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INTRODUCCIÓN A LA PROBLEMÁTICA DE LAS AGUAS RESIDUALES

INDUSTRIALES Y SU TRATAMIENTONombre: Dra Laura PramparoInstitución: Universidad Militar Nueva Granada

INTRODUCCIÓN A LA PROBLEMÁTICA DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES Y SU TRATAMIENTO

Montevideo – 23/08/2016

Un poco de historia



La importancia del Saneamiento ya había sido reconocida por las

antiguas culturas:

• Mohenjo-Daro (Pakistán), civilización Indus alrededor de 1500

aC

• La cultura griega con la construcción de letrinas públicas (1000

bC-430 aC), reconociendo el valor de las heces humanas

• Los romanos perfeccionaron el concepto griego, la Cloaca

Máxima (500 aC-100 dC)

• Los Mayas en Copan 500-1200 dC

Un poco de historia



Sin embargo, el colapso del Imperio Romano llevó al ocaso el desarrollo de la Ingeniería Sanitaria de la época:

• “La era obscura del saneamiento” (450-1750 dC)

• Muy limitada o inexistente cobertura de saneamiento

• Común mezclar agua ’potable’ con agua residual

• Inadecuada higiene – La peste negra (1347-1351)

• Un tercio de recién nacidos morían antes de 1 año

Un poco de historia



Periodo Evento

1871Primer filtro intermitente de arena. Se empieza a pensar en la importancia de los

microorganismos.

1893 Primer filtro biològico seguido de sedimentadores (Salford, Inglaterra).

1912Aparece el concepto de DBO en el noveno reporte de la Royal Commision on Sewage

Disposal.

1914 Se produce el mas novedoso adelanto de las AR, aparece el concepto de lodos activados!!!.

1950 -actualDr. Kathe Seidel. Las plantas son capaces de degradar sustancias organicas presentes en

aguas residuales. Nace el concepto de aplicación de tratamientos naturales “wetlandsconstruidos”

1960 -actualAparece el concepto de tratamiento anaerobio de aguas residuales, gracias al desarrollo del

reactor de manto de lodos de flujo ascendente UASB (Upflow anaerobic sludeg blanket).Lettinga (Holanda).

Actual…Investigar………………………contaminantes emergentes, nuevas tecnologías, nuevas

configuraciones…….biología molecular… recuperación de subproductos… reúso deagua residual..

Un poco de historia



En los años 60 surgen términos como

Contaminación del aire y del

agua

Protección del medio ambiente

Ecología

Aguas residuales



“Pueden definirse como las aguas que provienen del sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias…” (Mara, 1976)

Aguas residuales



• Al inicio solo domésticas• Número limitado de procesos unitarios• Tratamiento tradicional (cribado, grandes

depósitos de hormigón, sedimentación o aireación, operación de filtros percoladores, cloración)

INDUSTRIALIZACIÓN

Gran variedad de aguas residualesTratamientos más complejos

Reducción de la contaminación



• Fase 1: Revisión de los efluentes de la planta. Caudales y cargas contaminantes.

• Fase 2: Establecer los objetivos de reducción de la contaminación.

• Fase 3: Evaluación de los ahorros potenciales en inversión y costos de operación

de una posible planta de tratamiento separada, si las corrientes de fase 1 y 2 se

eliminan o reducen.

Normas de calidad de aguas



• Calidad de agua superficial

• Normas de limitación de vertidos

Fuentes de Aguas Residuales



2. Aguas residuales industriales

1. Aguas domésticas o urbanas.

4. Pluviales

3. Escorrentías de usos agrícolas

Fuentes de Aguas Residuales



COMO ES LA CONTAMINACIÓN

Del campoa - Exceso de abonos que se infiltran en el suelo.b - Fumigación con pesticidas.c - Cría intensiva de animales (vaca, pollo, conejo...)d - Emancipaciones de establecimientos agroindustriales.

De las industriasa - Contaminación térmica de centrales eléctricas.b - Volcado de desechos del mar.c - Transporte, dispositivos, volcado de basura peligrosa.d - Emancipaciones de industrias químicas, mineras, etc.

