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Tratamientos de Aguas Residuales El proceso de autodepuración es inherente a los cuerpos de agua, ocurre gracias a la presencia de diversos microorganismos como bacterias y algas, que descomponen los desechos, metabolizándolos y transformándolos en sustancias simples tales como dióxido de carbono, nitrógeno, entre otros, además de ciertos microórganismos que absorben algunas sustancias inorgánicas.

Es por esto que, al arrojar sustancias extrañas a los cuerpos de agua, si estas se encuentran dentro de ciertas concentraciones límites, se inicia el proceso de autodepuración, este proceso se aplica a sustancias orgánicas como detergentes, fenoles, ciertas sustancias inorgánicas, entre otros. De lo contrario, si son vertidos que pasan las concentraciones límites para que el cuerpo de agua inicie el proceso de autodepuración natural, es necesario un tratamiento.

El diseño eficiente y económico de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere de un cuidadoso estudio basado en aspectos, tales como:

el caudal (m3/seg),

el uso final del producto final (agua tratada),

el área disponible para la instalación

la viabilidad económica

características meteorológicas (clima, precipitación).

En tal sentido, teniendo en mente que la solución tecnológica más adecuada es aquella que optimiza la eficiencia técnica en la forma más simple y menos costosa, la tecnología debe hacer uso de los recursos humanos y materiales disponibles en el país.

Asimismo, cabe señalar que la selección de los procesos y/o el tipo de planta serán diferentes dependiendo de cada caso específico.

Tipos de Tratamiento para aguas residuales se puede dividirse en las siguientes etapas:

Pretratamiento Tratamiento primario Tratamiento Secundario

Tratamiento terciario

Pre Tratamiento: Busca acondicionar el agua residual para facilitar los tratamientos propiamente dichos, y preservar la instalación de erosiones y taponamientos • Esta etapa no afecta a la materia orgánica contenida en el agua residual. Se pretende la eliminación de materias gruesas, cuerpos gruesos y arenosos cuya presencia en el efluente perturbaría el tratamiento total y el funcionamiento eficiente de las maquinas, equipos e instalaciones de La estación depuradora.

Pretratamiento Desmenuzadores Desaceitado y desengrasador (Tanques de preareación )

Desarenador Tamizado, cribas

i. Desmenuzadores son dispositivos que sirven para romper o cortar los sólidos hasta un tamaño tal que permita que sean reintegrados a las aguas negras sin peligro de obstruir las bombas o las tuberías, o afectar los sistemas de tratamientos posteriores.

Pueden disponerse aparte para triturar los sólidos que separan las cribas, o pueden ser combinaciones de cribas y cortadoras que se instalen dentro del canal por donde fluyen las aguas negras.

i.

Desmenuzadores En algunas plantas de tratamiento justo después de las rejillas se instala un triturador mecánico llamado desmenuzador consiste en un tambor ranurado giratorio con una hoja cortadora móvil, dispuesto en el canal de llegada de las aguas residuales. El triturador despedaza y troncha sólidos y harapos que pasan a través de las rejillas. Más tarde el material despedazado se remueve del agua residual por sedimentación o flotación.

Figura 7.3. Triturador típico (Worthington Pump Division, Dresser Industries, Inc.)

i.

Desmenuzadores ( Triturador)

Desmenuzador con impulsión de agua Los desmenuzadores con bombeo trituran los sólidos a la vez que impulsan las aguas residuales. Su capacidad de impulsión no es elevada, instalándose muchas veces, en la tubería y en serie, un elemento triturador seguido de la bomba impulsora.

ii Cribas, El cribado es la primera operación que se debe considerar en una planta de tratamiento de aguas. Su objetivo es interceptar los cuerpos gruesos antes de que dañen o vuelvan más lentos los procesos depurativos. La captación de los cuerpos se realiza a través de cribas o rejillas metálicas con tamices que van de 4-6 cm, para el cribado grueso, y de 0.2 a 0.5 cm para el cribado fino. La limpieza de las cribas puede ser manual en el caso de plantas pequeñas o bien mecánica.

