capitulo 2 características de las aguas residuales

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente -Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas

Comunidades. Autor: Ing. Claudia Patricia Gómez Rendón - 2012

CAPÍTULO 2. Características de las aguas residuales

Expresar que las aguas se clasifican en naturales, lluvias y residuales es una afirmación

que se soporta en sus características para lo cual, las determinaciones analíticas, es

decir; las mediciones cuantitativas, son las que establecen el nivel de concentración de

cada uno de los parámetros relativos a la calidad de las aguas. Conocer el nivel de

contaminación debe acompañarse del establecimiento de la cantidad de agua con el

propósito de evaluar no solo la intensidad de la misma sino la carga másica que la

contiene.

Lección 6. Estimación de caudales de aguas residuales

El volumen de aguas residuales aportadas a un sistema de recolección y evacuación está

integrado por las aguas residuales domésticas, industriales, comerciales e institucionales y

el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales normalmente se estima con

base en el caudal diario promedio, pero; como este varía con el tiempo, los sistemas

deben ser diseñadas teniendo en cuenta periodos críticos de operación causadas por

variación de caudal, (caudal punta o pico) concentración de contaminantes y carga

contaminante (carga másica) (Metcalf & Eddy, Op.Cit.).

6.1 Variación de caudal de las aguas residuales

En la medida que pasa el día, los caudales de aguas residuales varían, observándose que

los caudales mínimos se presentan durante las primeras horas de la mañana, usualmente

corresponden a ellos son los aportes de escapes, infiltraciones y exiguas cantidades de

aguas residuales. Los caudales punta se presentan generalmente al finalizar la mañana y

la tarde. La figura 7 representa la variación típica de caudales y calidad de aguas

residuales.

Figura 7. Variación horaria de caudal y calidad del agua residual.

Adaptado por La autora

Comparar los valores numéricos de caudales máximos para diferentes plantas de

tratamiento, requiere de su normalización, parámetro conocido como factor pico, el que

obtiene utilizando la ecuación 6.1

2



promedioCaudal

promediomáximoCaudalFPpicoFactor

6.1

Para conocer el factor pico promedio se realiza el siguiente procedimiento:

Determinar el caudal promedio para el periodo de análisis

Obtener de los registros, los caudales máximos en un día. Ver figura 8

Figura 8. Caudal pico. La autora

6.2 Estimación del caudal de aguas residuales domésticas

Los caudales residuales también se pueden calcular en función de la cantidad de agua

consumida. Para ello se aplica la ecuación 6.2

86400

** RPCQD 6.2

Donde:

QD = Caudal de aguas residuales – L/s

C = Consumo medio por habitante - L/hb-d

P = Población servida – hb

R = Coeficiente de retorno - adimensional

6.2.1 Estimación del consumo medio diario por habitante. Corresponde a la dotación neta,

es decir, a la cantidad de agua que el consumidor efectivamente recibe para satisfacer

sus necesidades. La dotación neta depende del nivel de complejidad del sistema, del

clima de la localidad y del tamaño de la población. Para ello, se debe tener en cuenta lo

establecido por el Reglamento Técnico de Acueducto y Alcantarillado y los datos

referentes son los que se presentan en la tabla 1.

3



Tabla 1. Dotación en función del nivel de complejidad del sistema

Nivel de complejidad del

sistema

Dotación neta (L/hab-día)

climas templado y frío

Dotación neta (L/hab-día)

climas cálido

Bajo 90 100

Medio 115 125

Medio Alto 125 135

Alto 140 150

Nota: Datos tomados de RAS TITULO B, 2000, Pág. 37 – 39

El nivel de complejidad del sistema está en función de la población. El documento

Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento Básico - RAS 2000 título

E.

6.2.2 Estimación de la población servida. Puede ser estimada a partir del producto del

número de viviendas planificadas en el área de drenaje y el número medio de habitantes

por vivienda, utilizando la ecuación 6.3

vivienda

habvivienda

#*#servidaPoblación 6.3

Donde:

Población servida = Habitantes

6.2.3 Estimación del coeficiente de retorno. Se entiende como coeficiente de retorno es

la fracción del agua de uso doméstico servida (dotación neta), entregada como agua

negra al sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. Su valor depende del

nivel de complejidad del sistema de tratamiento y se presenta en la tabla 2.

Tabla 2. Coeficiente de retorno en función del nivel de complejidad del sistema

Nivel de complejidad del sistema Coeficiente de retorno

Bajo y medio 0,7 – 0,8

Medio alto y alto 0,8 – 0,85

Nota: Datos tomados de RAS TITULO B, 2000, Pág. 37 – 39

6.3 Estimación del caudal de aguas residuales industriales (QI)

El consumo de agua industrial varía de acuerdo con el tipo y tamaño de la industria y

los aportes de aguas residuales varían con el grado de recirculación de aguas y los

procesos de tratamiento. En consecuencia, los aportes de aguas residuales industriales Q I

deben ser determinados para cada caso en particular.

