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1.- PLANETA : AGUA
Agua marina (salada) 97,5 %
Agua continental (dulce) 2,5 %
Agua polar y nieves perpetuas 68,9 %
agua subterránea 29,9 %
humedad del suelo 0,9 %
agua de lagos y ríos 0,3 %
AGUA DISPONIBLE
Pluvosidad anual
500,000 km3DE FACIL DISPONIBILIDAD
14,000 km3
90 % 10 % (47,000 km3)
12,500 km3
Regadío
1,500 km3
Otros usos
HumanosMar Tierra
CONSUMO DE AGUA DULCE
• AGRICULTURA 70-90%
• INDUSTRIA + SECTOR ENERGÉTICO 22%
• ALIMENTACIÓN + HIGIENE HUMANA 8%
-DEMANDA de Agua Subterránea > Capacidad de recuperación
-20% de suelos regados aumenta alta salinidad
-CONTAMINACIÓN URBANA
AGUA de LLUVIA
-DEFORESTACIÓN EROSIÓN de SUELO CUENCAS
POBRES
-PESTICIDAD + FERTILIZANTES: agua subterránea + costas
CIFRAS PREOCUPANTES
• 2,000´ de habitantes sin agua potable
• 25,000 habitantes /día mueren por mala
calidad de agua
• 232´de habitantes carencia permanente
(26 países)
• CONSUMO se duplica cada 20 años
(2 x el crecimiento demográfico)
• AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES, URBANAS
CONTAMINAN RIOS, LAGOS + COSTAS
• AGUAS RESIDUALES TRATADAS :<20%
2. Características de las Aguas
Residuales
Fuentes de las aguas residuales
• Agua residual doméstica:
– Zonas residenciales
– Zonas comerciales
– Zonas institucionales
– Centros recreativos
• Agua residual no doméstica
– Industrias
• Infiltraciones y conexiones erradas
AGUAS RESIDUALES
SUS CONSECUENCIAS
• Intoxicación/Degradación de áreas determinadas
• Aporte de Metales Pesados
• Intoxicación Puntual
• Degradación de Áreas Forestales o Cultivos
• Colmatación de Poros
• Alteración de Biota
• Reacciones de Intercambio Ionico Negativas
• Transformación Alterada de Geoelementos
• Enfermedades, Plagas y Pestes
AGUA RESIDUAL
H2O + SÓLIDOS
SÓLIDOS
SÓLIDOS SUSPENDIDOS
TÓXICOS
BIODEGRADABLES
BIOMASA
INFECCIOSA
NO INFECCIOSA
SUSPENDIDOS
DISUELTOS
INANIMADOS
VIVOS
Características Físicas
Sólidos totales (T°=105°C)
Volátilesorgánico
Fijosinorgánico
Suspendidosretenido
Disueltosfiltrado
Filtración (0.45 micras)Temperatura (T° 550°C)
Características Físicas
• Color
– Causado por sólidos suspendidos (aparente),
material coloidal y sustancias en solución
(verdadero).
– Fuentes de color: infiltración, aportes por
conexiones erradas, descargas industriales, y
descomposición de compuestos orgánicos.
– Café claro, gris claro, gris oscuro o negro.
Características Físicas
• Olor:
– Agua residual fresca: olor inofensivo
– Generadores de olores: indol, eskatol, mercaptanos,
sulfuro de hidrógeno.
– Métodos de medición: métodos sensoriales e
instrumentales.
Nombre delcompuesto
Fórmula química Pesomolecular
Volatilidad a25ºCPpm (v/v)
Umbral dedetección deolorppb (v/v)
Umbral dereconocimiento de olorppb (v/v)
Carácter opalabradescriptiva delolor
Compuestos con azufre
Methylmercaptan
CH3SH 48 Gas 0.5 1.0 rotten cabbage
Hydrogensulfide
H2S 34 Gas 0.5 4.7 rotten eggs
SulfurDioxide
SO2 64 Gas 2700 4400 pungent, irritating
Compuestos con Nitrógeno
Ammonia NH3 17 Gas 17000 37000 pungent, irritating
Indole C6H4(CH)2NH 117 360 0.1 fecal, nauseating
Trimethylamine
(CH3)3N 59 Gas 0.4 pungent, fishy
Skatole C9H9N 131 200 1.0 50 fecal,nauseanting
Otros compuestos
Acetaldehyde CH3CHO 44 Gas 67.0 210 pungent, fruity
Ozone O3 48 Gas 500 pungent, irritating
Chlorine Cl2 71 Gas 80 310 pungent,suffocating
Principales compuestos olorosos
Características Físicas
• Temperatura:
– Regiones cálidas: 13°C - 30°C
– Regiones frías: 7°C - 18°C
– Afecta las reacciones químicas, velocidades de
reacción, uso del agua, vida acuática.
