Universidad Tecnológica de Querétaro

Propuesta para el diseño de una PTAR para
el Instituto Antonio León y Gama
Ana Paulina Olmos Ríos
Universidad Tecnológica
de Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de
Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad
Tecnológica de Querétaro, o=Universidad Tecnológica de
Querétaro, ou, email=webmaster@uteq.edu.mx, c=MX
Fecha: 2011.06.22 12:29:41 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
QUERÉTARO
Nombre del Proyecto
Propuesta para el diseño de una Planta de Tratamiento de
Aguas Residuales para el Instituto Antonio León y Gama
Memoria
Que como parte de los requisitos para obtener
el titulo de
ING. AMBIENTAL
Ana Paulina Olmos Ríos
Nombre del aspirante
Víctor Manuel Bazail Lozano
Asesor de la UTEQ
Dr. Alejandro Olmos Dichara
Asesor de la Empresa
2011
Santiago de Querétaro, Junio 2011.
1
Querétaro, Qro., a 17 de Junio del 2011.
C. Ana Paulina Olmos Ríos
Candidato al grado de Ingeniero
Ambiental
Presente
Matricula: 2005310045
AUTORIZACIÓN DE PRESENTACION DE MEMORIA
El que suscribe, por medio del presente le informa a Usted, que se le autoriza la
presentación de su memoria de la Estadía profesional, titulada: “Diseño de una
PTAR para el Instituto Antonio León y Gama”, realizado en la Empresa: Instituto
Antonio León y Gama.
Dr. Alejandro Olmos Dichara
Asesor de la Empresa
Víctor Manuel Bazail Lozano
Asesor de la UTEQ
Se hace costar el NO adeudo de materiales en las siguientes áreas.
Biblioteca UTEQ
Lab. Informática
Atentamente
Director de la División
C.c.p.
<<Nombre>>.- Subdirector de Servicios Escolares
Archivo
2
Lab.de Tecnología
Resumen
El objetivo principal del tratamiento de aguas residuales es la protección de
la salud y el bienestar de nuestra comunidad. El proceso elimina la materia
orgánica, sólidos y organismos patógenos formados en el agua así como la
compleja composición de los minerales o materia orgánica haciéndolos compatible
con el medio ambiente.
El Instituto Antonio León y Gama preocupado por la contaminación de
aguas residuales se interesa en la planeación de la una Planta de tratamiento de
Agua Residual, con fines positivos que den como resultado un nuevo uso al agua
tratada, como agua de riego en áreas verdes de la misma institución, ya que esta
utiliza agua potable en sus áreas verdes.
Por lo cual con ayuda del Ing. Ambiental se logro hacer el diseño de una
planta de tratamiento de aguas residuales para la institución, el cual reducirá
costos al reutilizar el agua tratada.
3
Abstract
The primary objective of wastewater treatment is protecting the health and
well-being of our community. The process removes organics, solids and
pathogenic organisms form the water or changes them from complex makeup to
stable minerals or organics that can be compatible with the environment.
The Instituto Antonio León y Gama concerned about the pollution of
wastewater is interested in planning a Plant Wastewater treatment with positive
end result in a new use treated water as irrigation water in green areas the same
institution, as it uses water in their gardens.
Therefore with the help of Environmental Engineering is to achieve a plant
design wastewater treatment for the institution, which will reduce costs by reusing
the treated water.
4
Dedicatorias
Con todo cariño por su tiempo, por su dedicación y su confianza agradezco
a mis padres el apoyo que durante mi carrera y estudios me dieron, estando
a mi lado siempre con la fuerza, la motivación y el estimulo de seguir
siempre adelante. Ellos que con su enseñanza, tiempo y desvelo
procuraron fomentar en mí ser un ser humano con los valores, la humildad
y el servicio que transmitiré siempre.
A mis maestros con cariño y agradecimiento por transmitirme con amor y
paciencia sus conocimientos motivándome a seguir con mis estudios
siempre firme en mi voluntad de ser buen estudiante y ahora como
profesionista.
Al Doc. Alejandro Olmos Dichara, gracias por confiar en mí, por enseñarme
y reforzar los valores que ahora tengo, le agradezco sus enseñanzas y la
paciencia con la que me transmitió parte del cumulo de conocimientos que
usted tiene, Por motivarme a salir adelante, por enseñarme el hábito del
estudio, y no solo a no sólo pensar en grande, ¡SINO SER GRANDE!
A Edgar González Torres, por el apoyo constante para llegar a este
momento, una persona especial que constantemente finco su confianza y
cariño, que con su corazón motiva mi espíritu en mis logros y mejores
momentos.
5
Agradecimientos
Al Doc. Alejandro Olmos Dichara, por su ardua labor y apoyo brindado
durante mi estadía en el Instituto Antonio León y Gama, agradeciendo
también de sobre manera la motivación que me brindo para terminar mi
estadía con el anhelo de seguir siempre firme hacia el logro de mis
objetivos.
Al Profesor y Tutor Víctor Manuel Bazail Lozano, agradezco con amor la
atención, el apoyo y la motivación que me brindo, así como la ayuda y
orientación que siempre recibí para mejorar mis trabajos, siempre con la
confianza de recurrir a él para construir objetivos positivos en la culminación
de mis estudios y la presentación de esta memoria de Proyecto.
A mi querida Universidad Tecnológica de Querétaro (UTEQ), por fincar,
reforzar mis raíces educativas, mi formación y preparación para mi vida
laboral, y gracias a sus aulas que me acogieron como una alumna más, que
tuvo ilusiones de vivir este momento que culmina.
6
INDICE
Página
Resumen………………………………………………………………………. iii
Abstrac………………………………………………………………………… iv
Dedicatorias……………………………………………………………. ……. v
Agradecimientos…………………………………………………………….. vi
I.
Introducción……………………………………………………………... 9
II.
Antecedentes……………………………………………………………. 11
III.
Justificación………………………………………………………………13
IV.
Objetivo………………………………………………………………….. 14
V.
Alcances…………………………………………………………………. 14
VI.
Fundamentación teórica……………………………………………….. 14
6.1.
Tratamiento de Aguas Residuales…………………………… 15
6.2.
Procesos de Tratamiento……………………………………… 16
6.3.
Tipos de Tratamiento………………………………………...... 18
6.4.
Descripción de Algunos Procesos Biológicos………………. 20
6.5.
Recuperación y Reutilización de Aguas Residuales……….. 22
6.6.
Sobre el Instituto Antonio León y Gama……………………... 23
VII.
Plan de Actividades……………………………………………………. 23
VIII.
Recurso de Materiales…………………………………………………. 26
IX.
Desarrollo del Proyecto y Resultados……………………………….. 26
9.1.
Programa de Muestreo y Aforo………………………………. 26
9.2.
Características Físicas………………………………………… 29
9.3.
Parámetros a Considerar……………………………………… 29
9.4.
Diseño de la PTAR…………………………………………….. 32
7
INDICE
Página
9.5.
Fundamentos del Proceso de Tratamiento………………….. 34
9.5.1. Sistema de Recolección……………………………… 35
9.5.2. Sistema de Homogenización…………………………. 36
9.5.3. Sistema de Tratamiento Secundario o Bilógico…….. 37
9.5.4. Sistema de Desinfección………………………………. 39
9.5.4.1.
Sistema de Factores en el Proceso de
Desinfección………………………………… 40
9.5.5. Sistema de digestión de lodos……………………….. 42
9.6.
X.
Definición de las Variables de Control………………………. 42
Recomendaciones……………………………………………………… 50
10.1. Aplicación de las Variables de Control al Proceso…………. 50
10.1.1.
Sistema de Recolección……………………….. 50
10.1.2.
Sistema de Homogenización………………….. 51
10.1.3.
Sistema de Tratamiento Secundario o
Bilógico…………………………………………. 51
10.1.4.
Sistema de Desinfección……………………… 54
10.1.5.
Sistema de digestión de lodos……………….. 55
10.2. Seguridad……………………………………………………….. 55
10.2.1.
Reglas de Trabajo y Procedimientos…………. 56
10.3. Riesgos Comunes en las Instalaciones de una PTAR…….. 56
XI.
Conclusiones…………………………………………………………….58
XII.
Referencias bibliográficas………………………………………………59
XIII.
Anexo I (Cálculos)……………………………………………………….61
8
I.
Introducción
La Contaminación Del Agua
Se le da el nombre de agua residual a toda aquella agua que ha sido usada
para distintos fines y que una vez utilizada es desechada hacia los sistemas de
alcantarillado o hacia redes recolectoras que conducen esta agua hacia un cuerpo
receptor.
Cuando el agua ha sido usada para fines domésticos, es decir en casas
habitación o usos semejantes como hoteles, escuelas, cocinas, restaurantes o
servicios sanitarios en general se les denomina como aguas residuales sanitarias
o domésticas. En caso de que el agua provenga de los múltiples usos industriales
se les conoce como agua residual industrial. Para casos en que se tenga una
mezcla de las dos anteriores entonces se le denominan aguas residuales mixtas.
El problema fundamental de la contaminación de todas las aguas residuales
es el contenido de sólidos, estos pueden ser clasificados de forma química como
orgánica e inorgánica y físicamente como sólidos suspendidos o sólidos disueltos,
esquemáticamente se puede ver en la Figura1.
Sólidos
Sólidos sedimentables (ml/L)
Suspendidos
Sólidos
Totales (mg/L)
Sólidos coloidales no filtrables (mg/L)
Totales
(mg/L)
Sólidos
Sólidos coloidales filtrables (mg/L)
Disueltos
Totales (mg/L)
Sólidos verdaderamente disueltos (mg/L)
Figura 1: Clasificación de los Sólidos en el Agua.
9
El agua 100% pura (tridestilada), es agua que no contiene sólidos, la
presencia excesiva de sólidos orgánicos, darán como resultado una alta demanda
química de oxígeno (DQO), mientras que un contenido elevado de sólidos
inorgánicos arrojarán cuentas elevadas de dureza y/o conductividad eléctrica (CE)
y/o relación de adsorción de sodio (RAS).
Por lo tanto el tratamiento de las aguas residuales debe ser enfocado a la
reducción de sólidos, puesto que los índices de contaminación como son DQO ó
DBO5 tienen siempre como origen materia orgánica ya sea en suspensión o de
forma soluble en el agua, de la misma manera la conductividad eléctrica y el RAS
son debidas a sólidos disueltos (sales).
En función de lo anterior se establece que el nivel de tratamiento deberá de
estar de acuerdo al tipo de sólidos que sean los que generen el problema de
contaminación de agua.
10
II.
Antecedentes.
El agua es probablemente el recurso natural más importante del mundo, ya
que sin ella no podría existir la vida y la industria no funcionaria. A diferencia de
muchas otras materias primas, el agua no tiene sustituto en muchas aplicaciones.
