Ingeniería Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales

UTE

Ingeniería Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales

Control y tratamiento de Aguas Servidas e Industriales

Control y tratamiento de ARS&I

•

Introducción

• A partir de la década de los 60 los términos como CONTAMINACIÓN del agua , del aire , ecología, protección del medio ambiente, etc. Pasaron ha ser de términos de uso común. Antes de estas fechas esos términos pasaban desapercibidos por la comunidad.

• El instinto de conservación de las especies es una motivación básica para la humanidad, y el hombre esta equipado para corregir el daño que puede causarse al medio ambiente.

Control y tratamiento de ARS&I

• La función Técnica de reducción de la contaminación (aguas) necesita el aporte de varios profesionales en diferentes disciplinas relacionadas con las ciencias básicas como:

• Ciencias biológicas: microbiología, bacteriología, química, etc.

• Ciencias aplicadas: como la ingeniería química, mecánica, eléctrica

• Ciencias de la tierra como son la geología, hidrología, oceanografía.

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

• Definición de aguas residuales

• Se denomina aguas residuales a la mezcla de residuos líquidos y sólidos originados en:

• Los hogares

• Centros comerciales

• Instituciones pública

• Instalaciones industriales

• Compuestos inorgánicos

•

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

• Clasificación de contaminantes

• Los contaminantes presentes en las aguas residuales pueden clasificarse por su naturaleza:

• Compuestos orgánicos

• Compuestos inorgánicos

• Otra clasificación común es:

• Contaminantes físicos

• Contaminantes químicos

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

• Caracterización de aguas residuales

• Sólidos en suspensión

Clasificación de las partículas Tamaño de partíula, mm

Disuelta Menor que 10 -6

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

• Caracterización de aguas residuales

• Materia orgánica biodegradable

Compuesto Formula Característica

Cualidad del olor

Aminas CH3NH2 A pescado

Amoniaco NH3 Amoniacal

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

• Caracterización de aguas residuales

• Patógenos

• Micro organismos capaces de causar enfermedad.

• Nutrientes

• Macro y micro elementos

• Compuestos orgánicos refractarias

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

• Clasificación de las aguas según su uso:

• Aguas domesticas

• Este tipo de aguas se caracterizan por:

• Un alto contenido en de carga orgánica.

• Aguas industriales

• Estas aguas se caracterizan por:

• Variación muy alta en contaminantes dependiendo el tipo de industria

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

Consulta – presentación de grupos

• Revisión de la normativa nacional e internacional y su incidencia sobre el tratamiento de aguas residuales.

• Grupo 1:

• Grupo 2:

• Grupo 3:

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

Unidades - Dimensiones

Básicas en el tratamiento de aguas residuales

• Una cantidad medida posee un valor numérico y una UNIDAD.

• Un sistema de unidades posee los siguientes componentes:

– Unidades básicas

– Unidades múltiplos

– Unidades derivadas

• Sistema internacional de unidades de medida

• Sistema ingles de medida

Unidad 1

: Introducción: conceptos generales

Variables y parámetros de proceso

Básicas en el tratamiento de aguas residuales

• Masa, volumen, flujo másico, flujo volumétrico (caudales), presión

• Densidad, viscosidad

• Composición química

• temperatura

Ejercicios de aplicación de las variables y unidades

Diagrama de flujo de procesos

PLANTA

TRATAMIENTO REUTILIZACIÓN

TRATAMIENTO PARA VERTIDO

F = [m3/h]

Contaminante = [Kg/m3] Carga = [Kg/h]

PERDIDA DE AGUA [m3/h]

APORTE DE CARGA CONTAMINANTE

[Kg/h]

EFLUENTE = [m3/h]

AGUA VERTIDA alcant / rio [m3/h] Contaminante = [Kg/h]

Contaminante = [Kg/h] Carga Contaminante

separada = [Kg/h]

EFLUENTE = [m3/h] Contaminante = [Kg/h] Carga = [Kg/h]

RECIRCULA = [m3/h]

Revisión bibliográfica

Trabajo de grupos (presentaciones)

• Tratados internacionales

• Rio de Janeiro

• Rotherdam

• Estocolmo

• Ramsar

• Revisión del marco legal

• Tulas / Libro VI recurso agua

Datos básicos de parámetros / variables

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

Minimización de efluentes

• Antes de la aplicación de TAR en los puntos de descarga (al final del tubo) ó modificaciones a las instalaciones existentes, se debe considerar un programa de minimización de efluentes.