– T° óptima vida bacteriana: 25°C - 35°C
– Detención de procesos aeróbicos y de nitrificación:
50°C
– Detención producción de metano: 15°C
– Detención procesos nitrificantes: 5°C
Características Físicas
• Conductividad
– Capacidad de una solución para conducir la
corriente eléctrica.
– Indicador de la concentración de sólidos disueltos
totales
Características Químicas
• Constituyentes orgánicos• Proteínas
• Grasas y aceites
• Carbohidratos
– Constituyentes inorgánicos
• Elementos individuales (Ca, Cl, Fe, Cr, Zn, etc.)
• Compuestos (NO3, SO4)
Características Químicas
• pH:
– Intervalo existencia vida biológica: 5 - 9
– Parámetros importante para el tratamiento
– Medición: pH metro
Características Químicas
• Nitrógeno:
– Nutriente esencial - eutrofización
– En aguas residuales: nitrógeno amoniacal, nitritos,
nitratos y nitrógeno orgánico.
– Nitrógeno amoniacal:
• Ion amonio: pH<9.3
• Amoniaco: pH>9.3
– Medición: métodos colorimétricos, titulación,
electrodos
Características Químicas
• Fósforo:
– Nutriente esencial
– Aguas residuales domésticas pueden tener entre
4 - 12 mg/L como P.
– Formas comunes: ortofosfatos, polifosfatos (sufren
hidrólisis en soluciones acuosas y se convierten en
ortofosfatos) y fósforo orgánico (en aguas
industriales).
Características Químicas
• Alcalinidad:
– Neutralizar ácidos
– Presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos
– En sistemas anaerobios o de nitrificación amortigua
ácidos
Características Químicas
• Otros constituyentes inorgánicos:
– Azufre:
• Ion sulfato en aguas de abastecimiento y residuales
• Sulfatos se reducen biológicamente a sulfuros
– Metales
• Todos los organismos los requieren.
• Medición: absorción atómica, plasma acoplado por
inducción o colorimetría.
• Clases de metales: disueltos, suspendidos, totales,
extractables en ácido (en solución, ácido mineral en
caliente).
Características Químicas
• Constituyentes orgánicos agregados:
– Materia orgánica en las AR: proteínas (40 - 60%),
carbohidratos (25 - 50%) y grasas y aceites (8 -
12%). Urea (mayor constituyente de la orina)
– Análisis: caracterizar AR, eficiencias STAR,
comportamiento fuentes receptores.
– Métodos: DBO, DQO, COT.
Características Químicas
• Demanda Bioquímica de Oxígeno:
– Si hay suficiente oxígeno disponible, la
descomposición del desecho continua hasta que se
ha consumido.
– Tres actividades ocurren:
• Oxidación: desecho oxidación a productos finales,
generan energía.
• Síntesis: desecho a tejido celular usando la energía
liberada
• Respiración endógena: cuando se acaba la MO, las nuevas
celulas consumen su propio tejido celular para obtener
energía.
Características Químicas
• Grasas y aceites
– Liquidos a T° ambiente: aceites
– Sólidos a T° ambiente: grasas
– Esteres compuestos de ácidos grasos, alcohol y
glicerol.
Características Químicas
• Tensoactivos:
– “Agentes de actividad superficial”
– Moléculas orgánicas grandes compuestas de un
grupo hidrofílico y uno hidrofóbico.
– En AR provienen de descargas de detergentes,
lavanderías industriales, etc.
– Causan aparición de espumas
– Medición: cambio de color de una muestra estándar
de azul de metileno.
– SAAM - Sustancias Activas al Azul de Metileno
Características Biológicas
• Importancia: enfermedades, descomposición y
estabilización.
• Microorganismos presentes en Aguas
superficiales y subterráneas:
– Bacterias, hongos, algas, protozoos, plantas y
animales vivos, virus.
– Clasificación: eucariotas, eubacterias y
arqueobacterias.
– Eucariotas : núcleo recubierto, varias moléc. de
ADN. Procariotas (bacterias y arqueobacterias).
Características Biológicas
– Fuente de carbono: heterótrofos (requieren carbono
orgánico) y autótrofos (carbono celular se deriva del
CO2).
– Requerimientos de oxígeno: aerobios obligados,
anaerobios facultativos, anaerobios aerotolerantes y
anaerobios obligados.
