saneamiento de aguas residuales en ......2020/12/07 · la remoción de sólidos suspendidos está...

GESTIÓN Y OPERACIÓN DE

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES

GESTIÓN Y OPERACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

3. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES


3.2 Tratamiento Primario

Niveles de

Tratamiento

Pretratamiento

Primario

Secundario

Terciario o

Avanzado

Eliminación de materia flotante

Desarenado

Homogeneización y almacenamiento

Separación de grasas y aceites

Neutralización

Sedimentación

Flotación

Tratamiento primario avanzado

Físicoquímicos

Biológicos

Coagulación química

Oxidación

Precipitación

Anaerobios

Aerobios

Medio fijo

Medio suspendido

Medio fijo

Medio suspendido

Coagulación

Adsorción

Intercambio iónico

Filtración

Nitrificación y Desnitrificación

Oxidación

Ósmosis Inversa

Desinfección

Cloración

Ozonación

Radiación ultavioleta

Otros

Sedimentación

Es la separación de partículas suspendidas máspesadas que el agua, mediante la acción de lagravedad.

Se basa en la diferencia de gravedad específicaentre el material sedimentable y el agua.

Se utiliza para la remoción de arenas, flóculosquímicos y biológicos y como principio para elespesamiento de lodos.

MECANISMOS SEDIMENTACIÓN.

Sedimentación de partículas

discretas.

Son aquellas que durante el proceso no cambian de características (forma, tamaño y densidad). Se denomina sedimentación simple al proceso de depósito de partículas discretas.

Sedimentación de partículas

floculentas.

Son aquellas producidas por la unión de partículas. Se denomina sedimentación floculenta al depósito de partículas floculentas.

Sedimentación zonal.

Cuando existen altas concentraciones de partículas, se producen colisiones que las mantienen en una posición fija, ocurriendo su depósito masivo.

Partículas discretas.

Son aquellas que durante el proceso no cambian decaracterísticas (forma, tamaño y densidad). Sedenomina sedimentación simple al proceso dedepósito de partículas discretas.

Partículas floculentas.

Son aquellas producidas por la unión de partículaspor medio de agentes químicos o de forma natural.Se denomina sedimentación floculenta al proceso dedepósito de partículas floculantes.

Sedimentación zonal.

Cuando existen altas concentraciones de partículas,se producen colisiones que las mantienen en unaposición fija, ocurriendo su depósito masivo.

Zona de compactación.

Cuando existen muy altas concentraciones departículas, como se presentan en las tolvas de lossedimentadores y en los espesadores.

La remoción de sólidos suspendidos está en función

de la carga hidráulica superficial, la cual se expresa

como caudal medio diario de aguas residuales

dividido entre el área superficial del sedimentador:

CHS = Qm/As

CHS = Carga hidráulica superficial, m3/m2 día.

Qm = Caudal medio, m3/día.

As = Área superficial, m2.

Remoción de Sólidos Suspendidos.

Diseño de tanques de sedimentación.

El diseño de tanques de sedimentación requiere de

grandes conocimientos en la práctica, así como en

la teoría.

Los tanques de sedimentación en las plantas de

tratamiento de agua son clasificados en: Tanques

rectangulares, tanques circulares.

Tanques rectangulares.

Este tipo de unidades son empleadas en plantas que

tratan grandes flujos. Este tipo de unidades es más

estable hidráulicamente y el control de grandes flujos a

través de ellos es más sencillo.

El diseño típico consiste en tanques con longitudes de 3 a

4 veces su ancho y de 10 a 15 veces su profundidad. Su

fondo es ligeramente inclinado para facilitar la

eliminación de los lodos.

Un ligero movimiento de palas (rastras) conducidas por

cadenas, continuamente empujan el material

sedimentado a una tolva de donde son extraídos

periódicamente.

Esquema de un tanque rectangular.

Tanques rectangulares.

Un sedimentador rectangular puede ser dividido en cuatro

zonas funcionales:

• Zona de entrada: Los bafles presentes interceptan el agua

de entrada y distribuyen el flujo uniformemente hacia

abajo y horizontalmente a través del tanque.

• Zona de salida: El flujo de agua es ascendente y llega a la

tubería de salida.

