UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS

VISITA A UNITRAR

Integrantes:

ORELLANA VENTOCILLA, Kenyi Omar 20132510K

Sección: L

2014

1. OBJETIVOS:

La visita a UNITRAR tuvo como objetivo describirnos las formas de tratar las aguas residuales, con la finalidad de disminuir la contaminación del ecosistema y darle también un empleo útil a beneficio del hombre.Como también la manera en que el ingeniero civil participa en el diseño de canales de circulación y piscinas de reposo.

2. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA:

La planta de tratamiento de aguas residuales de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI-TRAR), es una Planta Piloto de Tratamiento que fue construida y financiada por recursos propios de la Universidad Nacional de Ingeniería y de FONCODES, cuyo objetivo principal es el estudio y desarrollo de tecnologías en el campo de aguas residuales en el Perú. UNI-TRAR, combina en su planta procesos de tratamiento anaerobio, conformado por el Reactor Anaerobio de flujo ascendente(RAFA) y procesos de tratamiento facultativo (aerobio y anaerobio), conformado por 2 lagunas de Estabilización facultativas. Generando un efluente apto para ser utilizado en Acuicultura y el Riego de Áreas Verdes en cualquier época del año.

Tiene una capacidad de tratamiento de 10 lps. Este caudal es captado de la red de alcantarillado de SEDAPAL, proveniente de los asentamientos humanos de El Ángel y El Milagro del distrito de Independencia.

En la planta se logran niveles de remoción de Coniformes Fecales de hasta 99.99%, DBO5 de hasta 97.5% y remoción de parásitos del 100%. De esta manera el agua producida es apta para el riego de parques y para el cultivo de peces.

UNIDADES DE LA PLANTA:

a) UNIDADES DE PRE-TRATAMIENTO

Sistema de Cribado

El sistema de cribado consta de dos tipos de rejas conectadas en serie en un relleno sanitario manual para la eliminación de los desechos recolectados.

Rejas gruesas: Ubicada en la entrada del Pre-Tratamiento. Tiene por finalidad retener cuerpos extraños o sólidos gruesos como ramas, plásticos, trapos, latas, animales muertos, bolsas residuos de vegetales, etc. Ésta reja es de acero con inclinación de 30° y cuentas con 32 barras de 5mm de espesor con separación entre barras de 25mm.

Rejas finas: Ubicada aguas debajo de la cámara de rejas gruesas junto al Desarenador. Está conformado por dos cámaras de rejas de acero dispuestas en serie con una inclinación de 56° y cuenta con 19 barras de 5mm de espesor con separación entre barras de 15mm.

Relleno Sanitario Manual

Se encuentra ubicado próximo a la unidad de captación su finalidad es disponer sanitariamente de los desechos orgánicos que se retiran de las cámaras de rejas.

Desarenador

Esta unidad tiene por finalidad separar material orgánico por sedimentación a través de una velocidad controlada de 0.20 m/s por un vertedero sutro, ubicado al final de Desarenador. Existen dos tipos de desarenadotes de flujo horizontal, sección rectangular y con dos canales de sección trapezoidal para la acumulación de arenas, los cuales trabajan alternadamente.

b) UNIDADES DE TRATAMIENTO PRIMARIO

Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (RAFA)

En el RAFA, se remueve la materia orgánica anaeróbicamente es decir en ausencia de oxígeno. El funcionamiento de esta unidad es de la siguiente manera: -El desagüe ingresa hasta el fondo del reactor uniformemente distribuido y luego asciende a través de un manto de lodos. Este manto de gran actividad biológica degrada la materia orgánica en un medio anaerobio, generando como subproducto biogás, compuesto principalmente por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y sulfuro de hidrogeno (H2S). En ella se realizan los procesos de hidrólisis, acetogénesis y metanogénesis. El agua residual asciende hacia los sedimentadotes y de ahí es recibido en las canaletas recolectoras, obteniéndose un efluente clarificado que va

posteriormente a las lagunas de estabilización.