De las ciudadesa - Vertido de aguas servidas y cloacas.b - Plantas depuradoras deficientesc - Aguas pluviales y de alcantarillado

Contaminación por actividades industriales



TIPOS DE DESAGÜES CAUSAS Y CONSECUENCIAS INDUSTRIAS P RODUCTORAS

1. Con alto contenido de materia orgánica - Gastan el oxígeno disuelto en el agua y pueden causar la muerte de peces y afectar la vida en el agua.

- Mataderos, curtiembres, industria alimentaria, molinos de harina, industria textil, cerveza, de la madera y pesquera.

2. Con microorganismo patógenos - Causan enfermedades. - Mataderos, curtiembres, lavaderos de lana, industrias lácteas.

3. Con derivados inorgánicos, metales pesados, mercurio, cromo, plomo, y también cianuros, arsénico, etc.

- Degradan la calidad del agua, dando mal gusto, color, olor, excesiva mineralización y salinidad, dureza y poder corrosivo.

- Galvanoplastia, altos hornos, coquerías, industrias químicas y del petróleo.

4. Con ácidos y álcalis. - Destruyen microorganismo e impiden la autodepuración y pueden ser letales para la vida acuática.

- Industrias químicas.

5. Con temperaturas superiores a la normal del curso de agua.

- Producen disminución de la concentración de oxígeno, aceleran proceso de descomposición de material orgánico.

- Industrias siderúrgicas, papeleras, usinas atómicas o centrales eléctricas.

6. Con hidrocarburos. - Consumo de oxígeno para la degradación, dificultan la oxigenación, impiden la fotosíntesis, e intoxican la fauna acuática.

- Destilerías de petróleo, refinerías, industrias petroquímicas.

7. Con material radiactivo. - Causan mutaciones, daños genéticos y cánceres.

- Explotación y refinado de minerales de uranio.

Efectos de los Contaminantes



Los contaminantes presentes en los desechos líquidos afectan la calidad del agua en:

� Aporte de gérmenes patógenos

� Incremento de temperatura (disminución de O2 y Eutrofización)

� Incremento de turbidez, color, olor y espumas

� Incremento de sales inertes (Cl, SO4, CO3H-, SiO3)

� Disminución de O2

� Eutrofización (incremento de nutrientes N, P y metales)

� Toxicidad

� Biodegradación y bioacumulación

� Efectos cancerígenos y mutagénicos

� Otros efectos (Nitratos, dureza…)




Efecto de la luz




Descomposición de materiales orgánicos y compuestos nitrogenados: El problema del N y P




Depósitos de lodos y plantas acuáticas




Bacterias y ciliados




Eutrofización

Clasificación de los contaminantes



Sustancias extrañas que pueden contaminar el agua al entrar en contacto con ella:

� vivas o inertes, � orgánicas o minerales, � tóxicas o inofensivas, � según el tamaño de sus partículas:

a) En suspensión, b) Coloidal y c) En Disolución.

Las partículas en suspensión son las más grandes. Pueden ser retenidas a través de filtros, absorben la luz y hacen que el agua se vea turbia y sucia.

Las partículas coloidales son tan pequeñas que pasan a través de los filtros, y al pasar la luz directa se ve clara; pero si se observa con una linterna en un cuarto obscuro se puede ver turbia.

La materia disuelta no se deposita, no es retenida por filtro y no enturbia el agua.

Clasificación de los contaminantes



Medida de concentración de contaminantes



Los métodos analíticos para contaminantes orgánicos se clasifican en 2 grupos:

1. Métodos de evaluaciónpara la demanda de oxígeno

2. Métodos para evaluación de parámetros de contenido en carbono

DTeO

DQO

DBO

DTO

COTe

COT




Demanda teórica de oxígeno (DTeO)

• Corresponde a la cantidad estequiométrica de oxígeno requerida para oxidar

completamente un determinado compuesto.

• Unidades: mg O2/L

• Cualquier compuesto orgánico teóricamente puede ser oxidado hasta la obtención

final de productos estables como H2O , CO2 , NH3 y SO4-2.




Demanda teórica de oxígeno (DTeO)

Ejemplo: Consideremos un caso de disolución acuosa de una sustancia pura de 1000 mg/L de lactosa

El valor de DTeO se obtiene a partir del cálculo estequiométrico




Demanda química de oxígeno (DQO)

Mide la cantidad de materia orgánica susceptible de ser oxidada por mediosquímicos (dicromato o permanganato) en una muestra líquida. Se expresa en mgO2/litro.




Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)




Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)

Aplicaciones

- Se usa para determinar el poder contaminante de los residuos domésticos e industriales.

- Establecer criterios de regulación.

- Determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar

biológicamente la materia orgánica.

- Para realizar estudios que evalúan la capacidad de purificación de cuerpos de aguas

receptores.

- Dimensionar las instalaciones de tratamiento de agua residual.

- Medir la eficacia de algunos procesos de transformación.




Relación DBO y DQO

La DQO es aproximadamente el doble de la DBO, ya que este método oxida toda la materia orgánica, la biodegradable y la no biodegradable.




¿Para que me sirve medir la DBO o DQO en una planta?

Los valores de DBO y DQO sirven para determinar el tipo de tratamiento que requiere el efluente, ya sea biológico o fisicoquímico. Si se tiene un tratamiento biológico,

ayuda a determinar que tan eficientemente está trabajando.

El valor de la DQO siempre será mayor al de DBO, esto es porque de las sustancias residuales contenidas en el agua, no todas son rápidamente degradables por

microorganismos.

Para valores de DBO/DQO de 0 a 0.5 es recomendable hacer un tratamiento fisicoquímico del efluente, si el valor es de 0.51 a 1, conviene utilizar un tratamiento

biológico.

Si el tratamiento en la planta es biológico y la relación DBO/DQO es mayor a 0.5, el sistema no está trabajando correctamente.




Carbono Orgánico Total (COT)

• La relación entre DTeO y COTe se calcula con la relación estequiométrica de la

ecuación de oxidación:

- Método de oxidación húmeda para determinar COT

- Determinaciones por analizadores de carbono

Nitrificación



Los procesos de nitrificación y

desnitrificación que se llevan a cabo en la

depuración de aguas residuales son sistemas

copiados de la naturaleza. Consiste en crear

el ambiente adecuado para que bacterias de

distinto tipo transformen el nitrógeno

inorgánico y orgánico que hay en el agua

residual a nitrógeno gaseoso (N2) que se

desprende hacia la atmósfera. Este proceso

se divide en dos etapas (Nitrificación –

aerobia y Desnitrificación – anaerobia).

Nitrificación



ESPECIES QUÍMICAS PRINCIPALES QUE CONTIENEN NITRÓGENO

Podemos dividir en cuatro grupos:

- Sustancias orgánicas nitrogenadas procedentes de la descomposición de materia

orgánica,

- NH4+ (amonio), que en ambientes alcalinos se encuentra como NH3(amoníaco)

- Nitratos (NO3-), por oxidación de los anteriores, procedentes de abonos.

- Nitritos (NO2-), que suelen pasar a nitratos fácilmente.

Nitrificación



Evaluación de viabilidad de tratamientos



Para el caso de los tratamientos biológicos para aguas residuales industriales:

Ensayos

Ensayos biológicos

Técnicas manométricas (Warburg, respirómetro)

Evaluación en reactores discontinuos

Determinación de coliformes

Ensayo de toxicidad Límite de tolerancia medio

Campaña de aguas residuales industriales



1. Mediciones de caudal

2. Muestreo de aguas residuales

Vertederos o canales Parshall

Método de llenado de recipientes

Muestra simple

Muestra compuesta

Cronometrando desplazamiento de objeto

Selección de tratamientos



Criterios de Selección de tecnologías

• Caracterización del agua residual cruda y definición de las normas devertimiento: DBO, materia en suspensión, pH, productos tóxicos

• Diseño conceptual de los sistemas de tratamiento propuestos

• Diseño detallado de la alternativa de costo mínimo

• Construcción

• Operación y mantenimiento del sistema construido




Criterios de Selección de tecnologías

• Basarse en estudios de laboratorio

• Elevada eficiencia

• Simplicidad en la construcción, operación y mantenimiento

• Alto grado de confiabilidad y flexibilidad

• Máxima utilización de recursos locales (humanos-materiales): concepto de

sustentabilidad

• Costos de construcción, operación y mantenimiento adecuado a los recursos existentes

• Consideración de futuras ampliaciones o previsión de límites de calidad de vertido más

estrictos

• Factor decisivo: calidad del agua bruta

• Coste local del agua




Indicaciones generales sobre tratabilidad del agua




Fases de un sistema de tratamiento de Aguas Residuales

� Tratamiento Preliminar

� Tratamiento Secundario

� Tratamiento Terciario

� Manejo de Sub-productos (lodos-biogás)

• Procesos de oxidación• Aireación

• Bandejas de coque• Aireación forzada (inyección de aire comprimido o air.

mecánica• Oxidación química

Pretratamientos



• Remoción del material flotante• Rejillas y mallas• Trampas de grasa y aceite

• Remoción del material suspendido• Exceso de arcillas y algas• Desarenadores• Presedimentadores con o sin aplicación de químicos• Prefiltros y microtamices

Pretratamientos



Rejillas

La instalación de rejillas antes del desarenador facilita la remoción de arena ylimpieza en los canales de desarenado.