• Zona de lodos: Se extiende desde el fondo del tanque

hasta por encima de los mecanismos de arrastre.

• Zona de sedimentación: Ocupa la parte restante del

tanque.

Tanques circulares.

Estos tanques presentan las mismas zonas de

sedimentación que los rectangulares, pero el régimen de

flujo es diferente.

El flujo entra por el centro del tanque, donde se

encuentran los bafles o mamparas, los cuales distribuyen

el flujo radialmente hacia el perímetro, la velocidad

horizontal del agua disminuye continuamente conforme

se incrementa la distancia al centro del tanque.

Así las partículas discretas con cierta velocidad van

experimentando a un cambio en su velocidad absoluta

debido al decremento en la velocidad horizontal. Así, la

ruta de las partículas en estos tanques es una parábola.

Diagrama de un tanque circular.

Los sedimentadores circulares presentan algunas

ventajas. Sus sistemas de rastras son sencillos y

requieren menos mantenimiento.

Los vertedores en los tanques circulares usualmente

consisten en placas de metal con corte en forma de

V, los cuales reducen la velocidad de rebose.

Una distribución desigual y corrientes desiguales

pueden ocasionar cortos circuitos hidráulicos.

Es usualmente recomendable limitar el diámetro de

estos tanques a 30 metros o menos.

Tanques circulares.

Diagrama de un tanque circular.

Eficiencia de los tanques de sedimentación.

➢ Características de los afluentes.

➢ Tamaño de partículas.

➢ Temperatura.

➢ Velocidad de sedimentación.

➢ Densidad de partículas.

➢ Fluctuaciones de flujo.

➢ Pre-tratamiento.

➢ Área superficial del tanque.

➢ Tiempo de retención.

➢ Profundidad del tanque.

➢ Efecto de pared.

➢ Numero de mamparas.

➢ Velocidad del viento.

➢ Operaciones de limpieza.

Criterios de diseño para los sedimentadores.

Los criterios a tomar para el diseño de un sedimentador son

los siguientes:

Carga hidráulica a caudal medio CH = 25 - 40 m3/m2 d

Carga hidráulica a caudal máximo CH = 80 - 120 m3/m2d

Profundidad (sin tolvas) P = 2.1 - 4.5 m

Tiempo de retención hidráulico t = 1.5 - 2.5 h

Carga sobre vertedores CV = 120 - 250 m3/m d

Velocidad lineal de flujo máxima v = 1.2 - 1.5 m/min.

CHS (m3/m2 d) =

Q (m3/d)

A sup (m2)

Carga Hidráulica Superficial

Flotación

La flotación se emplea para la separación

de partículas sólidas o líquidas de una

fase líquida.

Las burbujas de aire formadas en la

unidad llevan una carga negativa.

Según el tipo de partículas y el grado de

aglomeración del sólido, las burbujas de

aire pueden unirse por tres mecanismos:

Mecanismos de la Flotación:

– Simple adhesión, esto ocurre por colisión o

por formación de una burbuja en la

superficie de la partícula.

– Atrapamiento de la burbuja en la parte

inferior del flóculo de lodo, de modo que la

partícula viaje a la superficie.

– Incorporación de las burbujas de aire a las

estructuras del flóculo. Este proceso es

estimulado por el uso de polielectrolitos.

Flotación

Con los sistemas de flotación, una

parte de la materia en suspensión se

acumula en el fondo. Por ello, estos

flotadores deberán ir siempre

equipados con un sistema de

eliminación de lodos de fondo.

FLOTACIÓN POR AIRE INDUCIDO.

– La flotación por aire inducido consiste en

introducir aire en una celda por acción

mecánica y se mezcla con el agua,

transformándose en millones de pequeñas

burbujas. Partículas de aceite y sólidos

suspendidos se pegan a las burbujas y salen a

la superficie del agua.

– Con paletas recolectoras que separan los

sólidos. En condiciones apropiadas los

residuos de aceite son eliminados casi al 100%

del agua y la mayoría de los sólidos

suspendidos se reducen significativamente.

FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO.

– En la flotación por aire disuelto (DAF, por

sus siglas en ingles) el aire se pone en

contacto con la corriente acuosa a alta

presión, disolviendo el aire.