El agua tiene un papel vital en el desarrollo de las comunidades, ya que es
indispensable que su abastecimiento sea seguro para que una comunidad se
establezca permanentemente. Sin embargo, los desechos líquidos y sólidos de
una comunidad tienen un potencial considerable para contaminar el ambiente. En
las civilizaciones primitivas el remedio para el problema de la contaminación era
simplemente trasladar la comunidad a otro lugar; en las civilizaciones más
avanzadas tal mudanza es impracticable y se deben tomar medidas para proteger
y aumentar el abastecimiento de agua y para eliminar satisfactoriamente los
materiales de desecho. El concepto de agua como un recurso natural debe
administrarse cuidadosamente es muy necesario ya que las poblaciones en
desarrollo y los complejos industriales tienen demandas de agua siempre
crecientes.
En
las
civilizaciones
antiguas
se
reconoció
la
importancia
del
abastecimiento de agua y de las medidas sanitarias para las aguas de desecho.
Los hallazgos arqueológicos muestras la existencia de letrinas y drenes en las
viviendas neolíticas; 200o años a.C., las civilizaciones minoica tenía ya tuberías de
arcilla para el agua y el drenaje, además de retretes hidráulicos en las casas. Los
romanos tenían sistemas muy avanzados para el abastecimiento del agua y su
drenaje. Sus ciudades usaban grandes cantidades de agua con fuentes que
surtían continuamente a la mayoría de la población, aunque las familias ricas
tenían
sus
propios
abastecimientos
entubados.
Se
construyeron
largos
acueductos, algunos de los cuales todavía existen, que recorrían hasta 80 km para
que el abastecimiento de agua de buena calidad a las ciudades fuera el adecuado.
Los albañales de piedra en las calles desalojaban el agua superficial y
recolectaban las descargas de las letrinas para conducirlas más allá de los límites
de la ciudad. Con la decadencia del Imperio Romano la mayoría de sus
11
instalaciones de obras públicas cayeron en desudo y durante siglos las primeras
visiones para el abastecimiento de agua y saneamiento virtualmente no existían.
En la Edad Media comenzaron a desarrollarse pueblos en el cruce de los ríos
importantes, los cuales constituían una fuente de agua adecuada y un medio
aparentemente conveniente para la eliminación de desechos. Aunque en los
pueblos más grandes se construyeron albañales, estos estaban diseñados
únicamente para el desalojo del agua superficial. En 1815, en el Reino Unido se
prohibió por ley la descarga de agua residual hedionda en los albañales. Las
medidas sanitarias eran mínimas: en 1579, una calle en Londres con sesenta
casas tenía tres letrinas comunales. La descarga de desechos líquidos y sólidos
desde las ventaneas a la callera era común, por lo que no sorprende que la
expectativa de vida fuera menos de la mitad de la cifra actual en el mundo
desarrollado. En un intento por mejorar las cosas, en 1847 se dicto en Londres
una ley que hacia obligatoria la descarga de los desechos de sumideros y letrinas
en los albañales. Los alcantarillados de Londres arrojaban los desechos en el
Támesis, del cual se obtenía gran parte del agua para la ciudad; esto, aunado al
deficiente estado de conservación de muchas de las alcantarillas permitía que su
contenido se filtrara al acuífero, que era la otra fuente de abastecimiento de agua.
Como consecuencia inevitable de esta situación las fuentes de agua se
contaminaban cada vez más con el agua residual, el Támesis se hizo
desagradable tanto a la vista como al olfato y lo que fue más serio, las
enfermedades hídricas abundabaron en la ciudad. El brote de cólera de Broad
Street Pump, que en 1854 causó 10 000 muertes, proporcionó la evidencia al Dr.
John Snow para que demostrara la conexión entre la contaminación del agua
residual y las enfermedades entéricas como el cólera y la tifoidea. El escándalo
público dio lugar a que se ordenaran los primeros trabajos importantes de
ingeniería de salud pública de los tiempos modernos: los drenajes interceptores de
Bazalgette, que recolectaban las descargas de agua residual y las conducían
aguas debajo de Londres para descargarse en el estuario, y la extracción de agua
de Teddington, en la parte del río en que no ocurrían mareas. Así, para 1870 las
erupciones, las epidemias de origen hídrico en el Reino Unido habían sido
12
controladas en su mayoría; trabajos similares se estaban desarrollando al mismo
tiempo en Europa Occidental y en algunas ciudades de los Estados Unidos. La
revolución Industrial aumentó en gran medida la demanda urbana de agua y las
postrimerías del siglo diecinueve vieron la construcción de obras importantes de
abastecimiento de agua que comprendían grandes almacenamientos en terrenos
elevados, de los cuales son ejemplos el proyecto de Valle Elan para Birmingham y
los vasos de Croton y Catskill que surten a Nueva York.
Solo la atención continua y costosa del control de la calidad del agua ha
hecho posible que las enfermedades hídricas en los países desarrollos estén
virtualmente erradicadas. Sin embargo, no debe permitirse que tales logros
disfracen la espantosa situación que concierne el abastecimiento de agua y el
saneamiento en gran parte del mundo en vías de desarrollo.
Fundamentos de control de la calidad del agua, Autor: Tebbutt, Editoral, Limusa, 1999
III.
Justificación.
La contaminación de aguas residuales sin tratar, es un problema cada vez
más cotidiano por lo que se ve acrecentada con la baja disposición de agua
potable y la utilización de la misma, para usos potenciales secundarios por lo
tanto, existe la pretensión del Instituto Antonio León y Gama de crear una planta
de tratamiento con fines positivos que den como resultado un nuevo uso al agua
tratada, como agua de riego en áreas verdes de la misma institución, ya que esta
utiliza agua potable en sus áreas verdes, y una población de
125 alumnos
generan una descarga de agua considerable por lo tanto es recomendable la
reutilización del liquido.
13
IV.
Objetivo
Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales que son generadas
en el Instituto Antonio León y Gama, para reutilización de la misma en áreas
verdes.
V.
Alcances
Realizar el balance hidráulico para obtener el caudal del agua residual a
tratar.
Caracterizar las aguas residuales del Instituto Antonio León y Gama para
elegir un tren de tratamiento adecuado y cumplir con las especificaciones
establecidas por las normas oficiales mexicanas (NOM-001-ECOL-1996).
Proponer una disposición final del agua tratada en beneficio de este
Instituto.
VI.
Fundamentación Teórica.
La contaminación de las aguas puede proceder de fuentes naturales o de
actividades humanas. En la actualidad la más importante, sin duda, es la
provocada por el hombre. El desarrollo y la industrialización suponen un mayor
uso de agua, una gran generación de residuos, muchos de los cuales van a parar
al agua, medios de transporte pluvial y marítimo que, en muchas ocasiones, son
causa de contaminación de las aguas.
El ciclo natural del agua tiene una gran capacidad de purificación. Pero esta
misma facilidad de regeneración del agua, y su aparente abundancia, hace que
sea el vertedero habitual en el que arrojamos los residuos producidos por nuestras
actividades.
Pesticidas,
desechos
químicos,
metales
pesados,
residuos
radiactivos, etc., al analizar las aguas de los más remotos lugares del mundo.
Muchas aguas están contaminadas hasta el punto de hacerlas peligrosas para la
saludad humana, y dañinas para la vida.
14
Primero fueron los ríos, las zonas portuarias de las grandes ciudades y las
zonas industriales las que se convirtieron en sucias cloacas, cargadas de
productos químicos, espumas y toda clase de contaminantes. Con la
industrialización y el desarrollo económico este problema se ha ido trasladando a
los países en vías de desarrollo, a la vez que en los países desarrollados se
producían importantes mejoras, donde ha surgido la necesidad imperiosa de tratar
las aguas crudas (contaminadas) para disminuir dentro de lo posible la
problemática actual, para esto se recurre a toda una tecnología de tratamiento de
aguas.
Expuesto lo anterior, es evidente que el agua natural y las aguas residuales por
lo regular tienen composiciones altamente complejas y que normalmente se
necesita modificar su composición para ajustarla a un uso en particular. En
consecuencia, se requiere una variedad de procesos de tratamiento para separar
los diversos contaminantes que con seguridad se encontraran.
6.1.
Tratamiento De Aguas Residuales.
Se conoce como operaciones unitarias aquellos métodos de tratamiento en los
cuales predominan los fenómenos físicos, mientras que aquellos métodos en los
que la eliminación de los contaminantes se realiza en base de procesos químicos
o biológicos se conocen como procesos unitarios.
En la actualidad, las operaciones y procesos unitarios se agrupan entre sí para
construir los llamados tratamiento primario, secundario y terciarios.
El tratamiento primario: contempla el uso de operaciones físicas tales como las
rejillas, tanques de sedimentación y flotación para la eliminación de los sólidos
sedimentables y flotantes presentes en el agua residual.
En el tratamiento Secundario: se realizan procesos biológicos y químicos los
que se emplean para eliminar la mayor parte de la materia orgánica y elementos
patógenos.
15
En el tratamiento Terciario: se empelan combinaciones adicionales de los
procesos y operaciones unitarias con el fin de eliminar otros componentes, tales
como nitrógeno y fosforo, cuya reducción con el tratamiento secundario no es
significativa.
6.2.
Procesos de Tratamiento
Los principales procesos de tratamiento para las aguas residuales son los
físicos, Químicos y Biológicos.
Procesos Físicos: Se basan en las propiedades físicas que incluyen la
separación de sólidos sedimentables presentes en las aguas residuales y su
estabilización, la remoción de partículas flotantes, la retención de partículas de
gran tamaño, etc.
Ejemplo:
Sedimentación.
Flotación: Natural o provocada con aire.
Filtración: Con arena, carbón, cerámicas, etc.
Evaporación.
Adsorción: Con carbón activado, zeolitas, etc.
Desorción (Stripping). Se transfiere el contaminante al aire (Ej.
Amoniaco).
Extracción: Con liquido disolvente que no se mezcla con agua.
Proceso Químico: Consisten en la separación o transformación de las
sustancias sedimentables, flotantes y disueltas mediante el uso de sustancias
químicas.
16
Ejemplo:
Coagulación – Floculación: Agregación de pequeñas partículas usando
coagulantes y floculantes (sales de hierro, aluminio, polielectrólitos,
etc.).
Precipitación Química: Eliminación de metales pesados haciéndolos
insolubles con la adición de lechada de cal, hidróxido sódico u otros que
suben el pH.
Oxidación – Reducción: Con oxidantes como el peróxido de Hidrógeno,
ozono, cloro, permanganato de potasio o reductor como sulfito sódico.
Reducción Electrolítica: Provocando la deposición en el electrodo del
contaminante. Se usa para recuperar elementos valiosos.
Intercambio Iónico: Con resinas que intercambian iones. Se usa para
quitar dureza al agua.
Osmosis Inversa: Haciendo pasar el agua a través de membranas
semipermeables que retienen los contaminantes disueltos.
Proceso Biológico: para estos procesos se utiliza la actividad de ciertos
microorganismos para la oxidación y mineralización de sustancias orgánicas
presentes en las aguas residuales.
