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Problemas, Causas y Consecuencias en la Operación de Plantas de Tratamiento de Agua Residual que Operan Mediante Procesos Biológicos Convencionales en México Edición Única

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Academic year: 2020

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(2) INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. PROBLEMAS, CAUSAS Y CONSECUENCIAS EN LA OPERACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA RESIUDAL QUE OPERAN MEDIANTE PROCESOS BIOLÓGICOS CONVENCIONALES EN MÉXICO. TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE. MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN INGENIERÍA AMBIENTAL (PREVENCIÓN Y CONTROL). IVETTE GUADALUPE RAMÍREZ CÁRDENAS. MAYO 2000.

(3) INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. Los miembros del comité de tesis recomendamos que la presente tesis de Ivette Guadalupe Ramírez Cárdenas sea aceptada como requisito parcial para obtener el grado académico de Maestro en Ciencias en:. INGENIERÍA AMBIENTAL (PREVENCIÓN Y CONTROL). El comité de tesis. Lujan. Ing. Rogelio Villarreal Bouza Sinodal. Asesor. APROBADO. Dr. Federico Viramontes. Director Programa de Graduados en Ingeniería.

(4) A Dios, por su inmenso amor y por poner en mi camino a aquellas personas que hicieron posible esta tesis Gracias. Señor.

(5) ÍNDICE I- GENERALIDADES. 3. 1.1 TEMA DE TESIS. 3. 1.2 OBJETIVO. 3. 1.3 JUSTIFICACIÓN. 3. 1.4 ANTECEDENTES. 3. II - DESCRIPCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS. 5. 2.1 TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL. 6. 2.2 TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE LODOS. 7. 2.3 OPERACIÓN. 8. /// - PRETRATAMIENTO Y TRATAMIENTO PRIMARIO. 15. 3.1 REJILLAS MANUALES. 15. 3.2 REJILLAS MECÁNICAS. 16. 3.3 CANAL DESARENADOR DE LIMPIEZA MANUAL. 19. 3.4 DESARENADOR TIPO VORTEX. 20. 3.5 HOMOGENIZADORES DE FLUJO. 21. 3.6 SEDIMENTADORES PRIMARIOS DE FLUJO RADIAL. 23. 3.7 SEDIMENTADORES DE ALTA TASA. 25. 3.8 FLOTACIÓN CON AIRE DISUELTO (DAF). 27. IV- PROCESOS BIOLÓGICOS Y TRATAMIENTO DE LODOS.. 29. 4.1 LODOS ACTIVADOS. 29. 4.2 LAGUNAS DE AIREACIÓN. 32. 4.3 FILTROS PERCOLADORES. 33. 4.4 ZANJAS DE OXIDACIÓN. 35. 4.5 SISTEMAS DE AIREACIÓN. 37. 4.6 CLARIFICADOR SECUNDARIO. 39. 4.7 DIGESTOR ANAEROBIO. 41. 4.8 LECHO DE SECADO. 45. 4.9 FILTRO PRENSA. 46. V- PROBLEMAS MÁS COMUNES, CAUSAS, CONSECUENCIAS Y SOLUCIONES.. 1. 47.

(6) 5.1 PRETRATAMIENTO Y TRATAMIENTO PRIMARIOS. 47. 5.2 PROCESOS BIOLÓGICOS. 54. 5.3 BOMBAS. 63. VI - CONCLUSIONES. 66. BIBLIOGRAFÍA. 67. 2.

(7) I - GENERALIDADES 1.1 TEMA DE TESIS Problemas más comunes en la OPERACIÓN de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales 1.2 OBJETIVO Analizar los problemas de operación más comunes en las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales en México que operan mediante sistemas biológicos convencionales. Diagnosticar la operación del sistema indicando tipo de falla. 1.3 JUSTIFICACIÓN Las descargas de aguas residuales a ríos, lagos o mares en México lleva poco tiempo de ser regulados por normas oficiales mexicanas ambientales, lo que ha ocasionado la necesidad de tratar ésas aguas antes de ser descargadas. A raíz de esto las empresas y municipios construyen plantas de tratamiento de aguas, tanto para las aguas que utilizan en sus procesos como para el agua de uso sanitario. La construcción de plantas de tratamiento en México ha aumentado progresivamente por lo que en la actualidad existe un mayor número de personas involucradas en este ramo (diseñadores, constructores, proveedores de equipo electromecánico especializados en el ramo ambiental, y operadores). Debido a este reciente aumento de plantas de Tratamiento en México se ha hecho mas obvio los problemas de operación que las mismas llegan a tener. De esto surge la necesidad de realizar un estudio de diferentes plantas de tratamiento de agua en sus procesos operativos, obteniendo así una lista de los problemas más comunes, sus posibles causa y la manera de mitigarlos. 1.4 ANTECEDENTES En la época actual en la que vivimos el cuidado del Medio Ambiente a tomado mucho auge, lo que ha hecho que se abran las puertas a una consciencia ambiental en todo el mundo. El medio Ambiente lo constituye todo lo que nos rodea: el aire, el agua, el suelo, etc.. Pero el agua, como todos sabemos, es de vital importancia para la sobrevivencia humana y es uno de los componentes del Medio Ambiente que más ha sufrido las consecuencias del crecimiento desmedido de la población: su contaminación y la escasez de la misma. Por lo tanto es muy importante que las aguas residuales sean tratadas, tanto para poder reutilizarlas como para evitar la contaminación de ríos, lagos y lagunas a los que desembocan las líneas de drenaje.. A medida que se ha tomado consciencia de lo importante que es el agua para los seres vivos, se ha tratado de normalizar la calidad de agua de drenaje que desaguan las 3.

(8) empresas a las tuberías del mismo, así como la calidad del agua que desagua a cuerpos receptores de agua. Por lo mencionado anteriormente nos podemos dar cuenta, que es de gran importancia que las aguas residuales sean procesadas en una planta de tratamiento, la cual debe trabajar eficientemente para cumplir los propósitos para los que fue diseñada. El aspecto de OPERACIÓN de una planta de tratamiento es muy importante, pero se le ha dado muy poca importancia en nuestro país, ya que generalmente las personas que operan las plantas de tratamiento no tienen muchos estudios y su única arma es la experiencia. En el aspecto de operación de una planta la bibliografía existente es casi nula. Actualmente la que podemos encontrar es procedente de los Estados Unidos y por lo tanto se encuentra escrita en ingles, por lo que la mayoría de los operadores de las plantas de tratamiento no tienen acceso a esta, por la falta de conocimiento del idioma. Debido a esta falta de información, es más difícil cuando un proceso dentro de la planta empieza a tener problemas, ocasionando que el operador se enfrente a este problema y muy poco de donde obtener la forma de solucionarlo, dejándolo en la mayoría de los casos a su criterio o a su experiencia.. 4.

(9) II - DESCRIPCIÓN DE LAS ALTERNATIVAS El tratamiento de aguas residuales convencional consiste en la combinación de procesos físicos y biológicos diseñados para remover la materia orgánica en solución. Las unidades de tratamiento de aguas generalmente caen dentro de dos categorías: operaciones unitarias y procesos unitarios. En las operaciones unitarias, el tratamiento o remoción de los contaminantes se lleva a cabo por medio de fuerzas físicas. En los procesos unitarios, el tratamiento se lleva a cabo, en su mayoría, por medio de reacciones químicas y biológicas. El tratamiento de aguas residuales convencional empieza con un pretratamiento el cual incluye rejillas para la remoción de sólidos grandes, desarenadores los cuales ayudan a proteger las partes mecánicas de la abrasión, medidores de flujo, y bombas para llevar el agua a un nivel mas alto del nivel de piso. El tratamiento primario nos sirve para remover materia orgánica sedimentable, la cual es del 30 al 50% de los sólidos suspendidos, y la espuma que flota en la superficie. El tratamiento secundario es por medio de tanques abiertos aireados con retorno de sólidos biológicos, o por medio de filtros de medio fijo (filtros percoladores), seguidos de clarificadores secundarios. El exceso de crecimiento microbiológico se sedimenta en el clarificador secundario dejando un volumen claro en la superficie la cual se manda desinfectar antes de ser descargada a algún cuerpo de agua superficial. Los lodos provenientes de la sedimentación primaria y secundaria se espesan y se secan para después mandarlos a disposición. Efluente. Rejillas manuales. Canal Desarenador. Canal Parshall. Sedimentado r Primario. Lodos Activado. Sedimentador Desinfección Secundario con doro. Digestor de Lodos. Lecho de Secado. A disposición. fig.2,1. Plañís convencional de tratamiento de aguas residuales..

