tratamiento avanzado de agua residual - metcalf

5/11/2018 Tratamiento Avanzado de Agua Residual - Metcalf

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INGENIERfA SANITARIATratamiento, evacuaciony reutilizaci6n de aguas residuales

SEGUNDA EDICIONMETCALF & EDDY, INC.

Revisada porGEORGETCHOBANOGLOUSprofesor de ingenieria civilUniversidad de California, Davis


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12TRATAM IENTO AVANZADODEL AGUA RESIDUAL

Muchas de las sustancias halladas en el agua residual se ven poco 0 nadaafectadas par los procesos y operaciones de tratamiento convencionales.Estas sustancias van desde iones inorganicos relativamente simples. talescomo calcio, potasio, sulfato, nitrate y fosfato hasta un numero, siemprecreciente, de compuestos cornplejos organicos sinteticos. Cuando los efectosde estas sustancias sobre el medio ambiente lleguen a conocerse bien, lasexigencias de los tratamientos seran mas rigurosas en 1 0 que se refiere a laconcentracion tolerable de muchas de estas sustancias en el efluente de lasplantas depuradoras. Estas, a su Vel, requeriran instalaciones para eltratamiento avanzado del agua residual, que no son hoy dia muy utilizadas.Otra alternativa es el desarrollo de diagramas de proceso totalmentediferentes a los empleados en la actualidad.A 10 largo de los ultimos afios, el tratamiento avanzado del agua"residualha experimentado una gran expansion, y se ha escrito una gran cantidad de

literatura sabre el mismo, especiaimente en 10 que se refiere a la eliminaciondel nitrogeno y del fosforo, ..La finaIidad de este capitulo no es infonnar sabre todos estos desarrollossino describirlos en 1 0 que respecta a la elimmacion de los constituyentesespecificos correspondientes. E J capitulo incluye un breve resumen dealgunos de los efectos causados por las sustancias que se encuentran en elagua residual; una vision somera de los tipos conocidos de proceso yoperaciones unitarios, algunos diagram as de proceso -.representativosutilizados para la eliminacion de los contaminantes identificados en loscapitulos 3 y 4, Y un analisis mas detallado de las-operaeiones y procesosaplicados a los constituyentes especificos. Tambi~ s e : haee un~ breve

mencion sobre la evacuaeion final de los contamiaantes. ~I. + - - I I - - ---


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764 INGENIERfA SANITARIA12.1. EFECTOS DE LOS ELEMENTOS QUfMICOS PRESENTESEN EL AGUA RESIDUAL

La composicion tipica del agua residual domestica se ha indica do ya en latabla 3.5. La mayoria de las aguas residuales domesticas contienen unaarnplia variedad de elementos y compuestos de traza que no suelen medirseen los anal isis rutinarios. Si se vierten aguas industriales en las alcantariUasdomesticas, la distribucion de los diferentes elementos variara considerable.mente de las sefialadas en la tabla 3.5. Algunas de las sustancias halladas en elagua residual y las concentraciones en las que pueden causar problemas al serevacuadas al medio arnbiente se indican en la tabla 12.1. La relacion que enella figura no pretende sec exhaustiva. sino que m a s bien intenta subrayar

T ab ia 1 2.1 C om p on en te s q uim ic os tip iro s qllt pueden e ne on tr ar se e n el agull resichlal y s u s e redos

Componente EfectoConcentracioncritica,mglL

lnorganicosAmcniaco

Calcic ymagnesiaOoruroMercurioNitrato

Fosfato

SulfatoOrganieosDDTHexacloruroPetroquimicosCompuestosfmolicosAgentcslensoactivos

Aumenta la demanda de claro; toxico para lospeees: puede convertirse en nitrates y agotar losrecursos de oxigeno; con el fosfoto puede llevaral desarrollo d e c re cim i en to s a cu atlc osindeseables

Aumenta la dureza y 1 1) 5s ol id os t ota le s d is ue lt osImparte saber salado; interflel 'e en los usosagricolas e industrialesTexico para los seres humanos y [a vida acuaticaEstimula el crecimiento acuatico y de las algas;puede causar mclahemogiobinemia en los nifios( nm o o a zu le s)Estim u/a el cn:citr .i tmto acwit ico y de l a s a l ia s ;interfere con la coagulation; interflere con elablandamiento cal-scsaAcc ion ca ta r ti ca