Ejemplo:
Lodos Activados: Se añade agua con microorganismos a las aguas
residuales en condiciones aerobias (burbujeo de aire o agitación de las
aguas).
Filtros Bacterianos: Los microorganismos están fijos en un soporte sobre
el que fluyen las aguas a depurar. Se introduce oxígeno suficiente para
asegurar que el proceso es aerobio.
17
Biodiscos: Intermedio entre los dos anteriores. Grandes discos dentro de
una mezcla de agua residual con microorganismos facilitan la fijación y
el trabajo de los microorganismos.
Lagunas Aireadas: Se realiza el proceso biológico en lagunas de
grandes extensiones.
Degradación Anaerobia: Procesos con microorganismos que no
necesitan oxigeno para su metabolismo.
6.3.
Tipos de Tratamiento
Las aguas residuales se pueden someter a diferentes niveles de tratamiento,
dependiendo el grado de purificación que se quiera. Es tradicional hablar de los
distintos tipos de tratamiento se pueden clasifican en tratamientos preliminar o
pre-tratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario, etc. aunque muchas
veces la separación entre ellos no es totalmente clara, así se pueden distinguir.
Tratamiento preliminar o Pre-tratamiento: Son el conjunto de unidades que
tienen como final proteger las unidades principales de una planta de tratamiento y
que su operación sea eficiente, es necesario quitar los sólidos flotantes grandes y
los sólidos suspendidos que frecuentemente están presentes en el caudal de
entrada. Estos materiales pueden ser hojas, palos, ramas, telas, platicos, papel,
trapos y otros desechos que pueden obstruir el flujo a través de la planta o dañar
el equipo instalado.
Tratamiento Primario: Se hace sedimentar los materiales suspendidos usando
tratamientos físico o físico – químico. En algunos casos dejando, simplemente,
las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en el caso de tratamientos
primarios mejorados, añadiéndole al agua contenida en estos grandes tanques,
sustancias químicas que hacen más rápida y eficaz la sedimentación. También se
incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH y la eliminación de
contaminantes volátiles como el amoniaco (Desorción). Las operaciones que
18
incluyen son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración
neutralización y la Desorción (Stripping).
Tratamiento secundario: Elimina las partículas coloidales y similares. Puede
incluir procesos biológicos y químicos. El proceso secundario más habitual es un
proceso biológico en el que se facilita que bacterias aerobias digieran la materia
orgánica que llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente
que sale del tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua
cargada de lodos activados (microorganismos). Estos tanques tienen sistemas de
burbujeo o agitación que garantizan condiciones aerobias para el crecimiento de
los microorganismos. Posteriormente se conduce este líquido a tanques
cilíndricos, con sección en forma de tronco de cono, en los cuales se realiza la
decantación de los lodos. Separados los lodos el agua que sale contiene menos
impurezas.
Tratamientos más avanzados: consisten en procesos físicos y químicos
especiales, con los que se consigue limpiar los contaminantes específicos de las
aguas: fosforo, nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos
orgánicos, etc. Es un tipo de tratamiento más caro que los anteriores y se usa en
casos
más
especiales:
para
purificar
desechos
de
algunas
industrias,
especialmente en los países más desarrollados, o en las zonas con escasez de
agua que necesitan purificarla para volverla a usar como potable, en las zonas
declaradas sensibles (con peligro de eutrofización) en las que los vertidos deben
ser bajos en nitrógeno y fosforo, etc.
Otros métodos pueden ser:
Fosa séptica: Cámaras cerradas en la que los contaminantes
sedimentan y fermentan.
Lecho bacteriano (depósito lleno), zanjas o pozos filtrantes o filtros de
arena: Todos ellos facilitan la formación de películas de bacterias sobre
los cantos o partículas filtrantes que realizan la descontaminación.
19
Lagunaje:
Anaerobio: Elimina hasta el 50% de DBO
Aerobio: Con posible proceso anaerobio después.
Filtro Verde: Plantación forestal en la que se riega con aguas
residuales.
Contactores bilógicos rotativos: sistemas mecánicos que facilitan la
actuación de las bacterias descontaminantes.
6.4.
Descripción de Algunos Procesos Biológicos
Las lagunas aireadas, son embalses de agua residual que ocupan una gran
superficie de terreno, por lo que se emplean cuando éste es un bien barato. El
agua residual así dispuesta se oxigena mediante aireadores superficiales o
difusores sumergidos para generar oxidación bacteriana. Estos dispositivos crean
una turbulencia que mantiene la materia en suspensión. El tiempo de residencia
normal de este proceso es de 3 a 6 días, tiempo en que las bacterias poseen un
crecimiento acelerado, dependiendo de las condiciones climáticas y suponiendo
una aireación suficiente. La separación de sólidos de este tratamiento se logra por
decantación que demora de 6 a 12 horas. La calidad del efluente de este proceso
es inferior al de lodos activados, cuya diferencia fundamental es que en el primero
no hay recirculación de lodos.
En el proceso de lodos activados, al igual que el de lagunas aireadas, el
agua residual aireada se mezcla con bacterias aeróbicas que se han desarrollado
con anterioridad.
Sin embargo, la mezcla del agua residual, previamente
decantada, se agita por medio de bombas para que la materia esté en suspensión
y en constante contacto con oxígeno en el interior de una piscina de concreto
armado. La materia orgánica degradada del agua residual flocula, por lo que
luego se puede decantar. La biomasa sedimentada se devuelve parcialmente al
tratamiento biológico, para mantener una población bacteriana adecuada, y el
20
resto se separa como lodo. La siguiente imagen muestra un esquema de un
proceso de lodos activados. Figura 2.
Figura 2. Representación de tren de tratamiento de agua residual.
Las ventajas principales de este proceso son el corto tiempo de residencia
de la biomasa en las piscinas, que es de unas 6 horas, lo que permite tratar
grandes volúmenes en espacios reducidos y la eficiencia en la extracción de las
materias suspendidas. Sin embargo, la eficiencia en la eliminación de bacterias
patógenas es baja.
El agua tratada en un proceso de lodos activados o en lagunas aireadas
puede servir para regadío si previamente se somete a cloración para
desinfectarla. La cloración es parte del tratamiento terciario o avanzado que se
emplea para lograr un agua más pura, incluso potable, si se desea. Los objetivos
del tratamiento avanzado son eliminar la carga orgánica remanente de un
tratamiento secundario, desinfectarla para eliminar microorganismos patógenos,
eliminar color y olor indeseables, remover detergentes, fosfatos y nitratos
residuales, que ocasionan espuma y eutrofización respectivamente.
21
Un problema sanitario importante que se deriva del tratamiento de aguas
residuales es el manejo de los lodos provenientes de los tratamientos primario y
secundario. Estos lodos son barros semisólidos que contienen de 0,5 a 5% de
sólidos, por lo que no tienen valor económico y si perjuicio ambiental. Para
convertir su materia orgánica en sólidos estables, reducir la masa y volumen de
agua y destruir las bacterias dañinas, el lodo se concentra por sedimentación y
coagulación-floculación. Este lodo, así concentrado, se puede tratar con cal como
bactericida y exponerlo al sol para evaporar su agua, hacerlo pasar sobre filtros de
arena, filtrarlo a vacío o centrifugarlo para eliminar parte importante del agua. Sin
embargo, ninguna de estas técnicas es completamente satisfactoria por sus
costos y problemas técnicos.
El lodo deshidratado puede disponerse en
vertederos o incinerarlo si su contenido de materia combustionable es superior a
25%. Uno de los empleos más deseable de estos lodos es usarlo como
fertilizante y acondicionador del suelo, aunque su composición limita este empleo.
6.5.
Recuperación y Reutilización de Aguas Residuales.
En el pasado, la evacuación de aguas residuales se llevaba a cabo en la
mayoría de los municipios y comunidades de la manera más sencilla posible, sin
tener en cuenta las desagradables condiciones que se daban en el lugar del
vertido. El riesgo constituyó, probablemente, el primer método de evacuación de
aguas residuales, aunque fue la dilución primero en adoptarse de manera más
generalizada. La evacuación de efluentes y su efecto sobre el medio ambiente
precisan hoy en día de mayor atención debido al crecimiento industrial y urbano.
El vertido en aguas superficiales continúa siendo el método de evacuación de
aguas residuales, más común. No obstante, y con el fin de proteger el medio
ambiente acuático, el gobierno federal ha desarrollado una normativa para los
cuerpos receptores de agua, ya sean corrientes, ríos, aguas costeras y estuarios.
22
En algunos lugares se han diseñado y ubicado a las plantas de tratamiento de tal
manera que el efluente tratado pueda ser evacuado, aplicándose el terreno y
reutilizándose para diferentes fines, como puede ser el riego de campos o como
agua de refrigeración industrial. Se supone que esta tendencia aumentará en el
futuro, especialmente en aquellas localidades y zonas áridas o semiáridas en la
que exista la escasez de agua.
Aunque el tratamiento secundario constituye a un nivel de tratamiento
suficiente para la mayoría de los casos, en determinadas circunstancias se hace
necesario el tratamiento terciario o avanzado. La existencia de tratamientos
avanzados incrementa las posibilidades de la reutilización de los lodos, hecho que
debe tener en cuenta a la hora de planificar una instalación.
6.6.
Sobre el Instituto Antonio León y Gama
Un grupo de entusiastas y visionarios profesores de este Instituto, con la
colaboración de un Ingeniero Ambiental elaboraran la propuesta de un diseño de
una PTAR con el fin de crear una escuela de estudios Básicos y Superiores
interdisciplinarios, para atender las necesidades elementales con alternativas de
solución a los problemas nacionales en la alimentación, la salud, el medio
ambiente y calidad de la vida.
VII.
Plan de Actividades
a) Se realizara una investigación de los aspectos físicos del lugar, como pueden
ser el clima, la orografía, los principales ecosistemas, la hidrografía, así como
los servicios con los que cuenta la Institución.
El Instituto Antonio León y Gama, está ubicado en la Av. Técnicos #254, San
Pedrito Peñuelas. Santiago de Querétaro, Qro. México. Figura 3. (Croquis).
23
b) De acuerdo a la NOM-003-ECOL-1997, que nos indica los parámetros que
se deben medir durante una caracterización de agua residual, los cuales
son físicos como sólidos suspendidos totales;
los químicos: pH, DBO,
metales; y los biológicos: coliformes fecales y huevos de helminto; que
involucra las descargas que se rehusaran.
Citando las siguientes normas para su determinación:
Norma Mexicanas
NMX-AA-003
Aguas residuales-Muestreo, publicada en el
Diario Oficial de la Federación el 25 de
marzo de 1980.
24
Norma Mexicana NMX-AA-012
Aguas-Determinación de oxigeno disuelto en
aguas naturales, residuales y residuales
tratadas - método de prueba. Publicada en el
Diario oficial de la Federación el 13 de
diciembre de 1989.