• Generalmente las técnicas de minimización de efluentes pueden ser agrupados en cuatro grandes categorías:

– Gestión de inventarios y mejora de las operaciones

– Modificaciones de los equipos

– Cambios en los procesos de producción

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

Gestión de inventarios y mejora de las operaciones

• Inventario y trazabilidad de todas las materias primas

• Utilizar productos con poca toxicidad o NO tóxicos

• Implementar entrenamiento del personal y retroalimentación

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

Modificaciones de los equipos

• Seleccionar e instalar equipos que producen cantidades mínimas ó NO producen efluentes

• Modificar equipos para recuperar o re-usar agua.

• Rediseñar equipos o líneas de producción para generar menos efluentes

• Mejorar la eficiencia de operaciones de equipos

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

Cambios en los procesos de producción

• Sustituir materiales peligrosos por NO peligrosos

• Segregar efluentes por tipo para recuperar materiales

• Eliminar presencia de fugas o derrames

• Separar efluentes peligrosos de los NO peligrosos

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

•

Reciclaje y re-uso

• Instalar sistemas cerrados de limpieza con agua

• Reciclar en el sitio para re-usar en los procesos

• Reciclar fuera de la planta para re-usar en otras empresas

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

•

Gestión y control de recursos (agua)

• Fase I: Pre-evaluación

• Fase II: Balance de masa

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

Fase I: Pre-evaluación

• Auditar los puntos y preparaciones

• Identificar unidades de operación y procesos

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

Fase II: Balance de masa

• Determinar los materiales que ingresan

• Registros de uso de agua

• Evaluar procedimientos y prácticas ambientales actuales

• Cuantificar procesos de salida

• Cuantificar emisiones, descargas liquidas y desechos

• Integrar información de entrada y salida

• Aplicar a un balance de masa preliminar

CTAR /UNIDAD 2: Pre-tratamiento

Fase III: Síntesis

• Identificar opciones

• Evaluar las opciones encontradas

Procesos de tratamiento de AR

Pre- tratamiento y tratamiento primario

• Recolección y conducción

Pre- tratamiento y tratamiento primario

Recolección y conducción

• La procesos iniciales involucra la recolección de las diferentes puntos de generación de aguas residuales.

• La información básica para el diseño, instalación, operación,

mantenimiento y control de las instalaciones para la recolección y traslado o conducción involucran:

• Caudales individuales y acumulados

recolección y conducción

• El caudal y la caracterización de efluentes nos permite definir los sistemas de recolección conducción y las instalaciones parara los siguientes procesos. Entre los principales sistemas y componentes tenemos:

• Canales abiertos o cerrados / tuberías de diferentes materiales

• (Parámetros: material, diámetro, espesores, etc.)

• Bombas y estaciones de bombeo

• (Parámetros: tipo, presión, caudal, potencia, etc.)

• Válvulas y accesorios

• (Parámetros: Tipo, diámetro, espesores, etc.)

• Cisternas / tanques

• (Parámetros: tipo, material, capacidad, etc.)

• Consultar:

• variables – parámetros - ecuaciones para

Pre- tratamiento y tratamiento primario

CRIBADO

El CRIBADO También llamado desbrozo, se emplea para la reducción de sólidos en suspensión de tamaño distinto, la distancia o las aberturas de las rejillas depende del objeto de la misma y la limpieza realiza de forma manual o mecánica.

Los productos recogidos se destruyen por incineración, por procesos de digestión anaerobia o directamente al vertedero.

Las materias recogidas se suelen clasificar entre finos y gruesos. Las rejillas de finos tiene una abertura de 5 mm o menos,

Están fabricadas de malla metálica de acero o en base a placas o chapas perforadas, en otras ocasiones se utilizan tamices de fibras.

Muchas veces reemplazan a tanques de sedimentación, sin embargo, aunque pueden llegar a eliminar entre el 5 y el 25 % de sólidos en suspensión, de un 40 a 60 % se elimina por sedimentación.

Las rejillas o cribas de gruesos tiene aberturas que están entre 4, 8 0 9 cm en muchos casos se utilizan como un medio de protección para evitar que sólidos gruesos dañen los sistemas de bombeo.

Cribado

CRIBADO

EFLUENTE AR

•LIQUIDO %

•SOLIDOS %

SOLIDOS LIQUIDO INCINERACIÓN VERTEDRO DIGESTION ANAEROBIA

Pre- tratamiento y tratamiento primario

sedimentación

Se utiliza en los procesos de tratamientos de aguas residuales (AR), para la separación de sólidos en suspensión. El principio para el proceso de sedimentación es la diferencia de peso especifico entre las partículas sólidas y el líquido.