Medidor de Gases

Se ha instalado un Tanque de Mariotte, por medio del cual se realiza mediciones de la producción de biogás que se genera en el reactor. La producción promedio de biogás generado es de 5 m3/d.

Lecho de Secado de Lodos

Tiene por finalidad la deshidratación del exceso de lodos que se retiran periódicamente del RAFA. Cuando el lodo húmedo es descargado al lecho, el agua es removida por precolación y por evaporación. Compuesto por un medio filtrante de arena y grava y un sistema de drenaje por donde se evacuaran los líquidos percolados hacia el sistema de desagüe de la Planta.

c) UNIDADES DE TRATAMIENTO SECUNDARIO

Laguna de Estabilización

Constituida por dos Lagunas del tipo Facultativas dispuestas en serie cuya finalidad es la remoción de la materia orgánica biodegradable y de microorganismos patógenos, a través de los siguientes procesos:

-Sedimentación -Digestión de lodos -Estabilización aerobia de la materia orgánica -Fotosíntesis con formación de algas -Producción de O2 y consumo de CO2 entre otros.

Unidad de Acuicultura

UNITRAR cuenta con 3 estanques de sección trapezoidal donde se cultivan peces de la especie Tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus), especie tropical que puede crecer en climas como el de Lima y alcanzar un peso promedio de 250 gr. En un periodo de 16 meses.

Humedal

Sistema de Tratamiento que se basa en el Flujo Horizontal de agua residual a través de un filtro de lecho solido compuesto por capas de grava, anudado a la actividad biológica proporcionada por el desarrollo de microorganismos en la zona de los rizomas de las plantas que son sembradas en la grava.

3. CUESTIONARIO: 1. Explique claramente las características del manto de lodo del

reactor UASB y que consideraciones debe tenerse para su correcto funcionamiento.

Proceso anaerobio de manto de fango de flujo ascendente (UASB).

En este proceso el residuo que se quiere tratar se introduce por la parte inferior del reactor. El agua residual fluye en sentido ascendente a través de un manto de fango constituido por gránulos o partículas formadas biológicamente. El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y las partículas. Los gases producidos en condiciones anaerobias (principalmente metano y dióxido de carbono) provocan una circulación interior, que colabora en la formación y mantenimiento de los gránulos. Parte del gas generado dentro del manto del fango se adhiere a las partículas biológicas. Tanto el gas libre como las partículas a las que se ha adherido gas, ascienden hacia la parte superior del reactor. Allí, se produce la liberación del gas adherido a las partículas al entrar éstas en contacto con unos deflectores desgasificadores. Las partículas desgasificadas suelen volver a caer hasta la superficie del manto de fango. El gas libre y el gas liberado de las partículas se capturan en una bóveda de recogida de gases instalada en la parte superior del reactor. El líquido, que contiene algunos sólidos residuales y algunos de los gránulos biológicos, se conduce a una cámara de sedimentación, dónde se separan los sólidos residuales. Los sólidos residuales se reconducen a la superficie del manto del fango a través de un sistema de deflectores. Para mantener el manto de fango en suspensión, es necesario que la velocidad de flujo ascendente tenga un valor de entre 0.6 y 0.9 m/h.

Generalidades

Para que la descontaminación se vuelva una realidad, los costos de inversión y de operación de las plantas de tratamiento deben ser proporcionales al nivel de vida de la población. Por esto, no es factible proponer en países tropicales y mediterráneos sistemas de tratamiento similares al norte-europeo, y es indispensable la búsqueda de alternativas adaptadas a cada caso y al nivel de ingresos del lugar. El trópico tiene ventajas con relación a los países del norte para lograr una descontaminación a bajo costo de las aguas residuales y su aprovechamiento agrícola. Estas ventajas son: 

Temperaturas altas y estables todo el año, lo que representa una ventaja específica para el uso de los sistemas anaerobios.