Norma Mexicana NMX-AA-028
Aguas-Determinación
bioquímica
de
de
oxígeno.-
demanda
Método
de
incubación por diluciones, publicada en el
Diario Oficial de la Federación el 6 de julio
de 1981.
Norma Mexicana NMX-AA-034
Aguas-Determinación de sólidos en agua.Método gravimétrico, publicada en el Diario
Oficial de la Federación el 3 de julio de
1981.
Norma Oficial Mexicana
NOM-001-ECOL-1996
Que
establece
permisibles
de
los
límites
contaminantes
máximos
en
las
descargas de aguas residuales en aguas y
bienes nacionales, publicada en el Diario
Oficial de la Federación el 6 de enero de
1997 y su aclaración, publicada en el citado
órgano informativo el 30 de abril de 1997.
25
c) Estructurar un programa de muestreo y aforo.
d) Realizar el diseño de la PTAR
VIII.
Recursos Materiales y Humanos
Energía Eléctrica
La energía eléctrica será el fluido motriz de todo el sistema de tratamiento, se
proporcionará mediante un transformador que alimentará a las instalaciones
generales que a su vez tienen una acometida eléctrica hacia la planta de
tratamiento de aguas residuales la cual es distribuida a los sistemas o equipos por
medio de un tablero de control. Los voltajes suministrados al tablero de control son
de 440 y 127 Volts, comúnmente.
IX.
Desarrollo Del Proyecto
9.1.
Programa de muestreo y aforo.
Para que una
muestra de agua residual sea adecuada, debe satisfacer
requisitos básicos; representar con precisión el sitio en estudio y tener el volumen
necesario para el análisis subsecuente en el laboratorio, ya que una muestra
demasiado grande dificulta traslado y eleva el costo. El método, lugar y tiempo de
muestreo deben combinarse de tal manera que los resultados obtenidos cumplan
con el propósito de conocer las características principales del sitio en cuestión.
Las muestras recopiladas se clasificaron en dos grupos: muestras simples y
muestras compuestas. Las muestras simples se recogen en forma horaria, las
cuales consistieron en una sola porción de agua que sirvió
para una
comprobación momentánea, y esta se utilizó para formar las muestras
compuestas. Con el objetivo de determinar variaciones de los parámetros, es
necesario tomar varias muestras de este tipo.
26
Para evitar errores en la concentración de algunos parámetros como los
sólidos suspendidos en las muestras compuestas, se recomienda que siempre se
mantengan perfectamente mezcladas las muestras simples (recopiladas cada dos
horas), mientras se transferían de un recipiente a otro.
El programa de muestreo y aforo debe ser diseño de tal manera que los
resultados a obtener muestren el perfil diario en cuestión de caudal, pH y
temperatura, en materia de parámetros fisicoquímicos. Con esta metodología se
procura absorber las variaciones diarias, en cuanto a calidad y cantidad del agua.
En general cada campaña de aforo y muestreo se inicia a las 7.00 hrs y
finaliza a las 15 hrs, debiendo anotar la hora exacta en que se realizó la medición,
ya que aunque no es importante que la lectura se efectué exactamente cada dos
horas, el no contar los
minutos de atraso o adelanto puede llevar a errores
durante la integración de la curva.
Así mismo, se deberá anotar cualquier fenómeno que sucedió durante las
mediciones, tales como presencia de lluvia, naturaleza de desechos suspendidos,
presencia de grasas o detergentes, color aparente, etcétera y que pudiera afectar
tanto la toma de muestra como los factores fisicoquímicos del cuerpo receptor.
No. De
Descarga /Hora
Volumen (ml)
Tipo de
Muestra
1
2
muestra
1
7:00
7:30
500
Simple
2
9:00
9:30
500
Simple
3
11:00
11:30
500
Simple
4
13:00
13:30
500
Simple
5
15:00
15:30
500
Simple
6
-
-
2500
Compuesta
Aun cuando las actividades de aforo y muestreo se llevaron a cabo en forma
simultánea, ambos se describirán con el objeto de ser explicito.
27
La medición de flujo es un auxiliar necesario de las técnicas de muestreo, con
esta medición se obtendrá una idea preliminar más clara del caudal a tratar y
consecuentemente del dimensionamiento de los procesos de tratamiento así como
del perfil de generación de agua residual en la descarga principal, las que
corresponderán al afluente de la planta de tratamiento a diseñar.
Para la determinación de los gastos en el sitio de monitoreo, se puede utilizar
el método de sección velocidad. Dicho método consiste básicamente en tomar
lecturas de tiempo (t) que tarda el agua en recorrer cierta distancia (d) mediante la
utilización de un flotador. Además se mide el tirante (d’) del agua, y el diámetro de
la tubería (D), con el cociente de estos dos datos (d’/D), se obtiene una tabla, el
área sobre el diámetro cuadrado (A/D2), para finalmente calcular el área
despejándola de la misma expresión quedando la siguiente ecuación:
d'/ D
A
A
D2
d'
* D2
2
D
El flujo Q de la descarga, se obtiene del producto entre la velocidad (v) y el
área, es decir:
Q
A*v
Dicho flujo se reporta en m3/s o en L/s.
Existe otro método de aforo, como es el de la técnica por aforo directo que
consiste determinar el gasto mediante la utilización de un recipiente volumétrico
(probeta), y un cronómetro que determina el tiempo que tarda en juntarse cierto
volumen, el cual no puede ser aplicable en muchos casos, ya que las condiciones
particulares de los sitios de muestreo en ocasiones presentaran dificultad para
hacer cualquier otro tipo de medición, siendo el método descrito, el más adecuado
para aplicar.
28
En cuanto al análisis de campo se determinara el monitoreo y determinaciones
físicas del sitio de muestreo, el cual influirá en el diseño de la planta de
tratamiento.
9.2.
Características Físicas
Parte de la muestra recolectada, se implementa para los análisis de campo, y
el volumen restante para la formación de muestras compuestas del día. Los
parámetros que se determinan son: temperatura del agua, temperatura ambiente,
pH. Las características físicas más importantes del agua son el contenido total de
sólidos, término que engloba la materia en suspensión, la materia sedimentable,
la materia coloidal, y la materia disuelta, a partir de estos se particulariza a
parámetros biológicos como la DBO5 o la cantidad de microorganismos. Otras
características físicas importantes son el olor, densidad, color y turbiedad.
9.3.
Parámetros a Considerar.
PH: La concentración de ion hidronio es un parámetro de calidad de gran
importancia tanto
para las aguas naturales como residuales. El intervalo de
concentración adecuado para la apropiada proliferación y desarrollo de la mayor
parte de la vida biológica es bastante estrecho y critico. El agua residual con
concentraciones de ion hidronio inadecuada presenta dificultades de tratamiento
con procesos biológicos y el efluente puede modificar la concentración de ion
hidronio en las aguas naturales si esta no se modifica antes de la evacuación de
las aguas. La determinación del pH se realiza en campo, es decir en la muestra
simple e instantánea utilizando un potenciómetro portátil.
SÓLIDOS TOTALES: Analíticamente se define el contenido total de sólidos
como la materia que se obtiene como residuo después de someter el agua a un
proceso de evaporación entre 103°C a 105°C. No se define sólido aquella materia
que se pierde durante la evaporación debido a su alta presión de vapor. Los
sólidos totales se pueden clasificar en filtrables o no filtrables (sólidos en
suspensión) haciendo pasar un volumen conocido de liquido por un filtro. Para
este proceso de separación suele emplearse un filtro de fibra de vidrio con un
29
tamaño de poro nominal de 1.2 m, aunque también suele emplearse filtro de
membrana de poli carbonato.
OXÍGENO DISUELTO: Los niveles de oxígeno disuelto (OD) en aguas
naturales, residuales y residuales tratadas dependen de las actividades químicas,
físicas y bioquímicas en los cuerpos de aguas.
DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO (DQO): Se entiende por demanda química
de oxigeno (DQO), la cantidad de materia orgánica e inorgánica en un cuerpo de
agua susceptible a ser oxidada por un oxidante más fuerte. Se describen dos
métodos para la determinación con dicromanto. El método de reflujo abierto es
conveniente para aguas residuales en donde se requiere utilizar grandes
cantidades de muestra. El método a reflujo cerrado es más económico en cuanto
al uso de reactivos, pero requiere una mayor homogenización de las muestras que
contienen sólidos suspendidos para obtener resultados reproducibles. Después de
la digestión, el dicromato no reducido se mide por titulación o espectrofotometría
para determinar la cantidad de dicromato consumido y calcular la materia oxidable
en términos de oxígeno equivalente.
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO5 (DBO5): Es una estimación de la
cantidad de oxígeno que requiere una población microbiana heterogénea para
oxidar materia orgánica de una muestra de agua en un periodo de 5 días. El
método se basa en medir el oxigeno consumido por una población microbiana en
condiciones en las que se ha inhibido los procesos fotosintéticos de producción de
oxígeno en condiciones que favorecen el desarrollo de los microorganismos.
GRASAS Y ACEITES: El término grasas de uso extendido, engloba las grasas
animales, aceites, ceras y otros constituyentes presentes en las aguas residuales.
En la determinación de grasas y aceites no se mide una sustancia específica si no
un grupo de sustancias con unas mismas características fisicoquímicas
(solubilidad). Entonces la determinación de grasas y aceites incluye ácidos grasos,
jabones, grasas, ceras, hidrocarburos, aceites y cualquier otra sustancia
susceptible de ser extraída con hexano. También es posible la extracción de otras
30
sustancias principalmente aceites minerales como el queroseno, aceites
lubricantes y aceites de materiales bituminosos empleados en la construcción de
firmes de carreteras.
METALES PESADOS: Como constituyentes importantes de muchas aguas,
también se encuentran cantidades a nivel de traza, de muchos metales. Entre
ellos podemos destacar el Níquel, el Manganeso, el Plomo, el Cromo, el Cadmio,
el Zinc, el Cobre, el Hierro y el Mercurio. Estos metales están considerados como
contaminantes prioritarios (NOM-001-ECOL-1996). Algunos son imprescindibles
para el normal desarrollo de la vida biológica y la ausencia de cantidades
suficientes de ellos podría limitar el crecimiento de las algas, por ejemplo. Debido
a su toxicidad, la presencia de cualquiera de ellos en cantidades excesivas
interferiría
con gran número de los usos del agua. Es por ello que resulta
conveniente medir y controlar las concentraciones de dichas substancias. Los
métodos para la determinación de las concentraciones en estas substancias
varían en complejidad y función de las sustancias causantes de interferencias
potencialmente presentes. Además las cantidades de muchos de estos metales
pueden determinarse a concentraciones muy bajas empleando métodos
instrumentales como la espectroscopia de absorción atómica.
Tabla 1. Parámetros a considerar y límites permisibles de acuerdo a las normas
NOM-003-ECOL-1997.
Parámetro
pH
Temperatura
Grasas y aceites
SST
DBO5
Coliformes fecales
Huevos de helminto
31
Limites
5-10
40°
15mg
30mg
30
1000
5
9.4.
