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Ing. Gilberto Salas Colotta e-mail: gsalas19@yahoo.es

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUIMICA , INGENIERIA QUIMICA Y AGROINDUSTRIA

PROGRAMA DE ACTUALIZACION Y APTITUD PROFESIONAL

Curso Operaciones Unitarias en el Tratamiento

de Aguas Residuales

INTRODUCCION

• Los vertidos de aguas residuales son la fuente de la mayor parte de la contaminacion antropogenica que puede hallarse en las aguas naturales

• Por ello, el control de esta contaminacion mediante el tratamiento o depuracion de dichas aguas es un aspecto fundamental desde el punto de vista ecologico y legal

FUENTES DE AGUAS RESIDUALES

• Aguas residuales domesticas o urbanas

• Aguas residuales industriales

• Aguas de Rio y lagos contaminado

CARACTERIZACION DE LAS AGUAS RESIDUALES

- materia organica soluble (DBO, DQO COT) - aceites , grasas y material flotante - solidos en suspension y materia coloidal. - color , turbidez y olor - acidez o alcalinidad - metales pesados

- contaminantes inorganicos especiales - contaminantes organicos especiales

CARACTERISTICAS FISICAS

• Solidos suspendidos sedimentables• Solidos suspendidos coloidales--Turbiedad • Color• Olor• Solidos disueltos --Conductividad • Temperatura

SOLIDOS SSUSPENDIDOS

• El agua residual contiene materiales sólidos grandes hasta materiales coloidales

• En la caracterización de las aguas residuales, los materiales gruesos son removidos antes de analizar sólidos en la muestra.

• La clasificación de los diferentes tipos de sólidos identificados y la interrelación entre estas fracciones se ilustra .

DISTRIBUCION DE PARTICULAS SEGÚN TAMAÑO

• La información sobre tamaño de partículas es de gran importancia al evaluar la eficiencia de los métodos de tratamiento usados en la remoción de SST( p.ej. sedimentación, filtración y desinfección )

• La información del tamaño de las partículas orgánicas biodegradables es de importancia desde el punto de vista del tratamiento biológico, debido a que la velocidad de degradación biológica de estas partículas depende de su tamaño.

DETERMINACION DE SOLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST)

SOLIDOS SEDIMENTABLES: Cono Inoff

SISTEMAS COLOIDALES

• Algunos contaminantes pueden dispersarse en el agua aun cuando no sean realmente solubles

• Esta dispersion se realiza mediante la ruptura del material en pedazos extremadamente pequenos

• Su velocidad de sedimentacion es muy pequeña y no se asientan

• Su expresion fisica visual es la turbidez

TURBIEDAD

• Medida de las propiedades de dispersión de la luz en aguas residuales con relación al material en suspensión coloidal.

• Se realiza por comparación entre la intensidad de luz dispersa en una muestra y la luz dispersa por una suspensión de referencia ( suspensiones de formacina ) bajo las mismas condiciones.

• Los resultados de las mediciones de turbidez se dan en unidades nefelométricas (UNT)

• Existe correspondencia entre turbiedad y los sólidos suspendidos, cuya expresión es:

SST, mg/L ~ ( fSST) (T)

fSST = factor de conversión , T = Turbiedad, UNT

MEDIDA DEL FLUJO DE AGUAS RESIDUALES:medidores de vertedero

• Los vertederos se usan con frecuencia debido a su simplicidad y relativa facilidad de empleo

• Los vertederos empleados de ordinario son los rectangulares o del tipo de ranura en V

• El flujo es proporcional a la altura de agua por encima del punto mas bajo de la abertura del vertedero

• Debe evitarse la acumulacion de solidos en el fondo de la caja detrás del vetedero

MEDIDOR DE VERTEDERO EN V

MEDIDA DEL FLUJO DE AGUAS POR MEDIDA DEL TIEMPO DE DESCARGA

• Para la descarga por un tubo abierto en un extremo, el metodo mas simple es el de medir el tiempo de descarga

• Aplicable a pequeños flujos

• Se coloca el recipiente debajo de la descarga de agua de desecho y se mide el tiempo que toma en llenar el recipiente

Estandares de calidad de aguas: VMA de aguas no domesticas

FACTORES QUE AFECTAN EL TRATAMIENTO

• Caudal

• Composición

• Concentraciones de contaminantes

• Calidad requerida del efluente

• Posibilidades de reutilización

DISEÑO DEL TANQUE DE HOMOGENIZACION

1. Determinar el volumen total diario de agua a tratar

2. Calcular el caudal medio y volumen del tanque

GRÁFICO DE CAUDALES INSTANTANEOS

SOLUCIÓN GRÁFICA

TRATAMIENTO PARA ELIMINAR SOLIDOS EN SUSPENSION

La materia en suspensión puede ser de muy diversa índole, desde partículas de varioscentímetros y muy densas (normalmente inorgánicas), hasta suspensiones coloidalesmuy estables y con tamaños de partícula de hasta unos pocos nanómetros(normalmente de naturaleza orgánica )ica).