(10) 2.1 TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL El agua municipal contiene aproximadamente 99.9% de agua. La fracción restante de los sólidos incluye materia orgánica e inorgánica, y materia suspendida o disuelta. La remoción de varios componentes del líquido depende de la naturaleza de las impurezas y de su concentración. Los sólidos gruesos y sedimentables, orgánicos e inorgánicos generalmente son removidos en unidades de tratamiento primario, las cuales incluyen operaciones unitarias como rejillas, desarenadores y tanques sedimentadores. La remoción de materia orgánica disuelta se lleva a cabo en procesos químicos o biológicos en conjunto con el tratamiento primario, llamándosele planta de tratamiento secundario. A continuación se describirán brevemente las operaciones y procesos unitarios más comunes: Tabla 2.1. Descripción de operaciones y procesos unitarios para tratamiento de agua residual OPERACIÓN O PRINCIPAL APLICACIÓN PROCESO UNITARIO Son el primer paso en tratamiento de aguas residuales. Se utilizan para la remoción de objetos grandes Se utiliza para la remoción de materiales pesados como arena y grava El propósito de la sedimentación primaria es el de remover sólidos orgánicos sedimentables El proceso se utiliza para remover materia orgánica disuelta. Se inyecta aire para proveer al sistema de oxigeno. Un ejemplo son los lodos activados El proceso se utiliza para remover materia orgánica disuelta. Un ejemplo es un filtro percolador El proceso utiliza reactores múltiples y líneas de retorno y recirculación. Este proceso tiene la capacidad de mejorar la remoción de fósforo y nitrógeno. El clarificador secundario o final se utiliza en conjunto con )rocesos químicos o biológicos Se utilizan para reducir el número de unidades patógenas en el efluente. La cloración es el método más común Muchos de los sistemas naturales como zanjas, sistemas de tratamiento de tierra, y lagunas naturales o artificiales se les considera como un tratamiento completo o pulimento del efluente final de las plantas de tratamiento secundarias (Qasim, 1985). 6.

(11) 2.2 TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN DE LODOS Es de gran importancia el buen manejo y disposición de los residuos producidos en las diferentes unidades de tratamiento. Las porciones sólidas incluyen los lodos de las rejillas, desarenadores, espumas y sedimentadores primarios y secundarios. Los lodos de las rejillas y de los desarenadores normalmente se disponen en rellenos sanitarios. El lodo (incluyendo la espuma), el cual puede contener sólidos en 0.5% - 5%, lleva problemas complejos de proceso y disposición. Es muy oloroso y contiene grandes volúmenes de agua. En general, los métodos de procesamiento y disposición de lodos incluye espesamiento, estabilización, secado y disposición.. Fig. 2.2. Alternativas para las operaciones y procesos unitarios para el proceso y disposición de lodos (Qasim, 1985). A continuación se describirán brevemente las operaciones y procesos unitarios más comunes: Tabla 2.2. Descripción de operaciones y procesos unitarios para tratamiento y disposición de lodos. OPERACIÓN O PRINCIPAL APLICACIÓN PROCESO UNITARIO El espesamiento de los lodos se lleva a cabo para concentrar los sólidos y reducir de esta forma el volumen de los mismos. El espesamiento por gravedad se utiliza para el espesar los lodos primarios, secundarios y lodos combinados. Los lodos se espesan o se secan bajo la influencia de fuerzas centrífugas (de 100 a 600 veces la fuerza de gravedad) Los lodos se estabilizan para reducir microorganismos patógenos, eliminar olores desagradables y para controlar la putrefacción. Se utilizan químicos como cloro, peróxido de hidrogeno u ozono.. y.

(12) El exceso de cal se utiliza para aumentar el pH a 12 o mas. Un lodo con un pH alto no va a entrar en etapa de putrefacción, no crea olores o posee algún riesgo para la salud. El lodo es aireado por un tiempo largo (10 - 15 días). El lodo es estabilizado. Se utiliza para plantas pequeñas. El lodo es digerido en condiciones anaeróbicas. Se recupera metano como una fuente de energía. El lodo es acondicionado para mejorar las características del secado El calentamiento del lodo a 140-200°C lo acondiciona y lo estabiliza. El lodo es secado en camas de arena poco profundas. El uido es removido por medio de sistemas de drenaje . Los lodos con químicos y pegajosos se secan por medio de centrifugas. El lodo se comprime entre dos pedazos de tela colocados en forma vertical dentro de un marco La incineración incluye el secado de los lodos seguido de una combustión total de la materia orgánica. También se utiliza la oxidación por medio de aire húmedo. (Qasim, 1985). 2.3 OPERACIÓN La operación de una planta de Tratamiento esta compuesta de varias actividades y responsabilidades, las cuales dependerán del tamaño de la planta. Las actividades que se deben de tomar en cuenta son: • Actividades propias de la operación de acuerdo al proceso • Actividades de laboratorio • Operación de la instrumentación • Servicios generales • Seguridad. Actividades propias de la operación de acuerdo al proceso PLANTAS PRIMARIAS. • • • • •. El control de la calidad del proceso se ve relacionado con los mecanismos de desbaste y separación gravitacional La operatividad de estas unidades puede verse afectada por la formación de cortocircuitos La operatividad del equipo mecánico debe de ser de acuerdo a las indicaciones del fabricante La extracción de los lodos debe de estar apropiadamente definida por la operación La operación se puede ver afectada por los efectos del viento. 8.

(13) PLANTAS SECUNDARIAS. Requieren de un monitoreo mas exhaustivo, principalmente en el reactor. La experiencia del operador es fundamental. Se debe de observar: • El color • El olor • La textura • La sedimentabilidad • Los niveles de oxigeno disuelto • PH • La temperatura • Los SSV • El índice volumétrico de lodos • La DQO Los lodos se pueden ver afectados por: • Toxicidad • Efluentes ácidos o fuertemente alcalinos • Exceso de sólidos disueltos • Temperatura elevada • Deficiencia de oxigeno • Inestabilidad volumétrica y másica del proceso Se debe de evitar tener las siguientes acciones: • Variaciones del influente • Variaciones de pH y de temperatura • Detergentes • Metales pesados • Fenoles y orgánicos complejos • Desinfectantes y bactericidas • Variaciones en la carga volumétrica • Variaciones en la carga másica. Laboratorio Este debe de contar con todo el equipo, espacio, material, químicos e instrumental necesario. Las instalaciones deben de ser las apropiadas de acuerdo a las normas. El personal debe de estar cualificado para el tipo de pruebas que se llevaran a cabo. También deberá de contar con un botiquín de primeros auxilios, extinguidores, lavador de ojos y regaderas de emergencia. Las pruebas que se llevan a cabo dentro del laboratorio son las siguientes: •. DQO Total: Nos sirve para determinar la cantidad aproximada de oxigeno que se va a necesitar para oxidar la materia orgánica presente en el agua residual, para medir la eficiencia de algunos procesos de tratamiento y para asegurar que los parámetros de descarga son los adecuados de acuerdo a las normas. La cantidad de DQO total. 9.

(14) permisible de descarga para embalses naturales y artificiales para uso en riego agrícola es de 300 mg/lt (NOM-001-ECOL-1996). Fósforo Total: El fósforo ayuda al crecimiento de algas y otros microorganismos biológicos. La cantidad de fósforo total permisible de descarga para embalses naturales y artificiales para uso en riego agrícola es de 20 mg/lt (NOM-001-ECOL1996). Nitrógeno amoniacal: la amonia presente en el agua residual es un indicador de la edad de los lodos. Nitrógeno total: se realiza para saber la cantidad de nitrógeno orgánico y amoniacal presente en el agua residual. La cantidad de nitrógeno total permisible de descarga para embalses naturales y artificiales para uso en riego agrícola es de 40 mg/lt (NOM-001-ECOL-1996). Sólidos Suspendidos Volátiles: nos indica la cantidad de masa celular que existe en el reactor. Sólidos Suspendidos Totales: La cantidad de sólidos suspendidos totales permisible de descarga para embalses naturales y artificiales para uso en riego agrícola es de 75 mg/lt (NOM-001-ECOL-1996). Sólidos sedimentadles: La cantidad de sólidos sedimentares permisible de descarga para embalses naturales y artificiales para uso en riego agrícola es de 1 mg/lt (NOM001-ECOL-1996). DBO total: Nos sirve para determinar la cantidad aproximada de oxigeno que se va a necesitar para estabilizar biológicamente la materia orgánica presente en el agua residual, para medir la eficiencia de algunos procesos de tratamiento y para asegurar que los parámetros de descarga son los adecuados de acuerdo a las normas. La cantidad de DBO total permisible de descarga para embalses naturales y artificiales para uso en riego agrícola es de 75 mg/lt (NOM-001-ECOL-1996). Grasas y aceites: las partículas de grasa y aceite interfieren en la acción microbiológica y causa problemas de mantenimiento. Si las grasas y los aceites no se retiran del agua residual antes de ser descargadas a los cuerpos receptores, puede interferir con la vida biológica en las aguas superficiales y puede crear capas de materia flotante antiestéticas. La cantidad de grasas y aceites permisible de descarga para embalses naturales y artificiales para uso en riego agrícola es de 15 mg/lt (NOM-001-ECOL-1996). Coliformes fecales: son una fuente de infección al ser humano. La cantidad de coliformes fecales de descarga para servicio al público con contacto directo u ocasional es de 1000 NMP/100 mi y para servicio al público con contacto directo es de 240 NMP/100 mi (NOM-003-ECOL-1997).. 10.

