avances en el tratamiento de efluentes domésticos e ... · compensar los factores que determinan...

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Avances en el

tratamiento de

efluentes domésticos

e industriales con

elevada carga

orgánica

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OBJETIVO

• PRESENTAR AVANCES EN ALGUNAS

ETAPAS DENTRO DEL PROCESO DE

TRATAMIENTO DE EFLUENTES CUYO

CONTENIDO PRINCIPAL ES MATERIA

ORGANICA PARA OPTIMIZAR EL PROCESO

GLOBAL EN LA BUSQUEDA DE REDUCIR

LOS COSTOS DE LA INVERSIÒN Y DE LAS

OPERACIONES DE TRATAMIENTO.

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CONTENIDO

1. PRESENTACION DE LA PROBLEMÁTICAASOCIADA AL TRATAMIENTO BIOLOGICO DEAGUA RESIDUAL.

2. PRESENTACION DE UNA ESTRATEGIA DIRIGIDA ACOMPENSAR LOS FACTORES QUE DETERMINANLA PROBLEMÁTICA.

3. PRESENTAR ESTUDIOS Y EXPERIENCIAS QUEHACEN FACTIBLE IMPLEMENTR UNA ESTRATEGIADE TRATAMIENTO QUE AYUDE A SUPERAR LAPROBLEMÁTICA PRESENTADA.

4. PRESENTAR LOS DISPOSITIVOS TECNOLOGICOSQUE SIRVEN DE SOPORTE PARA LA APLICACIÓNDE LAS EXPERIENCIAS EN MATERIA DETRATAMIENTO, CAPACES DE SUPERAR LAPROBLEMATICA PRSENTADA.

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Que es un efluente con elevada

relación de la carga orgánica?

• Es aquel en el cual la relación numérica entrelos sólidos volátiles y la ceniza en un análisis deun efluente crudo es siempre mayor que 4.

• También podría decirse que es aquel efluentedonde el % de sólidos volátiles es mayor del75% respecto a los sólidos totales.

• Para este tipo de efluentes el tratamiento deelección es el tratamiento biológico.

• De los cuales la aproximación mas común es eluso de aireación para forzar el metabolismoaeróbico.

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Casos

• Condominios residenciales.

• Centros comerciales.

• Frigoríficos y mataderos industriales.

• Destilerías.

• Industrias de alimentos en general.

• DBO: Oscila entre 500 y 2500

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La problemática asociada al

tratamiento de estos efluentes.

1. El elevado tiempo de residencia del tratamientobiológico.

2. La variación de la carga horaria.

3. La variación de caudal hidráulico.

4. La sincronización de caudal hidráulico con la etapa dedesinfección.

TODOS ESTOS FACTORES INCIDEN SOBRE LA EFICACIA DEL TRATAMIENTO

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1- El elevado tiempo de residencia

del tratamiento biológico.

• El tiempo de residencia de los todos los

procesos biológicos independientemente de la

tecnología empleada son superiores a 6

horas.

• Casi siempre promedian las 14 horas.

• En ciertas ocasiones llegan a estar entre las

16 y 22 horas.

Volumen de reactor= Caudal x Tiempo de residencia

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Consecuencias del elevado tiempo

de residencia en los procesos

biológicos

1. Requieren reactores de gran tamaño.

2. Implica problemas de difusión del aire.

3. Se elevan los costos de infraestructura por

requerirse mayor cantidad de difusores y tubería

de conducción de aire.

4. Se eleva los requerimientos de aireación y

consiguientes costos de operación para garantizar

la mezcla eficiente en el reactor.

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2- La variación de la concentración

orgánica en el efluente

• En casi todas las fuentes generadoras deefluentes ocurren variaciones en laconcentración de la materia orgánica en el agua.

• Por lo general, de noche se libera la mas bajaconcentración.

• En las horas picos del día se libera las mas altaconcentración por las actividades ordinarias.

• En horarios no pico se libera una cargaintermedia producto del mantenimiento y lavado.

Carga Organica= Solidos volatiles x Caudal

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Consecuencia de las variaciones

de la concentración

• Desbalance del equilibrio en el tratamiento de agua en múltipleshoras del día.

