TESIS
“ESTUDIO TEÓRICO EXPERIMENTAL APLICANDO SONICACIÓN
-COAGULACIÓN A UN EFLUENTE DOMÉSTICO”
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO QUÍMICO
ELABORADO POR:
FERNANDO TRIGOSO VILLALOVOS
EDISON TEJEDA GARCÍA
ASESOR:
Ing. M.Sc WARREN REÁTEGUI ROMERO
LIMA – PERU
DEDICATORIA
A Dios, por brindarme la sabiduría, paciencia y fortaleza necesaria para alcanzar
una meta más en mi vida.
A mi mamá Juana y papá Pedro, por creer siempre en mis capacidades, por su
entrega incondicional y por los valores inculcados; a mis hermanos Nestor, Daneli y
Wilber y a mi cuñado Miguel, por brindarme su confianza, respaldo y los mejores
consejos en cada momento de mi vida.
Fernando Trigoso Villalovos
Tienes que terminar lo que empezaste….
Frase que me enseñaron de niño y que ahora repito siempre a mi hijo Ricardo.
Este trabajo es gracias a ustedes, Jorge y Mercedes.
AGRADECIMIENTOS
Realizar este trabajo fue producto de mucho esfuerzo y privaciones, así como
perseverancia ante resultados adversos.
Agradecemos de manera encarecida al Ingeniero Marco Pinchi, por la viabilidad en
el uso de las instalaciones en la planta de tratamiento de aguas residuales
domésticas localizada en San Juan de Miraflores (PTARD-SJM) además, por la
siempre empatía mostrada ante nuestra inquietud de conocer a fondo el proceso de
tratamiento en la PTARD-SJM.
Al ingeniero Cesar Anaya por la amabilidad y apoyo desinteresado en la realización
del presente trabajo, no podemos dejar de mencionar a la licenciada Erika Chacón
quien con sus consejos y experiencia nos absolvió dudas para poder concluir la
presente investigación.
Finalmente,al Ingeniero Warren Reátegui por sus valiosos aportes en la concepción
de la idea y durante la fase de desarrollo del proyecto.
A todos los compañeros, amigos y familiares que contribuyeron en la culminación y
RESUMEN
La tecnología de ultrasonido aplicada al tratamiento de agua residual, como
proceso de oxidación avanzada, cada día está cobrando mayor importancia debido
a la tendencia de encontrar tecnologías limpias o amigables con el medio ambiente,
haciendo un balance entre el costo económico y costo social.
Existen antecedentes que demuestran la descomposición de algunos compuestos
orgánicos durante el proceso de cavitación al aplicar ésta tecnología a una muestra
creada en laboratorio; sin embargo, en ésta investigación se estudió la eficiencia del
ultrasonido sobre un efluente real, tratado parcialmente por sistema de lagunas de
aireación y mediante el uso de un equipo tipo baño ultrasónico de 35 kHz de
frecuencia y 5,7 litros de capacidad. Los parámetros analizados fueron: aceites y
grasas, DBO5, DQO, SST, coliformes termotolerantes, coliformes Totales; tomando
como referencia la legislación nacional para efluentes de una planta de tratamiento
de aguas residuales.
Se trabajó a tres tiempos diferentes para los ensayos; 10, 20 y 30 minutos y a tres
pH (potencial de hidrogeno) distintos: 6,0 (por la adición de ácido clorhídrico), 7,6
(pH medido en la muestra) y 9,0 (por la adición de hidróxido de sodio). Los
resultados demuestran que la sonicación presenta la mejor eficiencia de remoción
para el parámetro de aceites y grasas, 91,4 % en 10 minutos de sonicación.
Asimismo, no se detectó considerable cambio en la concentración de nutrientes y la
variación de pH fue insignificante. También ocurre un cambio significativo en la
temperatura (18 – 20 °C) en 30 minutos. Sin embargo, éste incremento de la
temperatura no genera cambio considerable en la eficiencia del tratamiento. De
igual manera, para los demás parámetros analizados no se obtuvo resultados
prometedores, ya que al aplicar sonicación a la muestra, no se observa reducción
significativa de la concentración de estos patógenos.
De manera paralela, en éste estudio se analizó el tratamiento del mismo efluente
férrico y sulfato de aluminio como coagulante, MT-Floc-6506 y CHEMFLOC-FI
como floculantes.
La combinación coagulante – floculante que permite obtener mejores resultados en
relación a la turbiedad (50,8% de remoción) fue Cloruro férrico y MT-Floc-6506 para
una dosificación de 10 y 5 ppm respectivamente.
Para el efluente de PTARD de SJM, el coagulante cloruro férrico resulto ser el más
adecuado que el sulfato de aluminio, ya que alcanzo mayor grado de remoción
ABSTRACT
Ultrasound technology applied to wastewater treatment, as an advanced oxidation
process, is becoming increasingly important due to the tendency to find clean or
environmentally friendly technologies, and at the same time making balance
between economic and social impact.
There are studies demonstrating decomposition of some organic compounds during
the process of cavitation in laboratory sample. However, in this research the
ultrasound efficiency was studied on a real effluent that was partially treated by a
system of oxidation pools and by the use of ultrasonic equipment of 35 kHz
frequency and 5,7 Liters capacity. The parameters analyzed were: Oil and Grease,
BOD5, COD, TSS, Thermotolerant Coliforms, Total Coliforms; Taking as reference
the national legislation for effluents from wastewater treatment plants.
Three different test times were used: 10, 20 and 30 minutes and at three different
pHs: 6,0 -Adding hydrochloric acid-, 7,6 – sample’s level- and 9,0 - Adding sodium
hydroxide-. The results show that sonication presents the best removal efficiency for
the oils and grease, (91,4%), in 10 minutes of sonication. Also, no significant change
in nutrient concentration was detected and pH variation was insignificant. There is
also a small change in temperature, (18 - 20 °C), in 30 minutes. However, this
increase in temperature does not generate a considerable change in treatment
efficiency. The other parameters analyzed showed no clear trend in the
concentration of these variables.
This investigation shows also the treatment of the same effluent analyzed by
coagulation-flocculation technique, for which ferric chloride and aluminum sulfate
were used as coagulants and MT-Floc-6506 and CHEMFLOC-FI as flocculants.
The coagulant - flocculant combination that shows better results in relation to
turbidity, (50,8%), was Ferric Chloride with MT-Floc-6506 for a dosage of 10 and 5
ppm respectively.
For the SJM PTARD effluent, the ferric chloride coagulant proved to be more
suitable than aluminum sulphate, because it achieved a higher degree of removal
PRÓLOGO
“El acceso al agua potable es una necesidad humana fundamental, y por lo tanto,
un derecho humano básico. El agua contaminada pone en peligro la salud física y
social de todas las personas. Es una afrenta a la dignidad humana.” (Kofi Annan,
secretario general de Naciones Unidas, 2003).
El agua es un recurso esencial para la vida en este planeta. Los seres humanos
dependemos de ella para nuestra salud y para la producción de alimentos, bienes y
servicios. El agua a través de la historia ha sido motivo de conflictos por posesión
de tierras.
En el informe sobre el desarrollo humano en el año 2006 publicado por el Programa
de las naciones unidas para el desarrollo (PNUD) se indica como las principales
actividades que consumen mayor cantidad de agua, a la agricultura con un 70 %
del consumo mundial, la industria con un promedio de 23 %, y el consumo
doméstico con un 7 %. Dentro de este 7 % de consumo doméstico, los seres
humanos tenemos la libertad de optar por realizar diferentes actividades que
consumen agua sin ningún impedimento (PNUD, 2006).
Según el informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo humano, la privación
de agua limpia y saneamiento básico destruyeron más vidas que cualquier guerra o
acto terrorista (PNUD, 2006). Dentro de la problemática mundial, alrededor de
novecientos millones de personas en el mundo no tiene acceso al agua potable,
aproximadamente 1 100 millones de habitantes no beben agua potable y 2600
millones no tienen servicios de alcantarillado (PNUD, 2006).
