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Fundamentos de Aguas Residuales M. en I. María del Carmen García Araiza
Operaciones Unitarias en el Tratamiento de Aguas Residuales Página 1
UNIDAD 3. OPERACIONES UNITARIAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES
Definiciones
Al avance del tratamiento de aguas y aguas residuales, entre sus principales contribuciones se
encuentran: 1) mejorar el entendimiento de los procesos y capacidades inherentes en tratamiento
de agua y aguas residuales; 2) el desarrollo de modelos matemáticos y modelos físicos sencillo o
análogos de los mecanismos de tratamiento, y su uso para identificar los componentes básicos del
diseño de plantas de tratamiento para obtener el comportamiento deseado de las plantas y la
calidad del efluente.
Las substancias no deseadas contenidas en las aguas entrantes se separan o se transforman en
substancias separables, o ambas cosas.
En general, los ingenieros químicos aplican el término operaciones unitarias a los procedimientos
en los cambios producidos que son esencialmente físicos. Sin embargo, en tratamiento de aguas y
aguas residuales, las operaciones químicas y biológicas son a, menudo las operaciones que
gobiernan a los procesos de tratamiento.
Objetivo y análisis de las operaciones unitarias
El producto de las plantas de tratamiento de aguas en un agua de calidad, y el de las plantas de
tratamiento de aguas residuales, un efluente aceptable. Las operaciones unitarias disponibles que
sirven a estos propósitos, están clasificadas y ejemplificadas en los siguientes puntos:
1. Transferencia de gases
La transferencia de gases incluye aireación. Mediante la exposición del agua al aire o a otras
atmosferas bajo presiones normales, incrementadas o disminuidas, es posible desprender o
desabsorber los gases, o bien absorberlos o disolverlos.
Un ejemplo de ello es la adición de oxigeno por aireación mediante aspersión o burbujeo para la
desferrización o desmanganización para crear condiciones aeróbicas, otro es la adición de ozono, o
cloro o bióxido de cloro, el desprendimiento de metano y bióxido de los lodos de aguas residuales
que sufren descomposición.
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2. Transferencia de iones
Esta operación puede efectuarse en los siguientes procesos:
Coagulación química: para efectuar la coagulación química normalmente se agregan al agua y aguas
residuales productos químicos formadores de flóculos, con el propósito de que engloben o se
combinen con los sólidos sedimentables, pero en particular con los sólidos que no sedimentan
rápidamente o con las partículas coloidales, para formar agregados o flóculos, que sedimenten
rápidamente. Los coagulantes son solubles pero son precipitados, por la transferencia de iones, a
las sustancias que se agregan o que se encuentran en las aguas residuales. Los coagulantes más
comunes son las sales de hierro y aluminio que en solución forman iones trivalentes.
Precipitación química: aquí se separan las substancias disueltas de la solución. Los productos
químicos agregados son solubles y los iones liberados reaccionan con otros iones existentes en las
aguas para formar precipitados. Son ejemplos: 1) la floculación del hierro por adición de cal al
agua o agua residual, que contiene hierro; la reacción llega a su término por el oxígeno disuelto; 2)
la precipitación del hierro y el manganeso del agua por aireación, siendo la reacción la oxidación
por el oxígeno disuelto; 3) el ablandamiento del agua por la adición de cal para precipitar la dureza
de carbonatos y de carbonato de sodio para precipitar la dureza de no carbonatos.
Intercambio iónico: se intercambian iones específicos contenidos en el agua por iones
complementarios que son parte del complejo de un medio de intercambio sólido. Son ejemplos]:
1) el intercambio de iones de calcio y magnesio por iones de sodio que es generada por salmuera;
2) el intercambio de iones de sodio y potasio, así como iones de calcio y magnesio mediante
cambiadores orgánicos sintéticos de cationes entre otros.
Adsorción: las fuerzas interfaciales remueven iones y moléculas (adsorbatos) de la solución y los
concentran en la interface de los adsorbentes.
Son ejemplos la adsorción de iones y moléculas productoras de olor y sabor en lechos de carbón
granulado, o por carbón activado pulverizado suspendido en agua y separado por sedimentación o
filtración.
3. Transferencia de solidos
Cribado: las cribas y rejillas retienen sólidos en suspensión y flotante mayores que sus aberturas.
Los materiales retenidos se separan para someterlos a tratamiento y evacuación. Los dispositivos
trituradores, combinados con rejillas y cribas convierten los materiales retenidos en solidos finos
que normalmente, se regresan al agua para separarlos después junto con otros materiales en
suspensión por sedimentación.
Son ejemplos de estos: 1)la remoción de hojas, trozos de madera y otros residuos del agua
mediante rejillas y cribas, así como el colado de algas por rejillas microscópicas, y 2) la remoción
de solidos gruesos flotantes y en suspensión en las aguas residuales, por rejillas y de otros
materiales más finos, suspendidos mediante cribas.