Pretratamientos



Desarenadores

Estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas servidas o lasaguas superficiales a fin de evitar que ingresen, al canal de aducción, a la centralhidroeléctrica o al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando seriosproblemas.

Se usan para remover arena, grava,partículas u otros materiales pesados quetengan velocidad de asentamiento o pesoespecífico mayor a los sólidosdegradables de las aguas residuales.

Pretratamientos



Desarenadores

Los desarenadores pueden ser del tipo de mecánico o de limpieza manual.

Tipo de desarenador:

- flujo horizontal

- Flujo vertical

- Flujo inducido.

Pretratamientos



Sedimentación

Sedimentación de los sólidos suspendidos en un tanque adecuado en el quese mantienen las aguas por un lapso de 0.5 a 3 horas o más, que es suficientepara permitir que el 40 a 65% de los sólidos finamente divididos, se pose enel fondo del tanque, del cual se extraen por medio de colectores mecánicos,en forma de lodos.

Pretratamientos



Tipos de Sedimentación

Pretratamientos



Sedimentadores

Pretratamientos



Flotación

Pretratamientos



Neutralización y Homogeneización

La homogeneización actúa como un proceso físico-químico, en el cual mezclalos efluentes del proceso, los neutraliza y al mismo tiempo se comporta comocoagulante y floculante (cal, resinas, curtientes, sales de cromo).

Casos:

1. Antes de la descarga en un medio receptor.

2. Antes de la descarga de aguas residuales al alcantarilladomunicipal.

3. Antes del tratamiento químico y biológico

Grado de pre neutralización (Alcalinidad y mg/L DBO)

Pretratamientos



Métodos para Neutralización y Homogeneización

1. Homogeneización

Es la mezcla de las corrientes, algunas ácidas y otras alcalinasdisponibles en la planta

2. Control directo del pH

Adición de ácidos o bases para neutralizar las corrientes alcalinas oácidas

Pretratamientos




1. Estanques de homogeneización de nivel constante

Pretratamientos




2. Depósitos de homogeneización de nivel variable

Pretratamientos




3. Estanque de Retención

Tratamiento Biológico



Proceso Anaerobio

PROCESO

ANAERÓBIO

BIOGÁS

EFLUENTE

PURIFICADO10-15%

LODO

EXCEDENTE

DBO

100%




Proceso Anaerobio

• Ventajas

Menor generación de lodo excedenteMenor consumo de energía eléctricaMenor área ocupadaMenor costo operacionalGeneración de metano energético

• Desventajas

Necesidad de pos-tratamiento para remoción mayor de DBOManejo de oloresArranque lentoProtección adecuada de las estructuras de los reactores




Proceso Aerobio

PROCESO

AERÓBIO

MICROORGANISMOS

(LODO)

( CO2 , H2O )

MATERIA

ORGÁNICA

ENER

GIA

(O2 )




Proceso Aerobio

• Ventajas

Mayor Eficiencia en remoción de Carga Operatividad ComprobadaArranque y Estabilidad RápidaMenor Generación de Olores

• Desventajas

Consumo de EnergíaMayor producción de LodosAltos costos de Operación y MantenimientoInestabilidad del proceso a la aplicación de altas cargas

Lodos Activados



Un sistema de lodos activos es un proceso biológico utilizado para ladepuración natural de las aguas residuales.

Lodos Activados



Es una técnica de tratamiento en la cual, se pone en contacto el agua residualcon una masa biológica preexistente en un tanque de aireación. La materiaorgánica biodegradable contenida en el agua residual es degradada en formaaerobia por microorganismos presentes en los flóculos en sustancias mássimples e inocuas para el ambiente.