• El cultivo responde haciendo auto digestión si el balance tiende aaumentar; Es decir si la concentración de materia orgánica en elefluente crudo es baja.

• Si el balance tiende a reducirse, es decir si la concentración demateria orgánica en el reactor aumenta, entonces la respuesta delcultivo en el reactor es promover el crecimiento bacteriano.

• Esta respuesta siempre será mas lenta que los cambios en laconcentración de la materia orgánica en el agua.

• En todo caso la fluctuación de bacterias activas alteran el tiempode residencia en el reactor.

Constante Sólidos en el reactor

sólidos volátiles en el efluente crudo

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3- La variación de caudal hidráulico.

• El caudal hidráulico varia en el transcurso del día,entre los días de la semana y entre las épocas delaño.

• Es notorio en complejos residenciales de ciudadesdormitorios entre las horas de la mañana y horariosintermedios, los días de semana y los fines desemana y en época de vacaciones. También esnotorio el cambio del flujo en horarios nocturnos decentros comerciales.

• En los centros recreacionales y turísticos queoperan por temporadas

• En industrias que están sujetas a horarios deproducción.

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Consecuencia de las variaciones

del caudal.

• Modificación de la

relaciónConstante Sólidos en el reactor

sólidos volátiles en el efluente crudo

• Determina la necesidad de instalar tanques

de compensación de caudales y carga

• Y usar bombas de alimentación para

introducir flujos constantes al reactor del

sistema para evitar el desbalance entre las

bacterias y sustrato.

• Alteración en la dosis de los agentes

desinfectantes al final del proceso.

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Efecto de las variaciones del caudal en

la etapa de desinfección.

• En general la aplicación de agentesdesinfectante en la etapa de desinfección ocurrea flujo constante y se establece en Q medio.

• Pero los flujos de la descarga son variables.

• Esto determina que cuando el flujo es bajo (Qmin.), ocurre sobre dosificación de los agentesmicrobicidas

• Mientras que cuando el flujo es alto (Q máx.)entonces hay sub. dosificación y se produce unadesinfección deficiente.

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• Las situaciones de baja y sobre dosificación causan los siguientes problemas:

– La sobrealimentación del oxidante elevará el consumo

de productos químicos, el costo del tratamiento, y

provocará daños por corrosión a los componentes

metálicos del sistema.

– Por otro lado la subalimentación del oxidante producirá

daños en la calidad del agua y pérdida de eficacia debido

a crecimiento de los microorganismos, este crecimiento

afectará por corrosión secundaria al componente metálico.

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Conclusión parcial

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ESTRATEGIAS DE COMPENSACION DE LA

PROBLEMATICA

1- Bajar la concentración del sustrato (DBO) a la

entrada del reactor biológico, efectuando un

tratamiento Primario.

2- Aumentar el estado de Oxidación del sustrato

durante el tratamiento primario.

3- Sincronizar las variables del tratamiento

biológico y de la etapa de desinfección al flujo y

concentración del vertido.

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Estrategia 1

Efecto de la eficiencia del tratamiento

primario sobre el tamaño del reactor13750litros

0,00

1.000,00

2.000,00

3.000,00

4.000,00

5.000,00

6.000,00

7.000,00

0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70%

remoción primaria

vo

lum

en

del re

acto

r

Serie1

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primario sobre el tamaño del reactorQ= 52200 litros/ dia

0,00

5.000,00

10.000,00

15.000,00

20.000,00

25.000,00

0,0% 0,1% 0,2% 0,3% 0,4% 0,5% 0,6% 0,7%

% de remoción primaria

vo

lum

en

del ta

nq

ue

Serie1

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efecto del tratamiento primario sobre el tamaño del reactor

y = -572917x + 5729,2

R2 = 1

0,00

1.000,00

2.000,00

3.000,00

4.000,00

5.000,00

6.000,00

7.000,00

0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70%

eficinecia del tratamiento primario

vo

lum

en

de r

acto

r p

rin

cip

al

Serie1

Lineal (Serie1)