Diseño de la PTAR
Como solución a la problemática conocida y al darnos cuenta de que la mayor
parte de contaminación es dada por altas concentraciones de materia orgánica, se
ha propuesto la instalación de un proceso biológico aeróbico para llegar incluso
por debajo de los parámetros de las condiciones particulares de descarga.
Primero es necesario desglosar el sistema de tratamiento en subsistemas que
tengan un objetivo definido y por lo tanto una(s) función(es) específica(s) y que
éste consista en proporcionar las mejores características a fin de obtener una alta
calidad de agua al final del sistema global.
1. Recepción
2. Homogeneización
3. Reacción biológica/sedimentación
4. Desinfección
5. Manejo de lodos
Reacción biológica: El proceso de reacción biológica consiste en transformar
por medios microbiológicos el contenido orgánico disuelto, en elementos orgánicos
sedimentables que son en realidad masa bacterial que consumió el sustrato
orgánico presente en el agua residual, nutriéndose para ganar peso y
reproducirse, así como la satisfacción de sus requerimientos energéticos.
Tipo de reactor seleccionado: Con aireación permanente y nivel variable para
maximizar el coeficiente de utilización y ajustes de tiempo de retención hidráulica.
Modalidad operativa: Aireación extendida, generación de biomasa con
tendencia a cero y sedimentador.
Si el agua al ser recibida es trasladada a un reactor biológico aeróbico, se
dejaría vacio el cárcamo de recepción y de este modo no se desarrollará fetidez,
pues en la reacción aeróbica desarrollada correctamente, no se crean compuestos
que los generen.
32
Sedimentación: Se utiliza la sedimentación estática, este proceso es generado
en el taque del reactor biológico. Se deberá bloquear la entrada de agua cruda al
reactor en la fase de sedimentación y decantado para dar la mínima concentración
posible de carga orgánica en el efluente final.
Desinfección: En el proceso de desinfección se busca reducir el contenido de
microorganismos coliformes, los cuales son en su mayoría provenientes del tracto
intestinal, son un indicativo de la probable presencia de microorganismos
patógenos, este proceso de reducción a niveles relativamente seguros se logra
mediante la adición de un agente oxidante, como el hipoclorito de sodio.
Como requisito mínimo a cumplir en cuanto a tiempo de contacto con cloro es
de 40 min. Al realizarse el contacto en un recipiente confinado se tiene entonces
un tiempo de contacto garantizado.
Sistema alimentador de solución de Hipoclorito de Sodio al 13%: La bomba
que alimentará la solución de hipoclorito de sodio deberá tener la capacidad para
inyectar hasta 1L/hr de dicha solución al 13%.
Manejo de lodos; Purga de lodos: La cantidad de contaminación removida del
agua residual es en realidad transformada en cuerpos de bacterias, bióxido de
carbono y agua principalmente, por lo que al ser constante la remoción de carga
orgánica es también constante la producción de microorganismos.
Como contraparte, los microorganismos más viejos pierden capacidad de su
capacidad celular para absorber alimento, por lo que finalmente perecerán siendo
entonces devorado su contenido celular restante por las bacterias más fuertes y
voraces, aunque esta etapa es de menor magnitud que la de producción de
microorganismos es importante que sea considerada.
El balance de microorganismos debe ser mantenido, pues una población de
microorganismos demasiado alta (mayor de 4, 500 mg SSVLM/L) ocasionará una
mala distribución del alimento y una pobre calidad de sedimentabilidad, por el
contrario, una población demasiado pequeña de microorganismos tendrá alimento
33
en demasía y no serán la cantidad suficiente para degradar la materia orgánica
disuelta en el agua.
Se requiere máxima seguridad de inocuidad del lodo digerido, la digestión
continua del lodo purgado del reactor debe ser mayor a 14 días, garantizando así
que todos los elementos patógenos sean desactivados.
La purga de lodo deberá realizarse cuando se llegue a sobrepasar el 50% de
sólidos sedimentables, en este caso se purgará el 20% del colchón de lodos para
quedar a un 30%, por lo tanto deberá extraer el 20% del 50% del contenido del
reactor, es decir el 10% del contenido total.
9.5.
Fundamentos del Proceso de Tratamiento
El sistema de tratamiento propuesto para el agua residual sanitaria del
INSTITUTO ANTONIO LEON Y GAMA está diseñado bajo el concepto de
operaciones unitarias, de manera que se agrupan las operaciones que tienen el
mismo fin.
El primer proceso será el acopio de agua sanitaria cruda proveniente de
sanitarios, y cafetería, esta agua tiene como característica principal una alta carga
orgánica fácilmente biodegradable, en esta fosa recibirá un tratamiento preliminar
de desarenado para eliminar los sólidos de mayor tamaño; el agua será bombeada
hacia el tanque de homogenización, donde el objetivo será homogeneizar las
características físicas del agua para tener una mezcla adecuada y de esta manera
estandarizar el tamaño de las partículas para que sean más digeribles para las
bacterias en la siguiente etapa, esto se realizara mediante agitación con
recirculación dentro del mismo tanque, con ayuda de equipo de bombeo que a su
vez alimentara al reactor biológico; el siguiente proceso es el reactor
biológico/sedimentador donde se efectuara un tratamiento biológico (tratamiento
secundario), donde los sólidos disueltos orgánicos serán consumidos y
34
transformados en una masa floculenta de sólidos sedimentables, comúnmente
conocida como biomasa, dicha masa es en realidad una población heterogénea de
microorganismos. Finalmente, el agua tratada en el reactor biológico será pasada
por un proceso de desinfección a través del cual se agregara una sustancia
química oxidante (hipoclorito de sodio al 13 %) que permite la destrucción de las
bacterias, hongos, virus y/u organismos patógenos que pueden ser causa de
enfermedades.
Adicionalmente la planta contara con un sistema de digestión de lodos, de tal
forma que para fines de estudio, el sistema de tratamiento puede ser dividido en
cinco subsistemas fácilmente identificables, los cuales se mencionan a
continuación:
9.5.1) Sistema de recolección
9.5.2) Sistema de homogeneización
9.5.3) Sistema de tratamiento secundario o biológico
9.5.4) Sistema de desinfección
9.5.5) Sistema de digestión de lodos
9.5.1. Sistema de recolección
Este sistema tiene la finalidad de recibir el agua residual sanitaria de manera
que se cumplan dos objetivos:
Se tenga el volumen de amortiguamiento suficiente para en caso de altos
flujos y/o mantenimiento al sistema.
Acumular el volumen suficiente para no dejar al sistema sin alimentación
por periodos largos.
35
En vista de lo anterior se pretende establecer una fosa de recepción
denominada simplemente como fosa sanitaria o trampa de sólidos y rebombeo, ya
que en esta zona el agua recibe un pretratamiento de desarenado para eliminar
los sólidos de mayor tamaño.
La fosa sanitaria contara con dos bombas sumergibles utilizadas para el
bombeo del agua hacia el tanque de homogenización, esta operación deberá
realizarse manualmente activando una de las bombas desde el tablero de control
que estará ubicado en la zona cercana a la fosa sanitaria, dicha fosa contará con
un flotador que cuando se activa hace que se energice la bomba seleccionada y
envía el agua hacia el tanque de homogenización.
Para el caso de la recolección del agua pluvial se contará con una fosa pluvial, el
agua colectada en esta fosa será enviada mediante una bomba sumergible a la
fosa sanitaria.
9.5.2. Sistema de homogenización
El objetivo del sistema es homogenizar las características físicas del agua, es
decir el tamaño de los sólidos presentes en el agua a tratar, de esta manera se
pretende que la materia orgánica sea más digerible para las bacterias en la
siguiente etapa del tratamiento.
Lo anterior se lograra mediante agitación con recirculación, para ello se utilizara
una bomba sumergible que a su vez alimenta al reactor biológico.
La operación de homogenización será determinada por la recirculación del
agua en el mismo tanque y será controlada por un electronivel que se instalara en
este tanque, es decir, en tanto exista el nivel de agua adecuado se generará la
recirculación al mismo tiempo que se está alimentando al reactor biológico y este
proceso finalizará en cuanto termine el bombeo del agua cruda hacia el reactor.
En este momento se detendrá automáticamente la bomba que origina el proceso
de homogeneización.
36
En vista de que el proceso biológico será por lotes, se deberá conocer en
qué etapa de operación se encuentra, siendo las etapas denominadas tratamiento
biológico, sedimentación y decantado. Lo anterior para evitar el envío de agua
cruda al tanque reactor/sedimentador en las etapas de sedimentación y
decantado.
9.5.3. Sistema de tratamiento secundario o biológico
El principio fundamental de operación de un sistema de tratamiento secundario
o biológico es la reducción de la materia orgánica disuelta (proteínas,
carbohidratos, lípidos, etc.), mediante la transformación de éstos a compuestos
más simples como bióxido de carbono, nitrógeno, agua y materia orgánica
estabilizada o mineralizada a través de la interacción de microorganismos,
principalmente bacterias.
El proceso puede llevarse a cabo de tres maneras, que son: con aire ó
aeróbico, sin aire ó anaeróbico y con aire en la superficie y sin aire en el fondo ó
facultativo.
Las ventajas operativas de un proceso aeróbico consiste en que alcanza
niveles de carga orgánica bastante bajos (eficaz), con buenos índices de remoción
de carga orgánica (eficiente), la reacción es exotérmica por lo que las
temperaturas bajas no le afectan mientras que éstas no sean extremas (menos de
4 °C) y los gases subproductos de la reacción no generan fetidez.
Al proceso de tratamiento aeróbico tradicional se le llama lodos activados,
debido a que la naturaleza de los microorganismos aeróbicos concuerda con la
materia orgánica que le sirve de alimentación, solo es necesario mantener las
condiciones adecuadas de
oxigenación, alimentación,
población,
mezcla,
temperatura, edad promedio de la población, entre otras para lograr un alto
desempeño del sistema de tratamiento en cuestión.
37
El sistema de tratamiento biológico seleccionado para el INSTITUTO
ANTONIO LEON Y GAMA es un proceso discontinuo de manera que el sistema
es denominado SBR (Sequence Batch Reactor), tiene la propiedad de tratar de un
punto de carga alta hasta un punto de carga baja de manera aislada.
El proceso de tratamiento consiste en tres etapas principales a fin de entender
el concepto de las reacciones llevadas a cabo se presenta el siguiente esquema
básico:
Reacción: Se define por el suministro de mezclado e inyección de aire
mediante dos sistemas de bombeo tipo sumergible denominados aereadores 1 y 2
(AI-01 y AI-02), siendo en esta etapa donde se dará la más alta conversión de
materia orgánica a microorganismos y gases inertes, durante este proceso se
permite el traslado del agua cruda proveniente del tanque de homogeneización se
requiere mayor suministro de aireación.