Además de la escasez del agua, tenemos como tema importante la contaminación
de este recurso por diversas actividades antropogénicas, incluyendo las del sector
industrial, agrícola y residencial. La contaminación ha alterado el ciclo regular del
agua durante años y cada vez en mayores cantidades. Esto significa que la
naturaleza provee de agua y se devuelve en su mayoría contaminada.
Se encuentran diferentes tipos de contaminación del agua, como la petrolera, la
minera, la industrial, doméstica, etc. Este trabajo se centrará en la contaminación
de San Juan de Miraflores (PTARD-SJM) y su tratamiento como alternativa de
solución.
En la actualidad muchas personas desconocen los procesos de reutilización de las
aguas residuales y sus beneficios potenciales. Por ejemplo, en el caso de la
agricultura, el agua residual adecuadamente tratada es un agua con nutrientes
apropiado para las tierras de sembrado.
Alrededor del mundo existen casos actuales que son ejemplos exitosos del uso de
tecnología moderna de tratamiento de aguas residuales, a pesar de las dificultades
relacionadas con su entorno. Un ejemplo es Israel, un país donde su geografía
limita la captación y suministro de agua a sus pobladores, pero con el uso de
tecnologías modernas han hecho viable satisfacer la demanda de este recurso. Es
así que cuentan con sistemas de tratamiento de aguas residuales para el riego en
la agricultura, teniendo éxito en sus productos.
En la actualidad existen diversas técnicas para el tratamiento de aguas residuales
industriales y domésticas, sus aplicaciones se deben generalmente a las
características del efluente a tratar. Para el presente trabajo se consideraron las
técnicas de Sonicación y coagulación - floculación en la PTARD-SJM.
En el capítulo tres se centrará todo el problema del tratamiento de aguas residuales
en soluciones alternativas con el uso de tecnologías modernas y limpias
considerando el costo social como preponderante, y se buscará fijar una solución
específica para las zonas urbanas.
El capítulo cuatro se analizan los resultados obtenidos a través de las diferentes
corridas experimentales para cada parámetro que manda la normatividad del
estado peruano. Dichas pruebas se desarrollaron empleando la técnica de
sonicación como alternativa de tratamiento a la que se utiliza en la actualidad
(lagunas de oxidación). Adicionalmente, se realizaron pruebas de floculación-
Coagulación como complemento a la técnica mencionada.
Finalmente, se presenta las conclusiones y recomendaciones del presente trabajo
de investigación básica, considerando las normas vigentes y los resultados de
laboratorio proporcionados por entidades acreditadas según las reglamentaciones
ÍNDICE
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ... 19
1.1. Planteamiento de la realidad problemática ... 19
1.2. Objetivos ... 21
1.2.1. Objetivos generales ... 21
1.2.2. Objetivos específicos ... 21
1.3. Hipótesis ... 21
1.4. Marco legal ... 21
1.4.1. Límites Máximos Permisibles (LMP) para los efluentes de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas o Municipales. ... 21
1.4.2. Estándares nacionales de calidad ambiental para agua ... 22
CAPITULO II: REVISIÓN DE ANTECEDENTES REFERENCIALES ... 24
CAPITULO III: MARCO TEÓRICO ... 29
1.5. Tratamiento de aguas residuales. ... 29
1.5.1. Tecnologías ... 29
a. Tratamiento Preliminar ... 33
b. Tratamiento Primario ... 33
c. Tratamiento secundario ... 33
d. Tratamiento terciario ... 34
e. Tratamiento y disposición del Lodo ... 34
1.5.2. Características del agua residual ... 35
a. Características físicas ... 35
b. Características químicas ... 36
c. Características Biológicas ... 37
d. Demanda química de oxígeno (DQO) ... 40
e. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) ... 40
f. Relación entre la DQO y la DBO5 ... 40
1.5.3. Planta de tratamiento de aguas residuales domesticas- San Juan de Miraflores ... 41
a. Ubicación ... 41
b. Antecedentes ... 42
1.6. Fundamentos de la Sonicación ... 46
1.6.1. Cavitación ... 47
1.6.2. Ultrasonido ... 48
a. Efecto de la sonicación en el medio ... 50
b. Mecanismos de acción del ultrasonido ... 53
c. Campos de aplicación del ultrasonido ... 54
1.6.3. Equipos de ultrasonido ... 57
1.7. Coagulación ... 59
1.7.1. Partículas coloidales ... 59
1.7.2. Propiedades de los Coloides ... 60
a. Propiedad cinética ... 60
b. Propiedad óptica: Efecto Tyndall-Faraday ... 61
c. Propiedad de superficie: adsorción ... 61
d. Propiedad electrocinética: electroforesis ... 62
1.7.3. Estabilidad Coloidal ... 63
1.7.4. Conceptos de coagulación y floculación ... 63
1.7.5. Doble capa eléctrica ... 64
1.7.6. Potencial Z ... 66
1.7.7. Desestabilización de coloides ... 67
a. Compresión de la doble capa ... 67
b. Adsorción y neutralización de la carga ... 68
c. Inmersión del precipitado ... 69
d. Adsorción y enlace puente interpartícula ... 69
1.7.8. Productos coagulantes ... 70
1.7.9. Factores que influyen en la coagulación ... 71
a. pH ... 71
b. Sales disueltas ... 71
c. Temperatura ... 72
d. Dosis del coagulante ... 72
e. Agitación ... 72
1.7.10. Tipos de coagulación ... 73
a. Coagulación por adsorción ... 73
b. Coagulación por barrido ... 74
1.7.11. Aspectos generales de prueba de jarra ... 75
a. Condiciones de la prueba de jarras ... 76
b. Procedimientos para llevar a cabo una prueba de jarras ... 77
c. Criterios para la evaluación de resultados de una prueba de jarras ... 78
CAPITULO IV: DESARROLLO EXPERIMENTAL ... 80
2.1. Metodología ... 80
2.1.1. Sonicación ... 80
a. Prueba Preliminar: Influencia del tiempo de sonicación a 3 litros de muestra y 35 kHz de frecuencia... 80
b. Sonicación: Influencia del volumen de muestra y pH, a 35 kHz de Frecuencia ... 80
2.1.2. Coagulación- prueba de jarras ... 81
2.1.3. Análisis de laboratorio ... 82
2.2. Materiales experimentales ... 82
2.2.1. Baño ultrasónico ... 82
2.2.2. Sistema de filtración al vacío ... 83
2.2.3. Medidor de PH y temperatura ... 84
2.2.4. Turbidímetro ... 85
2.2.5. Equipo de Test de Jarras ... 85
2.3. Procedimiento experimental ... 86
2.3.1. Sonicación ... 86
2.3.2. Coagulación ... 89
a. Determinación de la Dosificación óptima del coagulante Cloruro Férrico89 b. Determinación de la dosificación óptima del floculante MT-FLOC-6506 con Cloruro Férrico ... 90
c. Determinación de la dosificación óptima del floculante CHEMFLOC-FI con Cloruro Férrico ... 91
e. Determinación de la dosificación óptima del floculante MT-FLOC-6506
con sulfato de aluminio ... 92
f. Determinación de la dosificación óptima del floculante CHEMFLOC-FI con Sulfato de Aluminio ... 93
2.4. Resultados ... 96
2.4.1. Proceso de sonicación ... 96
2.4.2. Proceso de Coagulación ... 102
CAPITULO V: ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 106
2.5. Sonicación ... 106
2.5.1. Comportamiento general del proceso de sonicación ... 106
2.6. Resultados de la prueba de sonicación... 107
2.6.1. Prueba preliminar: Estudio del efecto del tiempo de sonicación ... 107
2.6.2. Sonicación con variación de volumen y pH de muestra ... 117
2.7. Coagulación ... 123
