UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZN - HUNUCO

UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZN - HUNUCO

FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y SISTEMASESCUELA ACADMICA PROFESIONAL DE INGENIERA INDUSTRIAL

INFORME DE INVESTIGACIN 2010PROPUESTA DE DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA LA CIUDAD DE HUNUCO

PRESENTADO POR:

M.Sc. ING. RIVEROS VILLA, FLIX HIPLITO

COORDINADOR

COLABORADOR:

ING. INS JESS TOLENTINO

HUNUCO PER

DICIEMBRE 2010

RESMEN

La contaminacin del agua es uno de los problemas globales de mayor importancia. Una de las fuentes de contaminacin son las descargas de aguas crudas a cauces naturales. Las cargas municipales en el Per aportan el 12% de la contaminacin a los ros, esto sucede a pesar de existir normas ambientales que limitan la descarga de contaminantes, es por esto que sigue siendo un problema que hay que resolver.En nuestro pas se encuentra un claro ejemplo de esta problemtica, la ciudad de Hunuco. En dicha zona, las aguas residuales se descargan directamente al ri Huallaga, es decir, sin tratamiento previo. El problema se agrava ya que los habitantes de la zona utilizan el agua de ro para regar sus cosechas, por lo que a corto plazo se encuentran ingiriendo alimentos contaminados. Esta es la importancia de construir una planta de tratamiento de tratamiento de aguas residuales en la ciudad de Hunuco.

Antes de planear una planta de tratamiento es necesario conocer la composicin del caudal y la calidad de efluente que se desea obtener. En este estudio se empez por el muestreo del agua, para luego conocer la composicin de la misma. Posteriormente se analizaron diferentes alternativas de tratamiento de aguas residuales. Por medio de estos resultados y en definitiva, se propone la construccin de una planta de tratamiento de aguas residuales consistente en sistemas de lodos activados con aireacin extendida complementada con sedimentador secundario y desinfeccin, como nica alternativa tcnica viable.Las alternativas analizadas fueron tratamientos anaerobios con reactores de flujo ascendente UASB o RAFA, Tratamientos anaerobios con reactores UASB y lagunas facultativas, tanques Imhoff y lechos de secado y lagunas de oxidacin.Este estudio propone una solucin viable a la problemtica que vive la ciudad de Hunuco, dando como resultado un diseo real y adaptable a las necesidades de la zona y sin rebasar las expectativas econmicas actuales.CAPTULO I.

Introduccin

El saneamiento y depuracin de las aguas residuales urbanas es una necesidad. El agua, una vez utilizada en usos domsticos e industriales, tiene una calidad alterada que impide su vertido a los efluentes. De ah que antes de ser vertida se proceda a trabajos de saneamiento y depuracin que consiguen que la calidad de esta agua sea ptima. Pero la depuracin, adems de ser una necesidad es una obligacin legal. Existen normas nacionales, as como, Plan Nacional de Saneamiento y Depuracin y, por ltimo, la Ley de Aguas, que tiene previsto llevar a cabo actuaciones en saneamiento y depuracin a corto, mediano y largo plazo.

El agua es un recurso escaso. La sociedad interfiere en el ciclo hdrico captando agua en un punto para su uso, y devolvindola en un punto distinto y con una calidad alterada.

Las aguas residuales urbanas plantean un gran problema al que ha de hacer frente la humanidad, ya que producen una serie de alteraciones en los cursos de agua debido a los diversos productos que contienen. En los pases con escasa disponibilidad de agua dulce, o en aquellas en que est mal distribuida, como es el caso de nuestro pas, la depuracin se hace imprescindible. La capacidad de auto depuracin de una masa de agua es siempre limitada, por lo que se hace necesario someter a las aguas residuales a un proceso de depuracin previo antes de ser vertidas a los cursos de agua o al mar.1.Planteamiento del Problema de Investigacin1.1Formulacin del ProblemaLas aguas residuales en la ciudad de Huanuco son aquellas vertientes provenientes de los servicios domsticos de agua potable, post-industriales y agua de precipitacin pluvial, a travs de la red de alcantarillado, que directamente son desembocados al ro Huallaga. Es decir, aquellas aguas que han sido utilizados en los diferentes sistemas de uso domstico, de fabricacin, produccin y manejo industrial y que para ser desechadas necesitan ser tratadas previamente, de manera tal que puedan ser adecuadas para su ubicacin en las perspectivas redes de vertido, planta de tratamiento o sistemas naturales, tales como ros, lagos, embalses, etc.

Las impurezas se encuentran en el agua como materia en suspensin, como material coloidal, o como materia en solucin; mientras que la materia en suspensin siempre se separa por medio mecnico, con intervencin o no de la gravedad, la materia coloidal requiere un tratamiento fisicoqumico preliminar y la materia en solucin puede tratarse en el propio estado molecular o inico o precipitarse y separarse utilizando procesos semejantes a los empleados para la separacin de los slidos inicialmente en suspensin. A esto es lo que se llama tratamiento de aguas residuales.

Las poblaciones de Huariaca, San Rafael, Ambo, Huachar y la propia ciudad de Hunuco, entre otras, se ubican en las riveras del Ro Huallaga y vierten sus aguas residuales a este ro, sin previo tratamiento alguno, incrementndose de esta manera la contaminacin del recurso hdrico ms valiosa de la regin.1.2Problema General

Qu tipo de planta de tratamiento de aguas residuales debe disearse para la ciudad de Hunuco, a partir de las caractersticas fsicas, qumicas, biolgicas y caudal conocidas?

1.3Problemas Especficos

1-Contaminacin del ro Huallaga por el vertimiento de aguas residuales domsticas a travs de la existencia de 19 puntos de descargas, al paso del ro Huallaga por la ciudad de Hunuco.

2.Las aguas residuales domsticas y algunos establecimientos industriales viertes sus aguas servidas a las redes de alcantarillado domstico sin tratamiento previo Las normas de control de vertimientos domsticos y industriales no son efectivas y no existen mecanismos fuertes de fiscalizacin.

4.La poblacin de la ciudad de Hunuco no se muestra sensible frente a la contaminacin del rio Huallaga. Hacen mal uso de los servicios y arroja desperdicios no permitidos.1.4Objetivos1.4.1Objetivo general

Proponer el diseo de la planta de tratamiento de aguas residuales para la ciudad de Hunuco para mejorar la calidad de vida de la poblacin y ofrecerle mejores condiciones para impulsar su desarrollo.

1.4.2Objetivos especficos

Los objetivos especficos que harn posible el logro del objetivo general son:

1.Realizar un diagnostico de la situacin actual del manejo y disposicin final de las aguas residuales de la ciudad de Hunuco.

2.Proponer la tecnologa ms adecuada de planta de tratamiento de aguas residuales para la ciudad de Hunuco.

3.Disminuir la contaminacin de las aguas del ro Huallaga y proteger la salud de la poblacin en la ciudad de Hunuco4.Evaluar el impacto ambiental de la planta de tratamiento diseado.1.5.HiptesisAl proponer a las instituciones competentes locales de la ciudad de Hunuco, el diseo de la planta de tratamiento de aguas residuales, se facilitara la solucin de uno de los problemas de saneamiento que afecta a la poblacin urbana en conjunto, a su vez; ser posible utilizar el agua del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales para el riego de las reas agrcolas y reas verdes de parques y jardines.1.6.Justificacin e Importancia de la Investigacin

Es necesario que en una ciudad en desarrollo como Hunuco, existan todos los servicios bsicos indispensables por mltiples razones, una de las predominantes es proteger el medio ambiente, mediante el manejo y tratamiento adecuado de las aguas residuales de la ciudad.

Actualmente se cuenta nicamente con el servicio de agua potable y parcialmente con una red de alcantarillado, ms no as con una planta de tratamiento de aguas residuales. Al obtener el diseo de la planta de tratamiento y asumiendo que la administracin local lleve acabo la ejecucin de dicho proyecto, se permitira: minimizar la contaminacin ambiental, disminuir la vulnerabilidad a las enfermedades infecciosas, mejorar la calidad de vida de los habitantes, mejorar la imagen urbana y ayudar al desarrollo integral de la ciudad.

Con este estudio y posteriormente con la construccin de la PTAR, se beneficiar a las futuras generaciones, considerando una ciudad limpia, ordenada y con un desarrollo sostenible.CAPTULO II.

MARCO TERICO2.1Caractersticas de las aguas residuales

2.1.1Caractersticas fisicoqumicas

La temperatura de las aguas residuales oscila entre 10C - 20oC. Adems, de las cargas contaminantes en materias en suspensin y materias orgnicas, las aguas residuales contienen otros compuestos como nutrientes (N y P), cloruros, detergentes cuyos valores orientativos de la carga por habitante y da son:

- Nitrgeno amoniacal: 3-10 g/hab.d

- Nitrgeno total: 6.5-13 g/hab.d

- Fsforo (P043-); 4-8 g/hab.d

- Detergentes: 7-12 g/hab/d

En lugares donde existen trituradoras de residuos slidos las aguas residuales urbanas estn mucho ms cargadas (ms del 100 %)

2.1.2Caractersticas biolgicas.

En las aguas residuales van numerosos microorganismos, unos patgenos y otros no. Entre los primeros cabe destacar los virus de la hepatitis. Por ejemplo en 1 gr. de heces de un enfermo existen entre 10-106 dosis infecciosas del virus de la hepatitis.

El tracto intestinal del hombre contiene numerosas bacterias conocidas como organismos Coliformes. Cada individuo evacua de 105-4x105 millones de coliformes por da, que aunque no son dainos, se utilizan como indicadores de contaminacin debido a que su presencia indica la posibilidad de que existan grmenes patgenos de ms difcil deteccin.

Las aguas residuales urbanas contienen: l06 coliformes totales/100 ml.

2.2Las aguas residuales municipalesLas actividades humanas incluyen residuos de origen domsticos, (excretas, aguas jabonosas, desechos slidos, etc), residuos lquidos industriales, residuos lquidos agrcolas y aguas de lluvias, que ordinariamente se evacuan por va de las redes de alcantarillado convencionales, siendo descargadas finalmente en un curso de agua como un ro, el cual se encarga de alejarla de la comunidad.2.2.1

El ro Huallaga como cuerpo receptor de desechos y residuos

Se estima, que los efectos negativos sobre los ros y mares, derivados de los vertimientos de aguas residuales, son producidos, fundamentalmente por tres factores: Las materia orgnica, los detergentes presentes en los efluentes y los fenmenos de eutroficacin derivados del aumento de nutrientes.

2.2.2

Clasificacin de las aguas residuales

Las aguas residuales de clasifican de acuerdo a su origen y composicin. Cuando se disean los sistemas de disposicin de aguas residuales, es decir; la recoleccin y el tratamiento de las mismas, debe diferenciarse entre:

-Aguas residuales que provienen de viviendas, edificios pblicos y otras instalaciones, incluyendo las aguas utilizadas para la limpieza de las calles y control de incendios, as como provenientes de las pequeas industrias locales conectadas al mismo sistema de alcantarillado.

