introducción al tratamiento de aguas residuales p1

8/10/2019 Introduccin Al Tratamiento de Aguas Residuales p1

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INTRODUCCIN AL TRATAMIENTO

DE AGUAS RESIDUALES

M. en C. Jos Luis Garca Rivas


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Recurso vital!


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Tratamiento de aguas residuales


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Calidad del agua residual domstica notratada

Contaminante Unidad ConcentracinSlidos totales (ST) mg/L 390-1230

Slidos totales disueltos (STD) mg/L 270-860

Slidos suspendidos voltiles (SSV) mg/L 120-400

Fijos mg/L 25-85

Voltiles mg/L 95-315

Slidos sedimentables mL/L 5-20

DBO5, 20 C mg/L 110-350

Carbono orgnico total mg/L 80-260

DQO mg/L 250-800

Nitrgeno (total como N) mg/L 20-70

Grasas y aceites mg/L 50-100

Coliformes totales NMP/100 mL 106-109

Coliformes fecales NMP/100 mL 103

-107


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PRETRATAMIENTO


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Cribasgruesas de

limpiezamanual

Procesopreliminarobligatorio

Por lomenos dosunidades

Retienen todo elmaterial flotantede gran dimetro

Construidas por barras deacero. Seccin transversal

0.8 cm x 5 cm yespaciamiento de 2.5 cm

entre barras

Ancladas al fondo delcanal de llegada

formando un ngulode 45 con la

horizontal

Los dos canalesdeben estar

separados por unapared

Condiciones normalesde operacin, ambas

cribas debenpermanecer enfuncionamiento

Cribado


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Consideraciones de operacin:Velocidad mnima del agua en el canal de 0.6 m/s para evitassedimentacin

Velocidad mxima de paso entre rejas de 0.75 m/s


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Procedimiento para dimensionamiento de cribas:1.Utilizar caudal mximo instantneo

2.Proponer espesor del material y separacin entre barras(ejemplo: s = 0.005 m y e=0.025 m respectivamente)3.Determinar el rea de paso con Q = A(v), considerarancho mnimo del canal 0.60 m

4.Calcular separacin entre barras con:

Donde:bg= suma de las separaciones entre barras, mmb = ancho del canal, mme = separacin entre barras, mms = espesor de las barras, mm


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CRIBAS AUTOMTICAS


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Desarenado

La separacin de partculasminerales relativamentegruesas, especialmente

arenas, que sontransportadas en el

escurrimiento del agua queingresa a la planta de

tratamiento o depotabilizacin.

Evitar que se produzcan

sedimentos en laconduccin desde la fuentede provisin del agua cruda

o residual

Evitar sobrecargas en lasfases siguientes del

tratamiento

Normalmente removerpartculas discretas

superiores a 0,2 mm

Cuando la instalacinincluyere tamizado o

microcernido (con mallasde 1 a 2 mm), deber

disearse previamenteun desarenador


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Existen tres tipos de desarenadores fundamentales:

1. desarenadores de flujo horizontal2. desarenadores de flujo vertical y3. desarenadores de flujo inducido

Los desarenadores de flujo horizontal: son utilizados eninstalaciones de pequeas poblaciones y consisten en unensanchamiento del canal del pretratamiento de forma quese reduzca la velocidad de flujo y decanten las partculas.

Debe disearse con un canal paralelo para proceder

a su limpieza que se realiza manualmente. Suelen instalarsecon un canal Parshall a la salida que permite al mismotiempo mantener la velocidad constante y medir el caudal.


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ZONAS QUE COMPONEN UN DESARENADOR

Zona de entradaConsiste en una transicin que vincule el canal o

conducto que transporta el lquido a desarenar. Tiene comofuncin conseguir una distribucin uniforme de los filetes

del escurrimiento dentro de la unidad, a fin de lograr unavelocidad media constante en la zona de desarenacin.

Zona de sedimentacin de las partculas gruesas: zonade desarenacin

Es un canal en donde se realiza el proceso dedepsito de las partculas separadas del escurrimientohorizontal, normalmente de seccin rectangular. Debetener pendiente de fondo para facilitar su limpieza.