2.7.1. Análisis de resultados del comportamiento general del proceso de coagulación. ... 123
2.8. Análisis de resultados del comportamiento del proceso de coagulación .... 123
2.8.1. Determinación de dosificaciones óptimas mediante prueba de jarras. .... 124
CAPITULO VI: EQUIPOS DE SONICACION CON APLICACIÓN A SISTEMAS EN CONTINUO ... 133
2.9. Diseño compacto de Ultrasonido – SONOTRONIC... 133
2.9.1. Aplicaciones del diseño compacto de Ultrasonido – SONOTRONIC en planta de tratamiento de agua residual ... 135
2.10. Equipo ultrasónico Hielscher: UIP500hdT – Transformación en pequeña escala industrial ... 136
CAPITULO VII: ESCALAMIENTO DE LA TÉCNICA DE COAGULACIÓN- FLOCULACIÓN A NIVEL DE PLANTA PILOTO ... 138
2.11. Diseño de la unidad ... 140
2.11.1. Canal hidráulico de mezcla rápida ... 140
2.11.2. Sedimentador rectangular ... 142
2.11.3. Equipos auxiliares ... 144
2.12. Presupuesto de la unidad de coagulación - floculación ... 145
CAPITULO IX: RECOMENDACIONES ... 149
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 150
GLOSARIO ... 152
ANEXOS ... 157
ANEXO 1A: Decreto -Supremo N°-003-2010-minam-LMP PTAR ... 158
ANEXO 1B: Decreto –Supremo Nº 004-2017-MINAM- ECA AGUA ... 159
ANEXO 2A: Certificado de Acreditación de Certimin S. A ... 160
ANEXO 2B: Boleta de Venta – Equipo Sonicador ... 161
ANEXO 4A. Matriz de parámetros a estudiar luego de la técnica empleada ... 162
ANEXO 5A: DIC1003.R15, Informe de Ensayo – SONICACIÓN Sin filtración. . 169
ANEXO 5B: DIC1258.R15, Informe de Ensayo – SONICACIÓN Con filtración. 170 ANEXO 5C: MAY1067.R16, Informe de Ensayo – SONICACIÓN Con variación de PH y Volumen de muestra. ... 171
ANEXO 5D: ABR1183.R16, Informe de Ensayo – COAGULACIÓN- FLOCULACIÓN. ... 172
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Límites máximos Permisibles para efluentes de PTAR. ... 22
Tabla 2. Estándares de calidad de agua para la categoría 3. Riego de vegetales y Bebidas de animales. ... 23
Tabla 3. Etapas de la línea de tratamiento de agua residual, integración de Trenes de Tratamiento. ... 32
Tabla 4. Organismos potencialmente causantes de enfermedades de origen hídrico. ... 39
Tabla 5. Características promedias del efluente de PTARD SJM ... 44
Tabla 6. Mecanismos de Acción del Ultrasonido. ... 53
Tabla 7. Aplicaciones específicas del Ultrasonido. ... 55
Tabla 8. Efecto al disminuir el tamaño de las esferas. ... 62
Tabla 9. Determinación de los Índices de Willcomb. ... 79
Tabla 10. Resultados de 3 litros de muestra sonicada y sin filtración. ... 97
Tabla 11. Resultados de 3 litros de muestra sonicada y con filtración ... 98
Tabla 12. Resultados de concentración de metales totales para la muestra inicial sin filtración ... 99
Tabla 13. Resultados de concentración de metales totales para la muestra inicial con filtración. ... 99
Tabla 14. Resultados depH medidos a diferentes tiempos y volumen. ... 100
Tabla 15. Temperatura medidos a diferentes tiempos, pH y volumen. ... 100
Tabla 16. Resultados de DBO5 para diferentes tiempos, pH y volumen. ... 100
Tabla 17. Resultados de DQO para diferentes tiempos, pH y volumen. ... 101
Tabla 18. Coliformes Fecales para diferentes tiempos, pH y volúmenes. ... 101
Tabla 19. Turbidez para prueba de jarras con coagulante cloruro férrico. ... 102
Tabla 20. Resultados de Turbidez para prueba de jarras con floculante MT-FLOC-6506 y 10 ppm de dosis óptima de coagulante Cloruro Férrico... 102
Tabla 21. Resultados de Turbidez para prueba de jarras con floculante CHEMFLOC-FI a 10 ppm de dosis óptima de coagulante Cloruro Férrico. ... 103
Tabla 22. Resultados de Turbidez para prueba de jarras con Sulfato de Aluminio. ... 103
Tabla 23. Resultados de Turbidez para prueba de jarras con floculante MT-FLOC-6506 a 50 ppm de dosis óptima decoagulanteSulfato de Aluminio. ... 104
Tabla 24. Resultados de Turbidez para prueba de jarras con floculante CHEMFLOC-FI a 50 ppm de dosis óptima de Sulfato de Aluminio. ... 104
Tabla 26. Datos de diseño del canal de mezcla rápida ... 141
Tabla 27. Datos del sedimentador rectangular ... 143
Tabla 28. Datos del tanque de igualación. ... 144
Tabla 29. Presupuesto de la Unidad de Coagulación - Floculación ... 145
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Clasificación esquemática de los procesos para el tratamiento las
aguas residuales. ... 31
Figura 2. Ubicación de PTARD – SJM ... 41
Figura 3. Vista Panorámica de las lagunas de aireación de PTARD SJM. ... 41
Figura 4. Esquema simplificado del proceso de PTARD SJM ... 43
Figura 5. Dinámica de formación, crecimiento y colapso de una burbuja: Cavitación. ... 48
Figura 6. Rango del Ultrasonido ... 49
Figura 7. Formación, crecimiento y Colapso de la burbuja de Cavitación. ... 50
Figura 8. límites umbrales del sonido. ... 54
Figura 9. Sonicador Tipo Baño- Ultrasonido de Potencia. ... 58
Figura 10. Sonicador Tipo Sonda ... 59
Figura 11. Distribución de tamaños de las partículas en el agua. ... 60
Figura 12. Configuración esquemática de la doble capa eléctrica. ... 64
Figura 13. Modelo de la doble capa difusa deStern- Gouy. ... 65
Figura 14. Fuerzas de atracción y repulsión. ... 68
Figura 15. Atrapamiento de las partículas en un floc. ... 69
Figura 16. Efecto de puente de las partículas en suspensión ... 70
Figura 17. Coagulación por adsorción. ... 74
Figura 18. Coagulación de barrido o arrastre de partículas ... 75
Figura 19. Equipo de Test de Jarras con 6 recipientes... 79
Figura 20. Baño ultrasónico, utilizado para el proceso de sonicación. ... 83
Figura 21. Sistema de Filtración al Vacío. ... 84
Figura 22. Medidor de pH con medidor de temperatura. ... 84
Figura 23. Turbidímetro portátil. ... 85
Figura 24. Equipo portátil para Prueba de jarras. ... 85
Figura 25. Recojo del efluente en PTARD –SJM... 86
Figura 26. Sonicador cargado con 3 litros de efluente, listo para poner en funcionamiento. ... 87
Figura 27. Filtración de las muestras luego de haber sido sonicadas. ... 88
Figura 28. Coolers conteniendo las muestras listas para ser enviadas al laboratorio. ... 89
Figura 30. Muestras en Reposo luego de haberse realizado la prueba de jarras. .. ... 95
Figura 31. Medición de la Turbidez, pH y Temperatura de las muestras. ... 95
Figura 32. Perfil de Temperatura para 3,0 litros de muestra sonicada con filtración ... 107
Figura 33. Perfil de Temperatura para 3,0 litros de muestra sonicadasin filtración . ... 108
Figura 34. Perfil de pH para 3 litros de muestra sonicada. ... 109
Figura 35. Valores de Demanda Bioquímica de Oxígeno para 3,0 litros de muestra sonicada. ... 110
Figura 36. Valores de Demanda Química de Oxígeno para 3 litros de muestra sonicada. ... 111
Figura 37. Valores de aceites y grasas para 3,0 litros de muestra sonicada. ... 112
Figura 38. Valores solidos totales suspendidos para 3L de muestra sonicada. 113
Figura 39. Valores de Coliformes Termotolerantes para 3L de muestra sonicada con sus respectivas tendencias. ... 114
Figura 40. Valores de Coliformes Totales para 3,0 litros de muestra sonicada con sus respectivas tendencias. ... 115
Figura 41. Valores de Turbidez para 3L de muestra sonicada con sus respectivas tendencias. ... 116