6.4 Caudal medio diario (QMD)

4



Es la suma de los aportes domésticos, industriales, comerciales e institucionales y se

obtiene utilizando la ecuación 6.4

INCIDMD QQQQQ 6.4

Donde:

QMD = Caudal medio diario

QD = Caudal de aguas residuales domésticas

QI = Caudal de aguas residuales industriales

QC = Caudal de aguas residuales comerciales

QIN = Caudal de aguas residuales institucionales

6.5 Caudal medio

Relaciona el caudal total en el tiempo. Para pequeñas comunidades puede utilizarse la

ecuación 6.5

24

QQmed 6.5

Donde:

Qmed = Caudal medio – m3/h

Q = Caudal

6.6 Caudal máximo horario (QMH)

El caudal máximo horario es la base para establecer el caudal de diseño de una red de

colectores de un sistema de recolección y evacuación de aguas residuales. El caudal

máximo horario del día máximo, establecido en la ecuación 6.6 se estima a partir del

caudal final medio diario, mediante el uso del factor de mayoración, F.

MDFMH QFQ * 6.6

Cuando se tienen poblaciones entre 1000 hasta 1000000 de habitantes, se pueden utilizar

las ecuaciones 6.6.1 o, 6.6.2

Harmon

PF

5,04

141

6.6.1 Babbit

PF

2,0

5 6.6.2

5



El factor de mayoración también puede ser dado en términos del caudal medio diario.

Para ello se utilizan las ecuaciones 6.6.3 o 6.6.4

ÁngelesLosQ

FMD

0914,0

53,3 6.6.3 ousTchobanogl

QF

MD

0733,0

70,3 6.6.4

La fórmula de Los Ángeles es válida para el rango de 2.8 a 28300 L/s, mientras que la

de Tchobanoglous lo es para el rango de 4 a 5000 L/s. En general el valor de “F debe ser mayor o igual a

1,4”. (Ministerio de Desarrollo Económico. RAS TÍTULO D, 2000, Pág 33- 37).

6.7 Caudal de diseño

El diseño de proceso de las unidades de tratamiento debe basarse en el caudal máximo

semanal para el periodo de diseño, excepto en casos especiales. El diseño hidráulico de

plantas de tratamiento debe hacerse para el caudal máximo horario, sumando los aportes

por infiltraciones y conexiones erradas. (Ministerio de Desarrollo Económico. RAS TÍTULO

D, 2000, pág 21 – 22).

6.8 Caudal máximo

Para pequeñas comunidades, puede utilizarse la ecuación 6.7

25.0max

7575.215.1*

med

medQ

QQ 6.7

Donde:

Qmax = Caudal máximo – m3/h

Qmed = Caudal medio – m3/h

6.9 Variación de la concentración de la contaminación

Son varias las causas relacionadas con la variación de la concentración: costumbre,

origen de las descargas y la época del año (seco, lluvia). Cuando se ignora el aporte de

aguas residuales diferentes a las domésticas, la concentración de las aguas residuales no

varía significativamente a lo largo del tiempo (aunque influye el caudal). Es recomendable

obtener el valor de la concentración media integrada de la contaminación con el

propósito de conocer con mayor exactitud las características o condiciones del agua

residual a tratar, siguiendo para ello la ecuación 6.8

6



n

i

i

n

i

ii

w

q

qC

C

1

1 6.8

Donde:

Cw = Concentración media integrada – mg/L

Ci = Concentración de la sustancia contaminante – mg/L

qi = Caudal L/s

Lección 7. Constituyentes de las aguas residuales

Físicos, químicos y biológicos son los constituyentes presentes en el agua residual y

determinar su concentración es esencial no solo para el diseño y puesta en marcha de

alcantarillados sino también para la selección, diseño y operación de los sistemas de

tratamiento de aguas residuales. Caracterizar el agua residual varía desde precisas

determinaciones cuantitativas hasta las cualitativas biológicas y físicas; muchos parámetros

se encuentran interrelacionados como se presentan en la figura 9.