TR: 10 Horas, K= 0.145, %volatiles =0,8%,

MASA DE BACTERIAS: 5 gramos / Litro

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impacto del tratamiento primario en el consumo de

oxigeno en el tratamiento secundaro

0

5

10

15

20

25

30

0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70%

eficacia del tratamiento primario

kil

os d

e o

xig

en

o e

n e

l re

acto

r d

iari

o

Serie1

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impacto del tratamiento primario en el caudal del

soplador en untratamiento secundario

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

0,00% 0,10% 0,20% 0,30% 0,40% 0,50% 0,60% 0,70%

eficacia del tratamiento primario

cau

dal

del

so

pla

do

r

lpm aire

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primario sobre el tamaño del reactor

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Estrategia 2:Aumentar el estado de oxidación del

Sustrato durante el tratamiento primario

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Aumentar el estado de oxidación del

Sustrato durante el tratamiento primario

• Selección de la Muestra:

• Desechos de melaza Concentrados solubles de melaza

• Alto contenido lignocelulósico, compuestos fenólicos, aldehídos y color.

• Material con elevado contenido de sólidos de difícil sedimentación en condiciones normales

• Y con elevados requerimientos de agentes coagulantes para aplicar un tratamiento primario avanzado.

• Composición variable.

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PARAMETRO

Mg / L

Aceites y grasas 5

Aldehidos 15

Cloruros 3.384

Color 500

Conductividad 4

DBO 9.000

DQO 73.003

Detergentes y dispersantes 0,25

Fenoles 3

Fosforo Total 0,02

Nitritos + nitratos 0,01

PH 8

Sólidos suspendidos 8.505

sólidos sedimentables 15

Salinidad 2

Sulfato 2.750

Sulfuro 9

Turbidez 700

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Diseño experimental

• Hipótesis 1:

• Si se eleva el estado de oxidación de la muestra, entonces los

sólidos presentes en ella precipitaran de forma natural.

• Hipótesis 2:

• Si mediante la oxidación, los grupos químicos de las moléculas

presentes en la muestra asumen una naturaleza aniónica entonces

interactuaran de manera mas eficiente con los cationes de los

agentes coagulantes y se producirá un elevado grado de remoción

en el agua.

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Diseño experimental

• Monitoreo de la reacción de Oxidación primaria.

• PH: Las muestras son ácidas y para efectuar las reacciones a

diferentes pH hubo que elevarlo empleando soda cáustica

• Potencial de Oxidorreducción: Los Niveles de

Oxidorreducción medidos en todas las muestras son

negativos, lo que indica que el poder reductor de los

componentes de la muestra es elevado.

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-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

0 2 4 6 8 10

Serie1

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Una reacción típica ORP en relación a diversos PH.

lect ura del ORP varios pH 2% peroxido a ph const ant e

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

0 10 20 30 40 50 60 70

tiempo

OR

P

5,5

6,5

7,5

8

8,5

9

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Una reacción Típica

Orp en el tiempo.

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Resultados:Determinación de los sólidos que sedimentan vrs el pH de

la reacción

y = 5,2949x + 7,2288

R2 = 0,915

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10ph

so

lido

s q

ue

se

dim

en

tan

solidos que sedimentan

Lineal (solidos que

sedimentan)

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Resultados1 hora de sedimentación

1%

pe

roxid

o

5%

pe

roxid

o

Ph 7,5 ph 8,5 Ph 7,5 ph 8,5

7.5

% p

ero

xid

o

Ph 7,5 ph 8,5

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Resultado Apariencia del sobrenadante obtenido, oxidado con

peroxido 7,5% pH: 8,5.

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ResultadosEnsayo de coagulación - Floculación

Sobrenadante tratado con

floculante de Muestra Oxidada con

7,5% de peroxido

Mue

stra

orig

inal

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Conclusión• Este resultado es sumamente positivo porque:

• 1-Demuestra que la oxidación del efluente concentradohace viable la sedimentación de un 80% de los sólidosoriginalmente presente en ella.

• Con procesos de coagulación y floculación es posibleremover el resto del material que prevalece en la parteliquida de la muestra oxidada.

• Se corroboran las hipótesis de trabajo iniciales en lascuales mediante la oxidación se modifican laspropiedades de una significativa cantidad de sólidosorgánicos presentes en el material original y de estaforma se reduce el costo de insumos químicosrequeridos para el tratamiento.