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Sedimentación: para hacer la remoción de sólidos en el agua por sedimentación, se reduce la
potencia de arrastre y deslave del agua fluyente, hasta que las partículas suspendidas se sedimentan
por gravedad a fondo de los tanques de retención, y no son re suspendidos por arrastre. Por
ejemplo: 1) la remoción de arena y limo; 2) solidos minerales; 3) la remoción de solidos
sedimentables suspendidos en las aguas residuales en los tanques de sedimentación; 4) remoción
de sustancias no sedimentables que se convierten en sedimentos por coagulación o precipitación.
Flotación: en las operaciones de flotación, se reduce la potencia de transporte del agua fluyente por
reposo o se vence el poder de suspensión por reposo y algunas veces por la adición de agentes de
flotación. Las sustancias más ligeras que el agua asciende a la superficie de esta y son retiradas por
desnatado. Son ejemplos]: 1) la remoción de grasa y aceite de las aguas residuales con o sin
aireación; 2) el desprendimiento de burbujas finas de aire dentro de las aguas residuales ya sea por
difusión de aire comprimido o por desadsorcion del aire disuelto en el agua residual, mediante
reducción de la presión de la atmósfera superyacente.
Filtración: la filtración combina al cribado, sedimentación y contacto interfacial para transferir los
sólidos en suspensión o flóculos, a la superficie de los granos de arena, carbón mineral u otros
materiales granulares, de los cuales se pueden separar posteriormente. Son ejemplos: 1) la
filtración lenta de las aguas a través delos lechos de arena, cuya superficies obstruidas se remueven
sucesivamente por raspado, aunque no es frecuente, y se lavan antes de regresarlas al lecho; 2) la
filtración lenta en lechos de arena; 3) la filtración rápida en lechos de arena, carbón mineral u otros
gránulos.
4. Transferencia molecular o de nutrientes
En la purificación de las aguas, y aguas residuales, los organismos saprofitos convierten las
sustancias complejas, principalmente orgánicas, en material celular viviente y en materia más
simple o más estable, incluyendo los gases de descomposición; y los organismos fotosintéticos
convierten a las sustancias simples, principalmente inorgánicas, en material celular con la ayuda de
la luz solar; el oxígeno y bióxido de carbono son los subproductos de su actividad. Son ejemplos:
1) la destrucción o estabilización, esencialmente aeróbica de la materia orgánica suspendida y
disuelta por los organismos saprofitos que se multiplican en las masas contaminadas, receptoras de
agua; 2) la estabilización o destrucción anaeróbica de las sustancias orgánicas depositadas en el
fondo; 3) la producción de algas y vegetación acuática mayor en presencia de plantas y luz solar.
5. Operaciones misceláneas
Se encuentran las siguientes:
La desinfección del agua, mediante la cual se destruyen los organismos vivientes potencialmente
infecciosos, como la cloración del agua y aguas negras, el hervido de agua.
El tratamiento con sulfato de cobre para control de algas. La fluoración del agua para reducir la
caries dental. La desalinización térmica, mediante la cual se separa agua dulce del agua salada, ya
sea por evaporación o por coagulación.
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6. Tratamiento de los lodos
Las combinaciones comunes de operaciones unitarias en la concentración y estabilización de
solidos son: 1) digestión de lodos procedentes de sedimentación libre, seguida de secado al aire; 2)
concentración y acondicionamiento químico de lodos activados antes de la filtración al vacío, y 3)
incineración de una mezcla de humus de filtros goteadores y lodos de sedimentación simple,
después de la digestión, elutriación, acondicionamiento químico y filtración al vacío.
A menudo el licor de desecho procedente de los lodos de las aguas residuales es putrescible y alto
en sólidos, puede necesitarse la coagulación y concentración de los flóculos separados al preparar
el efluente para evacuarlo.
7. Procesos de depuración en el tratamiento de aguas residuales
ETAPAS DEL PROCESO DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
ESQUEMA BASICO DE UN TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
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CONTAMINANTES Y PROCESOS UNITARIOS UTILIZADOS EN LOS PROCESOS DE
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
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DEGRADACIÓN AEROBIA EN LAS AGUAS RESIDUALES
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DEGRADACIÓN DE MATERIA ORGANICA POR LECHO FILTROS BIOLOGICOS
CARACTERISTICAS DE LOS LODOS ANTES Y DESPUES DE LA DIGESTION
ANAEROBIA
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ESQUEMA GENERAL DE UN TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
BIBLIOGRAFIA.
Departamento de Sanidad del Estado de New York, Manual de Tratamiento de Aguas Negras, Editorial Limusa 2009
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