tratamiento de a.r. ing.collazos
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TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
CATEDRA INTERNACIONAL 2008
ING. CARLOS JULIO COLLAZOS
CONTENIDO1. GENERALIDADES1.1. Definiciones 1.2. Conceptos básicos
2. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS E INDUSTRIALES
2.1. Introducción2.2. Clasificación sistemas de tratamiento2.3. Tratamientos preliminares2.4. Tratamientos primarios2.5. Tratamientos secundarios2.6. Tratamiento de lodos
CONTENIDO
3. Tratamiento anaerobio3.1. Ventajas y desventajas de los procesos
anaerobios3.2. Aplicaciones y tendencias3.3. Tipos de reactores3.4. Postratamientos
4. Estudio de casos4.1. Tratamiento de aguas residuales con tecnología
UASB4.2. Evaluación del módulo
1. GENERALIDADES
1.1 Definiciones
DEFINICIONES
AFLUENTELíquido que ingresa a un reservorio o a un proceso de tratamiento
EFLUENTELíquido que sale de un reservorio o de un proceso de tratamiento
EFLUENTE FINALEfluente de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales - PTAR
DEFINICIONES AGUA RESIDUAL DOMESTICAResiduos líquidos provenientes de viviendas o de edificaciones comerciales o institucionales
AGUA RESIDUAL INDUSTRIALVertimientos líquidos provenientes de actividades de manufactura o de procesamiento de recursos naturales (variable)
AGUAS RESIDUALES MUNICIPALESResiduos líquidos transportados por el alcantarillado de una localidad. Incluye aguas residuales domésticas e industriales. Predominan las aguas residuales de tipo doméstico y se conocen también como aguas negras
DEFINICIONES
SUSTRATOCompuesto o sustancia a degradar
AGUA CRUDAAfluente sin tratar
REACTORReservorio donde se lleva a cabo una transformación fisicoquímica o biológica de un sustrato
SÓLIDOS TOTALESToda sustancia o material contenida en una muestra de agua excluyendo el agua misma
DEFINICIONES
CARGA ORGANICAProducto de la concentración de DQO ó DBO por el caudal
CARGA VOLUMETRICACaudal o masa de un parámetro por unidad de volumen y por unidad de tiempo
CARGA SUPERFICIALCaudal o masa de un parámetro por unidad de área y por unidad de tiempo
DEFINICIONES
TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICOTiempo medio teórico que permanecen las partículas de líquido en un proceso de tratamiento
EDAD DE LODOSTiempo medio de residencia celular en un reactor o proceso de tratamiento
EFICIENCIA DE TRATAMIENTORelación entre la masa (carga) o concentración removida y la masa (carga) o concentración afluente para un proceso o sistema de tratamiento
1. GENERALIDADES
1.2 Conceptos
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO)
Es la cantidad de oxígeno necesaria para que una población microbiana heterogénea estabilice la materia orgánica biodegradable presente en una muestra de agua residual
La DBO representa una medida indirecta de la concentración de materia orgánica e inorgánicadegradable o transformable biológicamente
En condiciones normales de laboratorio la DBO se cuantifica a 20ºC durante un período de 5 días, con valores expresados en mg/l O2 (DBO5)
DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO)
Principales aplicaciones
Medición de la calidad de las aguas residuales y superficialesEstablecimiento de límites de descargaDiseño de unidades de tratamiento biológicoEvaluación de PTARs
DBO - FORMULACION MATEMATICA
Aunque en la práctica se ha demostrado que la DBO no es una reacción de primer orden esta presunción se considera válida
En una reacción de primer orden la variación de la concentración con el tiempo es directamente proporcional a la concentración remanente en cualquier momento
DBO - FORMULACION MATEMATICA
De acuerdo con Streeter y Phelps:
donde:[DBO]: concentración de materia orgánica biodegradableK: constante de velocidad de la reacción
ó[ ] [ ]DBOdtDBOd α−
[ ] [ ]DBOKdtDBOd
=−
DBO - FORMULACION MATEMATICA
También:
Integrando,
donde:
Lt = DBO remanente o por ejercer, mg/LL = DBO total o DBOuc, mg/LK = velocidad de reacción base ℮, d-1 (K = 2,303k)k = velocidad de reacción base 10, d-1
t = tiempo de reacción, d
KLdtdL t =−
ktKtt LLeL −− == 10
DBO - FORMULACION MATEMATICA
De acuerdo con lo anterior, la DBO ejercida en cualquier
tiempo:
También,
donde:
Yt = DBO ejercida después de un tiempo t, mg/L
)10()( ktKttt LLLeLLLY −− −−=−=−=
)101()1( ktKtt LeLY −− −=−=
REPRESENTACION GRAFICA DE LA DBOc
Variación de la DBOc
020406080
100120
0 2 4 6 8Tiempos (d)
DB
O (m
g/l)
Yt= DBOt
Lt
L= DBOuc
DBO NITROGENADA
En la descomposición de la materia orgánica se produce material no carbonáceo como el amoníaco
El nitrógeno amoniacal es oxidado por bacterias nitrificantes a nitrito y nitrato (ciclo del nitrógeno)
Esta demanda de oxígeno se conoce como DBON