• También la concentración de los mismos, tanto en el agua a tratar como en el agua una vez tratada, juega un papel fundamental a la hora de la elección del tratamiento más conveniente.

• Las operaciones para eliminar este tipo de contaminación de aguas suelen ser las

primeras en efectuarse, dado que la presencia de partículas en suspensión suele no ser indeseable en muchos otros procesos de tratamiento.

SEDIMENTACION DE PARTICULAS TIPO I

En el diseño de tanques de sedimentación, el procedimiento de

cálculo consiste en elegir una partícula con velocidad terminal de

sedimentación vs y diseñar el tanque para garantizar la remoción

de todas las partículas con velocidad terminal de sedimentación

mayor o igual

SEDIMENTACION

• La sedimentacion se utiliza en los tratamientos de aguas para separar solidos en suspension de las mismas

• La eliminacion de la materias por sedimentacion se basa en la diferencia de peso especifico entre las particulas solidas y el liquido donde se encuentran

ESQUEMA DE SEDIMENTACION INTERMITENTE

CLASES DE SEDIMENTADORES

• Rectangulares

• Circulares

• Inclinados

Desarenadores

Su instalación tiene por finalidad la separación de partículas minerales

relativamente gruesas (ej. arenas) que son transportadas por el agua

cruda que ingresa a la planta de potabilización .

Las metas principales de su diseño deberán ser:

• Evitar que se produzcan sedimentos en la conducción desde la fuente de provisión del agua cruda.

• Proteger contra la abrasión los equipos de impulsión y otras

instalaciones de la planta.

• Evitar sobrecargas en las fases siguientes del tratamiento.

• Normalmente remover partículas discretas superiores a 0,2 mm.

DESARENADOR

                                                      

DESARENADORES

Desarenadores

VELOCIDAD DE SEDIMENTACION DE PARTICULAS TIPO I

)./(./,suparg 232 dmmdpiegalerficialacA

Qv

ss

)./(./,suparg 232 dmmdpiegalerficialacA

Qv

ss

SEDIMENTADOR RECTANGULAR

Sedimentador Rectangular

SEDIMENTADOR CIRCULAR

MECANISMO DE REMOCION DE LODOS EN UN SEDIMENTADOR

SEDIMENTADORES DE PLACAS INCLINADAS

SEDIMENTACION DE PARTICULAS TIPO II

• Las partículas presentes en soluciones relativamente diluidas

no se comportan como partículas discretas sino que tienden

a agruparse durante la sedimentación.

• A medida que ocurre la coalescencia o floculación, la masa

de las partículas aumenta y se sedimentan más rápido.

• El desarrollo de la floculación depende de la colisión entre

partículas, que a su vez es función de la carga superficial, de

la profundidad del sedimentador, del gradiente de velocidad

del sistema, de la concentración de partículas y del tamaño

de las mismas

Coloides

• Los coloides son partículas de tamaño intermedio entre las moléculas y las partículas suspendidas

•   Aunque las partículas coloidales son muy pequeñas, son lo  suficientemente grandes como para dispersar la luz (efecto Tyndall) por lo que estas partículas comunican aspecto turbio u opaco al agua, a menos que estén muy diluidas. 

• La mayoría de los coloides  están cargados negativamente, por lo que en agua son estables debido a la repulsión electrostática entre estas partículas invisibles. 

• Esta repulsión sobrepasa las fuerzas de atracción de Van der Waals, por lo que no se aglomeran y por lo tanto no precipitan. 

Estabilidad de los coloides:fuerzas coloidales

Coagulacion floculacion

¿ES LO MISMO LA COAGULACIÓN QUE

LA FLOCULACIÓN?

¿CUAL ES LA DIFERENCIA?

¿EN AMBOS PROCESOS SE USAN LOS MISMOS REACTIVOS QUÍMICOS?

¿SIEMPRE?

¿CUALES? ¿COMO? ¿PARA QUE?

Coagulacion

• Los terminos coagulacion y floculacion son con frecuencia intercambiados, sin embargo, cuando se les considera como dos mecanismos distintos pueden conducir , a un mejor entendimiento de la clarificacion y la filtracion

Coagulacion

• Los procesos de coagulacion- floculación se emplean para extraer del agua sólidos que en ella se encuentran suspendidos siempre que su rapidez natural de asentamiento sea demasiado baja para proporcionar clarificación efectiva. Estos solidos no se asientan por ser coloides

• La coagulación desestabiliza estos coloides al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados.