Figura 9 Relaciones entre parámetros. Gómez R, 2006

La determinación de los parámetros es una práctica de laboratorio que se realiza con

base en lo establecido en el Standard Methods, bibliografía conocida y aceptada para

veste tipo de análisis. Si el agua en estudio no ha recibido vertidos urbanos o

industriales, la prospección debe comprender la determinación sistemática de los

siguientes parámetros:

Iones más importantes (bicarbonatos, cloruros, sulfatos, calcio, magnesio y sodio)

Oxígeno disuelto, demanda química de oxígeno

Carbono orgánico

7



Si es necesario realizar observaciones más detalladas por la finalidad específica del

estudio o por el grado de contaminación, pueden irse incluyendo sucesivamente los

siguientes grupos de parámetros:

Compuestos de nitrógeno, fosfatos, hierro, demanda bioquímica de oxígeno, pH

Fenoles, derivados del petróleo, detergentes, pesticidas

Fósforo orgánico e inorgánico, trazas (metales pesados, fluoruros, etc.)

Al preparar estas prospecciones deben tenerse en cuenta los factores naturales que

influyen en la composición química del agua, cantidad, localización y tipo de los

asentamientos urbanos, de las industrias y de la agricultura. La atención deberá dirigirse,

sobre todo, a las sustancias que puedan estar presentes en concentraciones peligrosas.

Los parámetros de la calidad del agua más frecuentemente admitidos y utilizados y al

mismo tiempo relevantes para los estudios del medio físico son:

Oxígeno disuelto (OD)

Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5)

Sólidos disuelto (SD) y en suspensión (SST)

Compuestos de nitrógeno, fósforo, azufre y cloro

pH

Dureza

Turbidez

Elementos tóxico

Elementos patógenos

7.1 Composición

Se refiere a los constituyentes presentes en el agua servida y según la cantidad que se

presente en ella se clasifica el agua residual como fuerte, media o débil, siendo los datos

típicos los que se presentan en la tabla 3. Dicha clasificación se presenta en función del

caudal vertido, población servida y tipo de actividad.

Tabla 3. Composición de las aguas residuales domésticas

Constituyente Concentración

Fuerte Media Débil

Sólidos totales 1200 700 350

Sólidos disueltos totales 850 500 250

Sólidos disueltos fijos 525 300 145

Sólidos disueltos volátiles 325 200 105

Sólidos suspendidos totales 350 200 100

Sólidos suspendidos fijos 75 50 30

Sólidos suspendidos volátiles 275 150 70

Sólidos sedimentables* 20 10 5

8



DBO5 (1) 300 200 100

COT (2) 300 200 100

DQO (3) 1000 500 250

Nitrógeno orgánico 35 15 8

Fósforo total 20 10 6

Fósforo orgánico 5 3 2

Fósforo inorgánico 15 7 4

Grasa 150 100 50

Nota: Datos tomados de (Metcalf & Eddy, 1981, pág: 241)

(1) Demanda Biológica de Oxígeno

(2) Carbono Orgánico Total

(3) Demanda Química de Oxígeno

* Todos los constituyentes se expresan en mg/L excepto los sólidos sedimentables que se hace en mL/L

7.2 Características físicas de las aguas residuales

Los parámetros físicos más importantes son: color, olor, temperatura y sólidos.

7.2.1 Color. La condición se refiere a la edad del agua residual. Si es fresca, suele ser

gris; en la medida que los compuestos orgánicos son descompuestos por bacterias, el

oxígeno disuelto del agua residual se disminuye hasta alcanzar valores cercanos a cero y

por lo tanto el color cambia a negro, condición que la tipifica como agua residual

séptica. Algunos vertimientos de aguas residuales industriales hacen que el agua tome

otro color.

7.2.2 Olor. Son debidos a los gases producidos por la descomposición de la materia

orgánica. Fresca el agua tiene un “olor desagradable siendo característico el olor del

sulfuro de hidrógeno producido por los microorganismos anaerobios que reducen los

sulfatos a sulfitos” Metcalf & Eddy, Op. cit., pág 247.

7.2.3 Temperatura. Es un factor importante porque actúa como elemento que retarda o

acelera la actividad biológica, la adsorción de oxígeno y bióxido de carbono de la

atmósfera por el agua e influye en la proliferación de algas y en la precipitación de

compuestos.

7.2.4 Sólidos. Los que se presentan en las aguas residuales pueden ser de tipo orgánico

y/o inorgánico provienen de las diferentes actividades domésticas e industriales. Toda la

materia, excepto el agua contenida en materiales líquidos es considerada como materia

sólida. “Analíticamente, el contenido total de sólidos de una residual es la materia que

queda como residuo de evaporación a 103 - 105 °C” (Ibid, pág: 244). El contenido de

sólidos de un agua residual de intensidad media puede clasificarse como se muestra en

la figura 10.