-Aguas residuales que provienen de los locales comerciales, como mataderos, pequeas industrias y otras instalaciones pblicas y que suelen estar conectadas a un sistema de alcantarillado comn.

-Las aguas residuales industriales de todo tipo, producidas por grandes plantas industriales,

-Las aguas residuales agrcolas, proveniente de la cra de ganado y del procesamiento de productos animales y vegetales,

-Agua de filtracin proveniente de sistemas de drenaje, tuberas de desage y del descenso artificial del nivel de las aguas subterrneas, as como de la infiltracin de stas hacia el sistema de alcantarillado a travs de tuberas y otras instalaciones defectuosas,

-Agua de lluvia, que incluye todas las formas de precipitacin: lluvia, nieve, granizo y niebla,

-Aguas superficiales, provenientes de aquellos cuerpos de aguas que ingresan directamente en el sistema de alcantarillado.

Estos diferentes tipos de aguas residuales reciben en conjunto la denominacin de aguas residuales municipales y estn presentes en los sistemas de alcantarillado de las ciudades. Por lo tanto, las aguas residuales consisten principalmente de aguas de origen domstico y agua de infiltracin; aguas de lluvia, cuyo porcentaje mayor o menor depende de las condiciones locales aguas residuales comerciales, industriales y agrcolas.

Las aguas residuales contienen diversas sustancias de origen natural o artificial, que pueden ser ms o menos dainas para el hombre, los animales y el ambiente. La composicin de las aguas residuales depende de su origen y de su tratamiento antes de la descarga.

2.3Composicin de las aguas residuales domsticas

Las aguas residuales domsticas son peligrosas debido a la posible presencia de una alta poblacin de microorganismos patgenos. Contiene sobre todo, bacterias Echerichia coli, las que generalmente son inocuas y suele estar presentes en los intestinos del hombre y de los animales de sangre caliente, agrupndose en colonias. Estas sirven como indicadores recontaminacin fecal. Aproximadamente entre 1011 y 1013 bacterias coli son evacuadas en las aguas residuales diariamente por una persona. El nmero total de bacterias, incluidos los grupos que se consideran relativamente inofensivas, es casi 103 veces mayor.

Los microorganismos estn presentes en las aguas residuales en forma de virus y bacterias (como las salmonellas causantes de la tifoidea o la hepatitis) y en forma de parsitos como por ejemplo huevos de helmintos. Estos microorganismos provienen de los hospitales, de viviendas de personas infectadas, de portadores de enfermedades, etc. El agua residual tratada no es bacteriolgicamente pura y, en algunos casos, es necesario esterilizarla, adems de aplicarle un tratamiento mecnico-biolgico.

Aparte de los organismos patgenos,, en las aguas residuales domsticas estn presente bacterias no patgenas que descomponen la materia orgnica mediante procesos de hidrlisis, reduccin y oxidacin. En esta descomposicin tambin hormonas, estimulantes y vitaminas provenientes de las excretas de personas y animales, Romero (2005).

Aparte de las propiedades fsicas, todas las aguas residuales contienen componentes de sustancias activas. En las aguas superficiales tambin se pueden encontrar plantas y animales. An en la forma de lluvia, el agua adquiere partculas orgnicas e inorgnicas (gases, microorganismos y trazas de amonaco y nitratos) en su paso por la atmsfera, en las zonas industriales se han encontrado hasta 50 mg/L de cido sulfrico en el agua de lluvia. En la cercana de las fbricas, el agua de lluvia contiene tambin cido carbnico, cido clorhdrico, cido ntrico y otros, as como xidos de plomo, zinc, cobre y otros metales, y tambin holln y fenoles. Muchas sustancias solubles e insolubles presentes en el suelo, incluyendo excretas animales, son acarreadas por las aguas de lluvia hasta las aguas superficiales y subterrneas. El grado de contaminacin de las aguas residuales se representa utilizando criterios tales como la DBO5, la DQO, el contenido de nitrgeno amoniacal, el COV y la DTO.

2.3.1 Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO5)

El principal parmetro para medir la contaminacin de las aguas es la Demanda Bioqumica de Oxigeno (DBO5). Ya que sera muy complicado medir cada una de las substancias que arrojamos al alcantarillado (detergentes, papel higinico, residuos de comida, orina y materia fecal, pelos, preservativos, residuos industriales, etc.), todos esos materiales se miden por medio de la DBO5, parmetro que mide la cantidad de oxgeno necesaria para oxidar la materia orgnica presente en el agua, hasta convertirla en elementos que no producen dao al agua receptora, como CO2 (dixido de carbono) y H2O. Una quebrada relativamente limpia puede tener una DBO5 de 4 mg/l. Un valor tpico de DBO5 en aguas residuales municipales es de 250 mg/l. Algunas aguas residuales industriales pueden llegar a tener valores de ms de 1000 mg/l de DBO5. Un ro con alta DBO tiene poco contenido de oxgeno. El valor de la DBO5 va cambiando a lo largo del ro y depende, entre otros factores, de las descargas contaminantes que reciba el ro, as como de su capacidad natural de descontaminacin.

La demanda bioqumica de oxgeno (DBO5) es una prueba usada para la determinacin de los requerimientos de oxgeno para la degradacin bioqumica de la materia orgnica en las aguas municipales, industriales y en general residual; su aplicacin permite calcular los efectos de las descargas de los efluentes domsticos e industriales sobre la calidad de las aguas de los cuerpos receptores. Los datos de la prueba de la DBO5 se utilizan en ingeniera para disear las plantas de tratamiento de aguas residuales.

La prueba de la DBO5 es un procedimiento experimental, tipo bioensayo, que mide el oxgeno requerido por los organismos en sus procesos metablicos al consumir la materia orgnica presente en las aguas residuales o naturales. Las condiciones estndar del ensayo incluyen incubacin en la oscuridad a 20C por un tiempo determinado, generalmente cinco das. Las condiciones naturales de temperatura, poblacin biolgica, movimiento del agua, luz solar y la concentracin de oxgeno no pueden ser reproducidas en el laboratorio. Los resultados obtenidos deben tomar en cuenta los factores anteriores para lograr una adecuada interpretacin.

2.3.2Demanda Bioqumica de Oxgeno Nitrogencea (DBON)

La descomposicin de la materia orgnica, especialmente la hidrlisis de las protenas, produce material no carbonceo como el amonaco. Este material, nitrgeno amoniacal, es oxidado por las bacterias nitrificantes en nitrito y nitrato, causando una demanda de oxgeno conocida como demanda bioqumica de oxgeno nitrogenceo (DBON).

En un cultivo mixto, como el usado normalmente para determinar DBO, se tiene una poblacin de bacterias nitrificantes baja, por que la tasa de reproduccin de las bacterias nitrificantes es lenta, normalmente de seis a diez das. Por ello, en el ensayo de DBO, la DBON slo se observa despus de seis a diez das, sin embargo; en efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales existe una poblacin de bacterias nitrificantes suficientes para ejercer DBON y alterar el valor de la DBOC. La interferencia causada por la demanda adicional de oxgeno de las bacterias nitrificantes se elimina mediante pretratamiento de las muestra o por medio de agentes inhibidores. En general, se ha afirmado que las bacterias comunes del agua residual tienen un tiempo de generacin de siete horas y que las bacterias nitrificantes, por otra parte, tienen un crecimiento mucho ms lento y su tiempo de generacin es mayor de ocho das, (Romero, 2005).

2.3.3Demanda Qumica de Oxgeno (DQO)

La demanda de oxgeno de un agua residual es la cantidad de oxgeno que es consumido por las sustancias contaminantes que estn en el agua durante un cierto tiempo, ya sean sustancias contaminantes orgnicas o inorgnicas. Las tcnicas basadas en el consumo de oxgeno son la demanda qumica de oxgeno, DQO, la demanda bioqumica del oxgeno (DBO) y el carbono orgnico total, COT o TOC.

La Demanda Qumica de Oxgeno, DQO, es la cantidad de oxgeno en mg/l consumido en la oxidacin de las sustancias reductoras que estn en un agua. Se emplean oxidantes qumicos, como el dicromato potsico. Tal y como hemos dicho, el ensayo de la DQO se emplea para medir el contenido de materia orgnica tanto de las aguas naturales como de las residuales. En el ensayo, se emplea un agente qumico fuertemente oxidante en medio cido para la determinacin del equivalente de oxgeno de la materia orgnica que puede oxidarse. Las tcnicas para su determinacin de la DQO se adjuntan en el Anexo 2.

Oxgeno Disuelto

2.3.4El Oxgeno Disuelto (OD)

Es la cantidad de oxgeno que est disuelta en el agua y que es esencial para los riachuelos y lagos saludables. El nivel de oxgeno disuelto puede ser un indicador de cun contaminada est el agua y cun bien puede dar soporte esta agua a la vida vegetal y animal. Generalmente, un nivel ms alto de oxgeno disuelto indica agua de mejor calidad. Si los niveles de oxgeno disuelto son demasiado bajos, algunos peces y otros organismos no pueden sobrevivir.

Gran parte del oxgeno disuelto en el agua proviene del oxgeno en el aire que se ha disuelto en el agua. Parte del oxgeno disuelto en el agua es el resultado de la fotosntesis de las plantas acuticas. Otros factores tambin afectan los niveles de OD; por ejemplo, en un da soleado se producen altos niveles de OD en reas donde hay muchas algas o plantas debido a la fotosntesis. La turbulencia de la corriente tambin puede aumentar los niveles de OD debido a que el aire queda atrapado bajo el agua que se mueve rpidamente y el oxgeno del aire se disolver en el agua.

Adems, la cantidad de oxgeno que puede disolverse en el agua (OD) depende de la temperatura. El agua ms fra puede guardar ms oxgeno en ella que el agua ms caliente. Una diferencia en los niveles de OD puede detectarse en el sitio de la prueba si se hace la prueba temprano en la maana cuando el agua est fra y luego se repite en la tarde en un da soleado cuando la temperatura del agua haya subido. Una diferencia en los niveles de OD tambin puede verse entre las temperaturas del agua en el invierno y las temperaturas del agua en el verano. Asimismo, una diferencia en los niveles de OD puede ser aparente a diferentes profundidades del agua si hay un cambio significativo en la temperatura del agua.

Los niveles de oxgeno disuelto tpicamente pueden variar de 0 - 18 partes por milln (ppm) aunque la mayora de los ros y riachuelos requieren un mnimo de 5 - 6 ppm para soportar una diversidad de vida acutica. Adems, los niveles de OD a veces se expresan en trminos de Porcentaje de Saturacin. Sin embargo para este proyecto, los resultados se reportarn en ppm o en mg/L, (Romero, 2005).2.3.5Slidos Suspendidos Totales

Los slidos suspendidos totales o el residuo no filtrable de una muestra de agua natural o residual industrial o domstica, se definen como la porcin de slidos retenidos por un filtro de fibra de vidrio que posteriormente se seca a 103-105C hasta peso constante.

Una muestra bien mezclada se pasa a travs de un filtro estndar de fibra de vidrio, previamente pesado, y el residuo retenido se seca a 103-105C hasta peso constante. El incremento de peso del filtro representa el total de slidos suspendidos.