Figura 42. Valores de Temperatura a pH: 6 – 7,5 y 9 en función del tiempo para 0,8 L de muestra. ... 117
Figura 43. Temperatura a pH: 6-7,5 y 9 en función del tiempo de sonicación para 1,6L de muestra. ... 118
Figura 44. Valores de DBO5 a PH: 6 – 7,5 y 9 en función del tiempo para 0,8 litros de muestra. ... 119
Figura 45. Valores de DBO5 a PH: 6 – 7,5 y 9 en función del tiempo para 1,6 litros de muestra. ... 119
Figura 46. Valores de DQO a PH: 6 – 7,5 y 9 en función del tiempo para 0,8 litros de muestra. ... 120
Figura 47. Valores de DQO a PH: 6 – 7,5 y 9 en función del tiempo para 1,6 litros de muestra. ... 121
Figura 48. Coliformes Fecales a pH: 6 – 7,5 y 9 en función del tiempo para 0,8 L de muestra. ... 121
Figura 49. Coliformes Fecales a PH: 6 – 7,5 y 9 en función del tiempo para 1,6 litros de muestra. ... 122
Figura 51. Porcentaje remoción de turbidez óptima de coagulante Cloruro
Férrico. ... 124
Figura 52. Valores de turbidez para la determinación óptima de floculante MT-FLOC-6506, con 10 ppm de dosis óptima de cloruro férrico. ... 125
Figura 53. Porcentaje de remoción de turbidez para la determinación óptima de floculante MT-FLOC-6506, con 10 ppm de dosis óptima de cloruro férrico. ... 125
Figura 54. Valores de turbidez para la determinación óptima de floculante CHEMFLOC-FI, con 10 ppm de dosis óptima de cloruro férrico. ... 126
Figura 55. Porcentaje de remoción de turbidez para la determinación óptima de floculante CHEMFLOC-FI, con 10 ppm de dosis óptima de cloruro férrico. ... 127
Figura 56. Valores comparativos de turbidez para los floculantes CHEMFLOC-FI y MT-FLOC-6506 a 10 ppm de dosificación óptima de coagulante Cloruro Férrico. ... ... 128
Figura 57. Valores de turbidez para la determinación óptima de coagulante Sulfato de Aluminio. ... 128
Figura 58. Porcentaje de remoción de turbidez óptima de coagulante Sulfato de Aluminio. ... 129
Figura 59. Valores de turbidez para la determinación óptima de floculante MT-FLOC-6506, con 50 ppm de dosis óptima de Sulfato de Aluminio. ... 129
Figura 60. Porcentaje de remoción de turbidez óptima de floculante MT-FLOC-6506, con 50 ppm de dosis óptima de Sulfato de Aluminio... 130
Figura 61. Valores de turbidez para la determinación óptima de floculante CHEMFLOC-FI, con 50 ppm de dosis óptima de Sulfato de Aluminio ... 130
Figura 62. Porcentaje de remoción de turbidez para la determinación óptima de floculante CHEMFLOC-FI, con 50 ppm de dosis óptima de Sulfato de Aluminio. . 131
Figura 63. Valores comparativos de turbidez para los floculantes CHEMFLOC-FI y MT-FLOC-6506 a 50 ppm de dosificación óptima de coagulante Sulfato de Aluminio. ... 132
Figura 64. Equipo compacto de ultrasonido – SONOTRONIC. ... 134
Figura 65. Desintegración de la Biomasa por acción de ultrasonido de alta potencia. ... 135
Figura 66. Equipo Ultrasónico UIP500hdT con celda de flujo ... 137
Figura 67. Esquema de planta piloto coagulación – floculación ... 140
Figura 68. Cámara de mezcla Rápida. ... 141
Figura 69. Esquema de sedimentador ... 143
Figura 70. Esquema del tanque de Igualación. ... 144
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
Para el desarrollo experimental del presente estudio se planteó la sonicación como
técnica alternativa de tratamiento de aguas residuales domésticas proveniente de la
planta de tratamiento en el distrito de San Juan de Miraflores, además de la
determinación de dosis optima de coagulante-floculante.
1.1.Planteamiento de la realidad problemática
El tratamiento de aguas residuales, es un proceso de depuración que incorpora
transformaciones físicas, químicas y biológicas, con el objeto de tratar y remover los
contaminantes del agua en un efluente. El objetivo del tratamiento es producir agua
ya limpia o reutilizable en el ambiente.
Las aguas residuales están constituidas fundamentalmente por las aguas de
abastecimiento después de haber pasado por las diversas actividades o usos por
parte de la población y son generadas por residencias, instituciones y locales
comerciales e industriales. Los esfuerzos para colectar y tratar las aguas residuales
de las descargas están típicamente sujetos a regulaciones y estándares nacionales.
Cuando hablamos de recursos industriales de aguas residuales o de procesos que
exigen una mayor limpieza del efluente al momento de descargarlo, decimos que
requieren tratamientos minuciosos con una tecnología alta (lo cual significan
mayores costos de inversión y mantenimiento), es por esto que se hace alusión a la
normatividad y de acuerdo al lugar donde se hará la descarga del líquido. Si estas
aguas no se manejan adecuadamente, generan impactos ambientales adversos y
diversos en el medio y por esto es que es muy importante cumplir con las
exigencias de la normatividad.
El agua residual o efluentes, y en especial el de origen doméstico, posee alto
contenido de organismos patógenos como: Bacterias, protozoos, virus, Algas,
Coliformes totales y fecales, E. coli, Hongos entre otros. El uso de estas aguas
contaminadas no tratadas o tratadas de manera inadecuada atenta contra la salud
Existen Plantas de tratamiento de aguas residuales tanto de origen doméstico como
industrial, que buscan disminuir el grado de contaminación de los mismos ya sea
para su disposición final como efluente o darle otro uso particular, como aguas de
regadío para plantas de tallo alto.
En la PTARD de San Juan de Miraflores se trata el agua residual de origen
doméstico, mediante lagunas de aireación, las mismas que demandan grandes
dimensiones de terreno y tiempos prolongados desde el ingreso del afluente a
planta hasta obtener el efluente tratado, 10 días aproximadamente. En esta planta,
la etapa final del tratamiento, es la desinfección con cloro. A pesar de que el cloro
suele ser sinónimo de desinfección, cuenta con sus desventajas: a concentraciones
altas es irritante, en reacción con la materia orgánica dejan subproductos
organoclorados como los trihalometanos que pueden representar un riesgo a la
salud y pueden dañar la flora y fauna en contacto con el agua tratada. Por estos
motivos, se han desarrollado una serie de alternativas de tratamiento. En el
presente trabajo se pretende investigar si es posible mejorar la calidad del efluente
de salida del proceso en la planta de tratamiento de agua residual de San Juan de
Miraflores (PTARD –SJM), mediante el proceso de sonicación, la misma que no
requiere adicionar ningún químico y en paralelo realizar el tratamiento también por
1.2.Objetivos
1.2.1.Objetivos generales
- Estudiar la sonicación y coagulación como alternativas de mejoramiento para el
efluente procedente de la planta de tratamiento de agua residual doméstica de
san Juan de Miraflores.
1.2.2.Objetivos específicos
Determinar el tiempo óptimo para alcanzar la mejor remoción de contaminantes
del efluente al aplicar sonicación.
Determinar la dosis y la combinación coagulante – floculante, que de mejor
resultados de remoción, a través de prueba de jarras.
Determinar la eficiencia, de la tecnología de ultrasonido aplicado al tratamiento
de efluentes.