Independientemente de su tamaño, todas las bombas, pueden obstruirse con trapos y otros materiales normalmente presentes en el agua residual. Para evitar este problema, en la mayoría de los cárcamos, se instalan dispositivos , los más comunes son las rejillas y desmenuzadores. clasifica según la separación entre los barrotes de la reja en: • Desbaste fino: con separación libre entre barrotes de 10-25 mm. • Desbaste grueso: con separación libre entre barrotes de 50-100 mm.

Normalmente: • las rejillas son de limpieza automática, • las rejillas de limpieza manual.

Tamizado Consiste en una filtración sobre soporte delgado, y sus objetivos son los mismos que se pretenden con el desbaste, es decir, la eliminación de materia que por su tamaño pueda interferir en los tratamientos posteriores. Según las dimensiones de los orificios de paso del tamiz, se distingue entre: • Macrotamizado: con paso superior a 0,2 mm.. Se utilizan para retener materias en suspensión, flotantes o semiflotantes, residuos vegetales o animales, ramas,... de tamaño entre 0,2 y varios milímetros. • Microtamizado: inferior a 100 micras. Se usa para eliminar materias en suspensión muy pequeñas contenidas en el agua de abastecimiento (Plancton) o en aguas residuales pretratadas

El tamiz rotativo.

APLICACIONES - Desbaste fino en el pretratamiento. - Tratamiento primario en sustitución del decantador primario.

APLICACIONES - - Industria conservera de pescado. - Industria azucarera. - Industria vinícola. - Industria cervecera. - Industria conservera de vegetales. - Industria química en general. - Industria agropecuaria. - Industria papelera. - Industria textil. - Industria minera. - Túneles de lavado. - Túneles de pintura.

iii. Desarenador

El objetivo de esta operación es eliminar todas aquellas partículas de granulometría 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 abrasión, y para evitar sobrecargas en las fases de tratamiento siguiente.

iv. Desaceitado y desengrasador • Sistema que tiene por finalidad la eliminación de grasas, aceites, espumas y materias flotantes más ligeras que él.

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Las grasas crean muchos problemas en la técnica de la depuración de aguas residuales, especialmente en las rejas de finos donde causan obstrucciones que aumentan los gastos de conservación, en los decantadotes donde forman una capa superficial que dificulta la sedimentación al atraer hacia la superficie pequeñas partículas de materia orgánica, en la depuración por fangos activos en la que empeora la correcta aireación disminuyendo el coeficiente de transferencia al 55-70% al subir las grasas de 0 a 70 mg/l y participan en la producción de bulking, perturban el proceso de digestión de lodos, la D.Q.O. se incrementa en un 20 a un 30% por las grasas contenidas en los vertidos.

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El sistema más comúnmente utilizado para la eliminación de grasas se lleva a cabo por insuflación de aire para desemulsionar las grasas permitiendo su ascenso a la superficie y su retirada. La velocidad ascensional de las burbujas de grasa puede estimarse entre 3 y 4 mm/s. Las grasas en superficie se retiran mediante rasquetas superficiales.

Ventajas: - Las velocidades de sedimentación de las arenas y de flotación de las partículas de grasa no se modifican prácticamente por realizar el desarenado y la desemulsión de grasas en el mismo depósito lo cual es lógico si se considera la diferencia de densidades entre las partículas de arena y grasa. - El aire comprimido añadido para la desemulsión ayuda a impedir la sedimentación de las partículas de fango, poco densas por lo que la arena depositada en el fondo del desarenador es más limpia. - Las partículas de arena, al sedimentar, deceleran las velocidades ascensionales de las partículas de grasa. Disponen así éstas de más tiempo para ponerse en contacto entre sí durante su recorrido hacia la superficie, aumentándose el rendimiento de la flotación de grasas.

Los tratamientos primarios son aquellos que eliminan la materia decantable orgánica e inorgánica, y eliminan la materia flotante y las espumas.

Tratamiento Primario 1. Flotación( también es primario) Proceso mixto (decantación- flotación)

2.Filtración (se puede usar en todos los procesos con sus asegunes)

4.Coagulación y Floculación 3.SedimentaciónTanques Imhoff, Tanques Sépticos, trampas de grasa,Digestión Primaria de Lodos

3-aEl Oil skimeer?