(15) Potencial de Hidrogeno: este parámetro es muy importante debido al efecto que tiene en las reacciones químicas y en la actividad microbiológica. El pH se debe de alterar antes de la descarga a las aguas naturales para no afectar la vida acuática de las mismas. Metales: la presencia en exceso de metales pesados en el agua residual, resulta tóxica y puede inhibir la actividad microbiológica. Los límites de descarga específicos para cada uno de ellos se puede encontrar en la NOM-001-ECOL-1996. Alcalinidad: es un parámetro importante para la remoción de nutrientes en los procesos biológicos.. Fig. 2.3. Laboratorio Las pruebas en campo normalmente son: •. Temperatura: este parámetro es muy importante debido al efecto que tiene en las reacciones químicas y en la actividad microbiológica. Por ejemplo las temperaturas óptimas para la actividad microbiológica esta entre 25 y 35°C.. •. Observación del color de los lodos: el color de los lodos nos informa la edad de los lodos. Por ejemplo unos lodos jóvenes son de color café, mientras que unos lodos viejos pueden ser grises o negros.. •. Prueba de sedimentabilidad: nos sirve para ver como se sedimentan los lodos, si estos se aglomeran o flotan, lo cual nos indica la edad de los lodos y si están muertos o no. También nos sirve para determinar la tasa de retorno de los lodos y para saber cuando se debe de purgar el reactor.. 11.

(16) •. Oxigeno disuelto: nos indica los cambios en las condiciones de operación en las etapas tempranas de reacción. Sin embargo, debido a que las condiciones no necesariamente son idénticas a las condiciones de sitio, las mediciones observadas probablemente no son iguales a la tasa de oxigeno consumido.. Instrumentación Esto puede incluir: •. Medidores y registradores de flujo. Se utilizan para medir el flujo ya sea en tuberías o en canales abiertos. Algunos de ellos son: Venturimetro Medidor de flujo de boquillas Medidor de orificios Medidor electromagnético Medidor de turbina Medidor Parshall Vertedores. En los medidores electromagnéticos, los transmisores se deben de calibrar al menos una vez al mes y el medidor cada tres meses. En el canal Parshall se dede de verificar semanalmente la profundidad del calibrador con otros niveles o indicadores de flujo para determinar si se requiere la calibración del sistema secundario; se debe de verificar el cero de la profundidad de referencia del canal. Tanto en el canal Parshall como en los vertedores se debe de remover la lama de los mismos y depósitos acumulados. •. Medidores de presión • Diafragma líquido - aire • Calibrador de deformaciones • Fuelles • Tubo Bourdon. La calibración se debe de hacer al menos cada tres meses. •. Indicadores de nivel. No solamente se utilizan para saber la profundidad del líquido en un tanque, pero también se utiliza, por ejemplo, para saber la velocidad del flujo en un vertedor. Medidores de nivel de líquidos: • Flotadores • Tubo de burbujas • Diafragma de bulbo • Ultrasónico Medidores de nivel de lodos: • Fotoceldas • Ultrasónicos. 12.

(17) Para los tubos de burbuja se deben de checar el flujo de aire diariamente; se debe de purgar el tubo semanalmente para quitar sólidos que estén obstruyendo el paso del aire; se debe de checar el filtro del aire semanalmente; se debe de calibrar cada dos meses e inspeccionar el compresor según indicaciones del proveedor. Para los flotadores los indicadores de nivel se deben de calibrar dependiendo si la unión al indicador es mecánica o eléctrica, se debe de limpiar el pozo amortiguador cada dos semanas; a los contactos de nivel se deben de inspeccionar cada seis meses y se debe de limpiar el pozo amortiguador cada dos semanas. Para los medidores ultrasónicos se deben de calibrar cada dos meses, verificar la temperatura de compensación cada dos meses y se debe de limpiar el pozo amortiguados dependiendo del tipo de flujo. •. Balanzas y equipos de dosificación para nutrientes, regulador de pH, cloro. •. Medición de cloro. Los analizadores de cloro residual miden el cloro residual indirectamente. • Sensores. •. Instrumentación para sistemas de energía. Servicios Generales La planta de tratamiento debe de contar con los siguientes servicios generales: • Agua potable. Para la limpieza de las unidades dentro de la planta, para retrolavados, para los servicios sanitarios. Servicios sanitarios para el personal que labora en la planta Control de aguas pluviales Control de aguas tratadas Áreas de personal: oficinas Iluminación para tener condiciones de trabajo más seguras y eficientes. Protección para el personal que labora dentro de la planta. Vigilancia dentro de la planta para así evitar vandalismos o robos. Acondicionamiento de aire dentro de las áreas de personal en climas muy calurosos.. Seguridad Los accidentes más comunes dentro de una planta de tratamiento son: Lesiones físicas Descargas eléctricas Asfixia Ahogo Infección Explosiones Por lo tanto, la planta debe de contar con instalaciones que le brinden al operador y a la gente que se encuentra trabajando dentro de la planta, un área segura. La planta debe de contar con: • Protecciones • Cercas, barandales y escotillas. 13.

(18) • Instalaciones eléctricas a prueba de explosión • Vestidores con regaderas, casilleros y comedor • . Áreas ventiladas con control de acceso. El operador El trabajo del operador dentro de una planta de tratamiento es de suma importancia. De su trabajo depende el buen funcionamiento de la planta de tratamiento y su experiencia lo ayuda a resolver los problemas, cotidianos o extraordinarios, que se presentan dentro de la planta. Sus responsabilidades son: • Administrar el presupuesto • Relaciones públicas • Hacer respetar la seguridad en la planta • Monitorear la operación de la planta por medio de observación, lecturas mecánicas y electrónicas, lectura de los resultados de las pruebas químicas y biológicas y hacer los ajustes necesarios en el proceso de acuerdo a las condiciones de la planta o a los resultados de las pruebas realizadas. • Hacer visitas de inspección a la planta de forma regular y verificar el buen funcionamiento de las rejillas, bombas, tanques de sedimentación, filtros, clarificadores y cualquier equipo o proceso dentro de la planta. • Llevar una bitácora de las lecturas de los medidores y calibradores; de los cambios de flujo diarios, semanales y mensuales en el influente. • Regular y ajustar las bombas, compresores, válvulas y cualquier otro aparato para alcanzar las condiciones de operación adecuadas. • Recolectar muestras de influente y efluente. Los conocimientos del operador deben de ser: • Conocimiento de las características de operación y mantenimiento de una planta de tratamiento de aguas residuales. • Principios de biología, química, mecánica para una PTAR. • Conocimiento general de los peligros propios dentro de la planta y conocimiento de acciones a tomar en caso de emergencia. • Habilidad para detectar fallas en la operación de equipo mecánico y poder hacer las reparaciones necesarias. • Habilidad para hacer pruebas de laboratorio. • Habilidad para entender y seguir instrucciones escritas y orales. • Habilidad para leer con precisión medidores, gráficas, manuales técnicos y dibujos.. 14.

