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Informe Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

Tania Fernanda Rodríguez Vayolet Viñas Fontalvo

Laboratorio de Procesos II Prof. Jesús Manuel Mendoza

Universidad Industrial de Santander Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas Escuela de Ingeniería Química Bucaramanga 2020

1. PTAR: Planta de tratamiento de aguas residuales. El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes presentes en el agua efluente del uso humano. 1.1 Tipos de procesos o tratamientos: • Tratamiento Físico: Tamizado – Remoción de gas – Remoción de arena – Precipitación con o sin ayuda de coagulantes o floculantes – Separación y filtración de solidos • Tratamiento Biológico: Lechos oxidantes o sistemas ecológicos – postprecipitación – liberación al medio de efluentes, con o sin desinfección según las normas de cada jurisdicción – La biodigestión aerobia, anaeróbica y los humedales artificiales utilizan la materia orgánica biodegradable de las aguas residuales, como nutrientes de una población bacteriana, a la cual se le proporcionan condiciones artificiales para su crecimiento, de esta manera se remueve la materia contaminante • Tratamiento Químico: Aplicación de productos químicos para la eliminación o conversión de los contaminantes – precipitación, adsorción y desinfección. 1.2 Funcionamiento de una planta de tratamiento de agua residuales PTAR: Las aguas Residuales son recolectadas a través del alcantarillado sanitario y conducidas hasta la planta, pasando por diversos procesos tratamiento antes de ser descargadas en el lago o rio. Eventualmente, el agua tratada podría llegar a ser reutilizada con fines agrícolas. Para explicar de manera clara se dividirá todo el proceso que ocurre en la PTAR en 5 etapas que corresponden a procesos generales en la plata con el fin de dar una ruta más clara del proceso y dar orden a los procesos internos en cada una de ellas, por cada etapa se realizara una lista de los equipos y sus funciones contenidos en esta.

Etapa A Etapa B Etapa C

Etapa D

Etapa E

Tratamiento Preliminar

Retiro de basura, arena y grasas Reduce la contaminación por heces y materia Tratamiento Primario orgánica que puede asentarse (sedimentarse) Reduce la contaminación por materia orgánica Tratamiento Secundario suspendida y disuelta, también la contaminación de bacterias o virus resultando agua tratada Esta etapa ocurre de manera paralela a la secundaria y la de lodos es aquí donde los gases Tratamiento de Gases provenientes del reactor anaerobio son procesados para la producción de energía eléctrica Esta etapa simultanea a la D y E refiere a la línea Tratamiento de Residuos y lodos de lodos, la cual contiene todos los procesos para obtener lodo deshidratado y estabilizado

Tabla. 1 etapas generales en el proceso de una PTAR Fuente: Autor a partir de (Sistemas de plantas de tratamiento de aguas residuales en colombia, 2013)

A continuación, se presentará el mapa del recorrido virtual de la PTR señalando las posiciones de cada equipo y a que etapa de tratamiento pertenecen.