Si el material suspendido tapona el filtro y prolonga la filtracin, la diferencia entre los slidos totales y los slidos disueltos totales puede dar un estimativo de los slidos suspendidos totales.

Este mtodo es aplicable a aguas potables, superficiales, y salinas, aguas residuales domsticas e industriales y lluvia cida, en un intervalo de 4 a 20 .000 mg/L. Su determinacin experimental se adjunta en el Anexo 4.

2.3.6Coliformes Totales

La denominacin genrica coliformes designa a un grupo de especies bacterianas que tienen ciertas caractersticas bioqumicas en comn e importancia relevante como indicadores de contaminacin del agua y los alimentos.

2.3.6.1

Habitat de grupo coliformesLas bacterias de este gnero se encuentran principalmente en el intestino de los humanos y de los animales de sangre caliente, es decir, homeotermos, pero tambin ampliamente distribuidas en la naturaleza, especialmente en suelos, semillas y vegetales.

2.3.6.2

Los coliformes como indicadores

Tradicionalmente se los ha considerado como indicadores de contaminacin fecal en el control de calidad del agua destinada al consumo humano en razn de que, en los medios acuticos, los coliformes son ms resistentes que las bacterias patgenas intestinales y porque su origen es principalmente fecal. Por tanto, su ausencia indica que el agua es bacteriolgicamente segura.

Asimismo, su nmero en el agua es proporcional al grado de contaminacin fecal; mientras ms coliformes se aslan del agua, mayor es la gravedad de la descarga de heces.

Los coliformes son una familia de bacterias que se encuentran comnmente en las plantas, el suelo y los animales, incluyendo a los humanos. En general, las bacterias coliformes se encuentran en mayor abundancia en la capa superficial del agua o en los sedimentos del fondo. Por su amplia diversidad el grupo coliformes ha sido divido en dos grupos: coliformes totales y coliformes fecales.2.3.6.3

Bacterias que integran el grupo

El grupo coliformes est formado por los siguientes gneros:

Escherichia , Klebsiella , Enterobacter , Citrobacter

No todos los autores incluyen al gnero Citrobacter dentro del grupo coliformes.

2.4Efectos dainos de las aguas residuales en las aguas naturales

Se considera que las aguas residuales son dainas, cuando impiden o perjudican el uso normal del agua o cuando acarrean hasta las aguas naturales productos residuales considerados como nocivos. Pueden producir daos directos, por ejemplo, cuando:

-El agua es utilizada para el cultivo de peces.

-Las playas son utilizadas por los turistas

- Los mares o lagos son utilizados para el abastecimiento de agua potable o constituyen reas recreativas.

Existe una vida animal y vegetal muy variada en los cuerpos de agua que no han sido contaminados por las aguas residuales como tambin a su alrededor, desde bacterias acuticas, microbios, crustceos y mariscos, hasta peces, reptiles mamferos (como castores y nutrias) y aves. La flora abarca desde formas menores de algas, plantas acuticas y de pantano, hasta rboles que suelen crecer en las cercanas de las aguas, como por ejemplo alisos y sauces. Todava no se conoce completamente la funcin ecolgica de cada forma de vida ni su interdependencia, por ejemplo, en lo que respecta a la purificacin biolgica del agua.

Las aguas residuales podran destruir completamente un sistema ecolgico y, de esta manera, eliminar una fuente de recursos naturales y de produccin de alimentos. Tambin ocasionar prdidas en la actividad turstica.

Las aguas residuales que presentan efectos excepcionalmente txicos sobre seres humanos y animales son aqullas que contienen los siguientes componentes:

-Solventes orgnicos

-Compuestos orgnicos halogenados

-Compuestos orgnicos fosforados

-Sustancias con efectos cancergenos

-Sulfuro de hidrgeno

-Cianuro

- Fluoruro

-Metales pesados, especialmente mercurio y cadmio, y sus compuestos.

-rganos patgenos y/o huevos de parsitos vivos.

Las aguas residuales invariablemente contienen microorganismos, especialmente bacterias que originan enfermedades int4stinales, como tifoidea, paratifoidea, enteritis y desintera; tambin virus tales como los de la polio y la ictericia infecciosa. Adems; las aguas residuales domsticas, y algunas comerciales, contienen huevos de parsitos de origen humano y animal (diferentes tipos de helmintos).

2.5Tipos y cantidades de aguas residuales

2.5.1Aguas residuales domsticas

2.5.1.1Origen y tipos de aguas residuales domsticas

Los diversos usos que da el hombre al agua generan aguas residuales que se presentan en forma aislada o mezcladas en diferentes concentraciones. Segn Popel (1980), las aguas residuales domsticas se originan:

-En lasa vivienda familiares por:

(a)La preparacin de alimentos, el lavado de servicios de cocina, la limpieza de la casa, el lavado de la ropa e higiene personal.

(b)El uso del inodoro

(c)El lavado de superficies pavimentadas externas y de automviles;

En los edificios pblicos por:

(a) La limpieza del edificio, la higiene personal, la preparacin de alimentos y el lavado de vajilla en la cafetera.

(b) El uso de baos pblicos

(c) El lavado de superficies pavimentados externas y automviles;

-En los pequeos establecimientos comerciales por;

(a)La preparacin de alimentos, el lavado de platos, la limpieza local, el lavado de ropa e higiene personal.

(b)El uso de los inodoros

(c)El lavado de superficies pavimentadas externas y automviles.

Las aguas residuales frescas de origen domstico emergen como un lquido turbio, de color gris o amarillento, con olor sptico, en el cual van suspendidas partculas de sedimentos, heces, residuos vegetales, tiras de papel y materiales sintticos. Cuando ms largo sea el colector que los conduce y ms turbulento el flujo en la alcantarilla, ms pequeas sern las partculas presentes en al agua residual.

2.5.2Cantidad y composicin de las aguas residuales en viviendas particulares

2.5.2.1Cantidad de aguas residuales domsticas

La cantidad de aguas residuales domsticas es igual al agua consumida del sistema de abastecimiento menos el agua utilizada para cocinas, beber, regar el csped y el jardn. Las heces y otros productos de desecho que se aaden a las aguas residuales llegan aproximadamente a slo 1,4 Kg por persona al da (Kg/P.d). Puede decirse que la cantidad de aguas residuales domsticas es casi el 80% del consumo de agua. Puesto que el consumo de agua depende esencialmente de los hbitos y de las condiciones de vida, al mejorar stos, la cantidad de aguas residuales tambin aumenta.

El volumen de aguas residuales sufre variaciones horarias, diarias y anuales. Segn INHOFF, puede apreciarse claramente un incremento de aguas residuales al comienzo de la semana, debido al lavado de ropa, y al final de la semana, debido a la limpieza de la casa. Los domingos y feriados, la cantidad de aguas residuales se reduce en forma notoria. Es obvio el cambio cuantitativo en la produccin de aguas residuales sobre todo durante el da. Despus de llegar a un punto mnimo durante la noche, la cantidad de agua y su concentracin de residuos se incrementa fuertemente en las horas de la maana, llegando generalmente a su mximo al medioda, para luego descender en forma progresiva. Es evidente que existe cierta relacin entre la cantidad de aguas residuales y su carga de residuos, representada aqu como sustancias sedimentables. Otros indicadores de carga, por ejemplo el DBO5, tambin muestran un comportamiento similar. La coincidencia de los picos de aguas residuales se calcula en 14 o inclusive 16 horas, cuando se disea plantas de tratamiento de aguas residuales. En el ejemplo de la Figura 1, slo de produce un incremento importante del material residual y ste ocurre al medioda.

Figura N 1.Fluctuaciones en la cantidad de aguas residuales y en la concentracin de las sustancias sedimentables, para una poblacin de 50 000 habitantes y un periodo de 24 horas.

2.6 Muestreo de aguas residuales

Para la evaluacin de las diferentes caractersticas de un agua residual se deben seguir los mtodos normales o estndar. Adems, una caracterizacin acertada de esta agua requiere una tcnica apropiada de muestreo que asegure resultados representativos del caudal global de aguas residuales y no solamente del caudal que circula en el instante del muestreo.

En general, para que la muestrea sea representativa, se prefieren sitios de muestreo con flujo turbulento donde el agua residual est bien mezclada; sin embargo, el sitio de muestreo debe seleccionarse de acuerdo con cada problema individual de estudio. Los periodos de muestreo dependen del rgimen de variacin del caudal, de la disponibilidad de recursos econmicos y de los propsitos del programa de muestreo, Romero (2005).

Muestras instantneas, o muestras simples representan solamente las caractersticas del agua residual para el instante del muestreo y, en la mayora de los casos, pueden no se r representativos de un periodo prologado puesto que estas caractersticas varan con el tiempo. Igualmente se prefieren muestras compuestas, o mezclas de muestras simples o instantneas, para asegurar representatividad y detectar efectos de la descarga variable de los diferentes contaminantes. El anlisis previo de los usos del agua y de las fuentes contaminantes para la elaboracin de diagramas de flujo permite formular ms apropiadamente un programa de muestreo.

Las muestras simples son particularmente deseables cuando el flujo de agua residual no es continuo, cuando la descarga de contaminantes es intermitente, cuando las caractersticas del residuo son relativamente constantes o cuando el parmetro que se va analizar puede cambiar de manera significativa durante el periodo de muestreo. En general, se usan muestras simples para anlisis de OD, cloro residual, temperatura, pH, alcalinidad y acidez, coliformes, t grasas y aceites.

Las muestras compuestas son preferibles cuando desean conocerse resultados promedio. La muestra compuesta preferida es una mezcla de muestras individuales proporcionales al caudal instantneo; para el efecto se toman muestras simples a intervalos constantes de tiempo, por lo regular una hora, se almacenan apropiadamente en un refrigerador y, al final del periodo de muestreo, se mezclan en proporcin directa al caudal aforado en cada instante de muestreo. Todo frasco o recipiente de muestreo debe identificarse con una etiqueta que indique fecha de muestreo, nombre de la fuente, sitio de muestreo, tipo de muestra, hora de muestreo y preservativo usado. Las consideraciones bsicas para ejecutar con xito un programa de muestreo son:

1.Definir el objetivo especfico de la muestra.

2.Revisar la informacin existente sobre el agua que se va a muestrear.

3.Identificar las fuentes de contaminantes.

4.Definir la variabilidad de la muestra.

5.Seleccionar la localizacin ms representativa.

6.Establecer el horario representativo de la variabilidad de la muestra.

7.Definir las normas requeridas apara satisfacer el objetivo propuesto.

8.Acordar con el laboratorio la cantidad de muestra y los preservativos requeridos.

9.Revisar con el laboratorista los resultados y la necesidad eventual de muestras adicionales.

10.Elaborar siempre un informe breve que permita satisfacer el objetivo propuesto y correlacione las concentraciones determinadas con los caudales observados.