9



Figura 10. Clasificación de los sólidos totales de intensidad media, (Metcalf & Eddy, 1981,

p´ág: 246)

7.3 Características químicas de las aguas residuales

7.3.1 Potencial hidrógeno. Denominado pH. Es un término usado universalmente para

expresar la intensidad de las condiciones ácidas o básicas de una solución cualquiera,

para el caso el agua, mediante la concentración del ion hidrógeno.

Mientras más fuerte la intensidad de la alcalinidad, mayor es el valor de pH, mientras

más fuerte la intensidad de la acidez, menor el valor de pH.

Acidez: Es la capacidad que tiene el agua de neutralizar la alcalinidad esto es, iones

del tipo [OH-] debido a la presencia de iones [H+].

Orgánica 75 mg/L

Sedimentables 100 mg/L (2

h)

Mineral 25 mg/L

Orgánica 75 mg/L

No sedimentables 100 mg/L

Mineral 25 mg/L

Orgánica 75 mg/L

Coloidal 50 mg/L

Mineral 25 mg/L

Orgánica 75 mg/L

Disuelto 450 mg/L

Mineral 25 mg/L

Suspendidos 200

mg/L

SOLIDOS TOTALES

Filtrable 500 mg/L

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El agua adquiere acidez en forma natural por la interacción con la atmósfera

desde la cual puede tomar bióxido de carbono (CO2), dependiendo de ciertas

condiciones de temperatura y presión de la siguiente manera:

H2O + CO2 (atmosférico) H+ + CO3-

acidez

Alcalinidad: Es la medida de la capacidad del agua para neutralizar acidez. Puede

también considerarse como la presencia en el agua de iones [OH-], [CO3 =], [HCO3

-], los

cuales tienen la propiedad de reaccionar con los ácidos, neutralizándolos.

7.3.2 Detergentes. Bajo el nombre genérico de espumantes se consideran todos los

productos que en mayor o menor grado producen espuma cuando el agua es agitada.

Los principales problemas que causan son masa de espuma en el agua cruda y en los

grifos domésticos y tienden a dispersar sustancias no solubles, interfiriendo en los

procesos de coagulación y sedimentación.

7.3.3 Aceites y Grasas. La presencia de compuestos fenólicos en el agua, está asociado

con contaminación de las fuentes por desechos industriales, aguas negras, fungicidas y

pesticidas. El encontrarse este parámetro en el agua afecta la calidad del agua de

muchas formas, siendo la principal la relacionada con condiciones organolépticas,

problema que se potencia, cuando se adiciona cloro al agua dando origen a la formación

de clorofenoles, que afecta el gusto.

7.3.4 Cloruros. La forma más común de ocurrencia de los cloruros en el agua es el

cloruro de sodio o sal común. El origen de los mismos son sales del suelo que se

disuelven en el agua, siendo escasa su presencia en concentraciones altas en aguas

superficiales, excepto en aquellas fuentes provenientes de terrenos salinos o de acuíferos

con influencia de corrientes marinas.

7.3.5 Nitratos. La presencia no es extraña, especialmente en aguas de pozo subterráneo

que pueden recibir infiltración de efluentes de tanques sépticos, ganadería, etc. En

concentración mayor a 10 mg/L, puede ocasionar en los niños lactantes una enfermedad

llamada metahemoglobinemia que impide la oxigenación de la sangre. El nitrógeno en

forma de nitritos, tiene una toxicidad mayor que afecta al hombre y es por estos efectos

adversos que su contenido debe ser vigilado en el agua de consumo.

7.3.6 Sustancias Tóxicas. Existe un grupo de contaminantes inorgánicos cuya presencia en

el agua por encima de ciertos valores admisibles tiene reconocido efecto negativo en la

salud humana.

Entre ellos se destacan:

Arsénico: Metaloide que está en muchas partes de la naturaleza y puede ser aguda o

crónicamente tóxico para el hombre.

Bario: Elemento altamente tóxico y causa serios trastornos cardiacos vasculares y

nerviosos.

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Cadmio: Es potencialmente tóxico y su ingestión tiene efectos acumulativos en el tejido

del hígado y riñones.

Cianuro: No es común encontrarlo en el agua natural, sin embargo su presencia es

tóxica.

Mercurio: Es tóxico para el hombre en todas formas más agudo y crónica. Puede

ingerirse directamente o a través de pescado que a su vez lo ha acumulado en su

organismo.

Plata: Aunque es un elemento de los más escasos en el agua, todos los estudios que

sobre él y sus posibles efectos se han hecho se encuentran en la fase preliminar, pero

se ha comprobado que produce un decoloramiento permanente e irreversible en la piel,

ojos y membranas mucosas.