(19) III - PRETRATAMIENTO Y TRATAMIENTO PRIMARIO 3.1 REJILLAS MANUALES Usualmente se utilizan antes de las estaciones de bombeo. La longitud de las rejillas no debe de exceder la distancia hasta donde una persona puede limpiar la rejilla de una manera fácil y cómodamente, aproximadamente 3 mts. El ancho mínimo de las barras de la rejilla debe de ser de 3/8 de pulgada y un grosor de 2 pulgadas. Se debe de contar con una placa perforada en la parte superior de la rejilla, para secar los rastrillos de limpieza. (Metcal & Eddy, 1991). El canal de la rejilla debe de ser diseñado de tal manera que el material retenido no se acumule en el fondo del mismo. El piso del canal puede tener o no pendiente. Las orillas de las paredes del canal deben de ser redondeadas. Debe de estar perpendicular a las rejillas, para tener una distribución uniforme de los sólidos en el flujo y en las rejillas. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Las rejillas se deben de mantener limpias debido a que el taponamiento de las mismas ocasiona que aumente la perdida de carga, ocasionando que se tengan diferentes niveles de agua antes y después de las rejillas. 2. El material retirado de las rejillas ocasiona malos olores y moscas, reduciéndose por medio de la adición de cal. 3. El largo de la rejilla no debe de exceder la distancia hasta donde se pueden limpiar a mano (aproximadamente 3 mts.). Se debe de contar con una bandeja perforada en la parte superior de las rejillas, para poder colocar ahí los utensilios de limpieza, para que puedan ser drenados. 4. El material obtenido de las rejillas debe de ser depositado en un contenedor cubiertos, o en una prensa y deben de ser acarreados diariamente. Es de muy importante que estos contenedores se limpien todos los días con a chorro con manguera y con químicos (cloro u otros desinfectante) para evitar que la materia orgánica se descomponga y ocasione olores desagradables y acarree moscas. (Metcal & Eddy, 1991).. 15. 580742.

(20) 3.2 REJILLAS MECÁNICAS Se 1. 2. 3. 4.. dividen en cuatro tipos: De cadena De vaivén Catenaria De cable. De cadena Se pueden dividir en diferentes categorías dependiendo si el rastrillo limpia las rejillas por la parte frontal (aguas arriba) o por atrás (aguas abajo) y si el rastrillo se devuelve al fondo de las rejillas por enfrente o por atrás. Los rastrillos de limpieza y retorno frontal son las mas nuevas y son las mas eficientes en la retención de los sólidos, pero son menos resistentes y se atascan muy fácilmente por los sólidos que se acumulan en el fondo del rastrillo. Los rastrillos de limpieza frontal y retorno por atrás se regresan al fondo de las rejillas aguas arriba, pasa por el fondo de las rejillas, y limpia las rejillas cuando el rastrillo se eleva. Los rastrillos no se atascan tan fácilmente, pero se necesita una placa de ensamblaje para sellar la cavidad debajo de las rejillas. Sin embargo la placa de ensamblaje si se puede atascar. Transmisiofi. Cadenas raspaduras continuas. Fig. 3.1. Rejilla mecánica de cadena (Metcalf& Eddy, 1991). En las rastras de limpieza por atrás, las barras protegen al rastrillo de que se dañe por los escombros. Sin embargo este tipo de rastras puede depositar sólidos en el flujo aguas abajo, especialmente cuando se desgasta el alabe del rastrillo. Este tipo de rastrillos es menos resistente que los otros tipos debido a que la parte superior de las rejillas no tiene soporte que permita pasar a los dientes de los rastrillos. La mayoría de las rejillas de cadena comparten la desventaja de las cadenas de transmisión sumergidas, las cuales requieren una atención especial del operador, y su mantenimiento se vuelve difícil. Otras desventajas es la reparación y ajuste de las cadenas (que son muy pesadas) y la necesidad de desaguar el canal para la inspección y reparación de las partes que se encuentran sumergidas.. 16.

(21) De vaivén Estas imitan el movimiento de una persona limpiando las rejillas. El rastrillo se mueve de la base de la rejilla, se engrana a las barras y rastrilla los escombros a la parte superior de las rejillas, en donde son removidos. La mayor ventaja es la que todas las partes que necesitan mantenimiento se encuentran arriba del nivel del agua y pueden ser inspeccionadas fácilmente, sin tener que drenar el canal. El de limpieza y retorno frontal evita que algunos sólidos se pasen al otro lado de las rejillas aguas arriba. Una desventaja es que este tipo de rejillas utiliza solamente un rastrillo a comparación de los de cadena que utilizan rastrillos múltiples. Por consiguiente este tipo de rastrillos no puede limpiar cargas muy pesadas de sólidos, especialmente en canales muy profundos en donde se necesitan rastrillos de largo alcance.. Fig. 3.2. Rejilla mecánica de vaivén (Metcalf& Eddy, 1991). Catenaria De limpieza y retorno frontal, el rastrillo se colocan sobre la rejilla debido al peso de la cadena. Una ventaja es que el mecanismo de manejo no tiene cadenas de transmisión sumergidas. Una desventaja es que se necesita mucho espacio para su instalación.. oooooo. fteca de Drenado. Fig. 3.3. Rejilla mecánica catenaria (Metcalf& Eddy, 1991). 17.

(22) De cable Son mecanismos de limpieza y retorno frontal que utilizan un rastrillo pivote que se levanta y se baja en rieles por un cable y una transmisión de tambor. El rastrillo baja por gravedad, los pivotes enganchan a las rejillas, y luego se eleva por medio de la transmisión del cable. Una ventaja es de que el rastrillo es la única parte mecánica que se sumerge en el agua. Sus desventajas son que su capacidad de limpieza se ve limitada y existen problemas de mantenimiento debido a que los cables se aflojan y se enredan en los carretes y el mecanismo de frenos es operado de una forma incorrecta. (Metcal & Eddy, 1991).. Swtehesde límite. Rastrillo (viajando hada arriba}. Alabe del rastrillo. RUJO-. Fig. 3.4. Rejilla mecánica de cable (Metcalf& Eddy, 1991). OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Las rejillas se deben de mantener limpias debido a que el taponamiento de las mismas ocasiona que aumente la perdida de carga, ocasionando que se tengan diferentes niveles de agua antes y después de las rejillas. 2. El material retirado de las rejillas ocasiona malos olores y moscas, pudiendo reducirse por medio de la adición de cal. 3. Se debe de estar vigilando que los objetos que están siendo removidos no obstruyan el paso de la rastra. Cuando se utilizan rastras con cadenas, es de suma importancia su ajuste y mantenimiento diario, y el de desaguar el canal para el mantenimiento de las partes sumergidas. Se debe mantener en buen estado a aquellas que utilizan cables y se debe de vigilar que el mecanismo de frenado se utilice en la forma adecuada. 4. El material obtenido de las rejillas debe de ser depositado en un contenedor cubiertos, o en una prensa y deben de ser acarreados diariamente. Es de gran importancia que estos contenedores se limpien todos los días con manguera y con químicos (cloro u otros desinfectante) para evitar que la materia orgánica se descomponga y ocasione olores desagradables y acarree moscas. (Metcal & Eddy, 1991).. 18.

(23) 3.3 CANAL DESARENADOR DE LIMPIEZA MANUAL Remueve arenas y cualquier partícula de gravedad específica similar, como semillas y granos de café, los cuales sedimentan cuando se reduce la velocidad del flujo del agua residual. Si las arenas no se remueven en el pretratamiento, pueden ocasionar un desgaste excesivo en el equipo mecánico y bombas de los tanques de sedimentación primarios, pueden obstruir las tuberías y se pueden acumular en los digestores. Estos canales se diseñan para la remoción de partículas con una gravedad especifica de 2.7 con muy poca materia orgánica incluida. El canal desarenador consiste de uno o dos canales alargados paralelos con un espacio para la acumulación de las areniscas. Mientras uno esta en servicio, el otro se puede limpiar con palas. El flujo al final del canal se controla por medio de un vertedor para que la velocidad se mantenga a 1.0 ft/seg independientemente de la cantidad de flujo que entre al canal. (Hammer, 1986). El método más común para la disposición de los sólidos es el relleno sanitario, cubierto para prevenir condiciones indeseables. Los sólidos se acarrean a las áreas de disposición de lodos por medio de tractores. (Metcal & Eddy, 1991). OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Se deberá limpiar el canal tantas veces como sea necesario, dependiendo de la cantidad de sólidos inorgánicos que contenga el agua residual. 2. El material recolectado se deberá de disponer tan pronto como sea posible para evitar moscas, roedores y malos olores (por la materia orgánica). 3. El material obtenido del canal debe de ser depositado en un contenedor cubierto, o en una prensa. Es de gran importancia que estos contenedores se limpien todos los días con manguera y con químicos (cloro u otros desinfectante) para evitar que la materia orgánica se descomponga y ocasione olores desagradables y acarree moscas. (Metcal & Eddy, 1991).. 19.