ETAPA A: TRATAMIENTO PRELIMINAR 1

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Canal de Rejillas Es la primera etapa, se lleva a cabo la eliminación de solidos gruesos y sedimentables por retención. Corresponde a uno de los sistemas más comunes, empleando un sistema de rejas. Recolector de En este quipo se realiza la recolección de sólidos gruesos y flotantes orgánicos e Residuos inorgánicos que han sido retenidos por el canal de rejillas. Tanque de En esta etapa de pretratamiento se regula el caudal de agua con el fin de mantener ecualización de las condiciones de flujo que ingresa a la PTAR, esto ayuda a que no se den caudal situaciones de saturación o inundación Desarenador Se lleva a cabo de manera continua la eliminación de sólidos en suspensión Desengrasador superiores a 0,2mm para evitar que se sedimenten en conductos y proteger equipos como bombas. Pueden operar en forma conjunta Lavador de Las partículas sedimentadas en cada desarenador se extraen mediante un Arenas dispositivo air-lift y se dirigen a un equipo transportador/lavador de arena tipo tornillo. ETAPA B: TRATAMIENTO PRIMARIO Flotación Este proceso consiste en la formación de diminutas burbujas de aire en el medio líquido. En esta operación ocurre la eliminación de sólidos en suspensión. Tanques de Estos 3 tanques (NaOH, FeCl3, PAC) contienen los insumos químicos para el insumos tratamiento del agua. En este orden estos compuestos tienen los siguientes efectos regular el pH, garantizar la formación de floc y acelerar el proceso de coagulación/floculación. Homogeneizador Ocurre la neutralización de cargas eléctricas, dando lugar a la disminución de - Coagulación repulsiones entre partículas y la formación de precipitados para su posterior precipitación por sedimentación o filtración. Floculación Se adicionan al agua sustancias químicas llamadas floculantes, las cuales, por medio de un proceso químico, ayudan a la aglomeración de partículas pequeñas, las cuales dan paso a los flóculos los cuales se precipitan para luego ser retirados Filtración Aquí se trata el agua pasándola a través de lechos de materiales granulares que retiran y retiene los contaminantes. Los sistemas convencionales directos, lentos de arena y de tierra hacen todo un buen trabajo al eliminar la mayoría de protozoos, bacterias y virus. ETAPA C: TRATAMIENTO SECUNDARIO Reactor El tratamiento biológico de las aguas residuales, implica el uso de Anaerobio macroorganismos encargados de descomponer la materia orgánica del agua en compuestos de menor poder contamínate. Sedimentador Se da la eliminación de la materia orgánica presente en el agua, se pasa a un Secundario sedimentador el cual favorece la precipitación por gravedad de los sólidos. Cloración Para desinfección y potabilización del agua, se requiere la adición de compuestos clorados. Salida de agua Punto final del proceso donde el agua tratada sale a condiciones de normatividad para distribución domestica o vertimiento a efluentes hídricos ETAPA D: TRATAMIENTO DE GASES Tanque de El biogás que se produce de los procesos biológico anaerobios, es recogido y Metano almacenado en un deposito especial conocido como gasómetro, donde bajo condiciones controladas puede ser quemado o utilizado para generar energia

16 Tea o Quemador de gases 17

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Sistema diseñado para quemar los gases que se producen en la digestión. Actúa como un sistema de protección para quemar el exceso de bogas cuando el tanque de metano se encuentre completamente lleno Unidad de En esta unidad se lleva a cabo la limpieza o purificación del biogás para su purificación del aprovechamiento, se eliminan gases indeseados como CO2 y H2S entre otros, los metano cuales pueden generar corrosión en la unidad de cogeneración energética Motor generador Este equipo lleva a cabo la generación de energía eléctrica, la cual se aprovecha para abastecer la planta. Acá se aprovecha el metano generado en el proceso de digestión para emplearlo como combustible al motor. Transformador y La red de distribución eléctrica, es la parte del sistema de suministro eléctrico líneas de cuya función es suministrar energía desde la estación de distribución. Los distribución transformadores son usados para producir tensión trifásica en redes de distribución eléctrica eléctrica principalmente en áreas metropolitanas y para aplicaciones industriales. ETAPA E: TRATAMIENTO DE RESIDUOS Y LODOS Espesamiento Dentro de la línea de tratamiento de lodos, aquellos lodos producto de la operación de coagulación y floculación, son llevados a espaciamiento cuya función es la reducción del volumen aproximadamente en un 30-80% Digestión Se realiza la digestión de los mismo para la producción de biogás y biofertilizantes. Los lodos ingresan al digestor en cuyo interior hay 3 tipos de bacterias: acidogénicas acetogénicas y metanogénicas. Deshidratación Se realiza la remoción del agua remanente en los lodos salientes de la digestión o de lodos los estabilizados con filtros. Estos lodos contienen una concentración reducida de materia orgánica y agentes patógenos vivos. Almacenamiento Lugar donde el lodo estabilizado y deshidratado es almacenado. Sobre este se de lodo seco realizan pruebas de laboratorio para determinar la carga de contaminante que poseen con el animo de distribuirlos entre granjas y cultivos.