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Estrategia 3:Sincronizar las variables del tratamiento

biológico y de la etapa de desinfección al

flujo y concentración del vertido.

• El uso de la medición de potencial óxido reducción(ORP) va a acostumbrarnos a realizar el control exacto,inmediato, automático y proporcional de:

• El Control de las variables del tratamiento biológico

• De la correcta dosificación de agente oxidante en elagua sin importar si el tratamiento de la misma es encontinuo o en lotes. …”

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Que es el Potencial

oxidorreducción?

• Es la media del estado de oxidación que existe en el

agua. Se expresa en milivoltios y la escala va de -2000 a

+2000 mv.

• Como guía podemos decir que valores de ORP

negativos expresan condiciones reductoras en el medio,

mientras que valores positivos expresan condiciones

oxidantes.

• El potencial redox se calcula como:

• Eh = 1, 234 - 0,058 pH + 0,0145 log (10) Po, siendo Po

la presión parcial de oxígeno expresada en atmósferas.

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POTENCIAL REDOX EXPRESA LA CONDICIÓN ECOLÓGICA DE UN

AMBIENTE ACUATICO.

En el sedimento del fondo de los ecosistemas acuáticos encontramos una zona

superior oxidada y a medida que se agota el suministro de oxígeno en

profundidad aparece una zona reducida. El potencial es positivo en la zona

oxidada y negativo en la zona reducida o del sulfuro.

En la zona reducida la actividad microbiana recupera hacia arriba los nutrientes

en forma de gases.

En la zona de transición existen bacterias quimiosintéticas y fotosintéticas en el

caso de que haya luz.

En la zona reducida sólo las bacterias anaerobias como las reductoras del

sulfato y las del metano, protozoos anaerobios que se nutren de bacterias y

algunos nematodos

Esta condición se puede encontrar en una planta de tratamiento y es un reflejo

de la condición metabólica del cultivo

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Poder Oxidante: se refiere a la capacidad de ciertas

moléculas en aceptar electrones de otras en un medio acuoso

• Producto símbolo valor relativo de ORP

• Fluoruro F- 2,25

• Radical hidroxilo OH- 2,05

• Oxigeno atómico O1 1,78

• Ozono O3 1,52

• Peróxido de hidrogeno H2O2 1,30

• Permanganato de potasio KMNO4 1,22

• Ácido hipocloroso H2OCL 1,10

• Cloro (gas) Cl2 1,0

• Oxigeno O2 0,94

• Hipoclorito de sodio NaClO 0,69

• Bromuro Br-- 0,57

Potencia relativa de algunos agentes oxidantes

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Poder Reductor: Se refiere a la capacidad de ciertas

moléculas en donar electrones a otras en un medio acuoso

• El Agente reductor que aparece en el agua residual es el asociado al sulfuro de hidrogeno, que aparece como un metabolito de excreción producto de la condición anaeróbica.

• Puede medirse en un sistema de tratamiento mediante el uso del potencial redox.

• Hay tres zonas

• Anaeróbica: Desde valores negativos hasta 100 mv

• Facultativa: entre 100 y 200 mv

• Aeróbica: entre 200 y 300 mv

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ORP en un proceso de lodos activados

Fuente Hyperion

Lugar ORP medido

RECEPCION 0- 5 MV

PRETRATAMIENTO DE 0 A 150 MV

DECANTADOR PRIMARIA DE 150 A 0 MV

AIREACION DESDE 0 HASTA 300 MV

SEDIMENTACIÒN SECUNDARIA DESDE 300 HASTA 200 MV

DESINFECCIÓN DESDE 250 HASTA 600 MV

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• En los sedimentadores al acumularse

materia orgánica activa en el fondo, se

producen zonas anaeróbicas.

• Este diferencial del ORP entre el tope y el

fondo permite implementar procedimientos

neumáticos para la detención o aumento

del flujo de retorno en el sedimentador

secundario o de extracción de lodos al

lecho de secado en el sedimentador

primario.

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Dispositivos de control para el

tratamiento

Controladores de ORP

Controladores de PH

Controladores de ORP y pH simultaneo

Generadores de Ozono

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Controladores de ORP

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Generadores de Ozono

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