“miles ninguno sin agua.” aguas residuales domésticas: w.h ......1. trasfondo regulatorio •...

Aguas Residuales Domésticas: Reglamentación, Manejo y

Disposición

Pedro J. Tarafa, PhD, PECatedrático Asociado Ing. AmbientalDepartamento de Ingeniería CivilUniversidad de Puerto Rico - Mayagüez

“Miles han vivido sin amor,ninguno sin agua.”

-W.H. Auden

Lista de Temas

1. Trasfondo Regulatorio• Ley de Agua Potable (SDWA, por sus siglas en inglés)

• Ley de Agua Limpia (CWA, por sus siglas en inglés)

2. Caracteristicas de Aguas Residuales Domésticas• Parametros para medir contaminación

3. Control de Contaminación• Tratamiento Primario • Tratamiento Terciario/Avanzado

• Tratamiento Secundario

2

Lista de Temas (cont.)

4. Disposición

5. Otras alternativas (Pozos sépticos)

3

I. Trasfondo Regulatorio

4

¿Por qué proteger nuestros

cuerpos de agua?

• Mantener vida acuática

• Recreación (nadar)

• Pesca

• Fuente de agua potable

5

R

I

V

E

R

Consumo de Agua: regulado por SDWA

Descarga: regulada por CWA

6

• 1948- Federal Water Pollution Control Act

Primera ley de peso en EEUU para atender la contaminación de agua

• 1972- Clean Water Act (CWA)

Estableció la estructura básica para reglamentar las descargas de

contaminantes en aguas de EEUU

Fijó estándares de calidad de agua para todos los contaminantes en

aguas superficiales

Proveyó autoridad en la EPA para implementar programas de control de

contaminación

Meta: Proteger los humanos, la vida acuática y silvestre

7

8

Fuego en el Rio

Cuyahoga - 1969

II. Características de Aguas Residuales

9

Aguas Residuales

I. Domésticas II. No-Domésticas

A. Fuentes

1. Casas

2. Hoteles

3. Restaurantes

4. Centro comerciales

5. Escuelas

6. Hospitales

B. Contenido

1. heces fecales

2. orina

3. papel

4. comida desechada

5. grasas y aceites

6. Jabón y detergentes

7. tierra

A. Fuentes

1. Industrias

farmacéuticas

plantas químicas

petroquímicas

2. Vertederos

lixiviados

B. Contenido

1. Metales pesados

2. quimicos peligrosos

3. pesticidas

Composición Aguas Residuales

Orgánicos

Proteinas (30-40%)

Carbohidratos (40-50%)

Grasas y Aceites (10-20%)

Inorgánicos

Nitrógeno

Fósforo

Metales pesados

Microorganismos

Bacterias

Hongos

Protozoa y viruses

¿Como medimos contaminación?

1. Demanda Bioquímica de Oxígeno (BOD)

2. Demanda Química de Oxígeno (COD)

3. Sólidos

4. Nitrógeno y Fósforo

1. BOD

Es un parámetro que cuantifica la materia orgánica biodegradable presente en una

muestra de agua en términos del oxígeno que se requiere para bio-oxidarla

(biodegradarla) a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

2. Demanda Química de Oxígeno (COD)

Es la medida de toda la materia orgánica presente en una muestra de agua en

términos de todo el oxígeno que se requiere para oxidarla a CO2 y H2O.

3. Sólidos

1. Sólidos Totales (TS)- medida de toda la materia en aguas residuales exepto agua

2. Sólidos Suspendidos (SS)- sólidos no disueltos (≈40% TS)

3. Sólidos Sedimentables- Sólidos suspendidos que se sedimentan en una hora

(50% SS)

4. Sólidos Volátiles- sólidos que se queman a cenizas a una T<600°C

5. Sólidos fijos- sólidos inorgánicos

4. Nitrógeno y Fósforo (nutrientes)

1. Son fertilizantes

2. Promueven un crecimiento desmesurado de plantas acuáticas (algas) –

Eutroficación

3. ↑ N2 y P- considerada como una forma de contaminación.

Fuentes:

N2: amonia, nitrito, nitrato y n-organicos

P: poli-fosfatos, orto-fosfatos, organicos

Composición Típica de Aguas Residuales Crudas

Parameter Conc. (mg/L)

BOD5 200

COD 300

Total Solids 800

SS 300

Total N2 35 as N

Total P 10 as P

¿Que me exige EPA? 30 mg/L BOD

&

30 mg/L SS

III. Control de Contaminación

18

¿Que es contaminación?

La presencia de sustancias o agentes extraños en un ambientenatural que puedan causar inestabilidad, daño o desorden alecosistema en un medio físico o en un ser vivo.