Tabla 2. Descripción de tratamientos y equipos dentro de las 5 etapas generales. Fuente: Autor a partir de (Virtual Plant, 2018)

Figure 1. Mapa de una PTAR con sus equipos y diferenciando las etapas de tratamiento Fuente :Modificado de (Virtual Plant, 2018)

2. Diagrama de proceso

Figure 2. Diagrama de proceso para el tratamiento de aguas residuales en Colombia. Fuente :Autor a partir de (Virtual Plant, 2018)

3. Productos y subproductos que se producen en cada etapa de tratamiento en la PTAR

ENTRADA 4.

PROCESO

Aguas residuales provenientes del proceso de la planta

REJILLAS

Solidos gruesos

DESARENADORES

Arena y solidos

Hidróxido de sodio

FLOTACION

Solidos suspendidos grasas y /o aceites

Cloruro de hierro

HOMOGENEIZADOR COAGULACION

POLICLORURO DE ALUMINIO

SALIDA

SEDIMENTADOR PRIMARIO

REACTOR ANAEROBIO

Gas carbónico y Gas metano

TANQUE DE METANO

Excedente de Biogás

UNIDAD DE PURIFICACION DE METANO

Gases Indeseados

MOTOR GENERADOR CLORACION

Energía eléctrica

Salida de agua tratada

Figure 3. Diagrama de entrada proceso y salida de una PTAR. Fuente :Autor a partir de (Virtual Plant, 2018)

4. Aprovechamiento de subproductos de la PTAR El principal fin del tratamiento de aguas residuales es la remoción de los contaminantes presentes en el agua para potabilizarla y hacerla apta para otros usos; sin embargo, uno de los principales problemas que trae consigo este proceso es la formación de lodos difíciles de tratar y que generan sobrecostos si no se les da un manejo y disposición apropiado. De esta manera, dependiendo de las características físicas, químicas y microbiológicas de los lodos, se someten a diversos tratamientos y tienen disposiciones distintas; normalmente según su carga contaminante se destinan a granjas de cultivo como fertilizantes orgánicos, también denominados biosólidos o a rellenos sanitarios. Es importante destacar que la disposición de estos subproductos para la agricultura y el mejoramiento de las propiedades del suelo ha demostrado ser efectiva, debido a que contrarresta efectos nocivos de la salinidad, induciendo la correcta mineralización de los nutrientes de los biosólidos disponibles para los cultivos; además, estas prácticas contribuyen a reducir y mitigar el impacto ambiental que ocasiona la disposición inadecuada de estos residuos como la incineración (J.P. Vasquez & Martinez., 2018). Por otro lado, las tecnologías avanzadas sugieren la disposición de lodos no aprovechables mediante gasificación y pirolisis (Praspaliauskas & Pedišius, 2017) . Además, nuevas investigaciones sugieren el uso de los lodos primarios subproducto del tratamiento como coadyuvante de la desnitrificación heterotrófica de aguas residuales de nitrito de alta resistencia, mostrando un gran potencial para acoplar la desnitrificación con anammox y reducir los residuos de amonio (Cao et al., 2020). También, se ha estudiado la posibilidad de utilizar los lodos secos como reemplazo parcial de la arena en el concreto (Mathye et al., 2020); todas estas formas de

aprovechamiento están encaminadas a la búsqueda de un proceso más sostenible en los ámbitos ambiental y económico. 5. Legislación vigente en Colombia La legislagión vigente para el tratamiento de aguas residuales en Colombia es la resolución No. 0330 de 2017, “Por la cual se adopta el Reglamento Técnico para el Sector Agua Potable y Saneamiento Básico – RAS” (Ministerio de Vivienda, 2017); en éste se especifican los parámetros de diseño y alcances los métodos de tratamiento de las aguas. Por otro lado, en la Resolución No. 0631 de 2015 se establecen los parámetros y valores límites máximos permitidos en los vertimientos a cuerpos de aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado público (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2015). A continuación, se presentan algunos valores máximos permisibles según los parámetros de temperatura e ingredientes activos de plaguicidas y tóxicos en vertimientos de aguas residuales domésticas (ARD) y no domésticas (ARnD): Tabla 1. Algunos valores máximos permisibles según parámetros importantes en el vertimiento de aguas. Parámetro