7.3.7 Pesticidas. Bajo este nombre genérico se agrupan compuestos inorgánicos naturales

y orgánicos sintéticos, que se utilizan con variados propósitos en las labores agrícolas,

tales como insecticidas, fungicidas, algicidas, etc. Dentro de este grupo, cabe mencionar

organoclorados, organofosforados, carbamatos, clorofenoles. Los efectos tóxicos de los

plaguicidas sobre la salud humana, difieren dependiendo de su naturaleza química, pues

mientras algunos se acumulan en los tejidos, otros son metabolizados.

7.4 Gases

7.4.1 Oxígeno Disuelto. Todos los organismos en una u otra forma dependen del oxígeno

disuelto para mantener los procesos metabólicos que producen energía para su

crecimiento y reproducción. La presencia de éste parámetro es el factor que determina

si los cambios biológicos en un agua residual son llevados a cabo por organismos

aeróbicos o anaeróbicos.

7.5 Medida del contenido orgánico en aguas residuales

7.5.1 Demanda Bioquímica de Oxigeno DBO5. Es la cantidad de oxígeno requerido para

estabilizar la materia orgánica descomponible bajo condiciones anaeróbicas. La materia

orgánica servirá como alimento a las bacterias, las cuales derivarán energía del proceso

de descomposición u oxidación.

7.5.2 Demanda Química de Oxígeno DQO. Es una prueba ampliamente utilizada para

determinar el contenido de materia orgánica de las aguas residuales.

7.6 Características Microbiológicas

Debido a que los microorganismos adolecen de características morfológicas y de

mecanismos sexuales de reproducción, establecer una clasificación de microorganismos es

difícil. Para obviarlas, el zoólogo alemán Haeckel propuso en 1866 el reino de los

protistos en el cual se incluyen como más representativos las bacterias, algas, hongos y

protozoos.

12



Es de anotar, que el agua como posible portador de microorganismos patógenos, puede

poner en peligro la salud y la vida. Los patógenos, llegan al agua a través de las

deyecciones intestinales, pero simultáneamente ciertas especies bacterianas, en particular

la escherichia coli y los organismos afines llamados coliformes como los estreptococos

fecales, son huéspedes normales del intestino del hombre y de algunos animales, y se

encuentran por consiguiente en las heces fecales.

La presencia de estos microbios en el agua revela entonces polución fecal de

procedencia humana o animal.

Lección 8. Determinación y cálculo de la DBO5 y DQO

8.1 Demanda Bioquímica de Oxígeno

Es la cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos para oxidar (estabilizar) la

materia orgánica biodegradable en condiciones aerobias. En condiciones normales de

laboratorio, esta demanda se cuantifica a 20°C, el ensayo estándar se realiza a cinco

días de incubación y se conoce convencionalmente como DBO5, con valores numéricos

expresados en mg/L – O2.

La DBO5 es el parámetro más usado para medir la calidad de aguas residuales y

superficiales, determinar la cantidad de oxígeno requerido con el propósito de estabilizar

biológicamente la materia orgánica del agua, diseñar unidades de tratamiento biológico,

evaluar la eficiencia de los procesos de tratamiento y fijar cargas orgánicas permisibles

en fuentes receptoras. La ecuación de cálculo es la siguiente:

)101()1( 55

5

kK LeLy 8.1

Donde:

y5 = DBO5 estándar – mg/L

L = DBOUC – mg/L o DBO remanente pata un tiempo t – mg/L

K = Constante de velocidad de reacción de la DBO5, base natural – d-1

k = Constante de velocidad de reacción de la DBO5, base decimal – d-1

Para calcula la DBO de 1 dia, puede utilizarse la ecuación 8.2

KteLL *1 8.2

Donde:

L1 = DBO de un día – mg/L

L = DBOU – DBO última – mg/L

(esta DBO es aproximadamente el 80% del total)

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La oxidación bioquímica es un proceso lento que requiere, matemáticamente, un tiempo

infinito para su culminación. A 20 °C, valores típicos de K y k son respectivamente 0.23

d-1 y 0.10 d-1. Otros valores típicos son los que se presentan en la tabla 4

Tabla 4. Valores típicos de k, K, L

Tipos de agua residual k, d-1 K, d-1 L, mg/L

Doméstica débil 0,152 0,35 150

Doméstica fuerte 0,168 0,39 250

Efluente primario 0,152 0,35 75 – 150

Efluente secundario 0,05 – 0,10 0,12 – 0,23 10 – 75

Nota: Datos tomados de (Romero R., J., 2005, pág: 40)

Para determinar el valor de la constante de reacción K a una temperatura diferente de

20°C se utiliza la ecuación 8.3 deducida de la relación clásica de Vant Hoff Arrhenius:

20

20

T

T KK 8.3

Donde:

KT = Constante de reacción de la DBO para T°C – d-1

K20 = Constante de reacción de la DBO para 20°C - d-1

= 1,135 para T = 4 – 20°C

1,056 para T = 20 – 30°C

1,047 para T > 20°C

8.2 Determinación de la DBO

8.2.1 Procedimiento de los ensayos de dilución.

Preparación de distintas diluciones de la muestra a ser analizada, con agua destilada.