1.3.Hipótesis
Será posible mejorar la capacidad depuradora de contaminantes por sonicación y
coagulación del efluente procedente de la planta de tratamiento de agua residual
doméstica de san Juan de Miraflores ( PTARD-SJM) .
1.4.Marco legal
1.4.1.Límites Máximos Permisibles (LMP) para los efluentes de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas o Municipales.
DECRETO SUPREMO Nº 003-2010-MINAM (ANEXO 1A)
Para la aplicación del presente Decreto Supremo se utilizarán los siguientes
términos:
Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas o Municipales (PTAR): Infraestructura y procesos que permiten la depuración de las aguas residuales Domésticas o Municipales.
a una emisión, que al ser excedida causa o puede causar daños a la salud, al
bienestar humano y al ambiente.
Su cumplimiento es exigible legalmente por el ministerio del ambiente y los
organismos que conforman el Sistema de Gestión Ambiental.
Protocolo de Monitoreo.-Procedimientos y metodologías establecidas por el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento en coordinación con el MINAM
y que deben cumplirse en la ejecución de los Programas de Monitoreo.
Tabla 1. Límites máximos Permisibles para efluentes de PTAR.
Fuente: Decreto supremo N° 003-2010 MINAM.
1.4.2.Estándares nacionales de calidad ambiental para agua
DECRETO SUPREMO Nº 004-2017-MINAM (ANEXO 1B)
Contempla los estándares nacionales de calidad ambiental para agua superficial,
distingue las siguientes 4 categorías:
Categoría 1: Poblacional y recreacional.
Categoría 2: Actividades de extracción y cultivo marino costero y continental.
Categoría 3: Riego de vegetales y bebida de animales
Categoría 4: Conservación del ambiente acuático
Para el presente estudio prestaremos especial atención los estándares de la
categoría 3, los mismos que se resumen en la Tabla 2.
Categoría 3: Riego de vegetales y bebida de animales
Parámetro Unidad LMP de efluentes para vertidos a
cuerpos de aguas.
Aceites y Grasas mg/L 20
ColiformesTermotolerantes NMP/100mL 10000
Demanda Bioquímica de Oxígeno mg/L 100
Demanda Química de Oxígenos mg/L 200
Ph Unidad 6,5-8,5
Sólidos Totales en Suspensión mg/L 150
Subcategoría D1: Vegetales de tallo bajo y alto. Entiéndase como aguas utilizadas para el riego de plantas, frecuentemente de porte herbáceo y
de poca longitud de tallo (tallo bajo), tales como plantas de ajo, lechuga,
fresa, col, repollo, apio, arvejas y similares) y de plantas de porte
arbustivo o arbóreo (tallo alto), tales como árboles forestales, frutales,
entre otros.
Sub categoría D2: Bebida de animales.
Tabla 2. Estándares de calidad de agua para la categoría 3. Riego de vegetales y Bebidas de animales.
Fuente: Decreto supremo N° 004-2017 MINAM.
Es preciso citar que a inicios del presente trabajo aun estuvo vigente el decreto
supremo N° 003-2010 MINAM sin embargo en la normativa vigente N° 004-2017
MINAM no se muestran mayores cambios en los parámetros de estudio para la
presente investigación.
PARÁMETRO UNIDAD
Sub Categoría D1: Riego de Vegetales de Tallo
bajo y Alto.
Sub Categoría D2: Bebida de
Animales.
Aceites y Grasas mg/L 5 10
ColiformesTermotolerantes NMP/100mL 1000 1000
Demanda Bioquímica de
Oxígeno mg/L 15 15
Demanda Química de
Oxígenos mg/L 40 40
PH Unidad 6.5-8.5 6.5-8.4
Sólidos Totales en
Suspensión mg/L - -
CAPITULO II: REVISIÓN DE ANTECEDENTES REFERENCIALES
El 59% del consumo total de agua en los países desarrollados se destina a uso
industrial, el 30% a consumo agrícola y un 11% a gasto doméstico, según se
constatan el primer informe de naciones unidas sobre el desarrollo de los recursos
hídricos del mundo, Agua para todos, agua para la vida (marzo 2003). En 2025, el
consumo de agua destinada a uso industrial alcanzará los 1170 km3 / año, cifra que
en 1995 se situaba en 752 km3 / año. El sector productor no sólo es el que más
gasta, también es el que más contamina. Más de un 80% de los desechos
peligrosos del mundo se producen en los países industrializados, mientras que en
las naciones en vías de desarrollo un 70%de los residuos que se generan en las
fábricas se vierten al agua sin ningún tipo de tratamiento previo, contaminando así
los recursos hídricos disponibles (Rodríguez et al, 2013).
El problema de la contaminación del agua no es técnicamente un problema difícil, el
campo es de gran amplitud y de suficiente complejidad para justificar el que
diferentes disciplinas deben juntarse para conseguir óptimos resultados con un
costo mínimo. Una aproximación sistemática a la reducción de la contaminación de
las aguas exige la participación de disciplinas distintas: ciencias aplicadas e
ingenierías (Ingeniera Sanitaria, de obras públicas, Química, así como otros
campos de ingeniería, ciencias biológicas, ciencias de la tierra, ciencias sociales y
económicas (Ramalho, 1983).
El rezago en infraestructura de tratamiento de aguas residuales municipales en la
mayoría de países de la región latinoamericana y caribeña es un asunto que no ha
recibido la atención debida por parte de las autoridades competentes. Si bien en
años recientes la inversión en este rubro se ha incrementado, el atraso acumulado
en varias décadas se mantiene. La meta 10 dentro del objetivo 7 de los Objetivos
de desarrollo del milenio ha sido alcanzada por la región, con la excepción de pocos
países en lo individual. Es así que en 2011 el 94% de la población tenía acceso al
agua potable (la meta era 92%). Por su parte, el indicador para el saneamiento
mejorado, de acuerdo con los criterios de la organización de las naciones unidas,
está a punto de alcanzarse, ya que se tiene un 82%frente a la meta del 84%
Frente a tal reto, es imperativo desarrollar e implantar nuevas soluciones, más
sustentables, al eterno déficit en infraestructura para el manejo del agua residual,
así como para ampliar y mejorar los sistemas de abastecimiento de agua. Los
nuevos sistemas administrativos, sociales y tecnológicos deberán considerar las
limitaciones y posibilidades propias de la región, con una alta dosis de innovación y
adaptación, deslindándose en muchos casos de las soluciones convencionales. El
nivel de prioridad que tenía en el pasado la inversión en nueva infraestructura de
tratamientos está incrementando, lo cual llevará a que los recursos financieros
destinados en los últimos años a este subsector se mantengan o aumenten. Ante
tal perspectiva, se abre una oportunidad para aplicar tecnologías de tratamiento de
agua residual que atiendan mayormente el contexto específico de la región, que
sean innovadoras y que cumplan con las legislaciones locales. Bajo este contexto,
los criterios de toma de decisiones para seleccionar la tecnología adecuada para un
caso específico se amplían, debiendo integrar la sustentabilidad y la mitigación del
cambio climático a lo técnico – económicos convencionales (Heller,et al, 2010).
La aplicación de la tecnología de ultrasonidos ha estado recibiendo una gran
atención en el mundo del tratamiento de aguas residuales y en las zonas de
remediación ambiental. El uso del ultrasonido demuestra ser muy prometedor para
la degradación de compuestos orgánicos en las aguas residuales, ya que se ha
demostrado ser un eficaz método para degradar efluentes orgánicos en
compuestos menos tóxicos. Las ventajas de esta tecnología incluyen; potencial de
los procesos de transferencia de masa mejorada libre de químicos y oxidación
simultánea, Termólisis, la degradación de cizalla, etc (González-Labrada et al,
2010).