1. Flotación( también es primario) Proceso mixto (decantación- flotación) Proceso físico fundamentado en la diferencia de densidades. La flotación permite separar la materia sólida o líquida de menor densidad que la del fluido, por ascenso de ésta hasta la superficie del fluido.

1. Flotación( también es primario) Proceso mixto (decantación- flotación) En el tratamiento de aguas se utiliza aire como agente de flotación, y en función de cómo se introduzca en el líquido, se tienen dos sistemas de flotación: •Flotación por aire disuelto (DAF): En este sistema el aire se introduce en el agua residual bajo una presión de varias atmósferas.

1. Flotación( también es primario) Proceso mixto (decantación- flotación) •Flotación por aire disuelto (DAF): En este sistema el aire se introduce en el agua residual bajo una presión de varias atmósferas.

•Flotación por aire inducido: La operación es similar al caso anterior, pero la generación de burbujas se realiza a través de difusores de aire, normalmente situados en la parte inferior del equipo de flotación, o bien inducidas por rotores o agitadores. En este caso el tamaño de las burbujas inducidas es mayor que en el caso anterior.

2.Filtración (se puede usar en todos los procesos con sus asegunes) Debido a que las aguas residuales municipales crudas son putrescibles y obstruyen con rapidez a los filtros, no son susceptibles de ser tratadas en plantas convencionales de filtración lenta o rápida . La filtración por arena se convierte entonces en una operación terciaria.

Esta es una operación en la que se hace pasar el agua a través de un medio poroso, con el objetivo de retener la mayor cantidad posible de materia en suspensión. El medio poroso tradicionalmente utilizado es un lecho de arena, de altura variable.

3.Sedimentación

Es un proceso físico de separación por gravedad que hace que una partícula más densa que el agua tenga una trayectoria descendente, depositándose en el fondo del sedimentador. Está en función de la densidad del líquido, del tamaño, del peso específico y de la morfología de las partículas. Esta operación será más eficaz cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua, es decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal parámetro de diseño para estos equipos. A esta operación de sedimentación se le suele denominar también decantación.

Sedimentación La forma de los equipos donde llevar a cabo la sedimentación es variable, en función de las características de las partículas a sedimentar (tamaño, forma, concentración, densidad, etc.).

•Sedimentadores rectangulares

•Sedimentadores circulares •Sedimentadores lamelares

•Sedimentadores rectangulares: La velocidad de desplazamiento horizontal del agua es constante y se suelen utilizar para separar partículas densas y grandes (arenas).Suelen ser equipos poco profundos.

•Sedimentadores circulares: En ellos el flujo de agua suele ser radial desde el centro hacia el exterior, por lo que la velocidad de desplazamiento del agua disminuye al alejarnos del centro del sedimentador.

•Sedimentadores lamelares: Han surgido como alternativa a los sedimentadores poco profundos, al conseguirse una mayor área de sedimentación en el mismo espacio. Consisten en tanques de poca profundidad que contienen paquetes de placas (lamelas) o tubos inclinados respecto a la base, y por cuyo interior se hace fluir el agua de manera ascendente. En la superficie inferior se van acumulando las partículas, desplazándose de forma descendente y recogiéndose en el fondo del sedimentador.

Tratamiento primario El Oil skimeer?