– La presión en el líquido se reduce por una

válvula de expansión para producir micro-

burbujas que barren el material suspendido

y aceite.

Servicios y Consultoría Manrique y Asociados S.A de C.V.

Existen diferentes sistemas de presurización:

– Presurización Total: se usa cuando el agua contiene

grandes cantidades de material aceitoso y sólidos.

– Presurización parcial: se usa para concentraciones

bajas o moderadas de material aceitoso y sólidos.

– Presurización de recirculación: es un sistema para

tratamiento de sólidos o materiales aceitosos que

pueden degradarse por medio de un intenso

mezclado en otro sistema de presurización.

Servicios y Consultoría Manrique y Asociados S.A de C.V.

Flotación por aire disuelto.

Se inyecta aire mientras el líquido se encuentra

bajo presión, después se libera el aire hasta

alcanzar la presión atmosférica.

La recirculación se emplea cuando son

instalaciones grandes.

Para presiones de 3 a 8 atm, el caudal de agua a

recircular es de 10 a 30% del caudal a tratar con

un consumo de aire de 15 a 50 litros de aire por

m3 de agua tratada.

Criterios de diseño.

Presión de operación P = 2 a 5 atm.

Relación aire/sólidos

(Kg aire/Kg SST) A/S = 0.005 a 0.6

Tiempo en el tanque de retención Tr = 1 a 3 min.

Tiempo en el tanque de separación Tr = 20 a 30 min.

Carga hidráulica superficial CHS = 90 a 230

m3/m2d

Esquema de un sistema de flotación.


3.3 Tratamiento Secundario

Niveles de

Tratamiento

Pretratamiento

Primario

Secundario

Terciario o

Avanzado

Eliminación de materia flotante

Desarenado

Homogeneización y almacenamiento

Separación de grasas y aceites

Neutralización

Sedimentación

Flotación

Tratamiento primario avanzado

Físicoquímicos

Biológicos

Coagulación química

Oxidación

Precipitación

Anaerobios

Aerobios

Medio fijo

Medio suspendido

Medio fijo

Medio suspendido

Coagulación

Adsorción

Intercambio iónico

Filtración

Nitrificación y Desnitrificación

Oxidación

Ósmosis Inversa

Desinfección

Cloración

Ozonación

Radiación ultavioleta

Otros

PROCESOS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICOS.

El proceso de tratamiento biológico es similar al

proceso de depuración natural, con la variante de que

en un sistema de tratamiento biológico, el proceso es

acelerado por la acción de elevadas concentraciones

de consorcios bacterianos para un tipo de proceso

específico.

Objetivo:

El objetivo de este tipo de procesos, es transformar la

materia orgánica disuelta presente en el agua residual

a materia orgánica suspendida o gaseosa, además de

promover la coagulación y eliminación de sólidos

coloidales no sedimentables.

Clasificación de Procesos Biológicos

BIOLÓGICOS

ANAEROBIOS

AEROBIOS

MEDIO FIJO

MEDIO

SUSPENDIDO

FILTROS ANAEROBIOS

LECHO FLUIDIZADO

MEDIO FIJO

MEDIO

SUSPENDIDO

PROCESOS DE CONTACTO ANAEROBIOS

LAGUNAS ANAEROBIAS

PROCESO DE CONTACTO EN 2 ETAPAS

REACTOR DE FLUJO ASCENDENTE

FILTROS ROCIADORES

CONTACTORES BIOLÓGICOS ROTATORIOS

FILTROS BIOLÓGICOS

LODOS ACTIVADOS

NITRIFICACIÓN

DESNITRIFICACIÓN

LAGUNAS AEREADAS

REACTOR SECUENCIAL POR LOTES (SBR)

NATURALES

HUMEDALES SUMERGIDOS

HUMEDALES SUPERFICIALES

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

TRATAMIENTO EN SUELO

Las bacterias presentan una curva de crecimiento que se puede

dividir en cuatro fases que son:

- Fase de retardo o aclimatación: Tiempo para que los

organismos se aclimaten a las condiciones ambientales.

- Crecimiento exponencial: Las células se dividen a una

velocidad determinada, por su tiempo de generación y

capacidad de procesar alimento.

- Fase estacionaria: El crecimiento de las células se nivela con

la muerte de células viejas.