El mtodo ms comn para tener en cuenta las variaciones de caudal y caractersticas del agua residual, as como para como para minimizar los costos de los anlisis, consiste en utilizar muestras compuestas. Si se toman suficientes muestras simples, que luego se mezclan para anlisis, los resultados sern similares a los que se obtendran con base en una muestra de un tanque de mezcla completa par ale caudal muestreado. A mayor frecuencia de muestras simples mayor representatividad de la muestra compuesta.

Las muestras se pueden componer con base en el tiempo o en el caudal. En muestras compuestas con respecto al caudal, muestra integrada, se aade a la mezcla una cantidad proporcional al caudal para cada instante de muestreo.

En muestras compuestas con base en el tiempo, se agrega una cantidad fija de muestra, de cada periodo, a la mezcla, Romero (2005).

2.7Muestreo manual

El muestreo manual es el mtodo ms apropiado de muestreo para determinar grasas y aceites, as como compuestos orgnicos voltiles.

La muestra se toma colocando un recipiente apropiado sobre el flujo y luego llenndolo. Cuando el alcantarillado es inaccesible para tomar la muestra directamente, se puede usar una bomba de operacin manual. El recipiente de muestreo se puede introducir en el agua o adherirlo a una cuerda o a un trozo de madera. Se recomienda usar recipiente de boca ancha de por lo menor 5 cm de dimetro. El muestreo manual es ventajoso por que permite observar las condiciones de muestreo y cualquier requerimiento adicional.

En los ros las muestras deben tomarse a una profundidad igual 0,6 H (H=profundidad del agua), cuando el ro tiene menos de 0,6 m de altura de agua. En los ros profundos es preferible tomar una muestra a 0,2H y otra a 0,8H, par luego componerlas.

2.8.Tratamiento de aguas residuales2.8.1Principios del tratamiento de aguas residuales

Existen tres mtodos de tratamiento de las aguas residuales:

(a)Disposicin por irrigacin.

(b)Disposicin sub superficial, y

(c)Disposicin por dilucin,

La disposicin final satisfactoria de las aguas negras por cualquiera de los mtodos antes mencionados depende de un tratamiento antes de la disposicin. Es necesario un tratamiento adecuado para prevenir la contaminacin de las aguas receptoras, en este caso el Ro Huallaga, cuyo uso estra destinado para riego agrcola, recreacin o cualquier otra finalidad. Por otro lado, el tratamiento de las aguas negras puede ser clasificado dependiendo de la naturaleza del proceso de tratamiento, fsico, qumico o biolgico. Un sistema completo de tratamiento consiste en la aplicacin de varias etapas de procesos fsicos, qumicos y biolgicos.

Mientras los dispositivos usados en el tratamiento de las aguas negras son muchos y probablemente combinan los mtodos fsicos, los mtodos qumicos y los mtodos biolgicos, se pueden agrupar en cuatro sistemas de tratamiento que son:

(a)Tratamiento preliminar,

(b)Tratamiento primario,

(c)Tratamiento secundario, desinfeccin, y

(d)Tratamiento terciario.

2.8.2Mtodos Fsicos

(a)Rejillas

(b)Sedimentacin (clarificacin)

(c)Filtracin

(d)Flotacin

(e) Aireacin

(f)Despumacin

2.8.3Mtodos Qumicos

(a)Cloracin

(b)Ozonizacin

(c)Coagulacin

(d)Absorcin

(e)Intercambio de iones

2.8.4Mtodos Biolgicos

2.8.4.1Aerbico

(a)Lodo activado

(b)Filtro percolador

(c)Laguna de oxidacin

(d)Digestin aerbica

2.8.4.2Anaerbico

(a)Digestin anaerbica

(b)Tanque sptico

(c)Lagunas

Cuando se va a elegir el mejor sistema de tratamiento, la poblacin debe tener metas claras y criterio especfico a usar en tomar una decisin. El sistema o los sistemas escogidos deben proveer a la comunidad con un tratamiento de agua negra que sea efectivo y manejable a un costo razonable. A continuacin se describe cmo funciona una planta de tratamiento, (Cossio, 2005).

2.9Sistemas de tratamiento de aguas residuales

En las Figuras N 2 y 3, se presentan los diagramas de flujo de una planta completa de tratamiento de aguas residuales, con disposicin de maquinaria y equipo para cada etapa.

Figura N 2.Diagrama de una planta moderna de tratamiento de aguas residuales.

Figura N 3.Diagrama de operaciones para el tratamiento de aguas residuales con reactor anaerobio de flujo ascendente o RAFA.

CUADRO N 1.RESUMEN DE LOS PROCESOS UNITARIOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES.

Nombre/Descripcin del Proceso UnitarioTipo de

TratamientoEtapa del Tratamiento

PIIIIII

TRATAIENTO PRELIMINAR PRIMARIO

El estanque de compensacin mezcla las aguas residuales para reducir las variaciones en las concentraciones y evitar picosFsicoX

El desarenador remueve la arena y polvoFsicoX

El tamiz de malla ancha (barra, malla) remueve slidos de gran tamao.FsicoX

El triturador pulveriza los slidos para reducir su tamao.FsicoX

El separador de aceite y grasa remueve los materiales aceitosos.FsicoX

TRTAMIENTO PRIMARIO PRINCIPAL

La sedimentacin remueve fcilmente slidos inertes y orgnicos sedimentables.FsicoXXX

Los tamices de malla fina remueven slidos inertes y orgnicos.FsicoXX

La flotacin de aire remueve grasa y slidos ligeros.FsicoXX

La floculacin (area y mecnica) mejora la remocin de slidos suspendidos.FisicoqumicoXXXX

El sistema de descomposicin de la emulsin remueve el aceite y grasa dispersos.FisicoqumicoXX

TRATAMIENTO SECUNDARIO PRINCIPA

El tratamiento en el terreno se basa en la filtracin y tratamiento aerobio de aguas residuales. Los mtodos incluyen: (1) infiltracin rpida, (2) aspersin, (3) flujo superficial, (4) absorcin subterrnea del suelo.Biolgico

FisicoqumicoX

Las lagunas o estanques de estabilizacin tratan las aguas residuales mediante procesos naturales. stos incluyen (1) lagunas aerobias y facultativas, (2) lagunas facultativas y aerobias aireadas, (3) contencin total (4) descarga hidrogrfica controlada (5) lagunas de pulimento.Biolgico

FsicoXX

El lodo activado convencional, brinda tratamiento aerobio mediante el uso de partculas microbianas suspendidas de flculos y aireadores en una o varias series nicas de cuencas del reactor.BiolgicoX

Otros mtodos de lodos activados con diseos variados incluyen: (1) estabilizacin por contacto, (2) aeracin prolongada, (3) zanjas de oxidacin y (4) reactores por lotes secuenciales.BiolgicoX

Los filtros biolgicos usan el crecimiento microbiano en medios filtrantes para brindar un tratamiento aerobio a las aguas residuales. Los principales tipos incluyen: (1) filtros con medios fijos (clasificados segn el tipo de medio, tasa de flujo y frecuencia de dosificacin), y (2) contactores biolgicos rotatorios.BiolgicoX

Los sistemas de tratamiento dual o de doble etapa combinan los lodos activados y los procesos de filtro biolgico. BiolgicoX

Los procesos de tratamiento anaerobio usan bacterias facultativas y anaerobias para degradar los slidos disueltos y orgnicos. Incluyen unidades de flotacin y sedimentacin. Los principales tipos incluyen: (1) tanques sptico/Imhoff, (2) tanques biolticos (biomasa suspendida), (3) filtros y discos sumergidos (biomasa fija)Biolgico

FsicoXX

El tratamiento con humedales o wetlands construidos, aprovechan la capacidad natural que poseen ciertas especies vegetales y ecosistemas acuticos para depurar agentes contaminantes..BiolgicoXX

TRATAMIENTO AUXILIARO TERCIARIO

La filtracin con medios granulares remueve los slidos suspendidos mediante el tamizado, sorcin y descomposicin biolgica. Existen varios tipos: (1) filtros de arena (lento, rpido, intermitente, recirculante), (2) filtros ascendentes, de presin y de tasa alta con limpieza mecnica, (3) los filtros duales o de medios mltiples.Fsico

Biolgico

QumicoXX

La precipitacin y coagulacin qumica se usan principalmente para la remocin de slidos disueltos y fsforo en combinacin con la floculacin y sedimentacin. Los productos qumicos comunes usados para promover la coagulacin incluyen: cal, cloruro frrico, polmero, carbonato de sodio, cloruro de bario, hidrxido de sodio y alumbre.QumicoXXX

La oxidacin qumica se usa principalmente para la desinfeccin y control de olor.

Los mtodos principales incluyen (1) cloracin, (2) ozonizacin y (3) radiacin.QumicoXXX

Otros mtodos de tratamiento qumico que pueden usarse para el tratamiento de aguas residuales incluyen: (1) adicin de nutrientes para mejorar los procesos de tratamiento biolgico, (2) recarbonacin para reducir el pH y (3) otros mtodos de neutralizacin.QumicoXX

La adsorcin de carbono activado remueve slidos y material orgnico.Fsico

QumicoXX

Etapas de tratamiento: P = preliminar, I = primario, II = secundario, III = terciario.2.9.1.Tratamiento preliminar

El propsito del tratamiento preliminar es proteger el buen funcionamiento de la planta de tratamiento de las aguas negras. Esto se logra removiendo de las aguas negras cualquier constituyente que puede obstaculizar o daar bombas o interferir con el proceso de tratamiento subsiguiente.

Los dispositivos del tratamiento preliminar se disean para:

(a)Remover o reducir de tamao los slidos grandes y suspendidos, y estos incluyen, aparte de las materias fecales, pedazos de madera, papel, plsticos, basuras, ropas, etc.

(b)Remover slidos inorgnicos pesados, como arena y piedra, metales y vidrios

(c)Remover excesivas cantidades de aceites y grasas.

2.9.1.1Rejillas

Son utilizadas para la separacin de slidos gruesos y se ubican transversalmente al flujo. Aunque a veces se colocan verticalmente, generalmente se ponen a un ngulo entre 45 a 60 con el vertical. Al pasar el agua, el material grueso queda retenido en las barras de las rejillas y debe ser retirado manualmente o con dispositivos mecnicos adecuados. Dependiendo del espaciamiento libre entre las barras de las rejillas, se puede distinguir entre rejillas para material grueso, que en la tecnologa de aguas negras suele tener un espaciamiento libre de 60 a 100 mm, y rejillas para material fino, cuyo espaciamiento libre generalmente es de 10 a 25 mm. Debido a que las rejillas suelen estar ubicadas en el canal de ingreso, la remocin continua del material atrapado constituye una funcin clave para mantener el funcionamiento interrumpido de la planta. Los materiales atrapados son enterrados o quemados, (Cossio, 2005).

2.9.1.2Desarenadores

Las trampas de arena (desarenadores) son estanques para sedimentar partculas minerales cuyo tamao vara entre 0.2 y 2 mm y que estn presentes en las aguas negras.

La finalidad es separar principalmente aquellos componentes que tienen un efecto negativo en los procesos biolgicos y que podran representar una carga intil en los estanques biolgicos o de digestin. Las sustancias orgnicas presentes en las aguas negras tambin son sedimentadas y removidas; por esto no solamente se obtiene arena de las aguas negras domsticas. Para prevenir la sedimentacin de muchas materias orgnicas se ha desarrollado el mtodo de inyeccin de aire.