Texico para los peees )" la v id a a cwi ti ca en generalPueden set cancer igenos: tambien puederJ causaeproblemas de sabor 't olor en el agua

P ro vo ca n e sp um a s 'Y p ue de n in te rfe rir c on lacoagulaeicn

CualquiercantidadVariable"Cualquiercantidad

25 0752000,000050,310 IC U: ~ ' aiii

: i)UI

C'0.~2+~w - =I-W

Q=tsO il . 1.~e. Q


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>C O


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TRATAMIENTO AVANZADO DEL AGUA RESIDUAL 771'";2 ' " '_ fl I 121 . . . I ! I _. I vci V ci Vc. . . '""!"~ . . . ci", 0, ::!I I I I. . ~ vi ':'0 ":'0. . 0::I '"~~ ~I .,0 ~~ ~I I I I0";. .l!!~ I I IE ~sg :iii 5 1 ' " < ? 1 o t I 1 1 ii i 1 > < I I'" '". . . .2 . . . ~1 5 1 ~~ ~I I : : 1 I I I" 2t '"w i i i~;! i! 8 :: {II li i I2 ~ ~ ~ ' t. h ~ 1 ~ij j 8 & '!II~ d ; ; g ., ~ p2t ~ Ii '!~;-! i! 1 I w '" 0 c::I

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772 INGENIERfA SANITARIA

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TRATAM IENTO AVANZADQ DEL AGUA RESIDUAL 773

" "o.

,. .. ," ". . : . .

v

-

oce. . ..2. .c'00. a'a nitrificantes para la scondiciones de funcionamiento indicadas. ....

a) Puede utilizarse \a cxpresion siJuicnle de Ia bibliografl&. {22]:


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TRATAMIENTO AVANZADO DEL AGUA RESIDUAL 785OD", = I I . e O > OO B (T -IS) [1-0,833(7,2 - pH)Ko.+ODFactor de Factor de Factor de

correeeion de conecci6n correeciontemperatura de l oxipo del pHdisueltodondc Ii..= tua maixima de crecimiento para las condiciones establecidas detemperatura, oxipno disuclto y pH~. ~ tala m a x i m a de crecimiento especiticoT,. temperaturaOD = oxigeoo disueltoKo , = ccnstaate de media velocidad del oxigeno disuelto-I .)

pH = pH de ruocionamiento. eI valor DumeriCO adoptado del termino de pHpara los valores aoteriora es de I,b) Sustituir los valores conocidos y detenninar Ii..

~ .. ,. O.S d-IT= IS"COD ... 2 .S mgtLKo, = 1.3pH = 1,2: = (O,S d -I) (~D98(T-IS~ ( - = = : _ ) [I -0,833(7,2-7 .2))2 .S 1.3+2.S= O,Sd-I---1,)+2,S

3. Oetenninar la tasa m axim a de utilizaci6n de sustrato k por medio de la ccuaci6n 9.14 (veaseIa tabla 12.7).iL..

k'''' YIi.. "" 0,33 d-1 (del pas o 2b anterior)y "" 0,2 (deI.abla 12.9)

O,31d-1u_---",I,6Sd-I ..... - 0,24. Oetennioar los ti empo s m e di os de retenc:ioo cclular minima y de proyecto.

a) 8M minilPlo:, (_2Y/(-kO M < y = 0,2

b) ~ de proyecto:

K = = 1,65 d-1 (del paso 3)1c 4 ,. 0 , 05 (de la tabla 12.9)I- - 0,2 (I,6S d -I) ~O.OS8M "" 0,28 d-1I8M _ -=3,S7d 0 ,28

~-SJ{8M)=2.S(3.s7 d)=S,93d


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186 INGENIERfA SANITARIAs . Oetcnninar el factor U de ut il iz aci6n de sustratD de proyecto.I~ '"' YU-k4

U = ( ; + k ) . ! .; ~ Y/ I .)I...(-+0.005 --0,81d-I\8,93 0.26. Detenninar Is concentraci6n de amoniaco en el eflucntc por memo de la ecuaci6n 9.45

kNU= KN+ N"" 0.810d-Ik = l,63d-I

T= 15~N"" cencemradon de N-NHt del efluentc, mglLK." IIl,oSIT-I,UI ~ 0 ,4 0 m g lL (v 6a se Ia tabla 12.8)