Las botellas para incubación (de 250 a 300 mL de capacidad) con tapones de vidrio

esmerilado son las más adecuadas. En la botella de DBO se debe colocar:

- La muestra, diluida si es necesario.

- Se añade agua de dilución para completar el volumen hasta la linea de capacidad

señalada. Esta agua de dilución, en el caso de que sea necesario, contiene: Una

siembra de microorganismos y una solución de nutrientes para los microorganismos.

El pH en la solución de la botella debe estar cercano a 7,0 (neutro). Para cada

botella de DBO se debe utilizar otra de control (blanco).

Incubación de las botellas a 20°C. Cada 24 horas se debe sacar la botella muestra y

el blanco correspondiente de la incubadora y determinar el oxígeno disuelto en mg/L.

Ramalho, Op.Cit.

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8.3 Demanda Química de Oxígeno

Se usa para medir el oxígeno equivalente a la materia orgánica oxidable químicamente

mediante un agente químico oxidante fuerte, por lo general dicromato de potasio, en un

medio ácido y alta temperatura. Para la oxidación de ciertos compuestos orgánicos

resistentes se requiere la ayuda de un catalizador como el sulfato de plata.

Compuestos orgánicos que interfieren con el ensayo, como los cloruros, se eliminan

mediante HgCl2.

La reacción principal puede presentarse de la manera siguiente:

OHCOCrHOCrorgánicaMateria CalorrCatalizado

22

32

72

El ensayo de determinación de DQO al dicromato se lleva a cabo calentando en

condiciones de reflujo total una muestra de volumen determinado con un exceso

conocido de dicromato potásico (K2Cr2O7) en presencia de ácido sulfúrico (H2SO4), durante

un periodo de dos horas. La materia orgánica en la muestra se oxida, como resultado se

consume el dicromato de color amarillo que se reemplaza por el ión crómico color

verdoso. Como catalizador se añade sulfato de plata (Ag2SO4).

La medición se lleva a cabo por valoración del dicromato restante o por determinación

colorimétrica del ion cromo producido, con un colorímetro fotoeléctrico o un

espectrofotómetro. (Ramalho Op. cit.).

La DQO es útil como parámetro de concentración orgánica en aguas residuales

industriales o municipales tóxicas a la vida biológica y se puede realizar en solo unas

tres horas.

La interpretación correcta de los resultados de demanda de oxígeno, para la oxidación

de la materia orgánica, mediante DBO o DQO, es problemática por los diferentes factores

y variables que afectan dichos ensayos. En general, se espera que la DQO sea

aproximadamente igual a la DBO última; pero, especialmente en aguas residuales

industriales, existen factores que hacen que dicha afirmación no se cumpla.

DETERMINACIÓN DE LA DBO EN LABORATORIO

Revisa este video

http://www.youtube.com/watch?v=DD53rXsNy_w


15



“Las aguas residuales domésticas crudas tienen DBO promedio de 250 a 1000 mg/L, con

relaciones de DQO/DBO que generalmente varían entre 1,2 y 2,5” (Romero R., J., 2005).

Lección 9. Carbono orgánico total,

relación DBO5/DQO

El carbono orgánico total – COT - se basa en la oxidación del carbono de la materia a

dióxido de carbono. Designa a un grupo de diversos compuestos orgánicos en varios

estados de oxidación, algunos de los cuales son susceptibles de oxidación química o

bioquímica (DQO, DBO5).

Las moléculas deben romperse en unidades de carbono simples y ser convertidas en una

forma molecular sencilla que pueda medirse cuantitativamente, sometiéndolas a procesos

oxidantes. Generalmente son convertidas a dióxido de carbono.

El carbono orgánico total de un volumen de agua residual cualquiera es indicador de

polución, siendo posible relacionar este parámetro con la DBO5 y la DQO. De obtenerse

una relación entre el COT y la DBO5, la primera se deberá usar para el control de

procesos.

9.1 Relación entre DBO5 – DQO – COT

Los valores de la relación entre DBO5/DQO de aguas residuales municipales no sometidas

a tratamiento oscila entre 0.3 – 0.8, después de la sedimentación primaria la relación se

modifica a 0.4 – 0.6 y el efluente oscila entre 0.1 a 0.3 (Crites & Tchobanoglous, 2000).