Este consiste en inyectar aire unos metros sobre el piso de los estanques para que la accin circular del aire mantenga las sustancias orgnicas y livianas en suspensin. Hay que mantener en mente que la mucha inyeccin de aire puede causar una alta velocidad circular, resultando en la pobre remocin de arena o en la inyeccin de aire que causar mucha remocin de materias orgnicas con la arena. Una indicacin de que se est removiendo excesiva cantidad de sustancias orgnicas es cuando existen malos olores en el desarenador.

2.9.1.3Tanques desgrasadores

Los tanques despumadores o desgrasadores pueden colocarse tambin antes de los tanques de sedimentacin. Los deespumadores eliminan el aceite y la grasa, que tienden a formar nata, tapar las rejillas fijas, obstruir los filtros y reducir la eficiencia del lodo activado. El aire comprimido, aplicado a travs de difusores situados en el fondo del tanque, coagula la grasa y el aceite y hace que suban a la superficie. Se requiere como un 0.1 ft3 de aire por galn. El perodo de detencin vara de 5 a 15 minutos. Unos dos miligramos por litro de cloro aumentan la eficacia de la eliminacin de la grasa. Despus de que las aguas negras llegan al tanque de sedimentacin, se quita el material coagulado, junto con la nata y los slidos asentados, (Cossio, 2005).

2.9.1.4Tanques de aireacin preliminar

La aireacin de las aguas negras antes del tratamiento primario se debe a las siguientes razones:

(a)Obtener mayor remocin de slidos suspendido en los tanques de sedimentacin.

(b)Auxiliar en la remocin de aceite y grasas en las aguas negras.

(c)Refrescar las aguas negras antes de darle ms tratamiento para que se estabilicen la condiciones aerbicas.

Los equipos que se usan para introducir aire a las aguas negras son los mismos o similares a los que se usan en el proceso de lodo activado.

2.9.1.5Cloracin preliminar

La cloracin en esta etapa no tiene nada que ver con la desinfeccin, sino que sus objetivos principales son controlar los malos olores, proteger las estructuras de la planta, auxiliar en la sedimentacin y reduccin o retraso de la demanda bioqumico de oxgeno (DBO5).

La cantidad de cloro a usar depende de cunto tiempo se retrasa la descomposicin de las aguas negras. No es necesario aadir el suficiente cloro para satisfacer la demanda de cloro, sino el suficiente para destruir los malos olores y retardar la descomposicin bacterial.

La descomposicin de las aguas negras puede llegar al punto de producir sulfuro de hidrgeno (H2S) que causar corrosin en metales. Esta se puede contrarrestar con el uso de cloro para destruir el sulfuro de hidrgeno a un mnimo de 1 a 2 mg/L. La cloracin de las aguas negras que produce residuo de 0.2 a 0.5 mg/L despus de 15 minutos de contacto puede causar una reduccin de 15 a 35% de DBO5 en las aguas negras. La cloracin del efluente en la planta a un residuo relativamente alto se practica para retardar o reducir la carga de DBO5 en las aguas receptoras durante perodos en que el caudal es extremadamente bajo, (Cossio, 2005).

2.9.2

Tratamiento primario

El tratamiento primario se disea para remover los slidos orgnicos e inorgnicos por medio del proceso fsico de sedimentacin y flotacin. En este proceso, hay una velocidad entre 0.508 cm/s a 1.016 cm/s para mantener una condicin casi inactiva, y as los slidos ms densos que el agua se sedimentar y los que son menos densos que el agua flotar sobre la superficie. Aproximadamente el 40 a 60 % de slidos en suspensin son removidos de las aguas negras. Los slidos que permanecen en suspensin, as como los slidos disueltos, son tratados bioqumicamente en los procesos subsiguientes, para una separacin fsica y remocin en el tanque de sedimentacin final.

El tamao y el nmero de tanques primarios dependen del caudal estimado de las aguas negras y el diseo del tiempo de la detencin. Generalmente, un tiempo de detencin de 2 a 3 horas ser suficiente tiempo para que la mayora de las partculas se sedimenten. La velocidad con que sedimentan las partculas depende de la carga y frescura de las aguas negras, del peso del slido comparado con el peso especfico del agua, del tamao y la forma del slido y de la temperatura del agua. El agua es ms densa a temperaturas bajas; por lo tanto, aumenta el tiempo de detencin. Cuando aumenta la temperatura del agua, el tiempo de detencin disminuye. Es crtica la distribucin igual de la velocidad en todo el tanque. El tiempo actual de detencin es menor a la mayor velocidad de un rea. Los slidos que no han tenido suficiente tiempo para sedimentarse ser descargados con el efluente.

2.9.2.1Tanque sptico

Tambin llamado fosa sptica, fue uno de los primeros dispositivos de tratamiento de aguas negras. Actualmente, la fosa sptica se usa para tratar las aguas negras de pequeas poblaciones, como residencias individuales, pequeas instituciones y escuelas.

Son diseadas para sostener las aguas negras a baja velocidad bajo condiciones anaerbicos por un tiempo de retencin mnimo de 12 a 24 horas. Durante este tiempo, se logra una alta remocin de los slidos sedimentables. Estos slidos se descomponen en el fondo del tanque. Durante la descomposicin, se producen gases atrapados en los slidos que causan que estos suban a travs de las aguas negras hasta llegar a la superficie, donde quedan como una capa de nata hasta que escape el gas. Luego se sedimentan los slidos de nuevo. Este proceso continuo de flotacin y sedimentacin de los slidos hace que algunos de los slidos se descarguen con el efluente debido a la velocidad baja que existe en los tanques. La disposicin final del efluente ocurre por el mtodo de sub-superficie. La eficacia de este mtodo depende de la capacidad del suelo para absorber el efluente. Estos dispositivos primarios requieren una mnima atencin que consiste en la inspeccin y remocin peridicas (3 a 5 aos) de lodo y capa de nata acumulados en el tanque, (Cossio, 2005).

Figura N 4.Diagrama de un tanque sptico.2.9.2.2Tanque Imhoff

El tanque Imhoff fue desarrollado para corregir dos defectos principales del tanque sptico, que son los siguientes:

(a)Impedir que los slidos sedimentados se vuelvan a mezclar con las aguas negras, pero siempre prever la descomposicin de estos slidos en la misma unidad

(b)Proveer un efluente receptivo a ms tratamiento.

El tanque consiste de dos pisos. La sedimentacin se produce en el compartimiento superior y la digestin de los slidos sedimentados, en el inferior. Los slidos pasan a travs de una apertura situada en la parte inferior de la cmara de sedimentacin al compartimiento inferior para su digestin sin calentamiento. Las espumas se producen en la cmara de sedimentacin. Los gases producidos durante la digestin en el compartimiento inferior escapan a travs del sistema de venteo. El material que se sedimenta se desva para que pueda deslizarse directamente hacia la regin de digestin.

Unos dispositivos de retencin colocadas en la superficie de deslizamiento impiden que el gas de la digestin ascienda y altere el proceso de sedimentacin. Para el diseo de la zona de sedimentacin se adaptar un volumen mnimo de 1500 L, utilizando los siguientes criterios:

(i)Se determinar el rea requerida para el proceso con una carga superficial de 1 m3/m2.h.

(ii)El perodo de retencin nominal ser entre 1 a 1.5 horas y del producto de la carga superficial y el perodo de retencin se obtendr la profundidad.

(iii)El fondo del tanque ser de seccin transversal en forma de V y la pendiente de los lados hacia la arista central ser del 67% al 80%.

(iv)En la arista central se dejar una abertura para el paso de los slido de 0.15 a 0.20 m.

(v)El borde libre ser entre 0.30 a 0.60 m.

(vi)Las estructuras de entrada y salida, as como otros parmetros de diseo, sern los mismos que para las sedimentadores rectangulares convencionales.

Para el diseo del compartimiento de almacenamiento y digestin de lodos (zona de digestin) se considerar un volumen mnimo de 3 000 L, utilizando los siguientes criterios:

(i)El compartimiento ser dimensionado para almacenar lodos durante un perodo de 60 das, al cabo del cual se considera completa la digestin. Para el efecto se determinar la cantidad de slidos en suspensin removida, en forma similar que para un sedimentador primario. El volumen se determinar considerando la destruccin del 50% de slidos voltiles, con una densidad de 1.05 kg/L y un contenido promedio de slidos del 12.5% (al peso).

(ii)Alternativamente se determinar el volumen del compartimiento de lodos considerando un espacio de 60 L por habitante.

(iii)El fondo del compartimiento tendr la forma de un tronco de pirmide, cuyas paredes tendrn una inclinacin de 30o a 45o con respecto a la horizontal.

Para el diseo de la superficie libre entre las paredes del digestor y las del sedimentador (zona de espumas) se aplicar un volumen mnimo de 1 500 L, usando los siguientes criterios:

(i)El espaciamiento libre ser de 0.60 m como mnimo.

(ii)La superficie libre total ser por lo menos 20% y preferiblemente 30% del rea total del compartimiento de digestin.

(iii)Alternativamente se determinar el volumen de la zona de espumas usando una tasa de 30 L por habitante.

Dispositivos para la remocin de lodos digeridos deben ser diseados en forma similar que para sedimentadores primarios, considerando que los lodos son retirados para secado en forma intermitente. Para el efecto, se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

(a)El dimetro mnimo de las tuberas de remocin de lodos sern de 20 cm.

(b)La tubera de remocin de lodos debe estar 15 cm por encima del fondo del tanque.

(c)Para remocin hidrulica del lodo se requiere por lo menos una carga hidrosttica de 1.50 m.

2.9.2.3Tanques de flotacin

El proceso de flotacin se usa en aguas residuales para remover partculas finas en suspensin y de baja densidad, usando el aire como agente de flotacin. Una vez que los slidos han sido elevados a la superficie del lquido, son removidos en una operacin de desnatado. El proceso requiere un mayor grado de mecanizacin que aquel de los tanques convencionales de sedimentacin, por lo cual su uso ser restringido a casos especiales (principalmente para desechos industriales), en los cuales el proyectista haya justificado ante la entidad responsable la seleccin de este sistema, (Cossio, 2005).

2.9.3.

Tratamiento secundario

En las aguas negras medio cargadas los slidos totales se pueden clasificar como de origen orgnico o inorgnico. En trminos del tamao de los slidos, la distribucin es aproximadamente de 30% de slidos suspendida, 5% coloidal y 65% de slidos disueltos. Entonces, el efluente del tratamiento primario contiene principalmente elementos coloidales y slidos disueltos de orgnicos e inorgnicos. Estndares recientes de efluente y estndares de calidad de agua requieren mucha ms remocin de orgnicos de las aguas negras de lo que se puede hacer en el tratamiento primario, esta remocin adicional se puede hacer por medio del tratamiento secundario.