Doce meses de crecimiento vegetal al año, o sea, una "demanda" relativamente constante de materia orgánica y de nutrientes, lo que evita sobrecostos de almacenamiento.

Alto requerimiento de materia orgánica para el suelo pues la alta temperatura y humedad aceleran su mineralización, generando un buen precio de mercado

Alta demanda de agua de riego, por las estaciones secas marcadas y las altas temperaturas, y uso generalizado de los sistemas de riego (tecnología común y apropiada).

Desde el pasado siglo el tratamiento de efluentes es de vital importancia para evitar la contaminación ambiental, por lo que surge la necesidad de desarrollar procesos que combinen una alta eficiencia de tratamiento con bajos costos de construcción y mantenimiento, por lo cual fueron creados los reactores UASB. El concepto UASB (Reactor Anaeróbico de Flujo Ascendente y Manto de Lodos) aparece entonces como una opción viable para el tratamiento de efluentes orgánicos líquidos. El mismo fue desarrollado en los años 70 por Lettinga y colaboradores y es ahora aplicado mundialmente para el tratamiento de efluentes cloacales en países de clima tropical. En climas templados subtropicales no ha sido utilizado, principalmente por limitaciones de temperatura, la cual afecta la velocidad de hidrólisis de la materia orgánica y reduce la eficiencia del tratamiento. La principal característica de un reactor UASB, además del flujo ascendente, es la formación de un manto de lodo floculento o granular con buena capacidad de sedimentación, en donde se realiza la actividad biológica. La granulación es un proceso que ha sido citado en pocas oportunidades durante el tratamiento de líquidos cloacales. La aplicabilidad del proceso de tratamiento anaerobio depende muy fuertemente del tipo de residual y sus características y, usualmente, a través de cuidadosos estudios de laboratorio y piloto es posible definir el tipo de tratamiento a dar y el tipo de

reactor a utilizar. Los reactores de flujo ascendente de manto de lodo para las aguas domésticas operan con cargas orgánicas entre 1 y 2 kg DQO/m 3. día , con eficiencias de remoción de hasta 85 %, a temperatura ambiente. Igualmente se citan, en la bibliografía, cargas tan altas como 50 kg DQO/m3.día y esto hace que el proceso resulte también interesante para el tratamiento de aguas residuales industriales orgánicas (con un alto contenido de DQO por unidad de volumen).

Digestor anaerobio de flujo ascendente con manto de lodo (UASB). Aspectos generales.

Concepto:

El proceso anaeróbico de flujo ascendente consiste básicamente de un tanque Imhoff,"al revés", presentando las cámaras de decantación y digestión anaeróbica superpuestas. En este digestor existen 3 zonas bien definidas. Las zonas son:

Zona de lecho de lodos, en la cual se concentran los microorganismos que van a biodegradar el material orgánico presente en el agua residual a tratar.

Zona donde se encuentran dispersos los microorganismos a lo largo del UASB.

Zona de separación gas - líquido - sólido.

Funcionamiento.

En este proceso, el residuo que se quiere tratar se introduce por la parte inferior del reactor. El agua residual fluye en sentido ascendente a través de un manto de lodos constituido por gránulos o partículas forma das biológicamente. El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y el lodo microbiológico. Los gases producidos en condiciones anaeróbicas (principalmente metano y dióxido de carbono) provocan una circulación interior, que colabora en la formación y mantenimiento de los gránulos. Parte del gas generado dentro del manto de lodos se adhiere a las partículas biológicas. Tanto el gas libre como las partículas a las que se ha adherido gas, ascienden hacia la parte superior del reactor. Allí se produce la liberación del gas adherido a las partículas, al entrar éstas en contacto con unos deflectores desgasificadores. Las partículas desgasificadas suelen volver a caer hasta la superficie del manto de lodo. El gas libre y el gas liberado de las partículas se capturan en una bóveda de recogida de gases, instalada en la parte superior del reactor. El líquido, que contiene algunos sólidos residuales y algunos de los gránulos biológicos, se conducen a una cámara de sedimentación, donde se separan los sólidos residuales. Los sólidos separados se conducen a la superficie del manto de