(24) 3.4 DESARENADOR TIPO VORTEX Existen dos tipos de desarendores tipo vortex: En el primero el agua entra y sale tangencialmente. La turbina rotatoria mantiene una velocidad dé flujo constante, y sus paletas inclinadas ajustables promueven la separación de materia orgánica y areniscas. La acción de la turbina rotatoria produce flujo toroidal para las partículas. Las partículas se sedimentan por gravedad en la tolva. Los sólidos se remueven de la tolva por medio una bomba de areniscas o de elevación de aire. En el otro tipo el agua entra tangencialmente en la parte superior de la unidad. El efluente sale por arriba de un cilindro rotatorio, u "ojo" del fluido. Las areniscas se sedimentan al fondo de la unidad por medio de gravedad, mientras que la materia orgánica, incluyendo aquella separada de las areniscas por medio de fuerzas centrifugas, sale junto con el efluente.. Fig. 3.5. Desarenador tipo vortex (Metcalf & Eddy, 1991) El método más común para la disposición de los sólidos es el relleno sanitario, cubierto para prevenir condiciones indeseables. Los sólidos se acarrean a las áreas de disposición de lodos por medio de tractores. (Metcal & Eddy, 1991). OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. El material recolectado se deberá de disponer tan pronto como sea posible para evitar moscas, roedores y malos olores (por la materia orgánica). 2. El material obtenido del desarenador debe de ser depositado en un contenedor cubierto, o en una prensa. Es de gran importancia que estos contenedores se limpien todos los días con manguera y con químicos (cloro u otros desinfectante) para evitar que la materia orgánica se descomponga y ocasione olores desagradables y acarree moscas. (Metcal & Eddy, 1991).. 20.

(25) 3.5 HOMOGENIZADORES DE FLUJO Se utiliza para mejorar los problemas de operación ocasionados por las variaciones de flujo en las diferentes estaciones del año tanto en calidad como en cantidad. La mayoría de los procesos de tratamiento de agua son muy sensibles a estos cambios. El tanque de homogeneización sirve para balancear los extremos en la calidad y cantidad de estas fluctuaciones para así permitir un tiempo de contacto normal en los subsiguientes tratamientos. Son tanques de acero, tierra o de concreto. Se utilizan difusores de aire o aireadores flotantes para así evitar el azolvamiento y la septicidad del agua. Existen dos tipos de homogenizadores, en línea y fuera de línea. En los homogenizadores en línea, el tanque recibe el agua directamente del sistema de recolección, y la descarga del tanque al tratamiento subsecuente manteniéndose el flujo constante. En los homogenizadores fuera de línea, el exceso de flujo se descarga al tanque de homogeneización, y cuando el flujo de la planta de tratamiento disminuye, entonces se utiliza agua del tanque homogenizador. (Skrentner, 1988) La importancia en la geometría del tanque depende en si se utiliza la homogeneización en línea o fuera de línea. Si se utiliza homogeneización en línea tanto para el flujo como para la masa orgánica, es importante el utilizar una geometría que permita al tanque funcionar como un reactor completamente mezclado tanto como sea posible. Por lo tanto se deben de evitar tanques muy largos, y las configuraciones de entrada y salida deben de colocarse en una forma tal que eviten los cortos circuitos. Debe de contar con varios compartimentos para evitar los malos olores y disminuir los costos de limpieza. El equipo de mezclado debe de tener el tamaño ideal para mezclar el contenido del tanque y prevenir la deposición de los sólidos en el fondo del tanque. (Metcal & Eddy, 1991) Bombas de flujo controlado. Influente Rejillas. Desarenador. \. \. Lodos. Lodos. Tanque de homogenizatión. i. L. Retirculac. Fig. 3.6. Diagrama de flujo de un homogenizador de flujo en línea. 21. A tratamiento.

(26) Medidor de flujo. A tratamiento Influente. Lodos. Recirculación de lodos activados Bombas de flujo controlado. Fig. 3.8. Diagrama de flujo de un homogenizador de flujo fuera de línea OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Se debe de tener cuidado que el nivel del agua se encuentre en el nivel adecuado, para así evitar que las bombas funcionen sin agua. 2. Se tiene que limpiar el exceso de grasa o sólidos que se puedan acumular en las paredes del contenedor. (Metcal & Eddy, 1991).. 22.

(27) 3.6 SEDIMENTADORES PRIMARIOS DE FLUJO RADIAL Nos sirve para la remoción de sólidos sedimentabas y material flotante y por lo tanto reduce el contenido de sólidos suspendidos en el agua a tratar. Los sólidos son recolectados por medio de paletas de arrastre en una tolva, de la cual son bombeados a una área en donde son procesados. El efluente se descarga por medio de vertedores a un sistema de recolección. (Qasim, 1985) Cuando este tanque se utilizan como el único proceso de tratamiento, nos sirven para la remoción de: 1. Sólidos sedimentables capaces de formar depósitos de lodo en el efluente. 2. Grasas y aceites y cualquier material flotante. 3. Una porción de materia orgánica. Para alcanzar el flujo radial, el agua a sedimentar puede entrar por el centro o por la periferia del tanque. Cualquiera de las diferentes formas de entrada se ha comprobado que son satisfactorias, mas sin embargo es mas utilizado el tipo de entrada por el centro, debido a que se tienen algunos problemas con el tipo de entrada perimetral para la distribución del flujo y la remoción de espumas. Entrada por el centro: El agua a tratar se lleva hasta el centro del tanque por medio de una tubería suspendida del puente o empotrada en concreto cerca del piso del tanque. El agua entra al tanque por medio de un pozo circular diseñado para distribuir el flujo uniformemente en todas direcciones. El mecanismo de remoción de lodos se mueve lentamente y puede tener dos o cuatro brazos equipados con rastras. Los brazos también tienen alabes para la remoción de espumas.. r\. \ ¿,. Fig. 3.9. Sedimentador primario con alimentación por el centro (Metcalf& Eddy, 1991) Entrada periférica: Tiene un deflector circular cerca de la pared del tanque formando un espacio anular en la que el agua se descarga en dirección tangencial. El agua fluye en forma espiral alrededor del tanque y por debajo del deflector, y el líquido clarificado se desnata por medio de vertedores en ambos lados hacia una pileta de vertedores. La grasa y espuma se confinan a la superficie de un espacio anular.. 23.

(28) Los tanques circulares de 3.6 a 9 m de diámetro tienen el equipo de remoción de lodos fijado en vigas en un tramo del tanque. Los tanques de 10.5 de diámetro o mayores tienen un muelle que soporta el mecanismo y se puede alcanzar por medio de un puente o andadera. El fondo del tanque tiene una pendiente mas o menos de 1 in/ft para formar un cono invertido, y el lodo se remueve hacia una tolva relativamente pequeña localizada cerca del centro del tanque. (Metcal & Eddy, 1991) OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Remueva las acumulaciones en la entrada y salida de los deflectores, vertedores, y de la caja de espumas. Limpie de manera regular todas las paredes interiores expuestas y los canales con una escoba de goma. 2. Inspeccione todos los equipos mecánico al menos una vez cada turno. 3. Con chorro de agua de manguera remueva todos los derrames de lodo y de agua residual tan pronto como sea posible. 4. Verifique el nivel de los lodos y la concentración del flujo de lodos y ajuste la tasa de bombeo de lodos primarios. Observe como se encuentra operando la bomba de espumas y si es necesario utilice una manguera para la limpieza de las mismas. Ambas cosas se deben de llevar a cabo con de manera frecuente. 5. Verifique diariamente los motores eléctricos y la temperatura de las chumaceras. Además verifique diariamente el detector de sobre carga de los motores eléctricos. 6. Verifique de forma regular los niveles de aceite en los reductores de velocidad y en las chumaceras. 7. Drene cada uno de los tanques primarios cada año y verifique la estructura de concreto y las partes mecánicas que queda por debajo del nivel del agua. Empaste las partes defectuosas del concreto. Inspeccione todas las partes mecánicas para verificar su desgaste y corrosión. Reemplace las aspas cuando sea necesario y póngales una capa protectora. Limpie y pinte las superficies metálicas expuestas. (Qasim, 1985).. 24.