El proceso de tratamiento secundario consiste en un tratamiento biolgico de las aguas negras, utilizando muchos tipos de diferentes microorganismos en un ambiente controlado. En el tratamiento biolgico de las aguas negras, una poblacin mixta de microorganismos utiliza el coloidal y los orgnicos disueltos encontrados en el efluente del tratamiento primario como su principal suministro de alimento. En consumir esos orgnicos, los microorganismos utilizan parte de la sustancia orgnica para obtener la energa necesaria para las actividades de la vida. Cuando la oxidacin de orgnicas ocurre en la presencia de oxgeno disuelto, el producto final incluye dixido de carbono, agua, sulfato, nitrato y fosfato. La parte restante de orgnico consumido es esencial para la reproduccin, que resulta en un aumento de la poblacin de microorganismo.

Entonces, una parte del coloidal y los orgnicos disueltos presentes en las agua negras es transformado en dixido de carbono y otra parte, en masa biolgicamente viable.

Esta reaccin bioqumica est activa en todos los procesos de tratamiento biolgicos. La masa biolgica debe ser posteriormente separada de las aguas negras para asegurar un tratamiento adecuado dentro de los estndares de efluente y calidad de agua. Si esta masa biolgica no es removida de las aguas negras, usualmente por clarificacin final, la calidad del efluente va a ser degradado y se pondr sobre el agua receptora una alta carga de DBO5 y de slidos suspendidos, (Cossio, 2005).

En el proceso de lodo activado, los microorganismos estn dispersos a travs de la fase del agua, mientras que en los filtros percoladores, los microorganismos estn apegados a una superficie fija formando una capa biolgica. En ambos casos, los microorganismos estn haciendo el tratamiento y entonces hay que tomar todos las precauciones necesarias para obtener un ambiente favorable para el ciclo vital.

2.9.3.1Lagunas aerobias

En las lagunas de estabilizacin aerbicas o fotosintticas, el oxgeno es suministrado mediante la fotosntesis de las algas; luego, el oxgeno es utilizado por las bacterias hetertrofas para la oxidacin de la materia orgnica, obtenindose como productos finales, bixido de carbono (CO2), agua (H2O), fosfatos (PO43-), nitratos (NO3-), etc. Luego las algas toman el bixido de carbono, el agua y algunos minerales inorgnicos para efectuar el proceso de fotosntesis, obtenindose, como producto final, el oxgeno disuelto en el agua. Este oxgeno es utilizado nuevamente por las bacterias para comenzar una relacin cclica simbitica entre microorganismos y algas. Durante la noche, el suministro de oxgeno se realiza en la interfase aire-agua de la laguna, producida por el viento, ocasionando una turbulencia, la cual produce una mezcla en el contenido de la laguna.

Las lagunas aerbicas son consideradas como lagunas terciarias y se basan en dos conceptos: profundidad mnima y aireacin (mezcla mecnica). Esta ltima se utiliza cuando existen altas cargas de aguas servidas y cuando el espacio es limitado. Este tipo de lagunas es demasiado costoso. Estas lagunas son usadas para la cra de peces, de algas y para producir especies farmacuticos o alimentos; pero en los pases latinoamericanos son utilizados como tanques de maduracin, despus de un tratamiento biolgico convencional, (Sanez Forero CEPIS/OPS, 1985).

Las lagunas de maduracin se utilizan para reducir el nmero de microorganismos patgenos y producir as un afluente de buena calidad. Las lagunas aerbicas tienen una profundidad mxima de un metro y no producen malos olores; la distancia entre la planta y las urbanizaciones tiene que ser de unos 500 metros, teniendo en cuenta la direccin principal del viento.

2.9.3.2Lagunas anaerobias

Las lagunas anaerbicas son generalmente empleadas como primera unidad de un sistema, en casos donde la disponibilidad de terreno es limitada o para el tratamiento de desechos domsticos con altas concentraciones y desechos industriales, en cuyo caso pueden darse varias unidades anaerbicas en serie.

Los procesos biolgicos efectuados por los microorganismos no necesitan del oxgeno disuelto en el agua, pues la obtienen de la descomposicin de la materia orgnica; se realiza por la putrefaccin que se tiene durante la fermentacin anaerobia. Los procesos biolgicos de fermentacin anaerbica constan de dos fases:

(a)El primer grupo, determinado por bacterias heterotrficas que transforman la materia orgnica en cidos, grasos, aldehdos, alcoholes, etc.

(b)El segundo grupo son bacterias que transforman los productos intermedios generados de la primera fase, produciendo gas metano (CH4), amoniaco (NH3), anhdrido carbnico (CO2) e hidrgeno (H2).

El proceso anaerbico, igual que el aerobio, transforman el carbono, el nitrgeno, el fsforo y otros nutrientes en protoplasma celular. Los productos finales son muy complejos, las reacciones son muy lentas, producen malos olores, las aguas se ponen de color grisceo y de aspecto desagradable, destruyendo la flora y la fauna normal, (Sanez Forero CEPIS/OPS, 1985).

CUADRO N 2.PRINCIPALES PROCESOS DE TRATAMIENTO BIOLGICO

TipoCrecimientoProcesosUso principal

AerobiosSuspendidoLodos asctivados

-Convencional

-Mezcla completa

-Aireacin escalonada

-Estabilizacin y contacto

-Oxgeno puro

-Tasa alta

-Aireacin prologada

-Proceso Krauss

-Zanjn de oxidacin

Lagunas aireadas

Digestin aerobia

Lagunas aerobiasRemocin de DBO y nitrificacin

Remocin de DBO-estabilizacin

Remocin de DBO y nitrificacin

AdheridoFiltros percoladores

-Tasa baja

-Tasa alta

-Torres biolgica

Unidades rotatorias de contacto biolgico

Reactores de lecho fijoRemocin de DBO y nitrificacin

Remocin de DBO y nitrificacin

Remocin de DBO y nitrificacin

AnxicosSuspendido

AdheridoBardenpho

Desnitrificacin

DesnitrificacinRemocin de DBO, N y P

Remocin de nitrgeno

Remocin de nitrgeno

AnaerobiosSuspendidoDigestin anaerobia

Anaerobio de contactoRemocin DBO-estabilizac.

Remocin de DBO

HbridoLagunas aerobias

Manto de lodos flujo

Ascensional (PAMLA) o UASABRemocin DBO-estabilizac.

Remocin de DBO y SS

AdheridoFiltro anaerobioRemocin DBO-estabilizac.

Lecho expandidoRemocin DBO estabiliz.

En este tipo de laguna, los microorganismos patgenos tienen una muerte rpida, sin saber con seguridad por qu ocurre. Normalmente, las lagunas se utilizan como pre-tratamiento (estanques primarios) antes de un estanque facultativo. El estanque anaerbico funciona como sedimentador y digestor, y las aguas que salen ya tiene menos DBO5. La descomposicin anaerbica de la materia orgnica (fango) puede durar mucho tiempo. El DBO5 depende del tiempo de retencin y del clima. Las profundidades pueden oscilar entre 1.2 a 1.5 metros, con temperaturas de ms de 20C, en los tanques todo el ao; normalmente, no hay problemas de lodos flotantes. En las figuras 6 y 7 se presentan los diagramas de tratamiento anaerobios de aguas residuales.

Figura N 5.Diagrama de flujo tpico de tratamientos anaerobios con reactores UASB y lagunas facultativas.

Figura N 6.Diagrama de flujo tpico de tratamientos anaerobios.

Figura N 7.Vista seccional horizontal del bioreactor anaerobio de flujo ascendente (UASB o RAFA).2.9.3.3Lagunas aireadas

Las lagunas airadas son generalmente empleadas como primera unidad de un sistema, en casos cuando la disponibilidad de terreno es limitada o para el tratamiento de desechos domsticos con altas concentraciones y desechos industriales. Estas lagunas son muy empleadas en climas fros. Se distinguen los siguientes tipos de lagunas airadas.

(a)Lagunas aireadas de mezcla completa.-Mantienen la biomasa en suspensin, con una alta densidad de energa instalada (15 W/m3). Son consideradas como un proceso incipiente de lodos activados sin separacin y recirculacin de lodos, y la presencia de algas no es aparente. En este tipo de lagunas la profundidad vara entre 3m y 5 m y el perodo de retencin entre 2 y 7 das. Para estas unidades es recomendable el uso de aireadores de baja velocidad de rotacin. Este es el nico caso de laguna aireada para el cual existe una metodologa de dimensionamiento. El uso de lagunas aireadas en serie no es recomendable.

(b)Lagunas aireadas facultativas.-Mantienen la biomasa en suspensin parcial, con una densidad de energa instalada menor que las anteriores (de 1 a 4 W/m3, recomendable 2 W/m3). Este tipo de laguna presenta signos de acumulacin de lodos, observndose frecuentemente la aparicin de burbujas de gas de gran tamao en la superficie, por efecto de la digestin de lodos en el fondo. En este tipo de lagunas los periodos de retencin varan entre 7 y 20 das (variacin promedio entre 10 y 15 das) y las profundidades son por lo menos 1.5 m.

(c)Laguna facultativa con agitacin mecnica.-Es exclusivamente aplicable a unidades sobrecargadas del tipo facultativo en climas clidos. Tienen una baja densidad de energa instalada (del orden de 0.1 W/m3), que sirve para vencer los efectos adversos de la estratificacin termal, en ausencia del viento. Las condiciones de diseo en estas unidades son las de laguna facultativa. El uso de los aireadores pueden ser intermitentes.

(d)Lagunas de oxidacin aireadas.-Empleadas generalmente en climas con cuatro estaciones. La fuente de oxgeno es principalmente la fotosntesis, y en el invierno es suplementada por aeracin con difusin de aire comprimido en el fondo. Como el diseo se efecta para condiciones de invierno, las cargas de diseo son generalmente bajas (del orden de 50 kg. DBO5/ (ha.d)). Las condiciones de diseo en estas unidades son las de lagunas facultativas, con una profundidad reducida del orden de 1 a 1.5 m.

Los dos primeros tipos de lagunas aeradas antes mencionados, deben ser seguidas de lagunas facultativas diseadas con la finalidad de tratar el efluente de la laguna primaria, asimilando una gran cantidad de slidos en suspensin, (Sanez Forero CEPIS/OPS, 1985).

2.9.3.4Lagunas facultativas

En las lagunas facultativas se presentan tres zonas identificados de actividad biolgica:

1. La capa superior, con bacterias aerobias,

2.La intermedia, con bacterias facultativas y,

3. La zona de fondo, con bacterias anaerobias.

En un estanque facultativo se descargan los desechos crudos, los slidos sedimentables, lo que aumenta el grueso de capa de fango o lodo anaerobio, mientras que en la fermentacin anaerobia se reduce la carga orgnica liberando productos de fermentacin que pasan a la masa lquido, donde son estabilizados por las bacterias anaerobias y facultativas. La mezcla es importante porque proporciona una distribucin uniforme de oxgeno y temperatura en el estanque. Esto garantiza condiciones aerobias hasta en zonas profundas.