– Requerimientos ambientales:
• por T°: psicrofílicas (-10 - 20°C), mesofílicas (10 - 50°C),
termofílicas (40 - 70°C) e hipertermofílicas (70 - 95°C)
• pH óptimo para crecimiento bacterial: 6.5 - 7.5
Características Biológicas
• Uso de microorganismos indicadores:• Se emplean los organismos coliformes (fácil
identificación y presencia abundante).
• Siempre presentes en el tracto intestinal; c/persona evacua
entre 100.000 - 400.000 millones de bacteria coliformes
por día.
• Indicador de posible presencia de organismos patógenos.
• No son efectivos para indicar presencia de virus y
protozoos.
• Se está analizando el uso de bacteriófagos como indicador
de virus entéricos (virus que pueden infectar células
procariótas).
Características Biológicas
• Microorganismos patógenos: Bacterias,
parásitos (protozoos y helmintos) y virus
• Métodos de conteo: conteo directo, cultivo de
placa, filtro de membrana, fermentación en
tubos múltiples.
3. Composición de las Aguas
Residuales
Composición de las AR
• Valores comunes de la cantidad total de
contaminantes por habitante (Tabla 4.11 y 4.14).
• Valores comunes de ARD (RAS Res 1096/00)
Parámetro Intervalo
DBO5 (gr/hab-día) 25 - 80
SST (gr/hab-día) 30 – 100
Nitrógeno total Kjeldahl (gr/hab-día) 9.3 – 13.7
Coliformes totales (#/hab-día) 2X108 – 2X1011
Variaciones
• Variaciones:
– en la concentración
– en el caudal
– en la carga másica:
Concentración media integrada: proporcional al caudal, se
obtiene de la sumatoria del producto de los valores de
caudal y concentración del constituyente de interés (para
muestras horarias de 24 horas), dividida por la sumatoria
del caudal.
Normas de vertimiento
Decreto 1594 de 1984
U. Existente U. Nuevo
• pH 5 - 9 unidades
• Temperatura < 40°C
• Grasas y aceites >80% >80%
• SST >50% >80%
• DBO domést >30% >80%
• DBO indust >20% >80%
Normas de vertimiento
Decreto 1594 de 1984
• Arsénico 0.5 mg/L
• Bario 5.0 mg/L
• Cadmio 0.1 mg/L
• Cromo 0.5 mg/L
• Mercurio 0.02 mg/L
• Plomo 0.5 mg/L
• Cianuro 1.0 mg/L
4. Prevención de la
contaminación
Prevención de la Contaminación
• Objetivo:
– Reducir el uso de agua potable
– Minimizar la generación de aguas residuales
• Programa P2 recomendado:
– Reducción en el flujo de agua y aguas residuales
– Reciclado
– Recuperación de subproductos
– Reuso
Beneficios vs. Restricciones
Area Beneficio potencial Restricción potencial
Técnica Recuperación de subproductoscomerciables
Necesidad adicional de tratamiento paracumplir con requisitos de reutilización.
Económica Ahorros en gastos por consumo de agua y
materia primaAhorro en inversiones futuras
Mayores costos de operación y
mantenimiento de sistemas de tratamientoRequerimiento de disposición de residuos
Reglamentaria Simplificación en procesos de obtención
de licencias y permisos.
4. Métodos de tratamiento de las
Aguas Residuales
AGUA RESIDUAL
TRATAMIENTO
SÓLIDOS
AGUA PURA
Métodos de tratamiento
• Clasificación:
– Operaciones físicas unitarias: floculación,
sedimentación, flotación, filtración, tamizado.
– Procesos químicos unitarios: Precipitación,
adsorción y desinfección.
– Procesos biológicos unitarios: métodos donde la
remoción se realiza gracias a la actividad biológica.
Se usan principalmente para remoción
constituyentes orgánicos biodegradables y
nutrientes.