REACCIONES DE NITRIFICACION
NH3 + 1,5O2 NO2- + H++H2O
H++NO2- +0,5O2 NO3
-+ H2O
En general:
NH3 + 2O2 NO3-+ H++H2O
En conclusión se requieren 4,57 mg/l de O2para oxidar 1 mg/L de N
Nitrosomonas
Bacterias
Bacterias
Nitrobacter
EFECTO DE LA DBO NITROGENADA
RELACION ENTRE DBOc y DBOn
020406080
100120140160
0 5 10 15 20
TIEMPO (d)
DB
O (m
g/l)
DBOcDBOn
y = L(1-10-kt)
DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)
La DQO es una medida de la cantidad de oxígeno consumido en la oxidación química de la materia orgánica presente en una muestra de agua
Para su determinación se emplea un agente oxidante fuerte, en medio ácido y con elevada temperatura, en presencia de un catalizador (sulfato de plata)
PRINCIPIO DE LA DETERMINACION
M. O. +
Las aguas residuales domésticas poseen relaciones promedio :
Entre más baja es esa relación más biodegradable es el residuo
+− + HOCr 272 OHCOCr 22
3 +++
∆CATALIZADOR
5.22.15
−=DBODQO
CARBONO ORGANICO TOTAL (COT)
La determinación involucra la oxidación de la materia orgánica mediante un proceso de combustión, hasta obtener CO2 y H2O
El CO2 liberado es proporcional a la concentración de carbono en la muestra y de esa manera se obtiene el valor de COT
La concentración de COT es también una medida del grado de contaminación de una muestra de agua y por lo tanto puede correlacionarse con la DQO y la DBO
DEMANDA TEORICA DE OXIGENO (DTO)
Cantidad teórica de oxígeno requerido para oxidar la fracción orgánica de un desecho hasta dióxido de carbono y agua
CC66HH1212OO66 + 6O+ 6O2 2 →→ 6CO6CO22 + 6H+ 6H22OO180 180 192 192
Ejemplo: La DTO de una solución de glucosa de 300 mg/L será:DTO = 192/180 x 300 DTO = 321 mg/L
CORRELACION ENTRE COT, DTO, DQO y DBO
100 %100 %
50 %50 %
COTCOT DTODTO DQODQO DBODBOuc DBODBO5uc 5
CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS
SF: Fracción inorgánica
STTSTT
STFSTF
STVSTV
SSTSST
SDTSDT
Sólidos Suspendidos Fijos
SSFSSFSólidos Suspendidos TotalesSólidos Totales
Fijos
Sólidos Totales Totales
SSVSSVSólidos Suspendidos Volátiles
Sólidos Disuelltos FijosSDFSDF
Sólidos Totales Volátiles Sólidos
Disueltos Totales
Sólidos DisuelltosVolátiles
SDVSDV
SV: Fracción orgánica
COMPOSICION APROXIMADA DE UN AGUA RESIDUAL DOMESTICA
InorgInorgáánicos nicos
SalesSales
99.9%99.9% 0.1%0.1%
30%30%70%70%
65%65% 25%25% 10%10%
AGUA RESIDUALAGUA RESIDUAL
AguaAgua SSóólidoslidos
OrgOrgáánicosnicos
ProteProteíínasnas CarbohidratosCarbohidratos GrasasGrasas ArenasArenas MetalesMetales
Fuente: Díaz, C.
CLASIFICACION PROMEDIO DE SOLIDOS EN AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS
TOTALESTOTALES
SuspendidosSuspendidos
DisueltosDisueltos
SedimentablesSedimentables
No sedimentablesNo sedimentables
ColoidalColoidal
SolubleSoluble
OrgOrgáániconico
MineralMineral
OrgOrgáániconico
MineralMineral
OrgOrgáániconico
MineralMineral
OrgOrgáániconico
MineralMineral
50%50% 75%75%
25%25%
75%75%30%30%
50%50%25%25%
80%80%10%10%
70%70%20%20%
40%40%
90%90% 60%60%
Concentración típica del agua residual doméstica
RANGO PARAMETRO UNIDAD Mínimo Máximo Promedio
DBO5 mg/l 110 400 210 DQO mg/l 250 1000 500 SST mg/l 100 350 210 NTK mg/l 20 85 35 Fósforo Total mg/l 4 15 7 Grasas y Aceites mg/l 50 150 90 ColiformesTotales NMP/100 ml 106 109 107 Coliformes Fecales NMP/100 ml 103 107 106 Fuente: Tratamiento de aguas residuales (Romero,J.)
Composición de las aguas residuales industriales
Dependiendo de la naturaleza de la industria, las aguas residuales pueden contener una amplia variedad de contaminantes, entre otros:
Contaminan el aire (H2S y otros COV)Sustancias volátilesInsignificante en la mayoría de los casosAceites y flotantesResistentes a la biodegradación y tóxicosSustancias refractariasProducen eutroficaciónNutrientes (P y N)Afecta la estética de los cuerpos receptoresTurbiedad y colorSon tóxicosMetales pesadosImparten olor, sabor y toxicidadOrgánicos trazasAgotan el oxígeno disuelto y emanan gasesSólidos suspendidosAgotan el oxígeno disueltoOrgánicos solubles
EFECTOSCONTAMINANTE
Concentración de las aguas residuales de industrias típicas
150 - 6001000 - 3000200 - 1700Carbohidratos, sólidos suspendidos
Refinerías de azúcar
2000 - 30002000 - 40001000 - 2000Proteínas, sólidos suspendidos y sulfuros
Curtiembres
8002000 - 40001500 - 2500Proteínas y sólidos suspendidos
Mataderos, frigoríficos
variablevariable500 - 2000Carbohidratos y sólidos suspendidos
Enlatados (frutas)
200 - 4001500 - 30001000 - 2500Carbohidratos, grasas, proteínas
Lácteos
Bajo10000 - 600007000 - 20000CarbohidratosDestilerías
901700500 - 1300Carbohidratos y proteínas
Cervecerías
SST(mg/L)
DQO(mg/L)
DBO5
(mg/L)ContaminantesINDUSTRIA
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