Lodos Activados



Ventajas y desventajas

Ventajas Desventajas

1. Costos de inversión inicial menoresque otros tipos de tratamientobiológicos.

2. Su confiabilidad es alta y remuevealtas concentraciones de DBO5.

3. Remueve adicionalmentecompuestos volátiles y sólidossuspendidos totales.

1. La capacidad de carga orgánica eslimitada.

2. Requiere de una aireación continua,lo que traduce altos costos deoperación por concepto de laenergía eléctrica.




Mixto: Anaerobio + Aerobio

PROCESO

ANAERÓBIO

PROCESO

AERÓBIO

MATERIA

ORGÁNICA

ENERGIA( O2 )

MATERIA

ORGÁNICA

30 - 20 %MICROORGANISMOS

( LODO )

CO2 , H2O

MICROORGANISMOS

(LODO)

CH4 , CO2

CUERPO RECEPTOR

Lagunas de estabilización



Excavación en el suelo donde el agua residual se almacena para su tratamiento por medio de la actividad bacteriana con acciones simbióticas de las algas y otros

organismos.




La forma más adecuada de clasificar a las lagunas es en función de la reacción biológica dominante. Se realiza ya sea mediante microorganismos aerobios y

anaerobios que la metabolizan.

Aerobias. Donde la estabilización de lamateria orgánica soluble y la conversiónde los nutrientes se realiza en presenciade oxígeno disuelto.

Anaerobias. La depuración se realiza en ausencia de oxígeno libre.

Facultativas. La estabilización de la materia orgánica se lleva a cabo tanto en condiciones aerobiascomo anaerobias. Las primeras se mantienen en el estrato superior de la laguna, mientras que en elinferior, se realiza la degradación anaerobia en ausencia de oxígeno




Ventajas

• Bajo consumo de energía y costo de operación.

• Bajo capital de inversión, especialmente en los costos de construcción.

• Esquemas sencillos de flujo.

• Equipo y accesorios simples y de uso común (número mínimo de tuberías, bombas yaireadores).

• Operación y mantenimiento, simple. No requieren equipos de alta tecnología y, por tanto,no es necesario personal calificado para estas labores.

• Remoción eficiente de bacterias patógenas, protozoarios y huevos de helmintos.

• Amortiguamiento de picos hidráulicos, de cargas orgánicas y de compuestos tóxicos.

• Disposición del efluente por evaporación, infiltración en suelo o riego.

• Empleo como tanque de regulación de agua de lluvia o de almacenamiento del efluentepara reúso.




Desventajas

• Altos requerimientos de área.

• Efluente con elevado contenido de algas que al ser descargado en los cuerpos de agua esobjetado, generando grandes controversias por su calidad proteica y su potencial detaponamiento del suelo, si se usa en riego.

• Su funcionamiento depende de las condiciones ambientales tales como la temperatura,la irradiación solar, la velocidad del viento, etc., que son propiedades aleatorias.

• Generación de, olores desagradables y deterioro de la calidad del efluente porsobrecargas de contaminantes, bajo ciertas condiciones climáticas

• Contaminación de acuíferos por infiltración, particularmente en lagunas construidassobre suelos arenosos.

• Pérdidas de agua debido a la evaporación e infiltración, que en zonas de escasez puedenser importantes.




FACTORES QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS

TemperatuTemperatura

• La velocidad de degradación aumenta con la temperatura

Radiación Radiación Solar

• La luz es fundamental para la actividad fotosintética, esta depende no solo de la luz que alcanza la superficie del agua, sino de la que penetra en profundidad.

Viento

• Induce a la mezcla del liquido de la laguna, una buena mezcla asegura una distribución mas uniforme de DBO.

PrecipitaciPrecipitación

• El oxígeno disuelto suele bajar después de tormentas debido a la demandaadicional de oxígeno provocada por los sólidos arrastrados por el agua de lluvia ylos sedimentos de las lagunas que se mezclan con la columna de agua

Tratamientos terciarios



Tratamientos avanzados

• Oxidación (Cloración-Ozonación)

• Carbón activado

• Membranas

• Flotación

TRATAMIENTO Y RECICLAJE DE AGUAS INDUSTRIALESMEDIANTE SOLUCIONES SOSTENIBLES FUNDAMENTADASEN PROCESOS BIOLÓGICOS. RED TEMÁTICA 316RT0508

Financiado por:



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