FINES DE TRATAMIENTO
• SEPARAR SÓLIDOS– ELIMINAR TÓXICOS:
• TRANFORMACIÓN /SORCIÓN
– ELIMINAR AGENTES INFECCIOSOS:
• COMPETICION
• PREDACIÓN
– ELIMINAR MATERIA ORGÁNICA :
• MINERALIZACIÓN/ESTABILIZACIÓN
• AHORA:
ELIMINAR AGENTES CONTAMINANTES CONCRETOS
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
SISTEMA DE TRATAMIENTO
1. NATURALEZA DEL VERTIDO
2. RENDIMIENTO DE DEPURACIÓN
DESEABLE
3. COSTO DEL TRATAMIENTO
4. USO ESPERADO
5. ORIGEN DEL VERTIDO
CLASES DE TRATAMIENTO(POR FUNDAMENTO)
• TX. FÍSICO
• TX. QUÍMICO
• TX. BIOLÓGICO
EN LA PRÁCTICA:
TRATAMIENTO DE UN
VERTIDO
• VARIAS ETAPAS CON FUNCIÓN BIEN DEFINIDA
• SECUENCIA DE ETAPAS PARECIDA EN TODOS LOS SISTEMAS
• DIFERENCIA EN MÉTODOS PERO CON LOS MISMOS OBJETIVOS
SISTEMAS DE
TRATAMIENTOSEGÚN FUNCIÓN
• PRETRATAMIENTO O TRATAMIENTO PREVIO:
– Separación de sólidos de mayor grosor
– TX . físico: CRIBADO/DESARENADO
• TRATAMIENTO PRIMARIO:
– Separación de otros sólidos suspendidos
Métodos: Floculación/Sedimentación/Flotación
Separación de grasas/Aceites
TRATAMIENTO SECUNDARIO
• TX. BIOLÓGICO:
– Oxidación de materia orgánica
– Disminución del BOD
• METODO: depende del rendimiento deseado• POZAS DE ESTABILIZACIÓN
• LAGUNAS DE AIREACIÓN
• FILTROS BIOLÓGICOS
• LODOS ACTIVADOS (>)
TRATAMIENTO TERCIARIO
• Para eliminar determinados compuestos peligrosos
• Sustancias nitrogenadas
• Compuestos fosforados
• Metales pesados
• Compuestos orgánicos complejos (aromáticos)
• Compuestos orgánicos halogenados
• Compuestos tóxicos
• Suprimir olores
• Método: químicos/biológicos/sorcion
TRATAMIENTO DE
DESINFECCIÓN
• PROPÓSITO: eliminación de organismos
potencialmente infecciosos
• MÉTODOS MAS USADOS:
• Tratamientos con cloro
• Tratamiento con ozono
TRATAMIENTOS
ESPECIALES
• PROPÓSITO: ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTE
persistentes, recalcitrantes o críticos
- metales pesados (sorcion, precipitación)
- compuestos aromáticos
- compuestos halogenados
• SECUENCIA EN ORDENACIÓN DE TX´S NO ES RIGIDA
- Puede ser alterada
- Puede haber supresión de pasos
• CONSIDERAR CONTROL FINAL DE pH
• CONSIDERAR TRATAMIENTO DE LODOS
TRATAMIENTO AEROBICO: CUANDO
• Sin Obstáculos para Arranque rápido
• Aguas residuales diluidas
• Aguas residuales deficientes en alcalinidad
• Costo de electricidad es bajo
• Abundante área potencial de confinamiento de
sólidos
BR ANAERÓBICO DE TASA
BAJA
• Alta remoción de BDD y SST
• Operación simple y estable
• Minimiza o evita tratamiento primario
• Costos energéticos reducidos
• Fácil manejo de lodos
• Bajo mantenimiento anual
• Tanques elevados o bajo tierra
• Lodo estabilizado
• Eliminación de lodo infrecuente
• Proceso: Alta intensidad de mezcla
Unidad de sedimentación separada para desechos
formadores de escama
BR AERÓBICO DESCONTINUO
SECUENCIAL
• Mejor resistencia a acumulación de lodo
• No requiere clarificadores externos
• Fácil adaptación a remoción de nutrientes
• Mayor flexibilidad del sistema y control
• Menor requerimiento de suelo
• Menor requerimiento de equipo de procesamiento
• Mayor facilidad a copar limitaciones de efluente
• Puede adaptar tanques, lagos, pozas existentes
MATERIAL
• Clasificadores
• Flotadores
• Tierra de diatomeas
• Filtradores
• Equipos de sedimentación
• Prensadoras
• Secadoras
Intercambiadores de iones
Equipos de microfiltración
Equipos de osmosis inversa
Silos
Plantas de preparación de desagüe
Evaporadores infrarrojos
Radiación Ultravioleta
FACTORES CRÍTICOS
• BOD/
• Area Disponible
• Alcalinidad
• Costos de Energía
• Control de transporte
• Espumación
• Arranque
• (Carbohidratos)
• Clima Frío
• Lodos
• Efluente Estacional
• (SO4)
• Nitrificación
• Alifáticos – Cl
• (NH3)
• Requerimiento N y P
• Tasa de Carga
• O2
• Clarificador
• Estabilidad
• Gases Fétidos
Niveles de tratamiento
Nivel de tratamiento Descripción
Preliminar Remoción de constituyentes que puedan causar problemas operacionales o de
mantenimiento en los procesos de tratamiento y sistemas auxiliares
Primario Remoción de parte de sólidos y de materia orgánica suspendidos.