El factor ms importante para la buena mezcla es el viento. Por eso hay que evitar obstculos en las cercanas del estanque; la cantidad de oxgeno vara de acuerdo a la profundidad y a la hora del da; durante el da, el oxgeno es proporcionado por algas, por medio de la actividad fotosinttica, y durante la noche, por la aireacin superficial de los vientos. Las profundidades de los estanques facultativos son de 1 a 2 m. Cuando un estanque trabaja bien, el aumento del fango por sedimentacin y disminucin por fermentacin son equilibrados.

Un factor que hay que tomar en cuenta es la permeabilidad del suelo. La prdida por infiltracin tiene que ser menor que el caudal de entrada, para mantener la laguna en funcionamiento. Adems, la infiltracin de aguas contaminadas hacia el acufero puede constituir un peligro para los habitantes que aprovechan estas fuentes de abastecimiento de agua. Hay diferentes mtodos de impermeabilizar el suelo, desde la compactacin hasta la construccin de la superficie artificial impermeable.

Con este tipo de lagunas se logra una eficiencia de 85% a 90%. En el tratamiento de aguas servidas este tipo de lagunas es el ms usado, ya que con ellas se han obtenido buenas experiencias y buenos resultados, (Sanez Forero CEPIS/OPS, 1985).

(a)Disposicin de las lagunas

Los estanques se pueden disponer en paralelo o en serie; una ventaja en el paralelo es que cualquiera de ellas se puede dejar de usar para ser reparada o para extraer lodos, introduciendo las aguas en otro estanque disponible. En los estanques en serie, aun si la reduccin de la DBO5 no es mucho mejor, la reduccin de las bacterias s es bastante mayor.

2.9.3.5. Lodos activados

El proceso de lodos activados fue desarrollado en Inglaterra en 1914 y fue llamado as porque implica la produccin de una masa activada de microorganismos capaces de estabilizar aerbicamente el contenido orgnico de las aguas negras. El proceso de lodos activados es probablemente el ms verstil de los procesos de tratamiento biolgico capaz de producir un efluente con el DBO5 deseado. El proceso tiene una amplia aplicacin entre el tratamiento de las aguas negras domsticas y industriales.

Este proceso se emplea desde un tratamiento primario de sedimentacin donde las aguas negras tienen algunos slidos suspendidos y coloidales. Cuando es agitado en la presencia de aire, los slidos suspendidos forman ncleos sobre los cuales se desarrolla vida biolgica y, gradualmente, creciendo a slidos grandes, conocidos como lodos activados. El lodo activado es una sustancia caf que consiste de materia orgnica obtenida de las aguas negras e inhabitadas de innumerable bacterias y otras formas de vidas biolgicos. Los organismos biolgicos utilizan la materia absorbida como alimento y lo convierten en slidos inertes insolubles y nuevas clulas bacteriales.

Mucho de esta conversin es un proceso o paso a paso. Algunas bacterias descomponen las sustancias originales complejas a compuestos simples como productos de su desecho. Otras bacterias usan los productos de desecho para producir an ms compuestos simples, y el proceso contina hasta que los productos de desecho ya pueden usarse como alimento para las bacterias.

La generacin de lodos activados en las aguas negras es un proceso lento y la cantidad formada de cualquier volumen de aguas negras durante su perodo de tratamiento es pequea e inadecuada para el tratamiento efectivo y rpido de las aguas negras, el cual requiere grandes concentraciones de lodo activado. Tales concentraciones producidas por cada volumen de aguas negras tratados, se pueden re-usar en el tratamiento de flujos de aguas negras subsiguientes. Esto es un proceso acumulativo a fin de que eventualmente ms lodo sea producido y quede disponible para mantener una viable poblacin de organismos biolgicos para tratar los desechos que entran. El lodo activado excesivo es removido permanentemente del proceso de tratamiento y condicionado para disposicin final.

Los lodos activados deben ser mantenidos en suspensin durante su perodo de contacto con las aguas negras y ha de ser tratado con algn mtodo de agitacin. El proceso de lodos activados consiste de los siguientes pasos:

1.Mezclar los lodos activados con las aguas negras a ser tratados.

2.Aireacin y agitacin de esta mezcla para la requerida duracin del tiempo.

3.Separacin de los lodos activados de la mezcla en el proceso de clarificacin final.

4.Regreso de la cantidad apropiada de lodos activados para la mezcla con las aguas negras

5.Disposicin excesiva de lodos activados.

Los microorganismos estabilizan el agua residual, eliminan y absorben parcialmente la materia orgnica que contiene el agua residual, o la convierten en biomasa que puede ser sedimentada, (Sanez Forero CEPIS/OPS, 1985).

2.9.3.6Filtros percoladores

Los filtros percoladores debern disearse de modo que se reduzca al mnimo la utilizacin de equipo mecnico. Para ello se preferirn las opciones de utilizar lechos de piedra, distribucin del efluente primario (tratado en tanques Imhoff) por medio de boquillas, sedimentadores secundarios sin mecanismos de barrido (con tolvas de lodos) y retorno del lodo secundario al tratamiento primario. El tratamiento previo a los filtros percoladores sern cribas, desarenadores y sedimentacin primaria (convencional o con tanques Imhoff).

Los filtros podrn ser de alta o baja carga. En los filtros de baja carga, la dosificacin debe efectuarse por medio de sifones, con un intervalo de dosificaciones de 5 minutos. Para los filtros de alta carga, la dosificacin es continua por efecto de la recirculacin y en caso de usarse sifones, el intervalo de dosificaciones ser inferior a 15 segundos.

Se permitir cualquier medio de contacto que promueva el desarrollo de la mayor cantidad de biopelcula y que permita la libre circulacin del lquido y del aire, sin producirse obstrucciones. El medio de contacto deber tener una superficie externa mnima de 40 m2 por m3 de lecho. Cuando se utilicen piedras pequeas el tamao mnimo ser de 25 mm y el mximo de 75 mm. Para piedras grandes su tamao oscilar entre 10 y 12 cm.

2.9.4

Tratamiento terciario

El tratamiento primario y secundario remueve la mayor parte de DBO5 y de los slidos suspendidos encontrado en las aguas negras. Sin embargo, en un sinfn de casos, este nivel de tratamiento no es suficiente para la proteccin de las aguas receptores o para volver usar las aguas en reciclo industrial y/o domstico. De esta manera, se ha agregado procesos adicionales de tratamiento a las plantas de tratamiento de aguas negras para proveer la remocin ms all de los materia orgnicos y slidos suspendidos o para la remocin de nutrientes y/o materias txicos.

El tratamiento terciario es una de las categoras del tratamiento avanzado y se puede definir como la adicin de otras unidades a la planta de tratamiento como por ejemplo filtros despus del tratamiento secundario convencional, (Sanez Forero CEPIS/OPS,CAPTULO III.

METODOLOGA

3.1Ubicacin geogrfica de la zona de investigacin

La ciudad de Hunuco est ubicada en el Departamento de Hunuco, Provincia y Distrito del mismo nombre, localizado en la parte central del pas. Comprende territorios andino, ceja de selva, selva alta y selva baja. Limita por el Norte con los departamentos de La Libertad, San Martn, Loreto y Ucayali; por el Sur con el departamento de Pasco y por el Oeste con los Departamentos de Ancash y Lima. Segn el Meridiano de Grenwisch la ubicacin exacta es la siguiente:

Parte Septentrional

:8 44 55latitud sur

Parte Meridional

:10 20 21latitud sur

Parte Oriental

:74 39 00longitud oeste

Parte Oeste

:77 30 00longitud oeste

La ciudad de Hunuco tiene una temperatura promedio anual es de 20o a 21o. Existen vientos con direccin Norte-Sur que se hacen persistentes por las tardes, mientras que la humedad relativa es baja y flucta entre 50% a 60 %.

3.2Materiales y Mtodos

3.2.1Materiales de laboratorio para la caracterizacin de las aguas residualesLos reactivos, instrumentos y materiales utilizados en el desarrollo de la investigacin fueron:

2,5 Litros de cido sulfrico concentrado al 95-97 %

2,5 Litros de cido clorhdrico concentrado al 37 %

1 Kg de soda custica

6 Cooler de conservacin de muestras en fro de 24 litros.

6 Tachos cilndricos de 30 litros de capacidad

160 Botellas de color mbar de 1,0 L de capacidad.

2 Paletas de madera para agitacin

160 Corchos para botellas de 1 L.

160 Etiquetas autoadhesivas para tinta indeleble

06 Embudos de plstico

100 Unidades de guantes quirrgico descartables

100 Unidades de mascarillas quirrgicas descartables.

10 Escobillas para lavado e botellas

06 Juegos de guantes de jebe N 9.

06 Linternas medianas.

3.2.2Equipos de Anlisis y Laboratorios

Se utilizaron los equipos del Laboratorio Ambiental Amaznico de la Planta de Tratamiento de Agua Potable de SEDA HUNUCO.

3.2.3 Mtodos

3.2.3.1Factores a considerar para la seleccin del sistema de tratamiento-Calidad de agua residual de entrada y salida.-Disponibilidad del terreno.

-Condiciones climatolgicas.

-Condiciones topogrficas y geotcnicas.

-Eficiencias de remocin requeridas.

-Costos de inversin, operacin y mantenimiento.

-Requerimientos de energa elctrica y compuestos qumicos.

-Necesidad de personal especializado.

-Impacto ambiental.

3.2.3.2Sistemas de tratamientoLos sistemas de tratamiento son conjuntos o combinaciones de procesos y operaciones unitarias que se seleccionan para remover contaminantes contenidos en las aguas residuales, hasta niveles previamente seleccionados, los sistemas de tratamiento incluyen:

(a)Operaciones unitarias del tipo separacin de slidos o lquidos de baja densidad del agua ya sea por accin fsica o por efecto de la gravedad como:

-Cernido o cribado de slidos

-Desarenado a gravedad,

-Sedimentacin y/o flotacin de slidos o grasas.

-Elutriacin o lavado de slidos,

-Filtracin, microfiltracin, ultrafiltracin y nanofiltracin

-Evaporacin y/o secado, etc.(b)Procesos Unitarios son aquellos donde se llevan a cabo reacciones qumicas o biolgicas o una combinacin de estas para remover, precipitar, degradar, diversas sustancias o contaminantes de las aguas residuales para facilitar su reuso

o reciclaje.Parmetros ms tpicos a reducir o remover en procesos de tratamiento del tipo biolgico:-Demanda Bioqumica de Oxgeno, DBO5.

-Demanda Qumica de Oxgeno, DQO.

-Slidos Suspendidos Totales, SST.

-Grasas y Aceites.

-Nutrientes como: Pt y Nt en sus diversas formas.

-Organismos Coliformes Fecales.

-Reduccin de Nitrgeno Amoniacal por nitrificacin, etc.

3.2.3.3Alternativas de tratamiento

Los procesos biolgicos para el tratamiento de aguas residuales se clasifican en los siguientes:

Procesos aerobios

Funcionan mediante el desarrollo de cultivos biolgicos, para remover diversos contaminantes, en presencia de oxigeno disuelto, ejemplos de estos son los procesos de lodos activados, lagunas aerobias y aireadas, digestores, etc.