Coagulación – Floculación En muchos casos parte de la materia en suspensión está formada por partículas de muy pequeño tamaño (arcillas, sílice, hierro, metales pesados, color ó sólidos orgánicos), lo que conforma una suspensión coloidal. Estas suspensiones coloidales suelen ser muy estables, en muchas ocasiones debido a interacciones eléctricas entre las partículas. Por tanto tienen una velocidad de sedimentación extremadamente lenta, por lo que haría inviable un tratamiento mecánico clásico. Una forma de mejorar la eficacia de todos los sistemas de eliminación de materia en suspensión es la adición de ciertos reactivos químicos que, en primer lugar, desestabilicen la suspensión coloidal (coagulación) y a continuación favorezcan la floculación de las mismas para obtener partículas fácilmente sedimentables. Los términos Coagulación y Floculación se utilizan ambos indistintamente en colación con la formación de agregados. Sin embargo, conviene señalar las diferencias conceptuales entre estas dos operaciones. La confusión proviene del hecho de que frecuentemente ambas operaciones se producen de manera simultánea. Para aclarar ideas definiremos Coagulación como la desestabilización de la suspensión coloidal mientras que la Floculación se limita a los fenómenos de transporte de las partículas coaguladas para provocar colisiones entre ellas promoviendo su aglomeración. Por tanto:

Los coagulantes suelen ser productos químicos que en solución aportan carga eléctrica contraria a la del coloide. Habitualmente se utilizan sales con cationes de alta relación carga/masa (Fe3+, Al3+) junto con polielectrolitos orgánicos, cuyo objetivo también debe ser favorecer la floculación:

•Sales de Fe3+: Pueden ser Cl3Fe o Fe2(SO4)3 •Sales de Al3+: Suele ser Al2(SO4)3 o policloruro de aluminio. •Polielectrolitos: Pueden ser polímeros naturales o sintéticos, no iónicos (poliacrilamidas) aniónicos (ácidos poliacrílicos) o catiónicos (polivinilaminas). Factores que afectan en el proceso de coagulación:

1.pH: Es un factor crítico en el proceso de coagulación.

2.Agitación rápida de la mezcla: Para que la coagulación sea óptima, es necesario que la neutr coloides sea total antes de que comience a formarse el flóculo o precipitado.

Floculación: Aglomeración de partículas desestabilizadas primero en microflóculos, y más tarde en aglomerados voluminosos llamados flóculos. La floculación trata la unión entre los flóculos ya formados con el fin de aumentar su volumen y peso de forma que puedan decantar. Consiste en la captación mecánica de las partículas neutralizadas dando lugar a un entramado de sólidos de mayor volumen. De esta forma, se consigue un aumento considerable del tamaño y de la densidad de las partículas coaguladas, aumentando por tanto la velocidad de sedimentación de los flóculos. La floculacion puede presentarse mediante 2 mecanismos: floculacion ortocinetica y pericinetica, según sea el tamaño de las partículas desestabilizadas.

Hay diversos factores que influyen en la floculación: •Coagulación previa lo más perfecta posible •Agitación lenta y homogénea, •Temperatura del agua. Generalmente, las temperaturas bajas dificultan la clarificación del agua, por lo que se requieren periodos de floculación más largos o mayores dosis de floculante. •Características del agua. Un agua que contiene poca turbiedad coloidal es, frecuentemente, de floculación más difícil, ya que las partículas sólidas en suspensión actúan como núcleos para la formación inicial de flóculos. Tipos de floculante

En la Figura 1 se muestra como los coagulantes cancelan las cargas eléctricas sobre la superficie del coloide permitiendo la aglomeración y la formación de flóculos. Estos flóculos inicialmente son pequeños, pero se juntan y forman aglomerados mayores capaces de sedimentar. Para favorecer la formación de aglomerados de mayor tamaño se adicionan un grupo de productos denominados floculantes. Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan y generan una fuerza de repulsión, cuyo potencial de repulsión está en función de la distancia que los separa y cae rápidamente con el incremento de iones de carga opuesta al de las partículas. Esto se consigue sólo con los iones del coagulante (Figura 2). Existe por otro lado, un potencial de atracción Ea entre las partículas llamadas fuerzas de Van der Waals, que dependen de los átomos que constituyen las partículas y de la densidad de estos últimos. Si la distancia que separa a las partículas es superior a “L” las partículas no se atraen. E es la energía que las mantiene separadas.

La precipitación del coloide implica por tanto dos etapas: 1) Desestabilización. Las teorías sobre el mecanismo de este fenómeno se basan en la química coloidal y de superficies. 2) Transporte de núcleos microscópicos para formar agregados densos. La teoría del transporte está basada en la mecánica de fluidos.