• Esto se logra añadiendo coagulantes químicos y aplicando energía de mezclado vigoroza

Cation coagulante

FLOCULO

para la coagulación requeríamos una

mezcla rápida donde todas las partículas

puedan tomar contacto con el coagulante

                                               

MEZCLADOR HIDRAULICO

Los mezcladores estáticos son internos de forma tubular que permiten mezclar adecuadamente dos o mas fluidos así como generar el efecto de dispersión deseado, conforme el líquido fluye a través de los elementos inmóviles del mezclador. El flujo del líquido se obtiene por bombeo.

MEZCLADORES ESTATICOS

MEZCLADOR MECANICO

Floculación

,• Promueve colisiones entre las partículas

desestabilizadas en la coagulación, por efecto del transporte de fluido, formando partículas de mayor tamaño, visibles a la vista: los flóculos.

• La agitacion debe ser lenta para evitar romper el "floc"

del

Polimero floculante

FLOCULACION

PRUEBAS DE JAR-TEST PARA ELEGIR COAGULANTE Y FLOCULANTE

SEDIMENTACION DE PARTICULAS TIPO III

En sistemas que contienen concentraciones elevadas de

sólidos en suspensión, además de la sedimentación discreta

(libre) y floculenta, también ocurren otros tipos de

sedimentación como la interferida o zonal (de tipo 3) y de la

denominada sedimentación por compresión (de tipo 4).

FLOTACION POR AIRE DISUELTO ( DAF )

• La separación se lleva a cabo introduciendo un gas ( normalmente aire ) en la fase líquida , en forma de burbujas. La fase liquida se somete a un proceso de presurización en presencia de suficiente aire para conseguir la saturación del aire en agua.

• Luego este líquido saturado de aire se somete a un proceso de despresurización llevandolo hasta la presión atmosférica por paso a traves de una valvula reductora de presión. En esta situación y debido a la despresurización se forman pequeñas burbujas de aire que se desprenden de la solución.

• Los sólidos en suspensión o las particulas líquidas flotan debido a que estas pequeñas burbujas se asocian a los mismos y los obligan a elevarse

PRUEBA DE FLOTACION CON AIRE DISUELTO

ADHERENCIA DE BURBUJAS

GENERACION DE MICROBURBUJAS

DAF CON RECIRCULACION

FLOTACION

• La flotacion es un proceso para separar solidos de baja densidad o particulas liquidas de una fase liquida.

• Flotacion por aire disperso o inducido(IAF)

• Flotacion por aire disuelto ( DAF)

• Flotacion por aire cavitado ( CAF)

FLOTACION POR AIRE CAVITADO ( CAF )

• Esta basado en la formacion de microburbujas por cavitacion del aire

• Inyecta microburbujas de aire directamente en el flujo de agua residual sin tener que disolverlo previamente.

• No necesita compresores de aire ni bombas de recirculacion, ni tanques de presion

CAF (flotacion por aire cavitado)

BOMBA DE CAVITACION

                             

DAF CIRCULAR PARA MATERIAL FLOTABLE

DAF

                             

DAF RECTANGULAR

FILTRACION

• Las particulas suspendidas en un liquido se separan mecanicamente o fisicamente usando un medio poroso que retiene las particulas en forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin solidos

• Cuando la concentracion es minima, los filtros operan por tiempos muy largos, antes de que sea necesario limpiar el medio filtrante

TIPOS DE EQUIPOS DE FILTRACION

• Filtros de lecho abiertos• Filtros a presion *Filtros de cartucho * Filtros de canastilla * Filtros de arena * Filtros de lecho profundo

* Filtros prensa• Filtros al vacio• Filtros de banda

ESQUEMA DE FILTRO DE LECHO ABIERTO

Filtro a Presion

• Este proceso equivale a un filtrado de hasta 5 micras para filtros de lecho profundo o 60 micras para filtro de arena, por lo que al pasar por este proceso, el agua no debe tener substancias a la vista del ojo humano.

• El equipo requiere continuamente hacer un retrolavado, es decir hacer pasar el agua en sentido inverso.

FILTROS DE CARTUCHO

PRINCIPIO DE OPERACION

FILTROS DE CANASTILLA

FILTROS A PRESION MULTIMEDIA

RETROLAVADO DE FILTROS

FILTRO PRENSA

ESQUEMA FILTRO PRENSA

QUEQUE O TORTA

                                                                   

SISTEMA DE FILTRACION

FILTRO ROTATORIO AL VACIO

• Consiste en un tambor rotatorio cilindrico perforado que gira en una tina que contiene la suspensión que debe filtrarse

• El vacio en el interior produce la separación solido-líquido, dejando los solidos sobre el medio filtrante

SISTEMA DE VACIO

FILTRO ROTATORIO AL VACIO

FILTRO ROTATORIO AL VACIO

FILTRO DE DISCOS

• Filtro continuo de discos basado en los principíos del filtro al vacio, salvo que la superficie de filtración esta formada por las dos caras de varios discos montados perpendicularmente a una flecha horizontal giratoria que pasa por el centro de los discos.