lodo a través del sistema de deflectores. Para mantener el manto de lodo en suspensión, es necesario que la velocidad de flujo ascendente tenga un valor entre 0,6 y 0,9 m/h.La idea básica de este proceso es que el lodo anaerobio tenga buenas características de sedimentación, si les son favorables las condiciones físicas y químicas del proceso de floculación.Si se logran estas condiciones, la retención del lodo, o sea, los microorganismos, dependerán principalmente de una separación efectiva del gas producido en el proceso(especialmente de las burbujas de gas atrapadas en el lodo). Después de la separación del gas la sedimentación del lodo procede favorablemente. En el UASB estos objetivos se cumplen equipando el reactor en la parte superior con un separador sólido - gas y manteniendo un mezclado mecánico y/o la recirculación del lodo a niveles mínimos. Existen diversos aspectos a conocer que son de sumo interés para poder lograr una buena operación del reactor UASB, a continuación se comentarán algunos de éstos.

La formación de un lodo granulado es fundamental para obtener buena eficiencia en el reactor UASB, lo cual depende, fundamentalmente de los factores siguientes:

a) Disponibilidad de nutrientes.b) Temperatura.c) Tipo de residual.d) pHe) Sedimentación por gravedad.

La concentración de biomasa en el reactor debe ser tan grande como sea posible. El valor máximo a ser alcanzado se ve limitado por las condiciones de operación propias del sedimentador, la cual incluye la recirculación por gravedad del lodo sedimentado.

La actividad biológica del lodo también debe ser elevada, esta actividad depende fundamentalmente de la cantidad de microorganismos presentes en el lodo los cuales son responsables de la degradación de la materia orgánica presente en el residual tratado.

Debido a que las bacterias anaerobias tienen baja velocidad de crecimiento, solamente es posible obtener lodos con elevada

actividad biológica después de un largo tiempo de adaptación (entre 0,5 y 1 año).

El tiempo de retención de sólidos debe ser elevado para que pueda

desarrollarse una mezcla apropiada de microorganismos, esto puede obtenerse mediante una operación efectiva de las tres funciones del separador.

El tiempo de retención hidráulico en el reactor debe ser tan pequeño como sea posible. En estas condiciones, el contacto entre el efluente y la biomasa debe ser muy bueno. Para cumplir con este objetivo debe tenerse en cuenta dos aspectos muy importantes:

a) El sistema de distribución del afluente debe ser diseñado de forma talque todo el lodo en la parte inferior del reactor se mantenga en íntimo contacto con el afluente.

b) El líquido en el lecho y en la zona de dispersión debe estar debidamente mezclado. Para evitar el uso del mezclado mecánico debe garantizarse quela turbulencia que produce el biogás, resultante de la anaerobiosis, provoque un mezclado adecuado.

La producción de gas debe ser tal que la distribución del lodo sobre

el lecho, y en la zona dispersa, sea óptima. La concentración del lodo en la zona dispersa aumenta con el incremento de la producción de biogás y mientras mayor sea la cantidad de lodos en la zona de dispersión, mayor será la capacidad de biodegradación, por lo tanto, la producción de biogás será máxima. Con este máximo, la concentración de lodo en la zona de dispersión debe ser tal que garantice una operación adecuada de las funciones del separador. A muy altas concentraciones de lodo en la zona de dispersión, el sistema de recirculación de éste puede bloquearse y sobrecargarse el sedimentador.

Las propiedades de sedimentación del lodo determinan la eficiencia del sedimentador e influye en la concentración del lodo en la zona dispersa; por lo tanto estas propiedades deben ser óptimas.