Valor máximo permisible

Temperatura Ingredientes activos de plaguicidas categoría toxicológica IA y catalogados como extremada o altamente peligrosas Ingredientes activos de plaguicidas de la categoría toxicológica IB Ingredientes activos de plaguicidas categoría toxicológica II exceptuando los compuestos organoclorados Compuestos Organoclorados

40 °C 0,001 mg/L

0,05 mg/L 0,10 mg/L

0,05 mg/L

Respecto a los parámetros fisicoquímicos, en la resolución también se establecen valores máximos permisibles para el vertimiento según el tipo de agua residual:

Figure 1. Parámetros fisicoquímicos y sus valores máximos permisibles en los vertimientos puntuales de ARD, de las actividades industriales, comerciales o de servicios. Fuente: (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2015).

Figure 2. Parámetros fisicoquímicos y sus valores máximos permisibles en los vertimientos puntuales de las ARD y ARnD de los prestadores del servicio público del alcantarillado a cuerpos de agua superficiales. Fuente: (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2015).

De la misma manera como se construyen las tablas anteriores, en la legislación también se estipulan los parámetros fisicoquímicos que deben ser monitoreados y sus respectivos valores límites para vertimientos de aguas residuales en otro tipo de actividades productivas en el capítulo V. A continuación, se listan algunas de ellas según el artículo y capítulo que a ellas se refiere: Tabla 2. Contenido de parámetros fisicoquímicos y valores máximos permisibles en la resolución en vigencia sobre el tratamiento de aguas residuales. ACTIVIDAD PRODUCTIVA Agroindustria y Ganadería Minería Hidrocarburos Elaboración de Productos alimenticios y bebidas Fabricación y manufactura de bienes Servicios y otras actividades Actividades industriales, comerciales o de servicios no contempladas en los capítulos V y VI ARnD al Alcantarillado público

Capítulo-Artículo V-9 V-10 V-11 V-12 V-13 VI-14 VII-15 VIII-16

Bibliografía Cao, S., Rui, D., & Zhou, Y. (2020). development of a denitrification system using primary sludge as solid carbon source-potential to couple with anammox process. Science of the Total Enviroment, 737(140315), 1–7. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140315 L.M Lizarazo & M.L Orjuela (2013) Sistemas de plantas de tratamiento de aguas residuales en colombia. Universidad Nacional de Colombia J.P. Vasquez, and, & Martinez., G. V. (2018). Aprovechamiento de lodos provenientes de la planta de tratamiento de aguas residuales del municipio de Funza, como insumo de cultivo y mejoramiento del suelo. Departamento de Ingeniería Civil, 90. Mathye, R. P., Ikotun, B. D., & Fanourakis, G. C. (2020). The effect of dry wastewater sludge as sand replacement on concrete strengths. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.05.493 Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. (2015). D1-Res_631_Marz_2015.Pdf (p. 62). Ministerio de Vivienda, C. y T. C. (2017). 0330 - 2017.Pdf (p. 77). http://www.minvivienda.gov.co/ResolucionesAgua/0330 - 2017.pdf Praspaliauskas, M., & Pedišius, N. (2017). A review of sludge characteristics in Lithuania’s wastewater treatment plants and perspectives of its usage in thermal processes. In Renewable and Sustainable Energy Reviews. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.041 Virtual Plant. (2018). Recorrido Virtual Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. Revista Virtual Pro.