Se interpreta que de encontrar una relación de 0.3 el vertimiento contiene tóxicos.

La relación entre DBO5 y el COT para aguas residuales es mayor respecto a la que existe

DBO5/DQO al arrojar resultados de 1.2; si el efluente proviene de sedimentación primaria

el resultado se mueve entre 0.8 y 1.2, hasta lograr efluentes entre 0.2 y 0.5.

DETERMINACIÓN DE LA DQO EN LABORATORIO

Revisa este video

http://www.youtube.com/watch?v=t3a-Zy17Brs


16



9.2 Demanda teórica de oxígeno

La materia orgánica de origen animal y vegetal presente en las aguas residuales es la

combinación entre carbono – hidrógeno – oxígeno y nitrógeno.

9.3 Relación entre K y la relación DBO5 – DQO

Si t = 5 y, y = Lo = DBOf, entonces,

K

fDBODBO 5

5 101 9.1

A partir de la cual,

K

fDBO

DBO5

5

10

11 9.2

Se puede dibujar DBO5/DBOf (ordenada), considerando los valores de K. La curva asciende

hasta alcanzar en la ordenada el valor de 1, siempre que K sea mayor a 0.3 (Ramalho,

R.S., 1996).

9.4 Relación entre DBO5 - COT

Esta correlación entre DBO 5 – y COT de aguas residuales industriales, es difícil de

establecer debido a la variación en la composición química. Para aguas residuales

domésticas la correlación se da mediante la utilización de la ecuación 9.3 (Ibid).

17)(87.15 COTDBO 9.3

17



Lección 10. Destino de los constituyentes de las Aguas Residuales

Evaluar el destino final y el impacto de los constituyentes de las aguas residuales es una

de las actividades requeridas para identificar el comportamiento de la eficiencia de

remoción durante las diferentes etapas de tratamiento vertidas al cuerpo receptor.

10.1 Generalidades del Balance de masa

La ecuación de conservación de la masa se aplica a las descargas sobre lagos, embalses,

ríos, mares y acuíferos. “El principio de conservación de la masa para su aplicación

requiere cuantificar la masa de cualquier constituyente de la calidad del agua bajo

estudio alrededor de un volumen estacionario de dimensiones fijas [o] punto de control”

(Crites & Tchobanoglous, 2000; pág 109). Luego el balance de masa se establece a partir

de la figura 11

Figura No. 11 Diagrama análisis balance de masas

(Crites & Tchobanoglous, 2000; pág110)

Se supone:

Es constante el caudal de entrada y salida

El volumen es constante

El líquido se encuentra completamente mezclado

En el interior del tanque existe una reacción química donde actúa A (líquido)

Luego:

10.1.1 Balance general:

= - +

Q, N

V, N

Q, No

Velocidad de

acumulación del

reactivo dentro del

volumen de control

Flujo másico de

reactivo que ingresa

al volumen de

control

Flujo másico de

reactivo que

volumen de

control

Velocidad de

generación del

reactivo dentro del

volumen de control

18



10.1.2 Balance simplificado:

Acumulación = entrada – salida + generación

10.1.3 Balance de masa (A partir de la figura 11, se obtiene la ecuación 10.1

VrQV

NQ

V

N

dt

NdN

O 10.1

Donde:

dt

Nd = velocidad del cambio de moles del reactivo dentro del volumen de control, m/s-1

No = moles del reactivo que ingresa al volumen de control - M

V = volumen contenido dentro del volumen de control - L3

Q = caudal volumétrico de entrada y salida del volumen de control - L3/s

N = moles del reactivo que abandonan el volumen de control - M

rN = velocidad de reacción dentro del volumen de control - ML3/s

Si no existiera caudal afluente ni efluente, la ecuación 10.1 se convierte en la ecuación

siguiente:

)tiempo*líquido delvolumen (

1 moles

dt

Nd

VrN 10.2

Si N se reemplaza por VCA, donde V = volumen y CA la concentración del constituyente A,

la ecuación 10.2, se convierte en la ecuación 10.3 así:

dt

dVCVdC

Vdt

VCd

Vr AA

N

11 10.3

Si el volumen permanece constante, la ecuación 10.3 se reduce a la ecuación 10.4

dt

dCr A

A 10.4

19



10.2 Velocidad de reacción

Se utiliza para describir el cambio en el número de moles de una sustancia reactiva por

unidad de tiempo y por unidad de volumen (para reacciones homogéneas), o por unidad

de masa (reacciones heterogéneas). Este término es importante para el diseño de

sistemas de tratamiento de aguas residuales.