Procesos anaerobios

Son procesos que funcionan con el oxigeno qumico presente en diversos compuestos de las aguas residuales y se caracterizan porque producen o emiten gases como el metano y bixido de carbono as como algunos gases olorosos, lo cual se observa en procesos como: Rafas, filtros anaerobios, digestores, lagunas anaerobias, etc.

Procesos facultativos

Estos son una combinacin de los anteriores e incluyen procesos como son las lagunas facultativas, lodos activados con empaque fijo o mvil, biodiscos, biofiltros, etc.

3.2.3.4Arreglo funcional en los sistemas de tratamiento

-Pretratamiento, tratamiento preliminar o previo.

-Tratamiento primario o fsico.

-Tratamiento secundario o biolgico.

-Tratamiento terciario, avanzado o fisicoqumico.

-Tratamiento de lodos.

3.2.3.4.1Pretratamiento

El Pretratamiento es la primera etapa bsica necesaria en todos los procesos de tratamiento de aguas residuales.

Objetivo: Por accin fsica, fisicoqumica y de la gravedad, remover slidos grandes (por cribado); gravas y/o arena (por desarenado); grasas o natas y slidos (flotacin), materiales que en conjunto causan daos, obstruccin y/o desgaste de diversos equipos tuberas, vlvulas bombas, mezcladores, etc., y otros equipos de proceso. En los casos que lo ameriten, se incluye la neutralizacin qumica del agua, la que se ubica al inicio del pretratamiento.

El Pretratamiento incluye, en orden de instalacin:

Neutralizacin qumica (opcional).

Cribado, manual o automatizado:

Grueso (3.8 -10 cm de abertura entre barras).

Medio (1.27 -3.8 cm.).

Fino (0.5 a 3 mm de abertura de paso).

Desmenuzado automtico (poco frecuente).

Desarenado-desengrasado, manual o automatizado.

Regulacin-igualacin.

Figura N 8.Estructura del pretratamiento.

(a)

(b)

(c)

Figura N 9.Rejillas de retencin de materia flotante (basura).

CUADRO N 3.PARMETROS DE DISEO DE REJILLAS DE CRIBADO PARA EL PRETRATAMIENTO

CONCEPTOTipo de Rejilla

Limpieza manualLimpieza mecnica

Espesor de la barra o barrotes (cm)0,6 1,60,6 1,6

Espaciamiento entre barras o barrotes (cm)2,5 5,11,6 7,6

Pendiente en relacin a la horizontal (*)30 600 30

Velocidad de llegada del agua (cm/seg)30 6060 90

Prdida permisible de carga en las rejillas (cm)1515

Profundidad til de canal (cm)3030

FIGURA N 10.Diferentes tipos de barrotes en rejillas.

SHAPE \* MERGEFORMAT

FIGURA N 11.Cribas y microcribas.

FIGURA N 12.Cribas finas tipo tamizDesarenadores

El objetivo de esta operacin es eliminar todas aquellas partculas de granulometra superior a 200 micras, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasin, y para evitar sobrecargas en las fases de tratamiento siguiente.

3.2.3.4.2Tratamiento primarioEI objetivo del tratamiento sedimentacin primaria es la reduccin del contenido de slidos en suspensin (40 al 75%); de la materia orgnica suspendida (20 al 40%) representada como DBO5, as como del 30 al

60% de los organismos coliformes fecales y de huevos de helminto de las aguas residuales sujetas a tratamiento.

La clarificacin o sedimentacin primaria puede llevarse a cabo en forma esttica o mecnica, mediante tanques circulares, rectangulares, cuadrados y con la inclusin de mdulos plsticos (lamelas).

3.2.3.4.3Parmetros de diseo para sedimentadores primarios

Caudal o flujo.

Concentracin de slidos suspendidos.

Carga hidrulica media (20 a 45 m3/m2-da)

Tiempo de retencin (1 a 2.5 hr.)

Velocidad de sedimentacin (dimetro de las partculas, gravedad especfica).

Carga sobre el vertedor, (m3/ m da)

Eficiencia de remocin:

20 40% DBO

40 70% SST3.2.3.4.4Tratamiento de sedimentacin primaria

Los tanques de sedimentacin primaria incluyen:

-Conductos de alimentacin del influente.

-Mampara de distribucin y disipacin de energa.

-Zona de sedimentacin y de recoleccin y arrastre de lodos, fosa de lodos primarios.

-Mampara y vertedores de salida y canales de efluente.

-Trampa y sistema de recoleccin de natas.

-Ductos de salida y conduccin de lodos espesados hacia el sitio de tratamiento.3.2.3.4.5Esquemas de unidades de tratamiento primario con tanques Imhoff

Tanques IimhoffEn estas unidades se remueve del 25 al 40% de la DBO5 y del 40 al 80% de los slidos suspendidos totales; del 30 al 70% de los organismos coliformes fecales y de huevos de helminto de las aguas residuales.

Los tanques Imhoff incluyenObras de entrada y salida, tanque de sedimentacin y tanque de digestin de lodos primarios y accesorios para la extraccin y conduccin de lodos digeridos hacia el sitio o unidad de deshidratacin.

Otras caractersticas:

La zona de sedimentacin tiene un tiempo de retencin de 1 a 2.5 hrs., y la zona de digestin de lodos de 6 a 12 meses.

FIGURA N 13.Tanque Imhoff y lechos de secado.

FIGURA N 14.Vistas de cortes de tanque Imhoff (a) y (b).

3.2.3.4.6Tratamientos fisicoqumicos

Son operaciones unitarias donde se presentan cambios en la composicin original del agua. Dentro de esta clasificacin se tienen:Precipitacin qumica, desinfeccin, absorcin, adsorcin, tratamiento por membrana, filtracin, electrodilisis, remocin de fsforo y nitrgeno, intercambio inico, destilacin y oxidacin avanzada.

FIGURA N 15.Sistema de tanques de tratamientos fisiqumicos.

3.2.3.4.7Tratamiento Biolgico Secundario (Procesos de tratamiento)-Tratamientos biolgicos secundarios aerobios:En estos se lleva a cabo la conversin, mediante microorganismos presentes en las aguas residuales, de la materia orgnica carbonacea a dixido de carbono y agua as como nuevos microorganismos en condiciones aerobias, que significa la presencia de oxgeno disuelto (OD) en el agua del proceso. Se caracterizan por no generar malos olores ni gas metano.

-Tratamientos biolgicos secundarios anaerobios:En estos se lleva a cabo la conversin, mediante microorganismos presentes en las aguas residuales, de la materia orgnica carbonacea a dixido de carbono, agua amonio, metano y otros gases olorosos as como nuevos microorganismos en condiciones anaerobias, que significa la no presencia de oxgeno disuelto (OD) en el agua del proceso. Se caracterizan por generar malos olores, gas metano y sulfhdrico, entre otros.

-Tratamientos biolgicos secundarios facultativos o combinados:Estos es una combinacin de los anteriores, lo cuales pueden llegar a no producir malos olores como es el caso de las lagunas facultativas o nuevas modificaciones a procesos aerobios.

FIGURA N 16.Esquema del flujo de energa en los procesos biolgicos de tratamiento de aguas residuales.

Objetivos del tratamiento biolgico Secundario:

-Remover la materia orgnica, representada por la DBO5, presente en las aguas residuales y que no es posible de remover por tratamientos fsicos o fisicoqumicos convencionales, con lo cual es posible alcanzar eficiencias de remocin que varan del 75 al 98%.

-Remover los slidos suspendidos totales (SST) en el mismo rango de eficiencia que la DBO5.

-Remover microorganismos patgenos y parsitos (>99%) de tal forma que los efluentes producidos sean factibles de reusar en diversos fines. En algunos procesos la remocin de coliformes se complementa con la desinfeccin.

-Remover o reducir el contenido de nutrientes como fsforo y nitrgeno del efluente producido.

-Alcanzar la estabilizacin (digestin) de los slidos voltiles de las aguas residuales as como de los producidos en el tratamiento de las aguas residuales, para su seguro reuso o disposicin final.

-Aprovechamiento de los subproductos como biogas para la produccin de energa.Los tratamientos biolgicos secundarios se pueden formar por combinacin o arreglos de:

-Operaciones unitarias de separacin: cribado, desarenado, desengrasado, sedimentacin a gravedad o por flotacin, filtrado, entre otras.

-Con procesos unitarios como: procesos aerobios (lodos activados, reactores secuenciales, lagunas aerobias, digestores). procesos anaerobios (rafas, filtros anaerobios, lagunas anaerobias, digestores). procesos facultativos (filtros biolgicos, biodiscos, lagunas facultativas, lodos activados con empaque fijo o mvil, etc.).

3.2.3.4.8Tratamiento secundario a base de procesos anaerobiosProcesos anaerobios

FIGURA N 17.Procesos Rafa o UASB (Upflow Anarobic Sludge Blanket).

FIGURA N 18.Ejemplos de esquemas de sistemas anaerbicos:

3.2.3.4.9Tratamiento con reactores anaerobios de manto de lodos a flujo ascendente rafa reactores de manto de lodos a flujo ascendente:En stas unidades se remueve del 40 al 80% de la DBO5 y con las mismas eficiencias los slidos suspendidos totales; del 30 al 70% de los organismos coliformes fecales y de huevos de helminto de las aguas residuales.

Partes que incluyen:Obras de entrada y salida, zona de sedimentacin y zona de manto de lodos, sistema de drenaje para la extraccin y conduccin de lodos hacia el sitio o unidad de deshidratacin.

Otras caractersticas:El reactor tiene un tiempo de retencin de 6 a 24 hrs. y el manto de lodos de 1 a 3 m de espesor. Los tanques presentan profundidades que varan de 5 a 8 m y el tanque tiene forma cbica rectangular o cilndrica.

FIGURA N 19.Detalles de un reactor anaerobio de flujo ascendente o RAFA.

Figura n 20.Vista de reactor anaerobio de flujo ascendente o RAFA

3.2.3.4.10Tratamientos secundarios a base de procesos de lodos activados y biofiltros*Procesos biolgicos secundarios aerobios.

Medio suspendido

-Lodos activados y sus variantes:

-Lodos activados convencionales

-Aireacin extendida y zanjas de oxidacin.

-Mezcla completa

-Aireacin por etapas

-Aireacin con oxgeno puro

-Lagunas Aireadas.

-Zanjas de oxidacin y reactores secuenciales.

Medio fijo

-Discos biolgicos o biodiscos

-

Filtros biolgicos o biofiltros

Medio combinado

-Lodos activados con medio plstico

-

Duales*Tratamiento de lodos activados convencional

-Espesamiento

De gravedad

Mecnico

-Digestin

Aerobia

Anaerobia

-Deshidratacin

Espesadores

Filtros prensa

Filtros banda

Centrifugados

Tornillos

Incineracin

-Encalado3.2.3.4.11Proceso de lodos activados del tipo rea ExtendidaEs una variante de lodos activados convencional, el tiempo de retencin hidrulica es de 18 a 36 horas. En este proceso se produce lodo parcialmente digerido.3.2.3.4.12Tratamiento de aguas residuales media