19

20

Tratamiento de Aguas Residuales

Efectos de contaminación al disponer aguas usadas

1. Agotamiento del O2 disuelto

2. Formación y depósito de lodo/fango

Consecuencias

1. Acaba con la vida de peces y organismos acuáticos que

dependen del O2 disuelto

2. Acaba con la comunidad biológica (almejas, ostiones, etc.)

21

Tratamiento de Aguas Residuales

Objetivo de una Planta de Tratamiento

1. Reducir la carga orgánica

2. Reducir la carga de sólidos suspendidos

Antes de ser descargadas o dispuestas

22

Tratamiento de Aguas Residuales

Objetivo de una Planta de Tratamiento

1. Reducir la carga orgánica

2. Reducir la carga de sólidos suspendidos

Antes de ser descargadas o dispuestas

23

Tipos de Tratamiento

Tipos de Tratamiento

1. Tratamiento Primario

2. Tratamiento Secundario

3. Tratamiento Terciario/Avanzado

Sólidos Suspendidos

BOD

Trazas de orgánicos,

Inorgánicos y

Nutrientes

Tratamiento Primario

1 2 3 4Aguas

CrudasEfluente

Primario

1. Rejillas y trituradores

2. Pre-areación & desarenador

3. Medidor de flujo

4. Sedimentador primario

Remoción Promedio

35% reducción en BOD

65% reducción en SS

Características típicas del afluente:

200 mg/L BOD

300 mg/L SS

45 mg/L N

10 mg/L P

Características típicas del efluente :

130 mg/L BOD

105 mg/L SS

45 mg/L N

10 mg/L P

Cl2

Rejillas de limpieza manual

Rejillas de mecánicas

Bar screens

Trituradores

Pre-aeration & grit removalDesarenador: Remover arena e inorgánicos

Sedimentador Primario

Sedimentador Primario

Tratamiento Secundario

Rejillas /

trituradores desarenadorMedidor de

flujo

Sedimen-

tador 1rioAguas

Crudas

Degradación

biologica

Tratamiento primario

Tratamiento secundario (Tratamiento biológico)

130 mg/L BOD

105 mg/LSS

26 mg/LBOD

21 mg/LSSSedimen-

tador 2rio

Tratamiento biológico mas comunes

1. Lodos activados

2. Bioreactores (Trickling filters)

3. Lagunas de oxidación

1. Lodos Activados

• Proceso para el tratamiento de aguas residuales usando aire y flóculos

biológicos compuesto de bacterias y protozoas.

• Consiste en un tanque de aeración y un tanque de sedimentación (llamado

tanque de sedimentación secundaria).

Lodos Activados

1. Mantener los sólidos biológicos en suspensión

2. Satisfacer la necesidad de O2 en los microorganismos que metabolizarán la

materia orgánica

Propósito de suplir aire en el tanque de aeración

La concentración de los sólidos biológicos suspendidos será

uniforme a través del tanque.

2. Trickling Filters

• Es un proceso biológico de crecimiento-adherido para el

tratamiento de aguas residuales.

• Consiste de un tanque empacado con medio solido (rocas)

que fomenta el crecimiento de microorganismos que se

adhieren a la superficie del medio

• Es un proceso económico y sencillo de operar.

• Apropiado para pequeñas comunidades.

Trickling Filters

3. Lagunas de Oxidación

• Método natural para el tratamiento de aguas usadas

• Considerada el tercer proceso biológico mas popular

• Efectivas, económicas de construir, fácil de operar.

• Apropiadas para climas tropicales y subtropicales.

Son charcas grandes y llanas construidas por el hombre para tratar aguas usadas a

través de una iteracción entre la luz del sol, las algas y las bacterias.

BacteriaOrgánicos

CO2 O2

AlgasMas algas

Mas

bacterias

El producto final de la relación simbiótica resultará en solidos sedimentables y

algas

Relación simbiótica

4. Procesos Avanzados

Remoción de Nitratos

• Org-N (proteins)

• NH3-N

• NO2-N

• NO3-N

1. Tipo y forma en que se encuentra nitrógeno en agua:

4. Procesos Avanzados

Procesos para remover nitratos del agua

1. Físico (Air Stripping)

2. Químico (Oxidación)

3. Proceso Biológico (Nitrificación y denitrificación)

Nitrificación & Denitrificación

4. Remoción de nitrógeno:

NH3-N NO3-N N2

nitrificación denitrificación

aerobico anoxico

aire

Diagrama del proceso para remoción total del nitrógeno

Qin

Sedimentador 1rio Sedimentador 2rio Sedimentador 3rio

Tanque

aireación nitrificación

O2O2

disposición

Cl2

denitrificaciónSedimentador 4rio

IV. Disposición

46

Tratamiento Secundario

Rejillas /

trituradores desarenadorMedidor de

flujo

Sedimen-

tador 1rioAguas

Crudas

Degradación

biologica

Tratamiento primario

Tratamiento secundario (Tratamiento biológico)

130 mg/L BOD

105 mg/LSS

Sedimen-

tador 2rio

Rios

Océanos

Lagos

Tierra

Permisología

• Permiso NPDES

Es un sistema/programa de permisos que controla y regula las

descarga de cualquier contaminante en aguas de los EEUU (40 CFR

part 122).

Fuente puntual Fuente no-puntual

49

Disposición en ríos

Curva de agotamiento de oxígeno

Disposición en Océanos

Plantas 301H

Ocean Disposal

V. Pozos Sépticos

54

1. Camara sencilla con fondo abierto

Este tipo de pozo debe prohibirse en su totalidad

2. Camara sencilla con fondo sellado

3. Camara doble

Pozo con campo de infiltración

62