(29) 3.7 SEDIMENTADORES DE ALTA TASA Este tipo de sedimentadores se ha utilizado, particularmente en la remodelación de plantas, para reducir los costos de sedimentación reduciendo el área superficial de los tanques de sedimentación (de 1/4 a 1/6) y el tiempo de retención.(Fadel & Baumann) Los sedimentadores de alta tasa utilizan bandejas inclinadas para dividir la profundidad en secciones menos profundas. Entonces, la profundidad a la que caen las partículas (y por lo tanto el tiempo de sedimentación) se reduce en gran manera. Existen dos variaciones en el diseño para estos sedimentadores: de tubos y de placas. Cuando se instalan los tubos o las placas, no es recomendable el ponerlos cerca de la entrada del tanque en donde existe mucha turbulencia la cual inhibiría la efectividad de los mismos.(Schulz & Okun, 1984). Sedimentadores de tubos. Las bandejas inclinadas se construyen utilizando tubos de paredes angostas, como PVC. Estos tubos pueden ser circulares, cuadrados, hexagonales, o de cualquier otra forma, y se instalan en una posición inclinada a la horizontal entre 7.5 grados (casi horizontales) y 60 grados (tubos muy inclinados). El influente entra por estos tubos y fluye hacia arriba. Los sólidos se sedimentan en el interior del tubo y se deslizan hacia una tolva.. Sedimentadores de placas. Tienen placas paralelas cubriendo todo el tanque. Las placas pueden ser de polietileno (o cualquier plástico similar) o de madera. Las placas construidas de concreto se deben de cubrir con plástico o una cubierta protectora similar debido a susceptibilidad a la corrosión. Los principios de operación para este tipo de sedimentadores es el mismo que el de tubos. Este tipo de sedimentadores nos da un área superficial muy grande, por lo tanto se reduce el tamaño del sedimentador. No existen efectos del viento y el flujo es laminar. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Remueva las acumulaciones en la entrada y salida de los deflectores, vertedores, y de la caja de espumas. Limpie de manera regular todas las paredes interiores expuestas y los canales con una escoba de goma. 2. Inspeccione todos los equipos mecánico al menos una vez cada turno. 3. Con chorro de agua de manguera remueva todos los derrames de lodo y de agua residual tan pronto como sea posible. 4. Verifique el nivel de los lodos y la concentración del flujo de lodos y ajuste la tasa de bombeo de lodos primarios. Observe como se encuentra operando la bomba de espumas y si es necesario utilice una manguera para la limpieza de las mismas. Ambas cosas se deben de llevar a cabo con de manera frecuente. 5. Verifique diariamente los motores eléctricos y la temperatura de las chumaceras. Además verifique diariamente el detector de sobre carga de los motores eléctricos.. 25.

(30) 6. Verifique de forma regular los niveles de aceite en los reductores de velocidad y en las chumaceras. 7, Drene cada uno de los tanques primarios cada año y verifique la estructura de concreto y las partes mecánicas que queda por debajo del nivel del agua. Empaste las partes defectuosas del concreto. Inspeccione todas las partes mecánicas para verificar su desgaste y corrosión. Reemplace las aspas cuando sea necesario y póngales una capa protectora. Limpie y pinte las superficies metálicas expuestas. (Qasim, 1985).. 26.

(31) 3.8 FLOTACIÓN CON AIRE DISUELTO (DAF) Se utiliza para remover sólidos suspendidos por medio de flotación a través de la disminución de la densidad aparente. Consiste en saturar una porción o toda el agua residual, o una porción del efluente reciclado con aire a una presión de 25 a 70 Ib/in2g. El agua presurizada se mantiene a esta presión por 0.5 a 3.0 minutos en un tanque de retención y después se descarga a presión atmosférica a una cámara de flotación. La reducción tan rápida de presiones resulta en la liberación de burbujas microscópicas las cuales se adhieren a aceites y a partículas suspendidas en el agua residual. Esto da por consecuencia una aglomeración la cual, debido al aire que entra, aumenta la velocidad de ascenso a rangos de 0.5 a 2.0 ft/min. El material flotante sube a la superficie a formar una capa de espuma. La espuma se remueve por medio de palas de arrastre o cualquier otro mecanismo que remueva continuamente la espuma. El tiempo de retención en la cámara de flotación es de 20 a 60 minutos. La efectividad de la flotación de aire disuelto depende de la unión de las burbujas al aceite suspendido y a las otras partículas que tienen que ser removidas del agua residual. La atracción entre las partículas de aire y las partículas a remover resulta de las cargas superficiales de la partícula y la distribución del tamaño de las burbujas.. Linea aümertadora de) hfluerte. Ccnecoóo auxftar do recirculación (Tanque primario oefluertedetaptafis). Fig. 3.10. Flotación con aire disuelto. La planta debe de proveer suficientes burbujas para que al menos una burbuja se adhiera a cada partícula a remover. Esto significa que el número de burbujas que entran al tanque de flotación, multiplicado por la probabilidad de que una burbuja se adhiera a una partícula, debe ser al menos igual al número de partículas en el agua residual. Las partículas pequeñas tienen la ventaja adicional que su velocidad terminal (controlada por la Ley de Stokes) es pequeña. Esto incrementa el tiempo en el que están disponibles para la colisión con los flóculos de partículas, y cuando ocurre el contacto la velocidad de aproximación es moderada lo que hace que las oportunidades de adherencia sean bastante buenas. Por lo contrario las burbujas muy grandes son. 27.

(32) muy peligrosas: se elevan muy rápidamente lo que ocasiona una gran turbulencia que puede romper los flocules o desunir las burbujas de los flocules.. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Limpie con manguera y sin demora todos los derrames de agua residual que pueda haber. 2. Inspeccione cualquier metal expuesto durante la rutina diaria de limpieza para verificar cualquier indicio de corrosión y deterioro de la pintura. 3. Verifique el mecanismo de remoción de espumas. (Qasim, 1985). 4. Verifique los sopladores.. 28.

(33) IV - PROCESOS BIOLÓGICOS Y TRATAMIENTO DE LODOS 4.1 LODOS ACTIVADOS. Los lodos activados es un proceso caracterizado por tener un lecho suspendido de microorganismos, mantenido en un estado homogéneo por medio del mezclado y turbulencia inducido por medio de la aireación. La mezcla de microorganismos y agua residual que se forma en el tanque de aireación, llamado licor mixto, se transfiere por medio de gravedad a clarificados para la separación de líquido y sólidos. La mayoría de los microorganismos sedimentados en el clarificador se devuelve al tanque de aireación para ser mezclado con el agua que entra al tanque, mientras que el exceso, que constituye el lodo de desecho, se envía a las instalaciones de manejo de lodos. Se introduce aire en el tanque de aireación ya sea por medio de difusores o de mezcladores mecánicos. Existen muchas modificaciones del proceso de lodos activados. Estos procesos difieren en el tipo de flujo y mezclado en el tanque de aireación, y en la forma que los microorganismos se mezclan con el agua que entra al tanque. Los principales tipos de reactores biológicos son flujo pistón, completamente mezclado y flujo arbitrario. EN un reactor de flujo pistón las partículas pasan a través del tanque y se descargan en la misma secuencia en la que entraron. Diferente tipos de Procesos Convencional El influente y el lodo de retorno entran al tanque al final del tanque y son mezclados por medio del sistema de aireación. Punto alternativo para el desecho de lodos. Influente. Clarificador Secundario. Tanque de aireación. Lodos de Retorno Lodo de desecho. Fig. 4.1. Diagrama de flujo de lodos activados convencional. Aireación completamente mezclada. El influente y el lodo de retorno se mezclan y descargan en varios puntos a lo largo y. ancho del tanque. El contenido se mezcla y el SSLM fluye a través del tanque hacia los 29.

(34) canales de salida. La demanda de oxigeno y la carga orgánica son uniformes a todo lo largo del tanque. Punto alterno para lodos de desecho. Tanque de aireación. ' t í Influente. w. i i. ^. 1\ 11 41 11. ni4 [ni • u<. 4. \ \ \\ 1 \. ,^ ,• '. ^ '. 4. Clarificador Secundario. t. \ \. i kJ V. 1 /. ^ Efluente. r. Lodo de Retorno. Y Lodo de desecho. Fig. 4.2. Diagrama de flujo de lodos activados con aireación completamente mezclada Aireación Extendida. Utiliza tanques de aireación muy grandes en donde se mantiene una gran población de microorganismos. Se utiliza para flujos pequeños, por ejemplo de escuelas. Las plantas prefabricadas utilizan este tipo de proceso. Se utilizan rotores para el abastecimiento de oxigeno y para mantener la circulación. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO TANQUE DE AIREACIÓN 1. Inspeccione la caja de distribución diariamente y limpie cables y compuertas para la remoción de sólidos. 2. Limpie todos los días los escombros acumulados en el canal de entrada, en las compuertas, y en los vertedores de salida. 3. Mantenga un registro diario del Oxigeno Disuelto en el tanque de aireación, la concentración de los SSLM, IVL, y la edad de lodos. Si se encuentran valores bajos o altos, tome las medidas correctivas necesarias. 4. Limpie todos los días todas las paredes verticales y canales con una escoba de goma. 5. Limpie con chorro de agua con manguera y sin demora todos los derrames de agua residual que pueda haber. 6. Inspeccione durante la rutina diaria de limpieza las rejillas y cualquier metal expuesto para verificar cualquier indicio de corrosión y deterioro de la pintura. 7. Prepare las cartas para la lubricación de los equipos mecánicos con las recomendaciones de fabrica.. 30.