A la segunda etapa se le conoce como sedimentación, la cual se llevará a
cabo bajo el principio de sedimentación discreta de partículas. El mezclado y
aireación serán detenidos, y después de un cierto periodo de reposo hidráulico,
según la capacidad de los microorganismos para sedimentar, el agua residual se
divide en dos fases: el sobrenadante o agua tratada y la biomasa o los lodos
38
biológicos sedimentados, la cual es acumulada en forma de manto en el fondo del
reactor.
A la tercer etapa del proceso se le conoce como decantación del agua
clarificada o sobrenadante, ésta deberá realizarse succionando suavemente con
ayuda de una bomba sumergible el agua que se encuentra por debajo de la
superficie y hasta un poco antes del manto de lodos, por lo que la succión debe
ser de altura variable; el agua a decantarse no será aspirada directamente de la
superficie a fin de evitar succionar materia flotante.
Los equipos aereadores que se instalaran en el reactor biológico deben
encontrarse siempre operando, excepto durante el proceso de sedimentación y
decantado. Lo anterior con la finalidad de mantener en buen estado a la biomasa.
Adicionalmente existirá una cuarta etapa denominada purga de lodos, sin
embargo, esta etapa no formara parte de la secuencia de tratamiento y se debe
realizar según la velocidad de generación de éstos; el excedente de los mismos
será enviado mediante una bomba sumergible hacia el digestor aeróbico de lodos
para su desactivación y la mineralización de la carga orgánica a fin de obtener un
residuo inocuo, no peligroso y estable para ser desaguado y compactado.
9.5.4. Sistema de desinfección
El proceso de desinfección en aguas residuales consiste en la reducción
significativa de microorganismos a niveles prácticamente inocuos. Se busca que el
proceso lleve a cabo la destrucción selectiva de microorganismos patógenos, la
diferencia entre el proceso de desinfección y la esterilización está en que en la
esterilización se debe reducir a cero el número total de microorganismos.
Hay tres categorías de organismos entéricos de origen humano causantes
de grandes daños a la salud, éstos son: bacterias, virus y protozoos, entre las
enfermedades causadas por las bacterias se incluye la tifoidea, cólera,
39
paratifoidea, etc., entre las enfermedades causadas por virus se tiene la
poliomielitis, hepatitis infecciosa, etc.
Uno de los métodos principales de desinfección es el uso de agentes
químicos; para el propósito del presente documento se describe solo el uso de
este método (desinfección mediante aplicación de hipoclorito de sodio).
Cuatro mecanismos se han propuesto para explicar la acción biocida de los
desinfectantes químicos y son: (1) daño a la pared celular, (2) alteración de la
permeabilidad de la pared celular, (3) alteración de la materia coloidal del
protoplasma y (4) inhibición de la actividad enzimática. Los daños o la destrucción
de la pared celular resultarán en problemas vitales para la célula y finalmente la
muerte de ésta.
9.5.4.1.
Influencia de factores en el proceso de desinfección
La efectividad del proceso de desinfección puede ser modificada por diferentes
factores como son: (1) el tiempo de contacto, (2) la concentración y el tipo de
agente químico, (3) la intensidad y la naturaleza del agente físico, (4) la
temperatura, (5) el número de organismos, (6) el tipo de organismos y (7) la
naturaleza del líquido.
Para el caso del INSTITUTO ANTONIO LEON Y GAMA se ha seleccionado el
hipoclorito de sodio como agente desinfectante, la tabla 2. Muestra las
características y los niveles que alcanza el desinfectante:
40
Característica
Propiedad/Respuesta
Toxicidad a
Deberá ser altamente tóxico
microorganismos
a altas diluciones
Deberá ser soluble en agua
Solubilidad
y tejido celular
La pérdida de acción
Estabilidad
bactericida debe ser baja
No toxicidad para
Deberá ser tóxico para
formas superiores de
microorganismos y no tóxico
vida
para humanos y animales
Homogeneidad
Interacción con materia
extraña
La solución deberá ser
uniforme en su composición
Hipoclorito de
Sodio
Alto
Alto
Muy estable
Tóxico
Homogéneo
No deberá ser absorbido por
materia orgánica antes que
Oxidante activo
por microorganismos
Toxicidad a temperatura
ambiente
Deberá ser más efectivo en
un rango amplio de
Alto
temperaturas ambientales
Deberá ser capaz de
penetrar a través de
Penetración
superficies y/o madejas de
Alto
células
No corrosividad
Capacidad deodorizante
No desgastar metales no
despintar telas
Deberá deodorizar a la vez
que desinfecta
Corrosivo
Moderado
Posibilidad de comprarlo a
Facilidad de compra
bajo precio en altas
Costo moderado
cantidades
Tabla 2. Características y los niveles que alcanza el desinfectante.
41
9.5.5. Sistema de digestión de lodos
Para el caso de aumento en la concentración de biomasa, se tendrá la
factibilidad de enviar el excedente de esta a un digestor de lodos, en este
recipiente se reciben los lodos, se continua el proceso de aireación mediante un
equipo de bombeo, solo que no se agrega ninguna carga orgánica, el gran cultivo
bacteriano al no contar con una fuente de alimentación consume sus reservas
internas y la mayor parte muere por inanición o al ser consumido por
microorganismos superiores, de esta manera se logrará una reducción bastante
significativa en la concentración de microorganismos, no obstante, la principal
función del digestor está en destruir los microorganismos patógenos por
maduración, es decir, gran parte de las bacterias patógenas o virus al permanecer
más de 15 días fuera de su hábitat morirán o serán inactivados.
3.3 Definición de las variables de control
Aunque el sistema integral fue concebido para remover carga orgánica, es
decir, DBO y DQO, sólidos suspendidos, grasas y aceites y detergentes
principalmente, cada subsistema tiene variables que son meramente estadísticas
o de control aplicables a un mediano plazo, pues el resultado del análisis de
algunos de estos parámetros está disponible al operador hasta cinco días después
de la toma de muestra; sin embargo, hay algunas otras variables cuyo resultado
puede ser obtenido en menos de tres horas, estas variables y aquellas conocidas
como pruebas de campo que se realizan en sitio en el área de la planta de
tratamiento constituyen una buena herramienta de control de proceso.
En la siguiente tabla se ilustran los diferentes parámetros o variables de
control, los cuales determinan cuándo, cómo y de qué manera operará el sistema.
42
PARÁMETROS
DEFINICIÓN
Se detecta indirectamente a través de la medición visual de
Volumen
nivel, es importante porque define el tiempo adecuado de
proceso de digestión.
El fenómeno conocido como turbidez en el agua es producido
por material en suspensión, siendo definido como la
Turbidez
propiedad óptica que origina que la luz se disperse y se
absorba en lugar de transmitirse en línea recta a través de la
muestra. Este parámetro es importante porque da una
referencia instantánea de la calidad del agua tratada en
cuanto a sólidos suspendidos.
Conductividad
Eléctrica.
Expresa
numéricamente
la
capacidad de una solución para transportar una corriente
C.E.
eléctrica. Esta capacidad depende de la presencia de iones o
minerales disueltos eléctricamente
cargados y de
su
concentración total por lo que puede dar una referencia
instantánea de la cantidad de Sólidos totales en el agua en
cuestión, se expresa en microhoms/cm
Oxígeno Disuelto. Es el oxígeno que se encuentra disuelto
en la muestra de agua y que no ha reaccionado con otros
O.D.
compuestos químicos, encontrándose por lo tanto libre en
solución y disponible para poder ser consumido por el
material biológico presente. La solubilidad depende de la
temperatura, la presión atmosférica y salinidad
Índice Volumétrico de Lodos. Es una medida de la
sedimentabilidad de la biomasa: es definido como el volumen
I.V.L.
en mililitros ocupado por un gramo de lodos activados
después de que el licor aireado permanece en reposo por 30
minutos
43
PARÁMETROS
DEFINICIÓN
Demanda Química de Oxígeno. Es la cantidad de oxígeno
consumida por un agente oxidante específico en la oxidación
D.Q.O
de la materia orgánica presente en una muestra de agua. Su
valor se aproxima a la cantidad de oxígeno teóricamente
requerido
para
la
oxidación
completa
de
la
materia
carbonácea a dióxido de carbono y agua.
Demanda Bioquímica de Oxígeno al quinto día. Es la
D.B.O.5
cantidad de oxígeno disuelto consumido por la acción
microbiológica cuando una muestra de agua residual es
incubada, usualmente por cinco días a 20ºC.
Sólidos Suspendidos Totales. Es la cantidad de material
sólido, ya sea orgánico e inorgánico, que puede ser separado
S.S.T.
del agua por efectos mecánicos. Teóricamente
se define
como aquellas partículas mayores a 0.003 mm que pueden
ser retenidas cuando una muestra de agua pasa por un filtro
con un tamaño de poro de dicha medida.
Sólidos Suspendidos Volátiles de Licor Mezclado. Es el
peso de los sólidos secos del licor contenido en un tanque de
S.S.V.L.M.
aireación por unidad de volumen, y expresados en mg/L. Su
valor representa, en forma muy aproximada la densidad de
microorganismos o biomasa viva en un tanque de aireación.
Son aquellas bacterias que en su reproducción generan
M.O.
Filamentosos
cadenas largas y difícilmente fragmentables.
Pueden
aparecer formando parte de los flóculos, en la interfase,
formando puentes interfloculares o libres.
Sustancia Activas al Azul de Metileno. Representa todos
S.A.A.M.
los compuestos tensoactivos o detergentes aniónicos en una
muestra de agua, su valor es expresado en mg/L.
44
PARÁMETROS
DEFINICIÓN
Relación Sustrato Biomasa. Representa la cantidad de
alimento disponible para los microorganismos presentes en el
tanque de aireación. En el proceso de lodos activados, es la
relación del alimento o la carga en términos de kilogramos de
Sólidos Volátiles del Licor mezclado. Su calor representa un
A/M
parámetro de control de la cantidad de alimento que puede
soportar una población bacteriana
A/M = So / (XVA * Th )
So = es el D.Q.O en la alimentación
XVA = el contenido de biomasa
Th = el tiempo de retención hidráulico
La desnitrificación es un proceso que realizan ciertas
bacterias durante la respiración usando el nitrato como
aceptor de electrones en condiciones anóxicas (ausencia de
Desnitrificación
oxígeno). El proceso de reducción de nitratos hasta nitrógeno
gas ocurre en etapas seriales, catalizadas por sistemas
enzimáticos
diferentes,
apareciendo
como
productos
intermedios nitritos, óxido nítrico y óxido nitroso:
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
Relación Nutrientes-Materia Carbonácea. Es la proporción
de Nitrógeno y Fósforo que debe contener el agua residual
C/N/P
con respecto a la cantidad de materia carbonácea o D.Q.O.
con objeto de nutrir balanceadamente a la población
bacteriana. La relación debe ser D.Q.O. /nitrógeno / fósforo =
10 /5 / 1
Sustancia Activas al Azul de Metileno. Representa todos
S.A.A.M.
los compuestos tensoactivos o detergentes aniónicos en una
muestra de agua, su valor es expresado en mg/L.
