Ingeniería Sanitaria

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Unidad 1: Introducción

Esquema de una Planta de Tratamiento de Aguas Servidas

Objetivo del Tratamiento de Aguas Servidas Proteger la salud humana y el ecosistemas

mediante la remoción o mitigación de las sustancias contaminantes en las aguas servidas a tratar.

¿Remoción?

¿Mitigación?

Definición de la Contaminación de un Curso de Agua Un curso de agua se considera como

contaminado o polucionado, cuando la composición o el estado de sus aguas son directa o indirectamente modificadas por la actividad del hombre, en una medida tal, que disminuye la facilidad de utilización para todos aquellos fines, o algunos de ellos, a los que podrían servir en estado natural.

Depuración de Aguas Residuales. Aurelio Hernández Muñoz

Efectos de la Contaminación de un Curso de Aguas Destrucción de los limitados recursos hidráulicos. Disminución de la calidad de agua para abastecimiento de población, o

uso para riegos o industria. Todos estos usos tienen sus limitaciones cualitativas.

Supresión del poder autodepurador de los cauces recetores con destrucción de su fauna y flora, imposibilitando, o dificultando al menos, su utilización.

Afecta a los asentamientos urbanos e industriales, a los amantes de la pesca y de los deportes, así como a los simples visitantes que buscan el esparcimiento en la naturaleza.

Es un peligro potencial que atañe directamente a la salud pública, influyendo sobre la economía de la sociedad o sobre su recreo y esparcimiento.

Exige un control riguroso y tratamiento adecuado la utilización de agua con un cierto grado de contaminación.


Terminología de Tratamiento de Aguas Servidas Bio-sólidos: Los restos de las bacterias que

degradan solubles, después de la digestión.

Caracterización de las aguas servidas: Todos los parámetros usados para caracterizar biológicamente, físicamente y químicamente la composición de las aguas servidas (se vera más profundamente en el capítulo 2).

Nota: Constituyentes, en vez de contaminantes, impurezas o sustancias toxicas.

Terminología de Tratamiento de Aguas Servidas Desinfección: Reducción de microorganismos que causan enfermedades

(patógenos)

Efluente: Liquido descargado desde la planta de tratamiento de aguas servidas (PTAS)

Fuente no puntual: Fuentes de origen múltiples (en contraste con una cañería o un outfall)

Nutriente: Elemento esencial para el crecimiento (N, P, C)

Recuperación (Reclamation): Tratamiento para su subsiguiente re-uso.

Lodo: Solidó removido del tratamiento de aguas servidas antes a su estabilización

Estabilización: Digestión anaeróbica y deshidratación de los sólidos.

Regulación de Aguas Servidas (Historia) 1900-1970: Objetivos

Remoción de Sólidos (SST: Sólidos Suspendidos Totales) Oxidación de orgánicos biodegradable (DBO) Eliminación de patógenos

1972: Clean water act CWA (P.L. 92-500) Objetivos: Aguas en que se puede nadar y pescar en los EEUU.

1970-1980: Objetivos: Remoción en dirección de la estética y medioambiente Remoción de N y P

1980 a la actualidad: Objetivos Remoción de componentes que causan impactos a largo plazo en la salud y

medioambiente. (WQA 1987) Control de olores (CAA 1990 revisión) Bio-Sólidos 40 CFR 1993

DS 609

DS 90

Infiltración

DS 46

Regulación de Aguas Servidas (Chile)

DS 609

Tarea

Leer: DS 609, DS 90 y DS 46

Archivos en pagina del curso

Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 1

Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana Respecto a las aguas residuales nos

hacemos las siguientes preguntas: ¿Cuáles son sus orígenes? ¿Cuáles son sus características?

Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana


Características Fundamentales de un Agua Residual Urbana La contaminación de los causes superficiales

es debido a: Descarga directa de residuos industriales líquidos

(riles) Descargas de aguas servidas domésticas sin

previo tratamiento Descargas derivadas de actividades agrícolas o

forestales (Agua superficiales y/o subterráneas )

Parámetro Contaminación Fuerte Contaminación Media Contaminación Ligera

Sólidos totales (S.T.) 1000 500 200

Volátiles (S.T.V.) 700 350 120

Inorgánicos (S.T.I.) 300 150 80

Sólidos en suspensión totales (S.S.) 500 300 100

Volátiles (S.S.V.) 400 250 70

Inorgánicos 100 50 30

Sólidos sedimentadles totales (S.s.) 250 180 40

Volátiles (S.s.V.) 100 72 16

Inorgánicos (S.s.I.) 150 108 24

Sólidos disueltos totales (S.D.) 500 200 100

Volátiles (S.D.V.) 300 100 50

Inorgánicos (S.D.I.) 200 100 50

D.B.O5 a 20ºC 300 200 100

DQO 800 450 160

Oxígeno disuelto (O.D.) 0 0.1 0.2

Nitrógeno total (N.) 86 50 25

Nitrógeno orgánico (.) 35 20 10

Amoníaco libre (N-NH4) 50 30 15

Nitritos (N-NO2) 0.10 0.05 0.00

Nitratos (N-NO3) 0.40 0.20 0.10

Fósforo total (P) 17 7 2

Cloruros 1750 100 15

pH 6-9 6-9 6-9

Grasas 40 20 0

Caracterización España (Valores en mg/l)