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ZONAS QUE COMPONEN UN DESARENADOR

Zona de salidaEst constituida por un vertedero horizontal condescarga libre, ubicado en todo el ancho de la zona dedesarenacin, diseado para mantener una velocidad queno produzca resuspensin del material sedimentado.

Zona receptora del material depositado para suposterior derivacin

Formada por una tolva con una pendiente

suficiente para provocar el deslizamiento del materialdepositado hacia un canal transversal colector, desde elcual se derivar todo el material recolectado a una cmaraexterior, a travs de una compuerta de igual seccinque el canal.


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DISEO DE UN DESARENADOR

Para el dimensionamiento de un desarenador debern determinarselos siguientes parmetros de diseo: Tamao de la partcula inorgnica, mediante anlisis

granulomtrico, que predomina durante la mayor parte delao, especialmente en perodos lluviosos

Velocidad de sedimentacinde las partculas minerales Us (cm/s)a determinarse en ensayos con columna de sedimentacino adoptando frmulas segn sea el tamao de las mismas

Velocidad de escurrimiento horizontalUhen la zona dedesarenacin, que deber ser funcin de la velocidad lmite de

arrastre Ua(cm/s)Velocidad de paso por el vertedero de salida o carga hidrulicaunitaria qv(m3/s . m), que deber ser baja para causar lamenor turbulencia y arrastre del material en la aproximacindel flujo

Temperatura del aguapredominante en perodos fros (T

C)


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Velocidad de sedimentacin de la partcula mineral, Us (cm/s)

En caso de no poder realizar los ensayos de laboratorio, se deberadoptar una frmula de acuerdo a los tamaos predominantes en elanlisis granulomtrico efectuado.

Para partculas minerales a sedimentar con tamaos entre 0,015 y 0,1

cm (0,15 y 1 mm) y correspondientes a arenas gruesas, se deber aplicarla frmula de Allen para rgimen de transicin (con nmero deReynolds entre 1 y 1000).


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Cuando los tamaos de las

partculas minerales seansuperiores a 1,0 cm (10 mm),correspondientes a gravas, sedeber utilizar la frmula deNewton para rgimen turbulento

(con nmero de Reynolds mayor a10000):

Solamente cuando se tenganpartculas de arena muy finas de

tamao menor a 0,1 mm, sedeber aplicar la frmula deStokes para rgimen laminar (connmero de Reynolds igual omenor a 1).


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Azevedo Netto recomienda los siguientes valores de la velocidad

terica de sedimentacin Us(cm/s) en funcin del tamao d (mm delas partculas, para T = 20C = temperatura del agua y pesoespecfico de la partcula de arena = 2650 kg/m3.

d = 0,3 mm : Us = 4,3 cm/s = 3175,20 m3/m2. dd = 0,2 mm : Us = 2,4 cm/s = 2073,60 m3/m2. dd = 0,1 mm : Us = 0,9 cm/s = 777,60 m3/m2. dd = 0,01 mm : Us = 0,01 cm/s = 8,64 m3/m2. d


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Velocidad media del escurrimiento horizontal en la zona de desarenacin(zona de sedimentacin de las partculas), Uh(cm/s)

Deber ser siempre menor que Ua, velocidad de arrastre de la partcula mineralque se previ retener en el diseo. La relacin Uh/Uaconviene que sea igual omenor a 0,5 o sea:

Los siguientes valores de la velocidad media de escurrimiento horizontal, Uh(cm/s), son los mximos que habitualmente se consideran para minimizar lainfluencia de esa velocidad de arrastre, Ua(cm/s):

Uh= 8,0 cm/s para arena fina (d 0,01cm)U

h

= 10,8 cm/s para arena gruesa (d entre 0,015 y 0,100 cm)


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CRITERIO DE DISEO

Para el dimensionamiento de los desarenadores se debe determinar lavelocidad de sedimentacin de las partculas ms pesadas a ser retenidasen un 100 % antes del ingreso a los procesos de tratamiento.

Se recomienda que la unin del canal o tubera de llegada al desarenadorse efecte mediante una transicin, sin curvas ni ngulos bruscos, para

asegurar la uniformidad de la velocidad en la seccin transversal de launidad, la cual influye sensiblemente en la eficiencia del proceso. Esconveniente que esta transicin tenga un ngulo de divergencia no mayorde 1230.