La presencia de materia orgánica o mineral no sedimentable provoca algunos
problemas en la obtención de agua potable. En general, estas sustancias están en
sistemas coloidales, es decir, la fase dispersada se trata de las partículas de
tamaños muy pequeños (aproximadamente unas pocas micras). El área de la
superficie de las partículas y la existencia de una carga de la superficie en estos
coloides explica la prevalencia de las fuerzas de superficie sobre las fuerzas de
volumen, que estabilizan los sistemas y reducen cualquier posibilidad de
En algunos casos, la adición de sales minerales ocompuestos orgánicos genera
aglomeración de estas partículas, permitiendo su eliminación por decantación o
filtración. En la mayoría de las plantas de tratamiento de agua, la mínima
concentración del coagulante y la turbidez residual del agua se determinan
mediante el ensayo de prueba de jarra. Sin embargo, esto implica a menudo
problemas de exceso o un coagulante insuficiente, sobre todo durante los períodos
de rápidas variaciones de la calidad del agua. La comprensión de estos fenómenos
exige que se tenga en cuenta la física y naturalezas químicas del agua a tratar
(Gregory, 1997).Ante la perspectiva descrita anteriormente, a continuación, se cita
algunos artículos referidos a las bondades de la tecnología de ultrasonido aplicado
al tratamiento de efluentes.
“El tratamiento por ultrasonido mejora la calidad microbiológica del agua de reservorio utilizada para regadío.”
María V. Villanueva, María C. Luna, María I. Gil, Ana Allende. Contariego S.L.,
Polígono Industrial Oeste 39/4, Murcia E-30169, Spain (2015)
El estudio de la factibilidad de tratamiento mediante ultrasonido en una frecuencia
de 20kHz y 40 kHz, seguido de un proceso de cloración, Logra resultados
favorables en cuanto a remoción de la carga microbiana observándose mayor
eficiencia en el tratamiento con ultrasonido de 40 kHz.
Sonicación de una fracción de la purga de fangos biológicos de una estación depuradora de agua residual EDAR para realizar el proceso de desnitrificación. Estudio en planta piloto
Alexandre Galí, project manager Cetaqua, Lynne Bouchy, directora Unidad
Cetaqua; Juan Trillo, director general ATC, Philippe Rougé, director técnico
Depuración de Agbar; Cristina Fàbregas, jefa EDAR Terrassa.
Demostraron que la sonicación de un lodo activado puede producir DQO que
asegura la remoción de nitrógeno en el proceso de desnitrificación, además la
sonicación mostró ser una tecnología competitiva para obtener fuentes de carbono
para la desnitrificación y siendo 56% más barato que el metanol como fuente de
“La comparación entre las técnicas sonoquímica, electroquímica y sonoelectroquímica en la decoloración del reactivo azul C.I 49”
M. Amin Radi, Navid Nasirizadeh, Masoud Rohani-Moghadam, Mohammad
Dehghani Revista Ultrasonics Sonochemistry, Abril, 2015
En este artículo, fueron comparadas tres técnicas de decoloración del efluente
contaminado con restos de colorante C.I Reactive Blue 49, Sonoquímica,
Sonoelectroquímica y electroquímica. Fueron evaluados varios parámetros que
afectan a la eficiencia de la decoloración, como: PH, Concentración inicial del
efluente, el tiempo de decoloración la concentración de peróxido de hidrogeno y el
potencial aplicado en sonoelectroquímica y electroquímica. Como parámetro de
comparación de la eficiencia de los métodos consideraron el porcentaje de
remoción de DQO. Siendo los resultados a las condiciones óptimas: 36,0%, 68,0%,
87,8% 76,2% para sonoquímica, electroquímica, sonoelectroquímica con peróxido y
sonoelectroquímica sin peróxido, respectivamente.
Ultrasonido y sus aplicaciones en el procesamiento de alimentos.
Robles Ozuna, Ochoa Martínez. (2012). Centro de investigación en alimentación y
desarrollo A.C.
Actualmente, el empleo de ultrasonido (US) en el procesamiento de alimentos está
basado en la ventaja que presenta sobre los procesos tradicionales, al reducir
tiempos de proceso y mejorar atributos de calidad. Además, es considerada una
tecnología limpia y de gran potencial de aplicación en los procesos como secado,
congelado, descongelado, extracción, entre otros. Fundamentalmente está
establecido que el efecto de cavitación gaseosa es el que produce el efecto
conservador del US, ya que de esta manera se promueve la implosión de micro
burbujas las cuales generan la liberación de energía. Esto permite aumentos de
temperatura que produce diferentes cambios físicos, químicos y bioquímicos en el
micro entorno de las células de los diferentes productos procesados. Los US se
aplican en diferentes modalidades de alta y baja intensidad, así como alta y baja
frecuencia. De esta manera, variando su longitud de onda, frecuencia e intensidad
es que se promueve mejores tiempos y formas de mezclado, al igual que
transferencia de energía y masa, para reducir tiempos de extracción e incrementar
actual del uso de US en diferentes modalidades y en procesos de gran importancia
en la industria de alimentos actual, enfatizando las ventajas y los efectos en los
diferentes procesos.
Evaluación de un sistema biológico de tratamiento de aguas residuales que combina un proceso de OSA con ultrasonido para reducción de lodo
P.M. Romero-Pareja, C.A. Aragon , J.M. Quiroga , M.D. Coello (Diciembre 2016)
La producción de lodo es un subproducto indeseable del tratamiento biológico de
aguas residuales. La sedimentación anaeróbica con oxígeno (OSA) procesa una de
las técnicas más prometedoras para reducir el lodo producido en la planta de
tratamiento sin consecuencias negativas para su rendimiento general. El proceso
de OSA se aplica en combinación con el tratamiento de ultrasonido. Para lo cual se
obtuvieron reducciones de lodo notificadas de 45,72% y 78,56%. Las ventajas del
proceso combinado no son económicas, sino operacionales, ya que EE. UU. el
tratamiento actúa como factor contribuyente en el proceso de OSA, induciendo
mecanismos que conducen a los lodos reducción en el proceso OSA y mejora de
los parámetros de rendimiento.
Procesos de oxidación avanzada asistida por ultrasonido para la descontaminación del agua
Nilsun H. Ince (April 2017).
El ultrasonido es capaz de oxidar parcial o completamente los grupos
contaminantes si las condiciones de operación se seleccionan y optimizan
correctamente, pero incapaz de mineralizarlos. El mecanismo de degradación en
soluciones homogéneas es oxidación mediada por OH en la solución a granel o en
la interfaz burbuja-líquido, dependiendo de la propiedad molecular del
contaminante, la frecuencia y el pH aplicados. Los procesos catalíticos que
involucran el TiO2, la alúmina y el hierro de valencia cero y asistido por ultrasonido
son opciones prometedoras no solo para la destrucción de los compuestos
CAPITULO III: MARCO TEÓRICO
1.5.Tratamiento de aguas residuales.
El propósito principal del tratamiento del agua residual es remover el material
contaminante, orgánico e inorgánico, el cual puede estar en forma de partículas en
suspensión y/o disueltas, con objeto de alcanzar una calidad de agua requerida por
la normativa de descarga o por el tipo de reutilización a la que se destinará. Este
objetivo se logra mediante la integración de operaciones (físicas) y procesos
(químicos y biológicos) unitarios, que serán seleccionados en función de las
características del agua residual a tratar y de la calidad deseada del agua tratada.
Dependiendo de ello, es posible generar emisiones gaseosas a la atmósfera e,
invariablemente, la producción de material de desecho que puede ser un residuo
sólido, como la materia retenida en las rejas o tamices, o semisólido en forma de
lodos.
En un sistema de tratamiento de aguas residuales, la ley de la conservación de la
materia hace que al retirar de alguna forma el material contaminante del agua
residual, éste solo se transforme o transfiera. Por esta simple razón, siempre se
producirán residuos, tales como los lodos, en los sistemas de tratamiento de aguas
residuales, acompañados por la generación de emisiones gaseosas. Las
cantidades y calidad de estos residuos dependerán de las características del agua
residual a tratar y evidentemente de la configuración del sistema de tratamiento.