(35) 8. Vacíe cada tanque de aireación anualmente para inspeccionar las porciones de concreto que se encuentran bajo el nivel del agua, tuberías, etc.. Reemplace o repare todas las partes defectuosas. Empaste las partes defectuosas de la estructura de concreto y vuelva a pintar todas las superficies metálicas.. 31.

(36) 4.2 LAGUNAS DE AIREACIÓN Una Laguna de oxidación es un estanque en donde se trata el agua residual ya sea con o sin recirculación de sólidos. El oxigeno es suministrado por medio de aireadores superficiales o difusores. Los aireadores superficiales se dividen en dos tipos: de jaula y el más común de turbina y de eje vertical. El sistema de difusores utilizado en lagunas consiste de tuberías de plástico colocadas cerca del fondo de las celdas con orificios rociadores espaciados de forma regular en la superficie de los tubos. Debido a que las lagunas de aireación se construyen para un mezclado parcial, ocurre una estratificación aerobia-anaerobia, y una fracción muy grande de los sólidos que entran al sistema y de los sólidos biológicos producidos se sedimentan en el fondo de la laguna. A medida que se acumulan los sólidos, una parte de ellos entrara en una fase de descomposición anaerobia. Son mas eficientes pequeñas lagunas en serie que una sola. Se puede tener una laguna no aireada para pulimento, muy recomendable, de esta manera se mejora la remoción de los sólidos suspendidos antes de que el agua sea descargada, (vernick & Walker, 1981).. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Se debe de tener cuidado que los aireadores estén operando correctamente y que toda la laguna se mezcle correctamente. 2. Limpie todos los días los escombros acumulados en el canal de entrada, en las compuertas, y en los vertedores de salida. 3. Mantenga un registro diario del Oxigeno Disuelto en las lagunas, la concentración de los SST, IVL, y la edad de lodos. Si se encuentran valores bajos o altos, tome las medidas correctivas necesarias. 4. Inspeccione durante la rutina diaria de limpieza las rejillas y cualquier metal expuesto para verificar cualquier indicio de corrosión y deterioro de la pintura. 5. Prepare las cartas para la lubricación de los equipos mecánicos con las recomendaciones de fabrica.. 32.

(37) 4.3 FILTROS PERCOLADORES Se pueden clasificar en filtros de carga orgánica o hidráulica, de tasa baja o estándar, intermedia, alta y super alta y de sifón.. Sistema de distribución El sistema de distribución consiste de dos o más brazos montados sobre un pivote en el centro del filtro y gira en un plano horizontal. Los brazos son huecos y contienen boquillas por las cuales el agua se descarga a la cama del filtro. El montaje de distribución puede ser impulsado por medio de la reacción dinámica del agua que se descarga de las boquillas o por un motor eléctrico. Los distribuidores tiene diámetros de 60 m. Los brazos deben de ser de una sección transversal constante o deben de ser ahusados. Las boquillas son espaciadas de forma desigual para que se pueda lograr un flujo mas alto cerca de la periferia que en el centro. La distribución de las boquillas consiste de una serie de boquillas localizados en los puntos de un triángulo equilátero que cubren toda la cama del filtro. Se utilizan tuberías para distribuir el agua uniformemente a las boquillas.. Medio El medio filtrante ideal es aquel que tiene una alta área superficial por unidad de volumen, que sea bajo en costo, una alta durabilidad, y no se tapa fácilmente. El mas utilizado son medios de plástico, madera roja o madera tratada a presión. Debe de durable y resistente.. Desagües Consiste en desagües que capturan el agua y los sólidos que se descargan del medio filtrante y los lleva .a tanques de sedimentación. Los desagües para un medio filtrante rocoso consisten de blocs de arcilla vitrificada o rejillas de fibra de vidrio sobre un piso de concreto reforzado. El piso y los desagües deben de ser lo suficientemente resistentes para soportar el peso del medio filtrante, el crecimiento de lama y el agua residual. Los desagües deben de esta abiertos de ambos lados para que su inspección y limpieza se puedan llevar a cabo de una forma fácil. El desagüe para un medio filtrante de plástico consiste de ya sea de una viga o columna de granito. El medio yace sobre las vigas, los cuales tienen canales en la parte superior para asegurar un flujo libre del agua y del aire. Todos los desagües deben de ser diseñados para que pueda agregarse ventilación si se cambian las condiciones de operación de filtrado.. Flujo de aire Los principales factores que ocasionan flujos de aire en un filtro abierto son las fuerzas del viento y las corrientes naturales. En el caso de corrientes naturales, las fuerzas que. 33.

(38) actúan en el flujo de aire es la diferencia ambiente y el aire adentro de los poros. Si el aire del poro va a estar frío y la dirección ambiente esta mas frío que el agua, el flujo más afecta a la transferencia másica.. de temperatura entre el aire del medio agua esta mas fría que el aire ambiente, el del flujo va a ser hacia abajo. Si el aire va a ser hacia arriba. Lo ultimo es lo que. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Todas las mañanas se debe de verificar si los orificios del distribuidor giratorio se encuentran tapados. 2. Para evitar los malos olores y el desarrollo de moscas, se deberán de retirar cualquier rastro de lodo en las aberturas de aireación y en los canales de salida del agua..

(39) 4.4 ZANJAS DE OXIDACIÓN Se pueden considerar como un sistema de lodos activados de baja intensidad en el rango de aireación extendida. Una de las grandes ventajas de las zanjas de oxidación es la habilidad de producir efluentes de una alta calidad de una forma simple con la producción mínima de lodos. Es un sistema simple que trata el agua residual y digestión aerobia en un solo tanque. Otra de las grandes ventajas de las zanjas de oxidación es su capacidad para nitrificar y denitrificar en un tanque.. Fig. 4.3. Zanjas de oxidación. Existen muchas formas de operación y arreglos para las zanjas de oxidación. La zanja puede tomar cualquier forma con la única condición que forme un circuito cerrado. En sección transversal la mayoría de las zanjas son rectangulares o trapezoidales, con un tirante de agua de 1 a 4.5 mts. Normalmente antes de las zanjas de oxidación existe un pretratamiento, mas no se utiliza el tratamiento primario. Después del pretratamiento el agua residual es aireada en la zanja por medio de aireadores mecánicos los cuales se colocan atravesando el canal. El aireador provee el mezclado y la circulación en la zanja, así como suficiente transferencia de oxigeno. Normalmente el mezclado en el canal es uniforme, pero pueden existir zonas de bajas concentraciones de oxigeno disuelto. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Se deberá de darle el mantenimiento adecuado al sistema de aireación. 2. Limpie todos los días los escombros acumulados en el canal de entrada, en las compuertas, y en los vertedores de salida. 3. Inspeccione durante la rutina diaria de limpieza las rejillas y cualquier metal expuesto para verificar cualquier indicio de corrosión y deterioro de la pintura.. 35.

(40) 4. Prepare las cartas para la lubricación de los equipos mecánicos con las recomendaciones de fabrica.. 36.

(41) 4.5 SISTEMAS DE AIREACIÓN Difusores El aire se alimenta al tanque por medio de difusores porosos o por medio de orificios de aire colocados cerca del fondo del tanque. Algunos componentes del sistema de difusión son: (1) Difusores u orificios de aire, (2) tuberías, (3) Compresor. Los factores que afectan la transferencia de oxígeno son el tamaño de la burbuja, la tasa de difusión de aire, la localización de los sistemas de difusión, y la velocidad del medio alrededor. Los diferentes tipos de difusores son los siguientes: 1. De poro fino. Placas porosas, tubos o domos hechos de cerámica o plástico comprimido. 2. De poro medio. Hechos de tubos perforados de acero inoxidable y cubiertos de tela de alambre formando un tubo de 7.5 cm de diámetro y 61 cm de largo. 3. De poro Grueso. Varios orificios con válvulas checks; un aire rociador se escapa de la periferia de un tu disco flexible que se puede levantar sobre su asiento bajo la presión del aire; inyectores de orificios ranurados. 4. Sistemas Tubulares. El aire fluye hacia arriba por medio de flujo turbulento dentro del tubo. La transferencia y mezclado de oxigeno se lleva acabo debido a que el tubo aireador funciona como una bomba elevadora de aire. 5. Inyectores de Chorro. Se mezcla aire comprimido y agua y se descargan horizontalmente. La pluma ascendente de burbujas produce el mezclado y la transferencia de oxigeno. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Los difusores deben de limpiarse periódicamente para evitar que se obstruyan las salidas del aire, también para quitarles la lama que se les forma en la superficie de los mismos. (Winkler, 1981).. Aireación mecánica. El oxigeno entra a través de la atmósfera. Los aireadores consisten de impulsores sumergidos o parcialmente sumergidos las cuales están sujetas a motores montados en soleras o en estructuras fijas. Los aireadores superficiales se clasifican de acuerdo a la velocidad de los impulsores. 1. Flujo Radial, baja velocidad, 20-60 r.p.m. Utilizan impulsores de diámetros muy grandes, bases fijas o flotantes (puente o plataforma), utilizan reductores de velocidad. 2. Flujo axial, de alta velocidad, 300-1200 r.p.m. Utilizan impulsores pequeños y estructuras flotantes. 3. Turbinas sumergidas. Dan una agitación violenta,.el aire comprimido entra al impulsor por medio de tuberías abiertas o un difusor de anillo localizados a un lado del impulsor. Puentes fijos. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO. 1. Se debe de lubricar el motor y los apoyos del eje. 37.

