Tecnologías para el Tratamiento de Aguas Residuales
Ing. Guillermo León SuematsuAsesor Técnico ANEPSSA PERÚ
22 de Junio de 2012
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Pre- Tratamiento
Tratamientoavanzado
Tratamientoprimario
Tratamientosecundario
Desinfección
Disposición final
Río Mar Lago
Lodos
Uso
Uso
Uso
Acondicionamiento
Remoción de sólidos
Remoción de materia orgánica
Remoción de nutrientes y orgánicos inorgánicos disuelto
Remoción de organismos patógenos
Dilución
TRATAMIENTO DE LODOS
Lodos
Deshidratación
Concentración
Digestión
Incineración
Disposición final
Relleno sanitario
Mar
Uso
Uso
Uso
Uso
Adensamiento
Estabilización
Reducción de humedad
Reducción de volumen
Confinamiento
Secuencia del Tratamiento de Aguas Residuales
(objetivo de calidad)
Pretratamiento
Cribado: Rejas, militamicesDesarenadoresSeparadores de grasa – Trampas de grasa
Tanques de compensación
REJILLAS DE LIMPIEZA MANUAL
Pretratamiento
Rejas de Limpieza Mecánica
Planta de Cribas Rotatorias, Bahia Blanca, Argentina
Tratamiento Primario
QUÍMICO
Neutralización
Coagulación
FÍSICO o MECÁNICO
Sedimentación
Flotación
Tratamiento primario avanzado:• Tratamiento mecánico químicamente asistido• Tratamiento anaerobio
Sedimentación
Tratamiento Secundario o Biológico
De crecimiento biológico adherido
Filtros biológicos
Discos Rotatorios de Contacto
De crecimiento biológico en suspensión
Lodos activados
Lagunas de estabilización
OXIDACIÓN BIOLÓGICA AEROBIA
OXIDACIÓN
CHONS + O2 CO2 + NH3 + OTROS + ENERGÍA
SINTESIS
CHONS + O2 + ENERGÍA C5H7NO2
RESPIRACIÓN ENDÓGENA
C5H7NO2 + O2 CO2 + NH3 + H2O + ENERGÍA
40-60% ENERGÍA PARA REPRODUCCIÓN
Bacterias
Bacterias
FILTROS PERCOLADORESESQUEMA GENERAL
Biofiltros de flujo horizontal
Biofiltros de flujo vertical
Discos Rotatorios de Contacto
Lodos Activados
Tratamientopreliminar
Sedimentadorprimario
Tanque de aeración Sedimentadorsecundario
Desinfección
Efluente
Recirculación de lodos
Bombeo de lodos
Agua residual cruda
Digestoresde lodos
Lechos de secado de lodos
Lodos Activados
Lodos ActivadosTipo Secuencial (SBR)
Difusor de membrana
Difusor de tubo
Tanque de aireación con parrilla de difusores
Sistemas combinados de crecimiento adherido y en suspensión
ALGAS
BACTERIAS
CO2 , NH4 + , PO4 3-O2
NUEVAS CELULAS
MATERIAORGÁNICA
NUEVASCELULAS
LUZ
LAGUNA FACULTATIVA
324 NHCOCHacd.org.org.inorg.
INFILTRACIÓN
AGUA
RESIDUAL
EFLUENTE
EVAPORACIÓN 2CO2O
2O
2CO
2CO
3HCO
3CO
3NH
3NO
4PO
ALGABACTERIA
Lagunas de Estabilización
Lagunas de Ventanilla
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Biodegrabilidad de las aguas residualesDesecho biodegradable – usar cualquier proceso
biológico
Desecho biodegradable – usar biofiltros o lagunas de estabilización
Desecho no biodegradable o poco biodegradable – no usar métodos biológicos
0,4 DQODBO
0,2 DQODBO
0,4
0,2 DQODBO
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Desinfección con cloroEs el método más usado
para el tratamiento de aguas residuales domésticas
Destruye los organismos patógenos al ser inactivados mediante la oxidación del material celular
Tiene un largo historial como desinfectante efectivo
Tiene ciertos limitantes en términos de salubridad y seguridad
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Trihalometanos, los ácidos haloacéticos (HAA5), bromatos y cloritos
TRIHALOMETANOS•Cloroformo•Bromodiclorometano•Dibromoclorometano•Bromoformo
SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN
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Destruyendo un paradigma: “la desinfección de aguas residuales no genera trihalomentanos”Estudios en plantas de España(1); dosis
menores de 10 mg/L, efluentes secundarios y terciarios, con y sin exposición a UV.