Por otro lado, los requerimientos de insumos, tales como energía eléctrica y
reactivos químicos, se darán en función de las tecnologías seleccionadas para
integrar el sistema de tratamiento, y por ende, el costo de operación dependerá
también de ello (Noyola ,et al, 2013).
1.5.1.Tecnologías
El tratamiento de las aguas residuales es una práctica que, si bien se lleva
realizando desde la antigüedad, hoy por hoy resulta algo fundamental para
mantener nuestra calidad de vida. Son muchas las técnicas de tratamiento con
larga tradición y, evidentemente, se ha mejorado mucho en el conocimiento y
diseño de las mismas a lo largo de los años. Pero no por eso han dejado de ser
En la Figura 1 se esquematiza un abanico de posibilidades tecnológicas para
integrar un tren de tratamiento de aguas residuales. Donde se resalta la división en
dos grandes grupos, los tratamientos fisicoquímicos y los biológicos. Los primeros
hacen uso, como su nombre lo indica, de procesos físicos (uso de la gravedad,
filtración por retención física, atracción electrostática, etc.) y de procesos químicos
(coagulación, absorción, oxidación, precipitación, etc.). El segundo tipo involucra la
degradación o transformación del material orgánico por medio de microorganismos
(Noyola ,et al, 2013).
Dentro de los sistemas biológicos existen los sistemas aerobios (requieren oxígeno
molecular disuelto) y los anaerobios (funcionan sin oxígeno). Un rubro aparte,
merecen los sistemas naturales construidos, los cuales aprovechan las
transformaciones que se llevan a cabo en el medio natural, solamente que en estas
unidades se busca incrementar su capacidad de tratamiento en unidades de
proceso controladas. Tal es el caso de los humedales artificiales o el tratamiento
Figura 1. Clasificación esquemática de los procesos para el tratamiento las aguas residuales.
Fuente: (Noyola ,et al, 2013) Selección de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales domésticas. ( p 9)
Existe una gran variedad de operaciones y procesos unitarios para el tratamiento de
agua residual. Los componentes individuales de tratamiento se clasifican en
Tecnologías para el tratamiento de agua Residual
Fisicoquímico Biológicos
Aerobios
Anaerobios
- Tamizado.
- Filtración.
- Sedimentación.
- Flotación.
- Adsorción.
- Absorción.
- Desorción.
- Oxidación Química.
- Filtración con
membranas.
- Coagulación –
Floculación – Sedimentación.
- Precipitación.
- Intercambio Iónico. - Fosa séptica.
- Tanque imhoff
- Contacto anaerobio
- Filtro anaerobio
- Reactor de lecho (USAB)
- Reactor de lecho expandido /
fluidizado.
- Lodos activados (diversas
variantes)
- Filtros percolador (Varias tasas
de carga)
- Discos biológicos rotatorios.
- Filtro sumergido.
- Sistemas Lagunares. (diversas
variantes)
- Humedales. (wetland)
- Escurrimiento / infiltración en el
terreno.
Sistemas naturales construidos. Tratamiento de Lodos.
- Composteo.
- Tratamiento con
cal.
- Tratamiento
térmico.
- Digestión
anaerobia.
- Digestión
operaciones físicas unitarias, procesos químicos o biológicos unitarios. Estas
operaciones y procesos unitarios se combinan en los sistemas de depuración de
aguas residuales, dando lugar a un tren de tratamiento, como se muestra
(Salas,1994).
Tabla 3. Etapas de la línea de tratamiento de agua residual, integración de Trenes de
Tratamiento.
PRETRATAMIENTO TRATAMIENTO
PRIMARIO
TRATAMIENTO SECUNDARIO
TRATAMIENTO TERCIARIO
Objetivo: Elimicación
de objetos gruesos,
arenas y grasas.
Objetivo:
Eliminacion de
materia
sedimentable y
flotante
Objetivo:
Eliminación de
materia orgánica
disuelta o coloidal
Objetivo:
Elimicacion de
solidos en
suspensión, materia
orgánica residual,
nutrientes y
patógenos.
Operaciones físicos Operaciones
fisico-químicos Procesos biológicos
Procesos físicos,
químicos y
biológicos.
Desbaste
Tamizado
Desarenado
Desengrasado
Decantación
Primaria
Tratamiento físico-
químicos.
(coagulación .
floculación)
Degradación
Bacteriana
Decantación
secuandaria
Floculación
Filtración
Eliminación de
Nitrogeno y fosforo
Desinfección.
Fuente: (Noyola ,et al, 2013) Selección de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales domésticas.( p 11)
El nivel de tratamiento para un agua residual depende del uso o disposición final
que se le quiera dar al agua tratada, lo que puede estar determinado por alguna
normatividad. A continuación, se describen someramente los distintos niveles de
a. Tratamiento Preliminar
El tratamiento preliminar de un agua residual, se refiere a la eliminación de aquellos
componentes que puedan provocar problemas operacionales y de mantenimiento
en el proceso de tratamiento o en los sistemas auxiliares. Ejemplo de ello, es la
eliminación de componentes de gran y mediano volumen como ramas, piedras,
animales muertos, plásticos, o bien problemáticos, como arenas, grasas y aceites.
El tratamiento se efectúa por medio de cribas o rejillas, desarenadores, flotadores o
desengrasadores (Noyola ,et al, 2013).
b. Tratamiento Primario
En este nivel de tratamiento, una porción de sólidos y materia orgánica suspendida
es removida del agua residual utilizando la fuerza de gravedad como principio. Las
cifras de remoción comúnmente alcanzadas en aguas residuales municipales son
del 60% en sólidos suspendidos y de 30% en la Demanda Bioquímica de Oxígeno
(DBO5). Esta remoción generalmente se lleva a cabo por sedimentación y es
considerada como la antesala para el tratamiento secundario (Noyola ,et al, 2013).
c. Tratamiento secundario
En esta etapa de tratamiento se elimina la materia orgánica biodegradable
(principalmente soluble) por medios preferentemente biológicos debido a su bajo
costo y alta eficacia de remoción. Básicamente, los contaminantes presentes en el
agua residual son transformados por los microorganismos en materia celular,
energía para su metabolismo y en otros compuestos orgánicos e inorgánicos. Estas
células microbianas forman flóculos, los cuales son separados de la corriente de
agua tratada, normalmente por sedimentación. De esta forma, una sustancia
orgánica soluble se transforma en flóculos que son fácilmente retirados del agua.
En el caso del agua residual doméstica municipal, el objetivo principal es reducir el
contenido orgánico y, en ciertos casos, los nutrientes tales como el nitrógeno y el
fósforo.
Los procesos biológicos se dividen en dos grupos; los anaerobios y los aerobios. El
proceso anaerobio se caracteriza por tener una baja tasa de síntesis bacteriana, es
aerobio, una mayor cantidad de energía del sustrato es utilizada para la síntesis
celular, por lo que hay una mayor generación de biomasa como lodo no
estabilizado, cuyo tratamiento y disposición incrementa la dificultad técnica y el
costo del tratamiento (Noyola ,et al, 2013).
d. Tratamiento terciario
Este tipo de tratamiento se refiere a todo tratamiento hecho después del tratamiento
secundario con el fin de eliminar compuestos tales como sólidos suspendidos,
nutrientes y la materia orgánica remanente no biodegradable. Por lo general, el
tratamiento terciario es necesario cuando deben cumplirse condiciones de descarga
estrictas (remoción de nutrientes) o cuando el agua tratada está destinada a un uso
en específico. En tal caso, el arreglo de tratamiento terciario debe ser el necesario
para alcanzar esa calidad específica, lo cual implica una gran diversidad de
posibles combinaciones de operaciones y procesos unitarios (Noyola ,et al, 2013).
e. Tratamiento y disposición del Lodo
La generación de lodo en cualquier tipo de tratamiento es inevitable y es un factor
muy importante que debe ser considerado para una buena elección del proceso de
tratamiento. Como se ha mencionado, la ley de la conservación de la materia
conduce al hecho que la materia no se crea ni se destruye, solamente se
transforma. En el caso de las plantas de tratamiento, los contaminantes se
transforman, en parte, en lodo.