1 ,6SN0,810 "" O.40+N

1 ,6SNN---04- 0,810 '(1-1,65) 0N -- = - ,400,810

N:.o O.39mWL7. Octenninar Ja tala de eli.minaciOndel sustrato para el proceso de fangos activac10l por mediode la ecuaci6n 9.39.I~ - Yl"-k~

~ = S,9.3 d (paso 4 anterior)Y '" " 0 ,5 llI I SS V/ID I 080s (dc Ia tabla 9.7)k, '" 0,06 !i-I (d e I. tabla 9,7)U - (8.~3 +0,06 o~U = 0,34 q080J elimiudl/kg de SSVLMd

S; JI: supone que la efic:acia dd proceso a de l 90% , el vaJor comspoodicnte de Ja te laQ6nalimento-microoI)aaismos CI ipaI a 0,38 ta de DBO$ apJicada por kgSSVLMd,8. Determinare1 tieulpo p rc ci so de detenci6D bidrAulic:o pva Ia ox idadon de 1 8 DBO Y para Ianitrific:acion por media de I a ecuacion 9.38.SD-SU--'(JX

a) Oxidaci6nde 1 8 080,:


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TRATAMIENTO AVANZADO DEL AGUA RESIDUAL 787(dato de] problema)

S = 20 mglL (valor supuesto)U = 0,34 d-I (del paso 7)X = SSVLM, mglL (suponer X= 2 0 0 0 mg/L)

(200-20) mgtL -026 d=6,4 hB " " O,34d - 1(2000mg/L) ,

b) Nitrificacion:No-N

B = - - - - u x -No = 40 mW'L (dato del problema)N"" 0,39 mglL (del paso 6)U = 0,81 d-IX = 2000 mglL x 0,08 (fracci6n supuesta de nitrificantes)

l60 mw'L_ (40-0,38) mglL :0,31 d=7,3 h

B - O,81d -1(2000 mg/L x 0,08)COI IdusWn: EI proceso de nitrificacion controla el tiempo de dctencion hidniulica neeesario.9. Deterrninar el volumen del tanque de aireacion.

V = Q6 = (3400 m lId) (0,31 d)=1054 IJI310. Detenninar la cantidad total de oxigeno occesario.

a) La cantidad total de oltigeno requerido basado en las condiciones medias puedecslimarscper medic de la expresion siguientc:

donde Q : : caudal, IJI3/dSo = OBO, del afluente, w'm3S'" OBO del eflucotc, &'mJf = factor de conversion de [a OBO, a la OBOu 0,68P~ = masa neta de solidos volatiles (celulas) producidos1,42 = factor de conversion del tcjido c c1 ula r e n OBOLNo = NKT del aflucote, mw'LN,. NKT de l efluentc, mw'L4,57 = cantidad de oJtiseno necesaria para la oltidaci6tl completa de] NKT.

b) Altcmativamente puede utilizarse la expresien siguientc. como una estimac:ionaproximada:O2 kgld=Q(So+4,S7 NKT) x (JOl &'ks)-I

c) Utilizando la expresiop dada en el paso lOb, la dc manda total de oxigeno ncccsaria pordia, con un factor de quridad de 2.5, es iguaJ a


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7 8 8 INGENIERfA SANITARIAComenlario: Ademas de estes dlculos deberian comprobarse las necesidades de alcalinidad.Si 1


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TRATAMIENTO AVANZADO DEL AGUA RESIDUAL 789TabLIl2.10 Carps tipicas para los ",DCeSOS de aedmieMo ell C I I I I I t i Y o ftjo ( IJ I II r a . .. .. ..IlitrilkadOo

ProeesoPoreentaje de Carp,nitrificaci6n kg OBOy'ml'd

Filtro percolador'; medicde piedrasFiltro tipo torrc~, medioplasticoBiodisco"Reactor de lecho compacto

75-85 0,16-0,1085-95 0,10-0,0575-85 0,30-0,2085-95 0,20-0,10(vease la figura 12.5)75-85 0,40-0,2085-95 0,20-0,10I

Desarrollado eo parte de la bibliografia (22 y l S I . Proceso de fase tioica."Proceso de fases in 13C

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