Características de las Agua Residual Urbana (EE.UU.)Parámetro Baja Media Alta

Sólidos, totales (TS), mg/L Total disueltos (TDS), mg/L Total suspendidos (TSS), mg/LSólidos Sedimentables, mg/LDBO5, mg/L

COT, mg/LDQO, mg/LNitrógeno (total as N), mg/L Orgánico, mg/L Amoniaco libre, mg/L Nitritos + nitratos, mg/LFósforo (total as P), mg/L Orgánico, mg/L Inorgánico, mg/LCloruros, mg/LSulfate, mg/LAlcalinidad, mg/L as CaCO3

Grasas, mg/LConiformes Totales, no/100 mL

350250100

511080250208

120413

30205050

106~107

720500220102201605004014250835

5030100100

107~108

120085035020

4002901000

8535500

155

1010050

200150

107~109

Contaminación del Agua

Contaminación de origen: Física Química Biológicas

Contaminación del Agua (Física) Sólidos Suspendidos:

Flotables Sedimentables: al termino de movimiento Coloidales: precipitan después de coagulación o floculación

Radiación: Actividades humanas pueden contaminar el agua con isótopos radiactivos

Temperatura: Muerte de vida acuática (peces y algas)

Color: Dificultad de establecer el tipo de contaminación u origen.

Olor y Sabor Fenoles, hidrocarburos, cloro, materias orgánicas en descomposición,

esencias liberadas por algas u hongos, sales minerales

Turbiedad

Contaminación del Agua (Química) Orgánicos

Contaminantes orgánicos demandantes de oxígeno: Aguas residuales domésticas, estiércol, residuos alimenticios y algunos residuos industriales.

Compuestos orgánicos refractarios: Plaguicidas, plásticos, detergentes, residuos industriales y aceites.

Proteínas, carbohidratos, lípidos, agentes tensoactivos, fenoles, pesticidas

Contaminación del Agua (Química) Inorgánicos

Cloruros, Alcalinidad, Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Metales Pesados y Minerales tóxicos Nitrógeno y fósforo : en exceso causa de eutrofización Cationes, Aniones, Neutros

Sólidos Disueltos (Cationes) Sodio: indica salinidad Calcio y magnesio: están relacionados con la dureza del agua Amonio: contaminación con fertilizantes y heces Metales pesados: de efectos muy nocivos; se bio-acumula en

la cadena trófica; (se estudian con detalle en el capítulo correspondiente)

Contaminación del Agua (Química)

Sólidos Disueltos (Aniones) Cloruros: indican salinidad Nitratos: indican contaminación agrícola Nitritos: indican actividad bacteriológica Fosfatos: indican detergentes y fertilizantes Sulfuros: indican acción bacteriológica anaerobia

(aguas negras, etc.) Cianuros: indican contaminación de origen industrial Fluoruros: en algunos casos se añaden al agua para la

prevención de las caries, aunque es una práctica muy discutida.

Contaminación del Agua (Química) Gases

Oxigeno: (DBO5 demanda biológica de oxígeno)

Anhídrido carbono Acidificación (Ca+2 y Mg+2)

Metano Sulfuro de hidrógeno:

Gas con olor a huevos podridos. Degradación anaeróbica de materia orgánica.

Contaminación del Agua (Química) pH:

El cambio de pH del agua puede ser un indicador de contaminación del agua

ácido sulfúrico procedente de algunos minerales, ácidos húmicos disueltos del provenientes del suelo

Fuente: http://robotics.nasa.gov/courses/fall05/P1010176.JPG&imgrefurl=http://robotics.nasa.gov/courses/fall05/&h=480&w=640&sz=65&hl=en&start=5&tbnid=AKQF6-Rs-hIYMM:&tbnh=103&tbnw=137&prev=/images%3Fq%3Drio%2Btinto%26svnum%3D10%26hl%3Den%26rls%3DGWYE,GWYE:2006-50,GWYE:en%26sa%3DN

Contaminación del Agua (Química)

Contaminación del Agua (Biológica) Bacterias:

Cólera: Diarreas y vómitos intensos, deshidratación (mortal si no se trata adecuadamente)

Tifus: Fiebres, diarreas y vómitos (inflamación del bazo y del intestino) Disentería: diarrea (produce la muerte de muchos niños en países poco

desarrollados). Virus:

Hepatitis: Inflamación del hígado e ictericia (puede causar daños al hígado) Poliomielitis: Dolores musculares intensos. Debilidad. Temblores. Parálisis.