THMs inferiores a 20 μg/LMenor a la norma UE: 150 µg/LMenor al la norma UE (2009): 100 µg/L
Razones: concentraciones significativas de amonio, formación de cloraminas. Efecto desinfectante de las cloraminas y menor reactividad con la materia orgánica
(1) Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC), UPC y UB (España)
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Desinfección con Ozono
Tratamiento Terciario o Avanzado
Remoción de nutrientesN:
Nitrificación – denitrificación
Intercambio iónicoCloración al punto de
quiebreSistemas naturales
P:Adición de sales metálicasCoagulación con cal y
sedimentaciónSistemas naturales
Remoción de orgánicos e inorgánicos disueltos
Orgánicos disueltos:Adsorción en carbón
activadoOzonización
Metales pesadosPrecipitación química Intercambio iónico
Inorgánicos disueltos Intercambio iónicoÓsmosis inversaElectrodiálisis
Remoción de Nitrógeno
PTAR Duisburg Kaßlerfeld - Alemania
Microfiltration
Ultrafiltration
Nanofiltration
ROSALOBRE
TAMANO DE LOS POROSTAMANO DE LOS POROS
ROMAR
<0.0001
<0.001
<0.05
<0.5
El tamaño de los poros decrece
Osmosis Inversa
Nano - Filtración
Arena de playaAzúcares
Ultra - Filtración
10000.0001 1001010.10.010.001
Micro - Filtración
Filtración de PartículasFiltración de Partículas
PolenBacterias
Coloides
Virus
Micron
Sales disueltas
Cryptosporidium
Iones metálicos
Microfiltration
Ultrafiltration
Nanofiltration
ROSALOBRE
RELACION TAMANO POROS RELACION TAMANO POROS VS PRESIONVS PRESION
ROMAR
La presión se incrementa
800 - 1200 PSI
200 - 700 PSI
80 - 150 PSI
20 - 75 PSI
10 - 30 PSI
Conventional biological waste water treatment vs. MBR
HUBER Membrane Technology
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activation sedimentation filtration
Membran Bioreaktor
activation Ultra-filtration
Chlorination or UVX XX
HUBER Membrane Technology Products
Cerestar (160 m3/h)Windhoek, Namibië (850 m3/h)
Tratamiento de lodosEstabilización
Estabilización con cal
Tratramiento térmico
Digestión anaerobiaDigestión AerobiaCompostaje
DeshidrataciónFiltración al vacíoCentrifugaciónFiltro bandaFiltro prensaLechos de secadoLagunas de secadoSecado térmico
Tratamiento de Lodos
Fuente: Prof. Harleman, MIT
Centrifugación
Tres líneas de tratamiento: Agua – Sólidos - Gas
OXIDACIÓN BIOLÓGICA ANAEROBIA
MATERIA ORGÁNICA INSOLUBLE
MATERIA ORGÁNICA SOLUBLE
ACIDOSVOLATILES CO2 H2
OTROS PRODUCTOS
CELULAS
BACTERIAS METANOGENICAS
CH4 CO2 CELULAS
METABOLISMOENDOGENO
EXOENZIMAS
PRODUCTORAS DE ÁCIDOSBACTERIAS
+ + + +
++
REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE RAFA
REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE (RAFA)
Zona Superior de un RAFA
Vista de un RAFA, tuberías de eliminación de lodos
Tratamiento AnaerobioRAFA (UASB): Diagrama del Proceso
Planta de Tratamiento UASB en Bucaramanga
Sistemas de tratamiento de aguas residuales
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE TECNOLOGÍASRequerimientos de calidad del efluenteRequerimientos de equipo y energíaTratamiento y disposición de lodosGrado de dificultad de la operación y mantenimientoRequerimiento de personal de O & MRequerimientos de terrenoCosto: Inversión inicial + O & MImpacto ambientalImpacto socialViabilidad financieraSostenibilidad
EFICIENCIAS ESPERADAS (%)
TRATAMIENTO S.S DBO N-TOTAL P-TOTAL
Primario 75-90 20-30Biológico 70-95Precipitación 50-70 65-95Nitrificación-Denitrificación 70-90Intercambio Iónico 20-40 80-95 80-95
ELIMINACIÓN ESPERADA DE MICROORGANISMOS
PROCESO DE TRATAMIENTO
BACTERIAS HELMINTOS VIRUS QUISTES
Sedimentación primariaSimpleCon coagulación previa 1-2 1-3 0-1 0-1
Lodos activados 0-2 0-2 0-1 0-1Biofiltros 0-2 0-2 0-1 0-1Zanja de oxidación 1-2 0-2 1-2 0-1Desinfección 2-6 0-1 0-4 0-3Laguna aireada 1-2 1-3 1-2 0-1Lagunas de estabilización 1-6 1-3 1-4 1-4Fuente: Feachem et al (1983)
REDUCCIÓN DE ORDENES DE MAGNITUD O
REDUCCIÓN DE UNIDADES LOGARÍTMICAS
0-1 0-2 0-1 0-1
DQO SS CF
Lodos Activados
90% 90% 90%
Lagunas de Estabilización
90% 80% 99.99%
Tratamiento Anaerobio
85% 90% 90%
Parámetro Valor Màximo Valor Promedio LMP Màximo PromedioDBO 500 250 100 80% 60%SST 600 300 150 75% 50%Coliformes Termotolerantes 1,00E+09 1,00E+08 10000 99,9990% 99,9900%
Eficiencias RequeridasAgua Residual Cruda
Tratamiento Biológico más Desinfección
Lagunas de estabilización
Lodos Activados 70-150
Lagunas de Estabilización
10-30
Tratamiento Anaerobio
10-30
Fuente: Menahem, Banco Mundial
TRATAMIENTOCOSTO DE CAPITAL
COSTO DE O&M
COSTO TOTAL
Primario 0,10 0,05 0,15Biológico 0,15 - 0,20 0,05 - 0,10 0,20 - 0,30Químico 0,12 - 0,13 0,07 - 0,08 0,19 - 0,21Remoción de nutrientes 0,17 - 0,28 0,10 - 0,16 0,27 - 0,44Lagunas de estabilización 0,01 - 0,04 0,006 - 0,018 0,016 - 0,058
COSTOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (US$/m3)
TRATAMIENTOCOSTO DE CAPITAL
COSTO DE O&M
COSTO TOTAL
Deshidratación 0,117 0,075 0,192Estabilización anaerobia y deshidratación
0,158 0,109 0,267
Deshidratación e incineración
0,292 0,217 0,509
Costo de una planta para 100,000 habitantes, capitalizados a una tasa deinterés de 12% y vida útil de 20 años
COSTOS PARA TRATAMIENTO DE LODOS(US$ Kg de lodo seco)
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Ing. Guillermo León SuematsuConsultor en Ingeniería Sanitaria y AmbientalTelf: +51 1 [email protected]