- Fase de muerte logarítmica (respiración endógena): La tasa

de muerte excede la producción de células nuevas.

Crecimiento Bacteriano.

SISTEMAS DE TRATAMIENTO AEROBIOS

Mecanismos de Remoción de M.O.

Los mecanismos de remoción de materia orgánica y otros

componentes, son los siguientes:

MECANISMO EFECTO

Sorción.

Sorción en la superficie de los flóculos

biológicos de sólidos suspendidos, metales

pesados y materia orgánica no

biodegradable.

Arrastre. Arrastre con aire de compuestos orgánicos

volátiles (VOC’s).

Biodegradación.

Oxidación por los microorganismos,

síntesis de nuevas células y consumo de

oxígeno para la generación de energía.


M.O.+aO2+N+ P --------------> Y nuevas células+CO2+H2O+ k residuos no biodegradables

Autodigestión (respiración endógena):

m.o. + b O2 ---------> CO2 + H20 + N+ P + residuos celulares no biodegradables

Síntesis de microorganismos

La reacción bioquímica para la estabilización de la materia orgánica

se expresa como:


kd

m.o.

Donde:

M.O. = Materia orgánica.

m.o. = Microorganismos.

N, P = Nutrientes (requeridos 100: 4.3: 0.6).

k = Tasa de biodegradabilidad.

a = Fracción de m.o. oxidados hasta

productos finales para energía.

Y = Fracción de M.O. sintetizada en nuevas

células.

kd = Fracción por día de biomasa oxidada.

b = Oxígeno requerido para autodigestión.

Síntesis y autodigestión de microorganismos

PROCESOS BIOLÓGICOS AEROBIOS

Constantes cinéticas

k = constante específica de velocidad de remoción.

Es la constante que determina la velocidad con que se lleva a

cabo la reacción microbiológica.

a = kg O2 en la oxidación de sustrato

kg de DBO removido

Es el coeficiente de consumo de oxígeno para oxidación del

sustrato.

Y = kg SSVLM producidos / kg DBO removido.

Es el rendimiento del proceso o producción de lodos.


Constantes cinéticas


kd= kg SSVLM oxidados

día x kg SSVLM del reactor

Es la fracción de m.o. oxidados por día en el reactor

b = kg o2 para respiración endógena / díaKg SSVLM en el reactor

Es el coeficiente de consumo de oxígeno por respiración

endógena

Factores que afectan el proceso

Los procesos biológicos aerobios son afectados por

diferentes factores, tales como:

• Calidad del agua.

• Oxígeno.

• Tiempo de retención celular.

• pH.

• Temperatura.

• Mezclado.

• Efectos hidráulicos

• Toxicidad del medio.


PRUEBAS DE TRATABILIDAD

POR LOTES

PRUEBAS DE TRATABILIDAD EN CONTINUO

Los reactores anaerobios pueden ser utilizados para tratar efluentesdomésticos o industriales con altas cargas orgánicas.

Pueden utilizarse solos o con unidades de pos-tratamiento paraproducir un efluente final adecuado para su disposición final.

Comparación con tratamientos aerobios:

Ventajas:- bajo consumo de energía; no se requiere aporte de O2- posibilidad de recuperar y utilizar CH4 como combustible (caro)- el lodo obtenido es un lodo ya estabilizado

Desventajas:- largo período de arranque si no se utiliza inóculo (4-6 meses)- sensibilidad a variación de condiciones ambientales- menor eficiencia en remoción de MO (aprox.80%)

REACTORES ANAEROBIOS

GENERALIDADES:

REACTORES ANAEROBIOS

MO - compuestos orgánicos complejos(carbohidratos, proteínas, lípidos) Hidrólisis

Acidogénesis

acetato + H2 + CO2

CH4 + CO2

Acetogénesis

Metanogénesis

compuestos orgánicos simples(azúcares, aminoácidos, etc)

ácidos orgánicos(acetato, propianato, butirato, etc)

Hidrólisis: los compuestos orgánicos complejos (material particulado) son transformados en material disuelto más simple, por medio de enzimas producidas por bacterias fermentativas.Acidogénesis: los productos solubles son convertidos en ácidos grasos volátiles, CO2, H2, H2S, etc, por la acción de las bacterias fermentativas acidogénicas.