45
PARÁMETROS
DEFINICIÓN
Grasas y Aceites. Son compuestos de origen orgánico libres
GyA
o emulsificados que incluyen ceras, grasas, aceites, ácidos
grasos, etc. Estas sustancias dificultan la transferencia de
oxigeno a la fauna y flora acuática
MLSS
Sólidos Suspendidos en el Licor Mezclado.
Incluye
material inerte, material orgánica, materia no biológica y
microorganismos activos. Su valor es expresado en mg/L.
Tiempo Medio de Retención Celular (Edad de lodos). Es el
TRCM
tiempo medio, en días, que permanece sujeta a la aereación
una partícula de sólidos suspendidos en el proceso de
tratamiento de aguas negras con lodos activados.
46
PARÁMETRO
DEFINICIÓN
¿CÓMO MEDIR?
La muestra de agua es
tomada
del
reactor
biológico, se coloca un
litro de muestra en el
cono imhoff .
Dejar
sedimentar
minutos,
Una muestra tomada de
licor mezclado representa
Sólidos
Sedimentables
(S.Sed)
el volumen de biomasa por
unidad
muestra
de
agua.
La
permanece
en
sedimentación por espacio
de una hora y el volumen
Verificación: 1 vez
por semana
de
sedimentables
expresado en mL/L
es
45
una
vez
transcurrido el tiempo
agitar suavemente las
paredes del cono con un
agitador y dejar reposar
15
minutos
más,
transcurrido este tiempo
registrar el volumen de
sólidos
sedimentables
del cono como mL/L.
SS por debajo de 25%
es
necesario
inocular
lodos.
SS entre 25% y 50%
rango
adecuado
de
trabajo.
SS
>
50%
Realizar
purga de lodos.
Además de color
café
claro y consistencia del
lodo.
47
PARÁMETRO
DEFINICIÓN
¿CÓMO MEDIR?
El cloro (y sus compuestos)
se usa ampliamente para la
desinfección del agua porque:
1. Se obtiene fácilmente
como gas, líquido o
polvo
1. Tomar muestra
agua del tanque de
2. Es barato
3. Es
fácil
de
aplicar
a
una
relativamente
alta
debido
solubilidad
Cloro Residual
Verificación diaria
(7000mg/L)
4. Deja un residuo en
solución
de
que
no
riego.
2. Colocar la muestra
en el kit
3. Agregar 5 gotas de
ortotoluidina
4. Agitar, comparar el
color de la muestra
es
contra
dañino para el hombre
5. Es muy tóxico para la
mayoría
de
los
microorganismos,
ya
que
las
detiene
actividades
metabólicas.
48
escala
graduada y reportar.
y protege el sistema de
distribución
la
Valor de control: 0.5 a 1.5
ppm
PARÁMETRO
DEFINCIÓN
¿CÓMO MEDIR?
1. Tomar
de
muestra
agua
del
tanque de riego.
2. Colocar
muestra
la
en
el
porta muestra del
kit
pH
(Potencial de
que
es
Es el nivel de actividad de
específico
iones de Hidrógeno en un
determinar pH.
escala
3. Agregar 5 gotas
hidrógeno)
usual es de 0-14 unidades,
de reactivo rojo
Rango: 5 -10
siendo 0 el nivel más ácido al
fenol del gotero.
Verificación
diaria
medio
acuoso,
la
para
que se puede llegar y 14 el
4. Agitar.
nivel básico alcalino de más
5. Comparar el color
alta
actividad
de
iones
obtenido
en
la
hidroxilo; el pH neutro es
muestra contra la
igual a 7 a una temperatura
escala.
de 25ºC.
6. Determinar
valor
comparación
reportarlo
bitácora.
Valor de control: 5-10
49
el
por
y
en
X.
Recomendaciones
10.1.
Aplicación de las Variables de Control al Proceso
Para cualquier persona que recién ha comenzado a operar sistemas de
tratamiento, las variables anteriores le pueden sonar abstractas, a continuación se
describe el proceso de tratamiento por secciones y las variables que aplican a
cada operación, no todas son variables de control inmediato, pues su valor se
puede obtener hasta 5 ó 6 días después de tomada una muestra (DBO 5, por
ejemplo), algunas otras llevan algunas horas, pero nos ayudan a conocer las
tendencias y analizar los orígenes de los impactos en estos parámetros.
10.1.1.
Sistemas de recolección
Este sistema tiene como objetivo el efectuar el acopio adecuado de la corriente
y la formación del lote de trabajo. Por lo tanto la variable controlable es el
volumen, pu esto que se puede variar tanto el nivel mínimo como el máximo de
operación de manera que la variación en los parámetros del agua cruda pueden
ser amortiguados entre mayor sea el volumen operativo, aunque entre mayor
volumen operativo se tenga, mayor descomposición y malos olores se tendrán por
el alto tiempo de retención.
pH: El nivel del potencial de hidrógeno del agua cruda nunca deberá ser
mayor a 9 ni menor de 6 unidades, si esto ocurre provocará la mortandad
en la biomasa del reactor, la causa que origina esto será necesariamente la
presencia de un químico ajeno al sistema.
Conductividad eléctrica: En caso de presentarse conductividades
eléctricas mayores a
2,500 microhoms indicará la presencia de altas
cantidades de sólidos disueltos o sales que hacen ver que no toda el agua
es sanitaria.
50
10.1.2.
Sistema de homogeneización
El sistema de homogeneización es el proceso mediante el cual se busca la
homogeneización de las características físicas del agua para facilitar la etapa
siguiente del proceso de tratamiento de aguas residuales. En esta etapa se debe
verificar el pH y funcionamiento del electronivel.
10.1.3.
Sistema de tratamiento secundario o biológico
El sistema de tratamiento secundario o biológico es el proceso más efectivo en
la remoción de la materia orgánica soluble o disuelta en el agua. Como se explicó
anteriormente, dicha materia contenida es puesta en contacto con una población
bacteriana, y es transformada en compuestos más simples e incorporada en
nuevos microorganismos. El proceso seleccionado es el reactor biológico, el cual
realiza el tratamiento en tres etapas: reacción, sedimentación y decantación. El
proceso puede parecer complicado, sin embargo, un control adecuado de las
variables permite la obtención de una buena calidad en el efluente. Las variables
de control son las siguientes:
Oxígeno Disuelto: Es necesario que exista cuando menos, y en todo
momento un mínimo de 1.0 mg/L de oxígeno disuelto en las etapas de
llenado y reacción y al menos 0.5 mg/L en el periodo de sedimentación,
esto asegura que en cualquier instante exista oxígeno disponible para la
respiración de los microorganismos, además evita que se formen
condiciones anaerobias y/o sépticas que originen que el manto de lodo
sedimentado (biomasa) entre en fase anóxica (toma oxígeno a partir de
moléculas de nitrato y nitritos) y deseche el nitrógeno en forma de burbujas
de gas que elevan la biomasa y asciende a la superficie. Niveles bajos de
oxígeno disuelto estimulan el crecimiento de microorganismos indeseables
y limitan la actividad biológica. Una pobre sedimentabilidad de lodos ha sido
asociada con la proliferación de organismos filamentosos como resultado
de la presencia de niveles de oxígeno disuelto por debajo de 0.5 mg/L. Así
mismo, una concentración arriba de 4 mg/L no mejora significativamente el
51
grado de oxidación biológica, sin embargo los costos energéticos por
aireación aumentan considerablemente.
Sólidos Suspendidos Volátiles del Licor Mezclado (SSVLM): El
contenido del reactor es llamado Licor Mezclado o Licor Mixto, la masa
biológica es medida por el peso y es definida en términos de los Sólidos
Suspendidos Volátiles contenidos por unidad de volumen. Los cambios en
este parámetro, representan el aumento o la disminución de la actividad
bacteriana. El crecimiento de la población bacteriana es un buen índice de
que la materia orgánica se está metabolizando, no obstante, el
decrecimiento es un índice de que algún efecto tóxico, o alguna sobrecarga
está produciendo mortandad en la población. La población bacteriana
medida como SSVLM debe tener una densidad mínima de 1,500 mg/L para
evitar una sobreconcentración de la biomasa.
Sólidos Sedimentables: Como parte del tratamiento, la sedimentación de
la biomasa, es la separación de la fase líquida o tratada y la biomasa o los
lodos sedimentables. La variable es un índice burdo del volumen que ocupa
la biomasa en el reactor y sirve para monitorear el ascenso y descenso de
los lodos. Normalmente el rango operativo debe estar el 10 y el 30 %
medido en volumen, si se alcanzasen más del 50%, es necesario averiguar
si hay sobreproducción de biomasa o proliferación de microorganismos
filamentosos.
Índice Volumétrico de Lodos (IVL): Es un buen indicador de la
sedimentabilidad de la biomasa, sin embargo, sus valores deben ser
interpretados con cuidado. Es usado particularmente como una medida de
rutina para una comparación diaria de la sedimentabilidad de los lodos. Es
definido como el volumen en mililitros ocupado por un gramo de lodo
activado (biomasa), después de sedimentar el licor mezclado por 30
minutos y es expresado en ml/gr. Al decrecer la sedimentabilidad de los
lodos, el IVL se incrementa. Un índice por arriba de 200 indica
52
sedimentabilidad pobre o lodos abultados y probablemente una pérdida de
cantidades significantes de sólidos con el efluente. Aunque esta variable
depende específicamente del tipo de sistema y de desecho a tratar, su uso
puede ser de significante ayuda para monitorear la sedimentabilidad de los
lodos biológicos y para la detección de cualquier cambio significativo o
alguna tendencia en las características de sedimentación de la biomasa.
Relación Alimentación/Microorganismos (A/M)(Sustrato/Biomasa): Una
cierta cantidad de biomasa es necesaria para convertir el alimento (carga
orgánica) en nuevas células. El grado de tratamiento requerido, junto con el
modo de operación del sistema, dicta la relación ideal de operación. Esta
relación entre alimento o sustrato y biomasa puede ser calculada como la
carga total aplicada en términos de Demanda Química de Oxígeno mg/L,
entre el producto de la biomasa promedio del reactor en mg/L y el tiempo
de retención en días. En los procesos convencionales de lodos activados, el
valor de la relación A/M fluctúa de 0.2 a 0.6 d -1, sin embargo esta variable
es un parámetro estadístico y que se determinará correlacionándola con el
índice volumétrico de lodos, es decir con la calidad de sedimentación del
licor mixto en la etapa de sedimentación. Esta variable deberá ser
determinada cuando menos cada semana.