La velocidad de reacción para reacciones homogéneas está dada por la ecuación 10.5

)*(

1

tiempovolumen

moles

dt

Nd

Vr 10.5

Entre tanto, para reacciones heterogéneas, siendo S el área superficial, la expresión es la

siguiente:

)*(

1

tiempoárea

moles

dt

Nd

Sr 10.6

Si la reacción involucra dos o más reactivos con coeficientes estequiométricos diferentes,

la velocidad de un reactivo, no será la misma que para otros reactivos. Así, la reacción

será:

Aa + bB Cc + dD

Siendo entonces el cambio de la concentración con respecto al tiempo para cada uno de

los reactivos, se observa en la siguiente ecuación (10.7)

dt

Dd

ddt

Cd

cdt

Bd

bdt

Ad

a

1111 10.7

Si los coeficientes estequiométricos son diferentes, la velocidad de reacción esta dada

por la ecuación 10.8

dt

Cd

cr i

i

1 10.8

Donde (1/Ci) es de signo - para los reactivos y + para los productos

10.3 Formas de expresión de la velocidad de reacción

Describen la conversión de los residuos en los procesos de tratamiento de aguas

residuales y su transformación después de ser liberados al medio ambiente. Son las

expresiones más comunes:

20



kr orden cero 10.9

kCr primer orden 10.10

)( sCCkr primer orden 10.11

2kCr segundo orden 10.12

BACkCr segundo orden 10.13

Ck

kCr

tipo de saturación 10.14

nRt

kCr

)1( retardada de primer orden 10.15

La suma de los exponentes a los cuales se encuentran elevadas las concentraciones de

los reactivos se conoce como orden de la reacción. Aunque la ecuación (10.14) es de

segundo orden, se puede indicar que es de primer orden con respecto a CA y CB ; la

ecuación (10.14) se conoce como ecuación de saturación, debido a que cuando la

concentración C del reactivo en estudio es muy grande la velocidad de reacción se

ajusta a una orden cero.

La expresión dada por la ecuación (10.15) se conoce como retardada de primer orden

por que la velocidad de reacción cambia con respecto al tiempo, [siendo el] término R

en el denominador el factor de retardo. (Crites & Tchobanoglous, 2000, pág 113).

Los coeficientes cinéticos de reacción, pueden obtenerse por método integral o

diferencial. Si es de orden cero, por este último método tenemos la expresión de

velocidad como se muestra en la ecuación 10.16

nc Ckdt

Cdr 10.16

Ahora, el método empleado para determinar el coeficiente cinético de reacción se

obtiene a partir de la ecuación 10.15 donde n se hace igual a la expresión de la

ecuación 10.16

21



21

21

loglog

/log/log

CC

dtCddtCdn

10.17

Donde:

n = Velocidad de reacción

Luego,

ktC

C

o

ln 10.18

Donde:

C = Concentración final – mg/L

Co = Concentración inicial – mg/L

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Referencias Bibliográficas

Crites & Tchobanoglous. (2000). Sistemas de manejo de aguas residuales para núcleos pequeños y descentralizados (Vol. I). McGraw-Hill Interamericana, S.A. Gómez R., C. (2012) Módulo Manejo de Aguas Residuales en Pequeñas Comunidades. Bogotá – Colombia, Escuela de Ciencias Agrarias, Pecuarias y de Medio Ambiente, Ingeniería Ambiental, ECAPMA, UNAD. Metcalf & Eddy. (1981). Tratamiento y depuración de las aguas residuales (Segunda ed.). Barcelona, España: Labor. Ministerio de Desarrollo Económico. RAS 2000. (s.f.). Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable. Colombia.

Orozco J. A. y Salazar, A. A. (1987). Tratamiento biológico de las aguas residuales (Primera ed., Vol. 1). Medellín, Colombia: Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia. Ramalho, R.S. (1996). Tratamiento de aguas residuales. Barcelona: Reverté. Ramos, Sepúlveda y Villalobos. (2003). El agua en el medio ambiente. Muestreo y análisis. Mexicali, Baja California, Méjico: Plaza y Valdes Editores. Romero R., J. (2005). Tratamiento de aguas residuales (Primera reimpresión ed.). Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería. Standard Methods. Recuperado el 13/10/2013 en http://www.standardmethods.org/ Video Determinación de DBO5. Recuperado el 12/08/2012 de http://www.youtube.com/watch?v=DD53rXsNy_w Video Determinación de DBO5. Recuperado el 12/08/2012 de http://www.youtube.com/watch?v=t3a-Zy17Brs

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http://www.standardmethods.org/



capitulo 2 características de las aguas residuales

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