Acetogénesis: los productos generados en la etapa anterior son transformados en sustrato para las bacterias metanogénicas.Metanogénesis: finalmente se produce metano a partir de

acetato (bacterias metanogénicas acetoclásticas) y de H2S y CO2 (bacterias metanogénicas hidrogenotróficas).

H2S + CO2

Sulfurogénesis: cuando hay sulfatos las bacterias sulfato reductoras compiten por el sustrato con las demás (se genera H2S y baja prod.CH4, hay problema de olores e inhibición).

DIGESTION ANAEROBIA:

Los procesos biológicos de tipo anaerobio están basados en

la digestión anaerobia, proceso en el que se produce la

descomposición de la materia orgánica e inorgánica en

ausencia de oxígeno molecular.

Sus principales aplicaciones son la estabilización de lodos

concentrados provenientes de la plantas de tratamiento de

agua residual, y de determinados residuos industriales.

En la digestión anaerobia se consideran tres etapas

teóricas:

•Hidrólisis

•Acidogénesis

•Metanogénesis

SISTEMAS DE TRATAMIENTO ANAEROBIOS

Se sabe que las sustancias que sirven como substrato a los

organismos metanogénicos son: bióxido de carbono más

hidrógeno, formiato, acetato, metanol, metilaminas y

monóxido de carbono.

Las reacciones típicas de producción de energía ligadas a

estos compuestos son las siguientes:

CO2 + 4H2 CH4 + 2CH2O

4HCOOH CH4 + 3CO2 + 2H2O

CH3COOH CH4 + CO2

4CH3OH 3CH4 + CO2 +2H2O

4(CH3)3N + H2O 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

SISTEMAS DE TRATAMIENTO ANAEROBIOS

PRUEBAS DE TRATABILIDAD ANAEROBIAS POR LOTES

Proceso Ventajas Desventajas

Aerobio

•Alta eficiencia en laremoción de materiaorgánica.•Procesos relativamenteestables.

•Requiere de aereación.•Produce 10 veces mas lodobiológico.•Inadecuado para tratarresiduos líquidos con altoscontenidos de materiaorgánica.

Anaerobio

•Menor producción delodo biológico.•Posibilidad de tratardesechos con altocontenido de materiaorgánica.•Utilización de metanopara producir energía.•Períodos prolongados sinalimentación.•El lodo biológico enrango termofílico

•Lentitud en el arranque.•Adaptación lenta avariaciones en laalimentación.•Productos reducidos en elefluente.•Complejidad como sistemade distribución.•Dificultad en la construcciónsi son profundos.•El agua resultante tiene altacantidad de amonio.


Sedimentación Secundaria

Sedimentación secundaria

Composición elemental

de las velocidades

Clarificación

Espesamiento

Sedimentación secundaria

Parámetros de diseño de sedimentadores secundarios. Fuente: MAPAS libro 25, CONAGUA

Tanques

circulares

Fuente: MAPAS libro 25, CONAGUA

https://www.google.com.mx/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.monografias.com%2Ftrabajos81%2Fdiseno-tratamiento-primario%2Fdiseno-tratamiento-primario2.shtml&psig=AOvVaw36fh8E1HdPdjmTNu83j9i8&ust=1590890779115000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCLDQ_va_2ukCFQAAAAAdAAAAABAD

Tanques circulares

Criterios de diseño de sedimentadores secundarios circulares. Fuente: MAPAS libro 25, CONAGUA

Sedimentadores

secundarios

rectangulares

https://www.google.com.mx/url?sa=i&url=http%3A%2F%2Fwww.sumyt.com%2Fclarificadores%2F&psig=AOvVaw335gdS43MgF7VpArK-vrJt&ust=1590891943646000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCOiOx6LE2ukCFQAAAAAdAAAAABAJ

Sedimentadores secundarios rectangulares

Criterios de diseño de sedimentadores secundarios rectangulares. Fuente: MAPAS libro 25, CONAGUA

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

ING. EMILIO JAVIER MANRIQUE RAMÍREZ

[email protected]

Cel y whats: 55 2109 9862
mailto:[email protected]

saneamiento de aguas residuales en ......2020/12/07 · la remoción de sólidos suspendidos está...

Documents