Eliminando el lodo con propiedades de sedimentación inferiores a las requeridas, mejorará el comportamiento promedio de sedimentación del mismo, lo cual se logra cuando la velocidad ascensional del fluido en el reactor aumenta mucho. Para un uso óptimo de las propiedades de

sedimentación del lodo es necesario que el régimen de flujo en el sedimentador sea laminar y uniforme. Esto solamente se logra si no se produce gas en el sedimentador y si la turbulencia del líquido en el reactor no continúa en el sedimentador; por lo tanto, la separación del gas en el reactor debe ser eficiente, la turbulencia del líquido en el reactor debe disminuir antes que la suspensión líquido-lodo entre en el sedimentador y llegue a valores críticos y debe ser tan pequeña como sea posible.

El lodo granular tiene un índice volumétrico de lodo (IVL) de 10 a 20 ml/g. Esto ocurre en la parte inferior del lecho de lodos. El IVL se define como el volumen que ocupa 1g de licor mezclado o líquido en un reactor. Para hallar su valor se toma una muestra de licor mezclado del reactor y se le determinan los sólidos suspendidos totales (SS) en mg/l y se toma un litro del licor mezclado dejándose sedimentar en una probeta durante 30minutos. La relación volumen de lodo sedimentado/g SS es igual al IVL.

Uno de los aspectos más importantes de los reactores, arriba destacados, es, con toda seguridad, su capacidad de producir el gránulo típico del lodo anaeróbico. Este lodo presenta una alta actividad específica (p.e. 1.0 g DQO/g SSV día). Además de estos aspectos, se debe citar el bajo valor del IVL, cerca de 50 ml/g o menos, y la velocidad de sedimentación que varía de 2 a 90 m/h en sistemas no "cargados". De todas formas, el lodo granulado, con una velocidad de sedimentación de 40 m/h, puede flotar en cargas muy altas. Se pueden desarrollar diferentes tipos (formas) de lodo granular, tales como bastón, filamentosos y "con puntas" y esto depende de varios aspectos como son la composición del sustrato y la naturaleza de la puesta en marcha.

La concentración de sólidos totales en el UASB puede alcanzar hasta 150 g/l. En la parte superior del lecho de lodo éste es floculento con menor sedimentabilidad (30ml/g como IVL)

A temperaturas moderadas, la presencia de sólidos en suspensión constituye un inconveniente para el tratamiento anaeróbico. Para superar este inconveniente, se han propuesto sistemas anaeróbicos en dos etapas. En la primera etapa, se retienen e hidrolizan parcialmente los sólidos y en la segunda, se degradan los compuestos solubles presentes en el líquido, y aquellos generados durante la primera etapa. El Tiempo de Retención Hidráulica (TRH) es uno de los parámetros más importantes en todo sistema de tratamiento de aguas residuales. En el caso de los líquidos cloacales, donde la presencia de sólidos en suspensión es considerable, existe un tiempo de retención óptimo que permite una máxima remoción de sólidos y materia orgánica expresada como Demanda Química de Oxígeno (DQO).

El concepto UASB se aplica, en general, a cualquier residual líquido biodegradable lográndose buenas eficiencias, estos reactores pueden procesar cargas de 15 a 20 kgSV / m3.día.

Depuración biológica anaeróbica.

La depuración anaeróbica transforma parcialmente las sustancias contaminantes en amoniaco, dióxido de carbono, agua y sulfuro de hidrógeno. Dado que la degradación es insuficiente para algunos tipos de aguas residuales habrá que aplicar, a menudo, una depuración aeróbica para cumplir con las normativas de emulsiones.

Ventajas.

1. Bajo consumo eléctrico.2. Puede producir calor y electricidad.3. Baja producción de fango.4. Apropiado para aguas extremadamente contaminadas.

Una de las desventajas principales de los procesos anaerobios es su larga etapa de adaptación, aspecto que se agudiza más en los procesos termófilos por la sensibilidad de los mismos a las variaciones de temperatura, interrupciones de la alimentación, entre otros.