Puede ser mortal Protozoos:

Disentería amebiana Diarrea severa, escalofríos y fiebre. Puede ser grave si no se trata

Gusanos: Esquistosomiasis Anemia y fatiga continuas

Hongos:

Tarea

Leer apuntes de DBO, DQO y Sólidos Archivos en pagina del curso

Lectura del Metcalf and Eddy: Capítulo 3.1

Parámetros de Calidad del Agua Materia Orgánica

Demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) Demanda química de oxigeno (DQO) Carbón orgánico toral (COT)

Compuestos tóxicos Contaminantes

Aceites y Grasas (Fat, oil and Grease FOG) Materia Inorgánica

pH, Cloruros, alcalinidad, nitrógeno (Nitrógeno Total Kjedahl (TKN), amoniacal, nitrito y nitrato), fósforo y sulfatos.

Bio-ensayos

Bio-ensayo (Bioassay)

Mysidopsis bahia, female, approx. 6 mm in length

Ceriodaphnia dubia

Brachionus calyciflorus

La Depuración y sus Rendimientos Procesos:

La depuración consiste en la eliminación de los contaminantes e impurezas que se encuentran en las aguas a tratar (nuestro caso aguas servidas o industriales). Los procesos de depuración van a depender del tipo de afluente a tratar y se pueden clasificar: Procesos físicos Procesos químicos Procesos biológicos

Procesos Físicos

Desbaste: rejillas, tamices o filtración mecánica Desengrasado: remover grasas, aceites y material

flotante del agua. Sedimentación: remover sólidos sedimentables que

se encuentren en suspensión (ρs > ρw). Flotación: remover materia en suspensión de menor

densidad que el agua (ρs < ρw). Evaporación: concentrar material Absorción: remover micro-contaminantes, como

color, fenoles, etc.

Procesos Químicos

Floculación y coagulación: remover partículas en suspensión no sedimentables.

Neutralización: ajuste de pH. Oxidación Reducción: (ejemplo utilización de hierro para

eliminar cromo) Intercambio iónico: eliminación de cobre, zinc,

plomo, etc.

Procesos Primario

Procesos Secundarios

Procesos Terciarios

Tratamiento de Lodos

RendimientosProceso de Depuración % de Remoción

DBO Sólidos Suspendidos

B. Coli

Cloración del agua bruta o sedimentada 15 - 30 -- 90 - 95

Depuración Primaria - Sedimentación 25 - 40 40 - 70 25 - 55

Depuración Secundaria – Precipitación Química 50 - 75 70 - 85 40 - 60

Depuración Secundaria – Lechos bacteriano de alta velocidad, precedido y seguido de sedimentación

65 - 85 65 -90 80

Depuración Secundaria – Lechos bacteriano de baja velocidad, precedido y seguido de sedimentación

80 – 92 70 - 92 90

Depuración Secundaria – Lodo activado de alta carga, precedido y seguido de sedimentación

65 – 85 65 – 90 80

Depuración Secundaria – Lodo activado convencional, precedido y seguido de sedimentación

75 – 92 85 – 92 90

Depuración Terciaria 92 – 98 93 – 98

Cloración del agua tratada biológicamente 98 - 99

Selección del Tipo de Proceso Necesita un conocimiento teórico y experiencia practica

Elementos principales del análisis: Desarrollar un diagrama de flujo del proceso Establecer los criterios de diseño y tamaños de las unidades de

tratamientos Preparación de un balance de masa y sólidos Evaluación de los requerimientos hidráulicos (eje hidráulico) Consideraciones de sitio a construir

Expansión o mejoramiento de plantas existentes Compatibilidad con la instalación existente Requerimientos de la nueva operación; procedimientos y

entrenamiento para la operación y manejo de las nuevas unidades.

Consideraciones de Diseño

Costo inicial y costo anual de manejo y operación Orden de magnitud estimada para del análisis conceptual Estimación del presupuesto (durante la fase de diseño

preliminar) Presupuesto definitivo derivado del proyecto definitivo (planos y

especificaciones)

Medio Ambiente: Declaración de impacto ambiental

Equipamiento (disponibilidad)

Requerimientos de personal

Energía y recursos necesarios

Planificación de Proyecto

Diseño de la planta: definir problemas, identificar vida útil (usualmente > 20 años), definir/desarrollar/analizar alternativas de tratamiento/sistemas de disposición, seleccionar plan y planificación de la implementación (financiamiento y cronograma)

Diseño: conceptual, preliminar, y diseño final con un estudio piloto

Value engineering: revisión intensiva del proyecto por expertos (1/3 a 2/3 del tiempo presupuestado).

Construcción: comprensión de la forma en que se va integrar la nueva instalación al sitio, claridad en la calidad especificaciones técnicas/materiales, cronograma de trabajo y prevención de riesgos

Puesta en marcha y operación: Manual de operación y mantenimiento

Futuro del Tratamiento de Aguas Servidas Son tres áreas claves:

1. Infraestructura antigua: ampliar y mejorara

2. Re-uso de las aguas tratadas: escasez de aguas a nivel nacional.

3. Bio-sólidos: escasez de vertederos y posibles usos

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