• El filtrado se extrae de cada disco y se remueve la torta mediante raspadores

FILTRO DE DISCOS

FILTRO DE BANDAS

• Es otro tipo de filtro de presión• El lodo fluye a la zona de drenado donde

se efectua un espesamiento inicial• Lodo pasa a traves de dos cedazos

donde se aplica presión y se efectua un desecamiento parcial

• Finalmente al aumentar la presión sobre las bandas se termina de desecar

Filtro de banda

• Consisten en una banda continua de tela filtrante que pasa a través de unos rodillos giratorios, el fango acondicionado con un polielectrolito se vierte de forma continua sobre la banda, y posteriormente al pasar entre los rodillos es comprimida y una placa rascadora va separando el fango deshidratado de la banda.

• En estos filtros se consiguen concentraciones del orden del 20% en mataría seca.

                                           

ESQUEMA DE FILTRO DE BANDAS

FILTRO DE NADAS

Descarga de lodo de un filtro de bandas

PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SUPERFICIALES

• Tamizado o desbaste

• Desarenado

• Coagulacion/ floculacion

• Sedimentacion

• Filtracion

• Desinfeccion

OPERACIONES UNITARIAS PARA POTABILIZAR AGUA DE RIO

                                                      

BOCATOMA

Rejillas

DESARENADOR

                                                      

DESARENADORES

Desarenadores

                                                 

TANQUE DE COMPENSACION CON PRECLORACION

Tanque de homogenización

                                               

CANALES PARSHALL Y COAGULACION

                                                

FLOCULADORES

FloculadoresCoagulación

                                                     

SEDIMENTADORES

                                                  

VISTA DEL FILTRO DE ARENA VACIO

                                                

FILTROS DE ARENA ABIERTOS

Tratamiento de aguas residuales industriales

Tratamiento de aguas residuales Industriales

• Los procesos industriales generan una gran variedad de aguas residuales de orígenes distintos

• Algunos de los contaminantes, especialmente los metales pesados y ciertas sustancias orgánicas, están sometidas a severas restricciones.

• Los contaminantes pueden encontrase en forma disuelta o en suspensión y por su naturaleza química pueden ser orgánicos e inorgánicos

• Los tipos de tratamiento podemos dividirlos según la naturaleza del proceso u operación unitaria utilizada o al igual que en aguas urbanas, según la secuencia del tratamiento, o según el tipo de contaminantes que se pretende eliminar

• En función de la posible secuencia a emplear se clasifican en : tratamientos primarios, secundarios ( biologicos ) y terciarios

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

EjemploTratamiento de agua de un industria de

galvanoplastia

• Los principales contaminantes presentes en los efluentes liquidos de una industria dedicada al tratamiento de superficies metalicas(recubrimientos electroliticos de piezas metalicas: cromado, zincado,niquelado,etc)son: metales pesados y cianuros

• El tratamiento optimo de estos efluentes es un tratamiento fisico quimico de eliminacion de metales por precipitacion(en forma de hidroxidos) realizando dos pretratamientos previos, de forma separada(segregacion de efluentes):

TRATAMIENTO PRIMARIO

EjemploTratamiento de agua de un industria de

galvanoplastia

• Reduccion del Cr(VI) hasta Cr(III) : esta ultima forma es menos toxica y es la que precipita como hidroxido. Normalmente se usa sulfito de sodio:

2 H2CrO4 + 3 Na2SO3 + 3 H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3 Na2SO4 +5H2O

• Oxidacion de los cianuros(que se utilizan en algunos tipos de recubrimientos) con Hipoclorito de sodio en medio basico(NaOH):

2 NaCN + 5NaClO + 2NaOH 2Na2CO3 +N2 +5NaCl +H2O

EjemploTratamiento de agua de un industria de

galvanoplastia

• Tras estos primeros pretratamientos, se realiza la mezcla de las aguas de ambos, produciendose una neutralizacion inicial. La adicion de cal, hasta un pH suficientemente alcalino, precipita el Cr(III) producido en forma de hidroxido, junto al carbonato y sulfato de calcio correspondientes:

Na2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2 NaOH

Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 2 Cr(OH)3 + 3 CaSO4

EjemploTratamiento de agua de un industria de

galvanoplastia

• El tratamiento finaliza con la separacion de los lodos producidos(sales precipitadas) en un decantador, de donde sale agua clarificada y unos fangos que son llevados a deshidratacion y secado.

• La presencia de cromo en los lodos finales los convierten en residuos peligrosos, tambien podria plantearse una recuperacion del mismo