Caracterización fisicoquímica y microbiológica de agua tratada en un reactor UASB.

La actividad metanogénica predominante del consorcio microbiano del reactor es acetoclástica y probablemente una fracción de la misma sea hidrogenotrófica, ambas permiten obtener una productividad considerable de metano. La caracterización fisicoquímica respecto a materia orgánica y sólidos suspendidos mostró que el reactor tiene eficiencia de remoción bajas, pero similares a las comúnmente encontradas para este tipo de reactores cuando son empleados para el tratamiento de aguas municipales que contienen baja concentración. Así mismo el reactor removió parte del sulfato presente en el agua produciendo sulfuro, que genera mal olor y daña la infraestructura delos sistemas de tratamiento disminuyendo su vida media. En el caso del incremento en fósforo y amonio producido durante el tratamiento del agua, es un aspecto positivo ya que serán nutrientes utilizados en el postratamiento que se diseñe para este sistema.

La caracterización microbiológica demostró que el proceso anaerobio incrementa la calidad del agua, ya que se obtuvo una importante retención de huevos de helmintos y aparentemente

los protozoarios encontrados en la microflora del reactor y la formación de sulfuro de hidrógeno, favorecieron la reducción de bacterias coliformes totales y fecales en niveles superiores al 90%

Beneficios y desventajas del proceso UASB.

Ventajas:

La producción de lodos estabilizados en exceso es mínima y fácilmentedrenable hasta de 30 a 40 % y, por tanto, los costos de tratamiento del lodo y sutransportación posterior son relativamente bajos.

Se pueden aplicar altas cargas hidráulicas y orgánicas con eficiencias aceptables.

El reactor necesita poco espacio. Los lodos anaerobios adaptados pueden mantenerse sin

alimentación porlargos períodos de tiempo, por lo que el proceso resulta muy adecuado para lasindustrias que trabajan de forma cíclica.

Su construcción no es compleja y los costos de operación y mantenimiento sonrelativamente bajos.

Desventajas:

El comienzo del proceso es lento y requiere de un período de 8 a 12 semanas.

El proceso es sensible a la presencia de compuestos tóxicos. La reducción de bacterias patógenas es relativamente baja.

2. Elabore un listado de las zonas de la planta de

tratamiento de aguas residuales que necesitan de mantenimiento, haga énfasis en la labor de ingeniería civil

DISTRIBUCION DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (PTAR)

Norte: PTAR Ancón ( Ancón ) PTAR Santa Rosa ( Santa Rosa ) PTAR Ventanilla ( Ventanilla ) PTAR Taboada ( Callao ) PTAR Puente Piedra ( San Martin de Porres )

Este: PTAR Nueva Sede ( Agustino ) PTAR Carapongo ( Ate Vitarte ) PTAR S.A. Carapongo ( Lurigancho-Chosica ) PTAR Cieneguilla( Cieneguilla ) PTAR Manchay ( Pachacamac )

Sur: Cámara de Reja Punto A ( Surco ) Cámara de Rejas La Chira ( Chorrillos ) PTAR San Juan (San Juan de Miraflores ) PTAR José Gálvez ( Villa María ) PTAR Huáscar - Parque 26 ( Villa Salvador ) PTAR Nuevo Lurín ( Lurín ) PTAR J.C.Tello ( Lurín ) PTAR  S.P. Lurín ( Lurín ) PTAR Punta Hermosa ( Punta Hermosa ) PTAR San Bartolo ( San Bartolo ) PTAR Pucusana  ( Pucusana ) 

Objeto del tratamiento

El objetivo del tratamiento de las aguas residuales es mejorar su calidad para cumplir con las normas de calidad del cuerpo receptor o las normas de reutilización.

El objetivo del tratamiento de lodos es mejorar su calidad para su disposición final o su aprovechamiento.

3. Describa al menos 2 métodos para el análisis de metales pesados, como el plomo, cadmio, mercurio, etc. , en un agua de río, de lago o residual