(42) 2. Se deben de verificar periódicamente los tornillos del acoplamiento que une el eje del motor con el eje del mezclador para evitar que se aflojen 3.. También se deben de verificar periódicamente los tornillos de los alabes o los alabes del mezclador 4. Cambie el aceite cuando sea necesario. (Roy, 1988). 38.

(43) 4.6 CLARIFICADOR SECUNDARIO El propósito de un tanque de sedimentación después del proceso biológico es el de recolectar los flóculos biológicos. La separación de los sólidos es el último paso en la producción de un efluente bien clarificado y estable, bajo en DBO y en sólidos suspendidos. La presencia de volúmenes muy grandes de sólidos floculantes en el licor mezclado necesita consideraciones especiales para el diseño del clarificador secundario. Estos sólidos tienden a formar una capa de lodos que varia en su espesor. Esta capa puede llenar toda la profundidad del tanque y sobrepasar los vertedores en flujos picos, si es inadecuada la capacidad de bombeo de los lodos de retorno o el tamaño del tanque sedimentador. También, el licor mezclado, que entra al tanque, tiene una tendencia a fluir en forma de una corriente densa, interfiriendo de esta forma con la separación de los sólidos y el espesamiento de los lodos.. UMadeejum. —1. 1. Gofccbr di todos Tr«n*ún. Fig. 4.4. Vista en planta y transversal de un sedimentador secundario (Qasim, 1985). Se deben de considerar los siguientes factores para el diseño del clarificador secundario: 1. Los tipos de tanques 2. Las características de sedimentación de los lodos relacionadas al espesamiento adecuado para una operación adecuada de la planta 3. Carga superficial y de sólidos 4. Profundidad del tanque 5. Distribución del flujo. 39.

(44) 6. Diseño de la entrada del flujo 7. Localizador! de los vertedores 8. Remoción de espumas. (Metcal & Eddy, 1991). OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 1. Remueva todos los días lo acumulado en los deflectores de entrada, los vertedores del efluente, los deflectores de espuma, y la caja de espuma. 2. Observe el lodo de retorno de cada clarificador, y ajuste el flujo según las pruebas de laboratorio. 3. Determine en nivel de lodos y ajuste la bomba de los lodos. 4. Limpie diariamente con escoba de goma todas las paredes interiores expuestas y canales. 5. Inspeccione la caja de distribución y limpie los vertedores, compuertas, y paredes y remueva todos los sólidos sedimentados. También verifique el flujo de todos los clarificadores. 6. Inspeccione la caja del efluente, y limpie los vertedores y las paredes si es necesario. Mida diariamente la carga sobre los vertedores. 7. Observe la operación de la bomba de espumas y si es necesario limpie con manguera. 8. Limpie con manguera y sin demora todos los derrames de agua residual que pueda haber. 9. Verifique si los motores se están sobre operando, la temperatura de las chumaceras, y el detector de sobrecarga dos veces al día. 10. Verifique los niveles de aceite de las tornamesas de las chumaceras cada semana y rellénelas si es necesario. 11. Verifique cada semana el nivel de aceite, el reductor de grasas, y los rodillos del desnatador. 12. Engrase las chumaceras principales cada semana. 13. Drene cada clarificador anualmente para inspeccionar las partes debajo del nivel del agua de la estructura de concreto y los mecanismos. Inspeccione si hay corrosión en el equipo mecánico, y aplique una capa de pintura protectora. Inspeccione la estructura de concreto y empaste las áreas defectuosas. 14. Inspeccione anualmente el recolector de lodos y cualquier otro equipo para ver si hay corrosión. Limpie y pinte todas las partes metálicas que sean necesarias. (Qasim, 1985).. 40.

(45) 4.7 DIGESTOR ANAEROBIO La digestión anaerobia utiliza tanques cerrados en donde microorganismos anaerobios estabilizan la materia orgánica produciendo a su vez metano y dióxido de carbono. El lodo digerido es estable, inofensivo y bueno para el acondicionamiento del suelo. (Qasim, 1985). A menos que los lodos sean aireados en forma vigorosa, la descomposición prosigue anaerobiamente. En las operaciones intermitentes, son dos los grupos subsecuentes de bacterias principales que consumen alimento: (1) los productores de ácido facultativamente anaerobios, que convierten a los carbohidratos, a las proteínas y las grasas en ácidos y alcoholes y (2) los fermentadores anaerobios del metano, que convierten los ácidos y alcoholes en metano y bióxido de carbono. (Fair, Geyer & Okun, 1987). El proceso anaerobio esta controlado esencialmente por las bacterias formadoras de metano. Estas bacterias son muy sensibles al pH, a la composición del substrato y a la temperatura. Si el pH baja de 6.0, la formación de metano baja, y se acumula mas ácido, provocando que el proceso de digestión se paralice. Por lo tanto, el pH y la cantidad existente de ácido constituyen parámetros de operación muy importantes. Existen dos tipos de digestores anaerobios: de tasa estándar y tasa alta. El digestor de tasa estándar el contenido del digestor normalmente no se calienta ni se mezcla. El tiempo de digestión varia de 30 a 60 días. En digestor de alta tasa el contenido se calienta y se mezcla completamente. EL tiempo de detención es de 10 a 20 días. Las variables más importantes que controlan la operación de un digestor anaerobio son: 1. Capacidad del digestor 2. Control del calentamiento y la temperatura 3. Mezclado 4. Producción y utilización de gas 5. Cubierta del digestor 6. Calidad del sobrenadante 7. Características de los lodos. 41.

(46) Fig. 4.5. Digestor anaerobio. Capacidad del digestor Generalmente se basa en: (a) El tiempo de digestión, tiempo de residencia celular o tiempo de retención de los sólidos. (b) Carga volumétrica. (c) Población. (d) Reducción observado del volumen.. Control del calentamiento y la temperatura. La tasa de crecimiento biológico y la estabilización de los sólidos incrementa y decrece, respectivamente, en un rango de temperaturas. Para la digestión de los microorganismos mesofílicos y termofflicos, la temperatura óptima son de 35 y 54°C, respectivamente. Por lo tanto es muy importante el mantener una temperatura apropiada por medio del calentamiento del lodo que entra y el calentamiento del contenido del digestor.. Mezclado Debe de mezclarse apropiadamente para que el digestor funcione adecuadamente. El mezclado tiene los siguientes efectos benéficos: (a) Mantiene el contacto entre el lodo que va entrando y la biomasa activa (b) Crea uniformidad física, química y biológica en todo el reactor. (c) Dispersa rápidamente los productos finales metabólicos, y cualquier químico tóxico que entre al digestor. (d) Prevé la formación de espuma superficial. Una cierta cantidad de mezclado natural ocurre en la digestión anaerobia causada tanto por las burbujas de aire y la convección térmica creada por el lodo calentado. Sin embargo, el mezclado natural no es suficiente, y por lo tanto se necesita un mezclado adicional. Los métodos utilizados para el mezclado adicional es la circulación externa por medio de bombeo, mecanismo interno de mezclado, y mezclado interno de gas.. 42.

Figure

Tabla 2.1. Descripción de operaciones y procesos unitarios para tratamiento de agua residual OPERACIÓN O PRINCIPAL APLICACIÓN
Fig. 2.2. Alternativas para las operaciones y procesos unitarios para el proceso y disposición de lodos (Qasim, 1985)
Fig. 2.3. Laboratorio Las pruebas en campo normalmente son:
Fig. 3.1. Rejilla mecánica de cadena (Metcalf&amp; Eddy, 1991)
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Referencias

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