es tán s iendo d esplazados p or l os sistemas de centrifugación.

Fig. 4.2 Filtro Banda

Filtros de vació. Se realiza mediante una fuerza motriz para el transporte de la fase liquida a través del m edio poroso p or m edio d e l a pr esión, debido a l a apl icación de v ació en l a

Ing. Miriam Vega Loyola.

129 superficie de des agüe del m edio de f iltración, creando un gradiente de pr esión entre ambas caras del filtro. Los m ás ut ilizados en l a i ndustria es el f iltro r otatorio o filtro de funcionamiento continuo. Este consiste en un tambor cilíndrico horizontal que gira entorno a su eje principal, parcialmente sumergido en la suspensión a filtrar. Sus características son:  Tiene una superficie del tambor que está cubierta por un medio poroso, cubierto con material filtrante como telas filtrantes o mallas metálicas en espiral. La superficie del tambor está dividida en sectores circulares.  Cada s ector es tá separado d el s ector ady acente e n l os ex tremos del tambor y está unido a una válvula rotativa situada en el eje del tambor mediante una conducción de vació/drenaje.  La válvula controla las fases del ciclo de filtración y conduce el filtrado hacia el exterior del tambor.  Conforme el tambor va girando, la válvula permite que cada sector pase por c ada un a de

las et apas d el pr oceso: formación, l avado,

deshidratación y descarga de la torta por acción de una cuchilla. Filtros prensa. La deshidratación se lleva acabo forzando la eliminación del agua presente en e l lodo por la aplicación de una presión hidrostática elevada. Estos filtros constan de una s erie d e pl acas r ectangulares di spuestas v erticalmente una detrás d e ot ra sobre un b astidor. S obre l as c aras de es tas pl acas s e c olocan t elas f iltrantes, normalmente de tejidos sintéticos. El espacio que queda entre dos placas en su parte central hueca, es el espesor que adq uirirá l a t orta resultante. La s uperficie de l os filtros pr ensa pu ede s er d e hasta 40 00 m 2, y l a s uperficie de cada pl aca en t orno a 2 m 2, e s d ecir lo s filtros prensa pueden estar formados por más de 100 placas.

Ing. Miriam Vega Loyola.

130 La torta se forma sobre un paño filtrante y el líquido filtrado sale entre las ranuras de las placas bajo el paño filtrante. La operación de un filtro prensa es discontinua, pues una v ez c onseguida l a filtración debe d esmontarse, r etirar l os s ólidos y limpiar el paño filtrante.

Ing. Miriam Vega Loyola.

138 Autoevaluación. 1. Escriba y explique los factores que influyen en la selección de los procesos de tratamiento para lodos. 2. Escriba y explique las variables que afectan la sedimentación de los lodos. 3. Mencione las variables de las cuales depende la curva de crecimiento de los microorganismos. 4. Realice el diagrama de las curvas de crecimiento de microorganismos. 5. Que es la estabilización de un lodo y explique al menos tres tratamientos que se le dan a los lodos. 6. ¿Qué es el espesamiento de lodos y cuál es el procedimiento? 7. M encione y ex plique l as v entajas y des ventajas q ue t iene el t ratamiento d e lodos. 8. Realice una propuesta para el tratamiento de 1000 m3 de lodo procedente de un tratamiento de agua residual.

Ing. Miriam Vega Loyola.

131 Bibliografía

1. Blanca E . J iménez C isneros. “ La c ontaminación a mbiental en M éxico causas efectos y tecnología”, 2° impresión, Ed. Limusa, México D.F. 2001 2. Aurelio H ernández M uñoz. “ Depuración d e ag uas r esiduales”, C olegio de Ingenieros d e c aminos, c anales y puer tos, 2° edi ción, E d. P araninfo, España Madrid. 1992. 3. THY Tebbutt. “Fundamentos de control de la calidad del agua” 3° impresión, Ed. Limusa, México, D.F. 1995. 4. Miguel Rigola Lapeña. “Tratamiento de aguas industriales”, Ed. AlfaOmega, Barcelona, España. 1999. 5. Metcalf-Eddy. “ Tratamiento, E vacuación y

R eutilización de

aguas

residuales”, 3ª edición, Ed. Mac Graw Hill. Barcelona, España. 1994. 6. Winkler M ichael A . “ Tratamiento biológico de l as ag uas de d esecho” 4 ª Impresión, Ed. Limusa, México, D.F. 1996. 7. R.S. Ramalho. “Tratamiento de aguas residuales” Ed. Reverte. 1996. 8. Jairo Alberto Romero Rojas, Tratamiento de Aguas Residuales por lagunas de Estabilización, 3ª edición. 1999. 9. Romero R ojas, J airo Alberto. Calidad del agua. Escuela Colombiana de Ingeniería. AlfaOmega. 10. APHA, A WWA y WPCF Standard Methods for examination water and wastewater. 11. R. C rites & G.

Tchobanoglous. “ Tratamiento de aguas r esiduales e n

pequeñas poblaciones”, Ed. Mc. Graw Hill, Colombia 2000 12. R.R. Jairo Alberto, “Tratamiento de Aguas Residuales, teoría y principios de diseño”, Ed. Escuela Colombiana de Ingeniería, Colombia 2008. 13. Departamento de

Sanidad del

Estado de N ueva Y ork, “ Manual de

tratamiento de aguas negras”, Ed. Limusa., 2009 14. www.cna.gob.mx 15. www.semarnat.gob.mx 16. www.economia.gob.mx Ing. Miriam Vega Loyola.