Relación de Carga Orgánica/Nutrientes (C/N/P): Un sistema biológico de
tratamiento requiere un balance entre la carga orgánica y los nutrientes
Nitrógeno y Fósforo, para desarrollar adecuadamente la biomasa, así como
para evitar el crecimiento de organismos filamentosos que causan el
problema de abultamiento de lodos. Una relación inicial de cálculo es
100/5/1, es decir, por cada 100 Kg de carga orgánica a oxidar medida como
DQO, es necesario que existan en el licor mezclado cuando menos 5 Kg de
Nitrógeno y 1 Kg de Fósforo. Si estos elementos se encuentran en tal
53
cantidad en el influente, no hay necesidad de adicionar sin embargo si no
están disponibles hay que agregarlos. Esta variable debe ser monitoreada
al arranque del sistema y posteriormente con una frecuencia semanal, si es
que se detectan cambios en la composición del influente.
10.1.4.
Sistema de desinfección
El proceso de desinfección se refiere a la destrucción de los microorganismos
patógenos. El desinfectante a usarse debe tener ciertas características para
ser efectivo. Debe ser altamente tóxico para los microorganismos, aún a bajas
concentraciones, debe ser soluble en agua, no debe perder su poder germicida
mientras está en desuso, debe tener la capacidad de penetrar a través de
superficies.
Cloro residual: El cloro residual expresa la concentración del agente
oxidante disponible para actuar, es decir, el cloro que aun está en
disposición de trabajar, pues de cada X partes de cloro que se agregan, Y
partes se inactivan al combinarse con materia orgánica e inorgánica y el
resto está aún disponible para oxidar microorganismos, en caso de que la
materia orgánica sea excesiva la totalidad del cloro agregado se usa sin
quedar ninguna parte para trabajo futuro o para indicar si el cloro agregado
fue suficiente, se han encontrado excelentes resultados de control
microbiológico a concentraciones entre 1 y 2 mg/L de cloro libre o residual.
Coliformes totales: En caso de presentarse índices de coliformes altos
indicará que la desinfección no ha sido efectiva o que hay demasiada
contaminación por materia orgánica, siempre que suceda un evento de este
tipo se tendrá que analizar en un grupo con respecto a los demás
parámetros, si la única variable fuera de control de coliformes, índica que
no se está dosificando la cantidad necesaria de hipoclorito de sodio.
54
10.1.5.
Sistema de digestión de lodos
Como resultado del proceso de tratamiento del agua, en las operaciones de
oxidación biológica de materia orgánica, son generados residuos sólidos a los que
se les da el nombre de lodos. Los excedentes de biomasa generados en el reactor
biológico contienen de un 1% a un 2% de sólidos, es decir, su contenido de agua
es aún muy alto, sin embargo es necesario disponer adecuadamente de dichos
residuos, la digestión y la maduración es por un periodo de 15 días, al cabo de
estos se puede realizar una prueba para comprobar si la maduración ha sido
suficiente.
Coliformes fecales: Si hay presencia importante de E. Coli, Klebisella y F.
streptococci es necesario dar mayor tiempo de incubación o estabilizar con
algún agente alcalino.
10.2. Seguridad
Al ser la vida humana un elemento invaluable, es necesario darle este mismo
nivel a las acciones que nos permitan conservar tanto la vida como la calidad de
ésta, las siguientes guías indican las medidas de seguridad que deberán de
tomarse en cuenta a fin de evitar accidentes, lesiones e inclusive pérdidas de
miembros o la vida, siga con mucho cuidado las instrucciones y tome en cuenta
las consecuencias que tendría el no realizar un procedimiento seguro.
Trabajar con seguridad en el entorno de los sistemas de recolección y proceso
de las aguas residuales requiere un esfuerzo continuo. La presente sección está
enfocada a presentar reglas de trabajo, procedimientos, guías e información útil
que operadores, consultores e ingenieros necesitan saber para trabajar con
seguridad.
55
10.2.1.
Reglas de trabajo y procedimientos
La industria de aguas residuales se encuentra en segundo lugar en
frecuencia de accidentes solo después de la industria minera. Para minimizar los
accidentes es necesario establecer, implementar y seguir rigurosamente los
procedimientos y reglas de trabajo.
En el desarrollo de las siguientes reglas y procedimientos para un trabajo
seguro en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales se han tomado en
consideración los siguientes tópicos.
Son de fácil entendimiento, realistas y se apegan a las leyes federales,
estatales y locales competentes.
Son lógicas y ejercitan la responsabilidad individual.
Fueron enfocadas al área de producción
También al establecer las reglas y procedimientos se debe considerar el tamaño y
tipo de las instalaciones, número de empleados.
10.3. Riesgos comunes en las instalaciones de tratamiento de aguas
residuales
Las instalaciones deben ser diseñadas y construidas para una operación
segura que mantenga una descarga de agua que se apegue a los requerimientos
legales correspondientes. Para tener instalaciones seguras, supervisores y
trabajadores deben saber y entender:
Las rutinas necesarias en la planta y los riesgos asociados
Los procedimientos correctivos de paro emergentes
Actividades que deben ser reportadas
Periodicidad de reportes
La forma en que los reportes deben ser realizados
Análisis de reportes
56
Las personas que trabajarán en torno a sistemas de recolección o
instalaciones de tratamiento de aguas residuales están expuestas a riesgos tales
como:
Infecciones:
Inhalaciones patógenas ó
Contacto con piel, ojos, quemaduras, cortadas, raspones y boca.
Daño físico:
Caídas
Resbalones
Movimiento de maquinaria
Levantar, jalar o jalar de forma impropia
Acción repetitiva ó
Contacto con productos químicos o gases
Fuego:
Almacenamiento inadecuado de materiales y químicos junto con una fuente
de ignición
Descargas eléctricas:
Equipo defectuoso
Aterrizado en forma inadecuada
Servicio no calificado
Aislamiento insuficiente
Corto circuito
Los cárcamos se consideran como sitios confinados, independientemente de
encontrarse dentro o fuera de las instalaciones. Todas las precauciones
necesarias serán implementadas cada vez que alguien entra, ya sea para
inspección o para los chequeos rutinarios de mantenimiento.
57
Equipo en movimiento o giro, puede causar daño a los trabajadores que portan
anillos, joyas, o cabello largo, así como el uso de ropa holgada. Los empleados
deberán estar consientes de estos riesgos.
XI.
CONCLUSIONES
Se ha propuesto el Diseño de una PTAR para El INTITUTO ANTONIO
LEGON Y GAMA que le permitirá tratar su Agua Residual por debajo de los
parámetros de las condiciones particulares de descarga.
El INTITUTO ANTONIO LEGON Y GAMA podrá reutilizar el agua tratada
para riego y lavar los pasillos.
Se tendrá un ahorro en costos por agua potable.
58
XII.
BIBLIOGRAFIA
R. Crites, G. Tchobanoglous. Tratamiento de aguas residuales en pequeñas
poblaciones. Mc Graw Hill, año 2000.
Metcalf
y Eddy, Ingeniería de aguas residuales, tratamiento vertido y
reutilización, Tomo 1, Editorial Mc Graw Hill 1996.
Winkler, Tratamiento biológico de aguas de desecho, editorial Limusa S.A. de
C.V. Grupo Noriega Editores, año 2000.
Dirección de ingeniería sanitaria, secretaria de salubridad y asistencia; Manual
de saneamiento, vivienda, agua y desechos, Editorial Limusa, Grupo Noriega
Editores.
Norma Oficial Mexicana
NOM-001-ECOL-1996
Que
establece
permisibles
de
los
límites
contaminantes
máximos
en
las
descargas de aguas residuales en aguas y
bienes nacionales, publicada en el Diario
Oficial de la Federación el 6 de enero de
1997 y su aclaración, publicada en el citado
órgano informativo el 30 de abril de 1997.
NOM-003-ECOL-1997
Que establece los límites máximos permisibles
de contaminantes para las aguas residuales
tratadas que se rehúsen en servicios al
público, se publicó en el Diario Oficial de la
Federación el 14 de enero de 1998.
59
XIII.
ANEXO I (CALCULOS).
En el Instituto Antonio León y Gama las actividades se realizan en un
edificio construido con dicho propósito, el cual cuenta con 12 aulas para una
capacidad
máxima
30
alumnos
psicopedagógico, una cancha para
por
aula,
biblioteca,
departamento
futbol, básquet-bol y volei-bol techada,
1200mts. de cancha techada para usos múltiples, 2 salas audiovisuales, un
laboratorio de informática con 30 maquinas, un laboratorio de ciencias, cafetería,
lockers y estacionamiento.
Capacidad de alumnos Máxima: 12 aulas * 30 alumnos = 360 Alumnos
Suponiendo que el Instituto Antonio León y Gama tiene sus instalaciones
al máximo de alumnos (360 Alumnos).
Qm = 360 Alumnos * 40 L/día = 14400 L/día = 0.23 L/seg = 0.00023 m3/seg
Ingeniería de Aguas Residuales Tratamiento vertido y reutilización Tomo 1, pág. 32.
Entonces considerando la población de 360 Alumnas y utilizando el factor M
expresado como se indica tenemos:
Hab: 360*001 = 0.36
M= 1 + (14 / (4+√hab) = 4.04
Gasto máximo Instantáneo (Qmax)
Qmax = M * Qm = 4.04 * 0.00023 m3/seg = 0.00092 m3/seg
60
Qmax es igual al volumen por área, (Qmax= V*A), donde el Volumen esta
dado por:
V= (r (2/3) s (1/2))/ n;
r=A/P=
A=b*h
P= b + 2h
Entonces:
r = (b*h) / (b + 2h)
Sustituyendo en Qmax y Resolviendo para h (altura).
h = ( ( 1.584 * Qmax * n ) / 2 √s) ) (3/8)
Qmax = ( ( h (8/3) * 2 * s 0.5 ) / 1.587 n )
h = 0.08934
b = 2 * h = 0.17868
A= b * h = 0.015
Por lo tanto nuestro valor queda dentro del intervalo .0015 a .05 para que
funcione en óptimas condiciones (Metcalf y Eddy, 1996).
Verificando velocidad del Flujo
V = Qmax / A = 0.00092 / 5= .0046m3
61
Para la longitud del canal consideremos un tiempo de retención (tr) de 5 segundos
en el canal se asegura un flujo uniforme.
tr= 5
V=Qmax * tr
V= 0.00092 * 5 = 0046 m/s
Longitud del Canal
I= V / A = 0.0046 / 0.015 = 0.306 m
Realizando un resumen de lo anterior tenemos:
Ancho en metros: b=0.17868
Altura en metros: h=0.08934
Largo en metros: I= 0.0633
Para los Reactores
Qm= 0.00023 m3/seg
Tr= 6 Hrs
Vol= Qm * tr * 3.6
Vol = 30
El volumen esta dado en metros cúbicos y representa el 80% de la capacidad del
tanque, si lo llevamos al 100% y consideramos una altura de 2m entonces,
tenemos un área, en metros cuadrados de:
H= 2
Volt= Vol/.6 = 30/.6= 50
A= Volt/h = 2.5
62
Considerando L= 2a
El ancho (a) es
a= √A/2 = 1.11
El largo es dos veces el ancho dado en metros
L= 2(1.11) = 2.22
63