Algunos procesos para el tratamiento del lodo son la digestión anaerobia, la
digestión aerobia, el composteo mezclado con residuos celulósicos, la
estabilización con cal, la incineración y la pasteurización. Como destino final podrán
ser desechados en lugares especialmente acondicionados para ello como son los
1.5.2.Características del agua residual
Las características de las aguas residuales son parámetros importantes para el tipo
de tratamiento, así como para la gestión técnica de la calidad ambiental.
a. Características físicas
- Temperatura. Es mayor que la de las aguas no contaminadas, debido a la energía liberada en las reacciones bioquímicas, que se presentan en la
degradación de la materia orgánica. Las descargas calientes son otra causa de
este aumento de temperatura (Metcalf. 1996).
- Turbidez. Es la medida de la propiedad de transmisión de la luz del agua, es otro ensayo utilizado para indicar la calidad de los vertidos de aguas residuales
con respecto a la materia suspendida (Metcalf. 1996).
- Color. Es un indicativo de la edad de las aguas residuales. El agua residual reciente suele ser gris; sin embargo, a medida que los compuestos orgánicos
son descompuestos por las bacterias, el oxígeno disuelto en el agua residual se
reduce y el color cambia a negro. En esta condición, se dice que el agua
residual es séptica (Metcalf. 1996).
- Olor. Es debido a los gases producidos en la descomposición de la materia orgánica, sobre todo, a la presencia de ácido sulfhídrico y otras sustancias
volátiles. El agua residual reciente tiene un olor peculiar algo desagradable,
pero más tolerable que el del agua residual séptica (Metcalf. 1996).
- Sólidos Totales. Presentes en el agua residual se clasifican según su tamaño o presentación en sólidos suspendidos y sólidos filtrables.
- Sólidos suspendidos: son las partículas flotantes, como trozos de vegetales, animales, basuras, etc., y aquellas otras que también son perceptibles a simple
vista y tienen posibilidades de ser separadas del líquido por medios físicos
sencillos. Dentro de los sólidos suspendidos se pueden distinguir los sólidos
sedimentables, que se depositarán por gravedad en el fondo de los receptores.
Estos sólidos sedimentables, son una medida aproximada de la cantidad de
- Sólidos filtrables: esta fracción se compone de sólidos coloidales y disueltos. La fracción coloidal consiste en partículas con un diámetro aproximado que
oscila entre 0,001y 1 micras (Metcalf. 1996).
b. Características químicas
Las características químicas estarán dadas, principalmente, en función de los
desechos que ingresan al agua servida.
- Materia Orgánica. Está compuesta en un 90% por carbohidratos, proteínas, grasas y aceites provenientes de excrementos y orina de seres humanos, restos
de alimentos y detergentes. Estos contaminantes son biodegradables, es decir,
pueden ser transformados en compuestos más simples por la acción de
microorganismos naturales presentes en el agua, cuyo desarrollo se ve
favorecido por las condiciones de temperatura y nutrientes de las aguas
residuales domésticas. La urea, principal constituyente de la orina, es otro
importante compuesto orgánico del agua residual. En razón de la rapidez con
que se descompone, la urea es raramente hallada en un agua residual que no
sea muy reciente. El agua residual contiene también pequeñas cantidades de
moléculas orgánicas sintéticas como agentes tensoactivos, fenoles y pesticidas
usados en la agricultura (Metcalf. 1996).
- Materia inorgánica. Se incluyen en este grupo todos los sólidos de origen generalmente mineral, como son sales minerales, arcillas, lodos, arenas y
gravas no biodegradables.
- Gases: Las aguas residuales contienen diversos gases con diferente concentración. Oxígeno disuelto: es el más importante, y es un gas que va
siendo consumido por la actividad química y biológica. La presencia de oxígeno
disuelto en el agua residual evita la formación de olores desagradables. La
cantidad de oxígeno disuelto depende de muchos factores, como temperatura,
altitud, movimientos del curso receptor, actividad biológica, actividad química,
etc.
que se manifiesta fundamentalmente por los olores que produce, es un
indicativo de la evolución y estado de un agua residual.
- Anhídrido carbónico: se produce en la fermentación de los compuestos orgánicos de las aguas residuales negras.
- Metano: se forma en la descomposición anaerobia de la materia orgánica por la reducción bacteriana del CO2 (Metcalf. 1996).
c. Características Biológicas
Estas características están definidas por la clase de microorganismos presentes en
el agua, entre los cuales tenemos:
- Bacterias. Juegan un papel fundamental en la descomposición y estabilización de la materia orgánica. Pueden clasificarse, en base a su metabolismo, en
heterótrofas y autótrofas. Las bacterias autótrofas son aquellas que se nutren de
compuestos inorgánicos, tomando la energía necesaria para sus biosíntesis a
partir de la luz (bacterias fotosintéticas: familiaThiorhodaceae, Chlorobiaceae) o
a partir de ciertas reacciones químicas (bacterias quimio sintéticas: Nitrobacter,
Nitrosomonas, Hydrogenomonas, Thiotrix). En el tratamiento biológico de las
aguas residuales, las bacterias heterótrofas constituyen el grupo más
importante, por su necesidad de compuestos orgánicos para el carbono celular.
Las bacterias autótrofas y heterótrofas pueden dividirse, a su vez, en
anaerobias, aerobias, o facultativas, según su necesidad de oxígeno.
Bacterias anaerobias: son las que consumen oxígeno procedente de los sólidos
orgánicos e inorgánicos y la presencia de oxígeno disuelto no les permite
subsistir. Los procesos que provocan son anaerobios, caracterizados por la
presencia de malos olores.
Bacterias aerobias: son aquellas que necesitan oxígeno procedente del agua
para su alimento y respiración. El oxígeno disuelto que les sirve de sustento es
el oxígeno libre (molecular) del agua, y las descomposiciones y degradaciones
que provocan sobre la materia orgánica son procesos aerobios, caracterizados
Bacterias facultativas: algunas bacterias aerobias y anaerobias pueden llegar a
adaptarse al medio opuesto, es decir, las aerobias a medio sin oxígeno disuelto
y las anaerobias a aguas con oxígeno disuelto.
Bacterias Coliformes: bacterias que sirven como indicadores de contaminantes y
patógenos. Son usualmente encontradas en el tracto intestinal de los seres
humanos y otros animales de sangre caliente. Las bacterias doliformes incluyen
los géneros escherichia y aerobacter (Metcalf. 1996).
- Algas. En los estanques de estabilización, son un valioso elemento porque producen oxígeno a través del mecanismo de la fotosíntesis. Las algas, al igual
que sucede con otros microorganismos, requieren compuestos inorgánicos para
reproducirse. A parte del anhídrido carbónico, los principales nutrientes
necesarios son el nitrógeno y el fósforo. También son muy importantes vestigios
de otros elementos (oligoelementos) como hierro, cobre, etc. Las algas pueden
presentar el inconveniente de reproducirse rápidamente, debido al
enriquecimiento del agua (eutrofización) y crear grandes colonias flotantes
originando problemas a las instalaciones y al equilibrio del sistema.
En la tabla 4 se resume las enfermedades hídricas asociadas a los principales
patógenos presentes en el agua residual doméstica. La enfermedad hídrica es
normalmente aguda de brusca aparición y desenlace, generalmente, en un corto
periodo de tiempo sobre las personas saludables. Y la mayoría está
caracterizada por síntomas gastrointestinales. (Diarrea, fatiga, calambres y
dolores abdominales). El tiempo entre la exposición a un agente patógeno y el
brote de enfermedad puede variar desde dos días al menos a una o más
semanas. La severidad y duración de la enfermedad es mayor en aquellos que
tienes su sistema inmunitario debilitado. La mayoría de los brotes son
producidas por el uso de aguas contaminadas no tratadas o son debido a lo