En algunos casos la sedimentación es el único proceso al que se somete las AR. La sedimentación puede producirse en varias etapas.

TIPOS DE SEDIMIENTACIÓN:

1. Sedimentación Discreta. Las partículas no se someten a un proceso de coalescencia con otras partículas, en este caso las propiedades físicas de la partícula durante el proceso no cambian Ej. La sedimentación de arena en los desarenadores.

2. Sedimentación con floculación. La aglomeración de partículas va Acompañado de cambios en la densidad y velocidad de sedimentación o precipitación.

Pre- tratamiento y tratamiento primario

Flotación

• Es un proceso para separar sólidos de baja densidad o partículas liquidas de una fase liquida. La separación se realiza introduciendo un gas en la fase liquida (presurización). La presión puede oscilar entre 2 y 4 atm.

• En el tratamiento de aguas residuales se utiliza aire como medio de flotación, y la forma en la cual se suministra define el tipo de flotación. Los tres más empleados son:

• 1. Flotación por aire disuelto (DAF), el aire se inyecta presurizado, cuando se reduce la presión en el tanque las burbujas se liberan.

• 2. Flotación por aire, generalmente se utilizan difusores , a presión atmosférica.

Flotación…

Pre- tratamiento y tratamiento primario

Neutralización / homogenización

• La neutralización se utiliza normalmente en los siguientes casos:

• Antes de la descarga de aguas residuales a un medio receptor.

• Antes de la descarga al alcantarillado .

Concentraciones de las soluciones

Composición porcentual (%)

• Este método se basa en el porcentaje en peso y expresa la concentración en términos de números de gramos de soluto por 100 g de solución.

• Gravedad Especifica (densidad relativa)

• La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades.

• Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3

• Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

Relaciones volumétricas (V1:V2)

• Ocasionalmente la concentración de un acido mineral o de hidróxido de amonio se da en función de la relación de volumen del reactivo concentrado común y el agua.

Ejemplo:

• Así: HCl (1:3) significa una solución que se preparó mezclando un volumen de acido clorhídrico y tres volúmenes de agua

Soluciones molares (M)

• Es la que contiene un gramo mol de la sustancia en un litro de solución. Puesto que una mol de HCl reacciona con una mol de NaOH , cierto volumen de solución de NaOH será neutralizado por un volumen igual de HCl.

Ejemplo:

• Que volumen de una solución de KOH 0,638 M neutralizará 430 ml de H2SO4 0,4 M

Peso equivalente y soluciones normales (N)

• El peso equivalente gramo de un acido, de una base o de una sal que interviene en una neutralización o precipitación , es el peso en gramos de la sustancia igual en capacidad de neutralización o precipitación total que un gramo de hidrogeno. También es equivalente a 17. 008 g de OH-.

• Una solución normal contiene 1 peso equivalente gramo de soluto en un litro de solución, o 1 peso mili-equivalente gramo en 1 ml de solución.

Ejemplo :

Una solución contiene 3,30 g de Na2 CO3.10H2O en cada 15 ml. Cual es su normalidad.

Con cuantos ml de acido acético HC2H3O2 3,1 N reaccionarán 25 ml del carbonato.

• Confirmar la relación: V1C1 = V2C2

Métodos de control directo del pH

Neutralización de aguas residuales

• Los siguientes métodos de neutralización son usados normalmente:

• Lechos de caliza / se utiliza en flujo ascendente o descendente

• Neutralización por cal / es la más común

• Neutralización con sosa caústica / es más caro que la cal / productos finales solubles

• Neutralización por carbonato de sodio / no es tan reactivo y presenta problemas por emisiones de CO2

• Los factores que guían la selección de un reactivo de neutralización son:

• Costos (compra)

• Capacidad de neutralización

• Velocidad de reacción

• Almacenamiento y disposición final de los residuos de la neutralización

Métodos de control directo del pH

AIREACIÓN EN TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES

• Se considera básicamente la transferencia de oxigeno atmosférico a las aguas residuales sometido a tratamiento biológico. los aspectos a considerar incluyen:

• Teoría de película estática

• Procedimientos para determinar los coeficientes de transferencia a partir de unidades piloto.

• Análisis de los equipos de aireación utilizados en el tratamiento de aguas residuales.

Si Cs es el valor de saturación de oxigeno para agua destilada y Csr es la concentración de oxigeno disuelto en condiciones de saturación.

La relación puede determinarse

Degradación de la materia

Proceso de lodos activos

• El proceso de lodos activos ha sido utilizado para el tratamiento de aguas residuales domesticas e industriales hace un siglo.