Primario avanzado Remoción intensiva de sólidos suspendidos y materia orgánica, en general llevadaa cabo mediante la adición de insumos químicos o filtración
Secundario Remoción de compuestos orgánicos biodegradables y sólidos suspendidos. Se
incluye la desinfección.
Secundario conremoción
Remoción de compuestos orgánicos biodegradables, sólidos suspendidos ynutrientes.
Terciario Remoción de sólidos suspendidos residuales, en general por filtración en medio
granular. Se incluye la desinfección y la remoción de nutrientes
Avanzado Remoción de materiales disueltos o en suspensión que permanecen después deltratamiento biológico convencional. Se aplica cuando se requiere reutilizar el
agua tratada o para el control de eutroficación en fuentes receptoras.
Aplicación de las operaciones y
procesos unitarios
Constituyente Operación unitaria, proceso unitario o sistema de tratamiento
Sólidos suspendidos Sedimentación, filtración, adición de polímeros químicos,
coagulación/sedimentación, procesos naturales (humedales artificiales,tratamiento en el suelo)
Compuestos
orgánicosbiodegradables
Lodos activados, filtros de lecho empacado, lagunas de estabilización, procesos
naturales, reactores de película adherida (filtros percoladores, contactoresbiológicos rotatorios), sistemas físico-químicos.
Patógenos Cloración, Radiación UV, procesos naturales, Ozonación.
Nitrógeno Nitrificación/denitrificación (procesos biológicos de película adherida, en
suspensión), procesos naturales
Fósforo Remoción biológica, adición de sales metálicas, coagulación concal/sedimentación, procesos naturales
Metales pesados Precipitación química, procesos naturales
Tabla 4.29 y 4.30
Eficiencias típicas de tratamiento (%)
Unidad de tratamiento DBO DQO SST
Sedimentación primaria 30-40 30-40 50-65
Lodos activados
convencionales
80-95 80-95 80-90
Filtros percoladores 65-80 60-80 60-85
Sistemas anaerobios 65-80 60-80 60-70
Lagunas de
estabilización
- Anaerobias- Facultativas
- Aerobias
50 –7080-90
80-95
--
-
20-6060-75
85-95
Configuraciones típicas de STAR
X
X X
X
X
X
XX
XX
X
X
X
X
X
X
X
X
X
XXXX
DESARENADOR
MEDICIÓN
REJILLA
AFLUENTE
LECHOS DE SECADO
CASETA CELADURIA
PORTAL DE ENTRADA
EFLUENTE
SEDIMENTADOR
SECUNDARIO
X
X
X
X
X
X
X
X
ALIVIADERO
AFLUENTE
AGUA CLARA
VERTEDERO
Configuraciones típicas de STARX
ESTACIÓN
BOMBEO
REJILLA
CASETA DE
CELADURÍA
ESTRUCTURA
DESCOLE
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
CANAL
ABIERTO
ESTRUCTURA
DE PASO
EFLUENTE
AFLUENTE
MEDICIÓN
X
X
X
Canal Parshal Saguapac
Laguna de oxidación Saguapac
6. Reciclaje del agua tratada
Reutilización y reciclaje
Para consumo humano
Los mayores consumos de agua residual tratada en los países Mediterráneos
(Europa) tienen lugar en las siguientes actividades:
refrigeración industrial,
irrigación agrícola (principalmente de forraje y cereales, pero también de árboles
frutales e incluso productos de huerta, dependiendo de la legislación nacional
vigente).
Beneficios de la reutilización del agua residual
En los países Mediterráneos pueden destacarse algunos ejemplos recientes de
reutilización de agua residual en agricultura.
Estos ejemplos muestran los considerables beneficios que la reutilización de un
agua residual pueden producir. Estos beneficios son:
financieros: ahorro en infraestructuras.
económicos: incremento de los ingresos agrícolas.
sociales: mejor acceso al agua.
medioambientales: reduce la presión sobre ecosistemas y recursos.
65
Selección de tecnologías
Existen una serie de parámetros que deben ser tenidos en cuenta para la
selección de la tecnología más apropiada de tratamiento.
- económicos
- institucionales y políticos,
- climáticos,
- medioambientales
- disponibilidad de terreno
- socioculturales,
- y otros factores locales.
Una vez que estos factores hayan sido tenidos en cuenta, deberá ser
seleccionado el más efectivo desde el punto de vista del coste, a menos que el
público que vaya a ser servido con ese agua esté dispuesto a pagar más.