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En teora, la profundidad del desarenador no influye en el proceso.

Pero en la prctica existe una limitacin en la velocidad del flujo en eldesarenador, a fin de evitar el arrastre de las partculas sedimentadas.

Para compensar turbulencias es habitual calcular la longitud de lazona de desareno aplicando un coeficiente de seguridad del orden de1,25 a 1,5.

En general los desarenadores se proyectan para sedimentarpartculas de arena con tamao igual o superior a 0,2 mm y unalongitud real igual a 1,5 de la terica como coeficiente de seguridad.

Otro aspecto a considerar es el nmero de unidades en paralelo,siendo el mnimo de dos, en cuyo caso cada una se debe calcular conel caudal total de diseo, con un ancho mnimo b = 0,60 m


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La velocidad de paso por el vertedero de salida no debe ser superior a1 m/s para evitar causar turbulencias y arrastre de material.

Para el clculo del tirante sobre el vertedero de salida puedeutilizarse la frmula de Francis sin considerar contraccioneslaterales.


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Homogeneizacin de caudales

La homogeneizacin del caudal es una medida que se emplea parasuperar los problemas de variaciones que se provocan en lasinstalaciones, y para mejorar la efectividad de los procesos detratamiento situados aguas abajo.

Consiste, en amortiguar por laminacin las variaciones del caudal,

con el objeto de conseguir un caudal constante o casi constante.

Las principales aplicaciones :1. Caudales en tiempo seco.2. Caudales procedentes de redes de alcantarillado

separativas en pocas lluviosas.3. Caudales procedentes de redes de alcantarilladounitarias, combinacin de agua pluviales y aguasresiduales sanitarias.


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Rejas de barras

y dilacerador

Agua residual

bruta

Desarenador

Tanque

de

homogeneizacin

Agitador

Medidor

de flujo y

dispositivo

de control

Tratamiento

primario

Tratamiento

secundario

Efluente

final

Estacin de bombeo

a caudal constante

Diagrama de flujo tpico de una planta de tratamiento de aguas

residuales incorporado homogeneizacin del caudal en lnea

La totalidad del caudal pasa por el tanque dehomogeneizacin, permitiendo reducir las concentraciones delos diferentes constituyentes y amortiguar caudales.


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Rejas de barras

y dilacerador

Agua residual

bruta

Desarenador

Tanque

de

homogeneizacin

Medidor

de flujo y

dispositivo

de control

Tratamiento

primario

Tratamiento

secundario

Efluente

finalAliviadero

Estacin de bombeo

a caudal constante

Diagrama de flujo tpico de una planta de tratamiento de aguas

residuales incorporado homogeneizacin del caudal en derivacin

En la derivacin, solo se hace pasar por el tanque de homogeneizacin elcaudal que excede el lmite prefijado, minimizando las necesidades debombeo, la reduccin de la concentracin de los diferentes constituyentesno es tan alta como con el de lnea.


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Ventajas:

1) Mejora del tratamiento biolgico, ya que eliminan oreducen las cargas de choque, diluyen las sustanciasinhibidoras y estabiliza el pH.

2) Mejora la calidad del efluente y del rendimiento de

los tanques de sedimentacin secundaria al trabajarcon cargas de slidos constantes.3) Reduccin de las superficies necesarias para la

filtracin del efluente, mejora de los rendimientos delos filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavadoms uniformes

4) En el tratamiento qumico, el amortiguamiento de lascargas aplicadas mejora el centro de la dosificacinde los reactivos y la fiabilidad del proceso


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Ejercicio:


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Ejercicio:Estimar el volumen de un tanque para igualacin de flujo con lossiguientes datos:

Periodo de

tiempo

Caudal promedio durante el

periodo de tiempo m3/s

Periodo de

tiempo

Caudal promedio durante el

periodo de tiempo m3/s

M-1 0.275 N-1 0.465

1-2 0.220 1-2 0.465

2-3 0.165 2-3 0.420

3-4 0.130 3-4 0.3804-5 0.105 4-5 0.355

5-6 0.120 5-6 0.365

6-7 0.140 6-7 0.360

7-8 0.245 7-8 0.395

8-9 0.385 8-9 0.430

9-10 0.450 9-10 0.440

10-11 0.485 10-11 0.390

11-12 0.480 11-12 0.340


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Tratamiento primario


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La coagulacinse lleva a cabo generalmente con la

adicin de sales de aluminio y hierro. Este proceso esresultado de dos fenmenos:

El primero, esencialmente qumico,consiste en lasreacciones del coagulante con el agua y la formacin de

especies hidrolizadas con carga positiva. Este procesodepende de la concentracin del coagulante y el pH final dela mezcla.

El segundo, fundamentalmente fsico, consiste en eltransporte de especies hidrolizadas para que hagan contactocon las impurezas del agua.


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SUSTANCIAS QUMICAS EMPLEADAS EN LA COAGULACIN

Los productos qumicos ms usados como coagulantes en el tratamientode las aguas son:

a) sulfato de aluminiob) cloruro frricoc) sulfato ferroso y frricod) el cloro- sulfato frrico

Frmula emprica: Al2(SO4)3.18 H2OConcentracin: 17% aprox. de Al2O3Densidad aparente: 1.000 kg/m3

Sulfato de aluminio

La forma slida es cristalina, de color pardo,delicuescente, frmula terica FeCl3 .6 H2O.Se funde fcilmente en su agua decristalizacin a 34C, por lo que esnecesario protegerla del calor

Cloruro frrico


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Ayudantes de coagulacin

Son polmeros aninicos, catinicos (de polaridad muyvariable) o neutros, los cuales pueden presentar forma slida(polvo) o lquida.

Son sustancias de un alto peso molecular, de origen natural osinttico. Requieren ensayos de coagulacin y floculacinantes de su eleccin.

Los polmeros en polvo se usan bajo la forma de suspensin,requieren un tiempo de contacto entre 30 y 60 minutos. Por logeneral, se usan dosis pequeas (0,1 a 1 g/L).

Los polmeros lquidos, las mismas concentraciones, expresadas enproducto seco.


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MECANISMOS DE COAGULACIN

Las partculas coloidales, las sustancias hmicas y algunosmicroorganismos presentan una carga negativa en el agua, lo cual impide laaproximacin de las mismas. En el tratamiento del agua ser necesarioalterar esta fuerza inica mediante la adicin de sales de aluminio o dehierro o de polmeros sintticos que provoquen el fenmeno de la

coagulacin.

Actualmente se considera la coagulacin como el resultado de la accin decuatro mecanismos:

1. Compresin de capa difusa;2. adsorcin y neutralizacin;

3. barrido;4. adsorcin y formacin del puente.


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CINTICA O ETAPAS DE LA COAGULACIN

1) Hidrlisis de los iones metlicos multivalentes y su consecuentepolimerizacin hasta llegar a especies hidrolticas multinucleadas

2) Adsorcin de las especies hidrolticas en la interfaz de la solucinslida para lograr la desestabilizacin del coloide

3) Aglomeracin de las partculas desestabilizadas mediante un puenteentre las partculas que involucra el transporte de estas y las interaccionesqumicas

4) Aglomeracin de las partculas desestabilizadas mediante el transportede las mismas y las fuerzas de Van der Waals

5) Formacin de los flculos

6) Precipitacin del hidrxido metlico


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Se define como el proceso de unir partculas coaguladas ydesestabilizadas para formar mayores masas o flculos, de modode posibilitar su separacin por sedimentacin ( flotacin) y/ofiltracin del agua tratada

Floculacin

En los floculadores, los micro-flculos formados en el proceso decoagulacin se aglutinan formando flculos, los que debenadquirir un tamao y densidad adecuados al proceso de remocinque sigue: clarificacin por sedimentacin o por flotacin y/ofiltracin.

Al contrario de lo requerido para la sedimentacin, en losprocesos de f lotacin y filtracin directa no es deseable laformacin de flculos voluminosos. La formacin de los flculosdepende de la permanencia y de la cantidad de energa aplicada(gradiente de velocidad) en los f loculadores.


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Floculadores hidrulicos


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Floculadoresmecnicos


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