tratamiento biologico
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AGUAS RESIDUALES:Descargas de:•Usos municipales•Industriales•Comerciales•De servicios•Agrícolas•Pecuarios•Domésticos•mezclas
Limites máximos permisibles de descargas de aguasresiduales•NOM-001-SEMARNAT-1996•NOM-002-SEMARNAT-1996•NOM-003-SEMARNAT-1997
Por lo tanto debe de llevarse a cabo un tratamiento de estas que posibilite la devolución del agua al medio ambiente en condiciones compatibles con el
Los sistemas de tratamiento de aguas residuales se valen de fenómenos naturalescomo: sedimentación, transferencia de gases, filtración, adsorción, intercambio iónico, precipitación química, oxidación química y biológica para remover los contaminantes del agua residual.
•El material orgánico puede ser utilizadocomo fuente de energía por organismospara transformarlo en compuestos sencillo y de fácil eliminación (CO2, CH4)
Organismos aeróbicos y anaeróbicos
•Coagulación y eliminación de sólidosdisueltos y en suspensiónEstabilización de la materia orgánica
zoogloeaPseudomonas
Bdellovibrio Sphaerotilus
DEMANDA DE OXIGENO: Refleja el efecto que tendrán los compuestos orgánicosuna vez que sean incorporados en los cuerpos de aguas receptores.
DEMANDA BIOLOGICA DE OXIGENO (DBO):
•Usa microorganismos para oxidar los componentes orgánicos utilizando oxígeno.•Se mide el oxígeno consumido durante un periodo especificado (5,7 o30 días)
DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO
•Oxigeno requerido para oxidar químicamente el material orgánico.•Agente oxidante K2Cr2O7, en presencia de H2SO4 y un catalizador de Ag•Tiempo de análisis 2 horas.•Normalmente entrega resultados poco mayores que la DBO
Lleva a cabo los procesos de bioxidación del material orgánico utilizando poca o ninguna energía.
•Lagunas de tratamiento Sistemas de lodos activados •Filtros biológicos
Los sistemas de tratamiento naturales más comunes en México son las lagunasde estabilización y los sistemas de lodos activados, en menor grado se Utilizan los humedales construidos
Mecanismo de tratamiento que favorece la acción de microorganismos para reducir laDBO con o sin aporte externo de energía.
TIPOS DE LAGUNAS
Según las reacciones biológicas Según el grado de tratamiento�-Anaerobias -Primarias
-Facultativas -Secundarias-Aerobias -Terciarias o de maduración
�Según el método de aireación Según las condiciones de descarga�-Aireación natural -Sin descarga� -Con descarga controlada�-Aireadas -Con descarga continua
LAGUNAS AEROBIAS (OXIDACIÓN)-Corto tiempo de retención-Condiciones aerobias en todo el volumen-Reciben menor carga orgánica
Poco profundaspara lograr laformación de algasQue mejoran eltratamiento Trabajan con aportación natural de
oxígeno, por acción del viento o por la fotosíntesis de las algas.
LAGUNAS FACULTATIVAS•Tienen zonas diferenciadas (aerobia y anaerobia)•Son las más utilizadas en el tratamiento de aguas residuales•Suelen medir de 1 a 2 m de profundidad
LAGUNAS AIREADASse les suministra oxígeno de forma forzada para aumentar el rendimiento.
•Impide el crecimiento excesivo de algas•Aumenta el consumo de oxígeno•Reduce el tiempo de retención•Mayor capacidad de carga
La aireación es una de las partes más importantes en los sistemas aeróbicos.Aireación mecánica: Agitación en la interfase aire-liquido para producir un contacto
con la atmósferaAireación por difusores: Colocados en el fondo del reactor para que la transferenciade oxígeno tenga lugar al ascenso de las burbujas
Sistema de aireaciónestático sumergidopor difusores
SISTEMAS DE AIREACIÓN
Arreglos o diagramas de flujo de sistemas lagunares
•Pueden constar de una o varias lagunas; cuando es una, suele serfacultativa.•Se encuentran arreglos de dos o más lagunas facultativas.
Facultativa
Facultativa
Facultativa
Facultativa Facultativa
FacultativaAnaerobia Aerobia de maduración
Aerobia de maduración
Anaerobia
Facultativa
Facultativa
Puede realizarse en serie o en paralelo
OPERACIÓN EN SERIE OPERACIÓN EN PARALELO
•Producen efluentes con poca carga microbiana (bacterias y algas).•Reduce la posibilidad de que dejen •de funcionar por colapso. La carga que recibe la primer lagunaes muy grande y genera malos olores
•Puede alimentarse una mayor carga orgánica•Permite la limpieza de una de ellas sin detener•el tratamiento•El tratamiento puede disminuir su eficiencia
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE LAGUNAS DE TRATAMIENTO
•Procedimiento natural, de bajo Impacto
•Bajos costos de instalación y de energía
•Facilidad de explotación y mantenimiento
•Amplio margen de fluctuaciónen carga y caudales
•Reducción de microorganismospatógenos
•Necesidad de grandes extensiones de terreno•Acumulación de materia flotante •Rendimientos moderados de reducción de sólidos•Perdida de agua por evaporación en lugares
cálidos
Los contaminantes principales que remueven son:
• Materia en suspensión orgánica o inorgánica• Materia orgánica disuelta biodegradable (DBO soluble).
• Cuando se utilizan lagunas aerobias de alta tasa, las algas producidas se cosechan, hay remoción de nutrientes (nitrógeno y fósforo).
60 - 8099.95
Materia orgánica medida como DBO5 Coliformes
Aerobia de maduración
80 - 9540 - 80
Materia orgánica medida como DBO5 Nitrógeno
Aerobia de alta tasa
80 - 95Materia orgánica medida como DBO5
Aerobia de baja tasa
80 - 95Materia orgánica medida como DBO5
Facultativa
50 - 85Materia orgánica medida como DBO5
Anaerobia
Eficiencia de Eficiencia de remociremocióón %n %
Contaminante Contaminante removidoremovido
Tipo de Tipo de lagunalaguna
La remoción de los helmintos puede alcanzar niveles muy altos, cercanos al 100%, con tiempo de retención suficiente.
El nivel de remoción de virus es menor, aumenta
con el tiempo de retención hidráulico.
Remoción de helmintos y de virus
Filtros BiolFiltros BiolóógicosgicosLos sistemas de tratamiento biológico basados en microorganismos inmovilizados en matrices inertes se caracterizan por tener una gran concentración de biomasa y son muy simples de operar.
Su eficiencia depende de una buena distribución del material orgánico, del estado de la masa microbiana y de la circulación de aire a través del lecho.
Generalmente, el aire circula por convección, debido a las diferencias de temperatura que se generan debido a las reacciones bioquímicas exotérmicas.
Filtro Biológico
Para cálculos preliminares, se usan criterios de diseño puramente empíricos:
La carga de DBO no debe exceder 1,2 (kg DBO m3 /día)La carga hidráulica (incluyendo la recirculación) debe ser menor de
30 (m3m�2/día1)La recirculación debería ser tal que la DBO que entra (incluyendo la
recirculación) no sea más de 3 veces que la DBO alimentada.El volumen del filtro se determina dividiendo el total de DBO diario por 1,2 (kg DBO m3 /día1) o menos.El área puede ser calculada dividiendo el flujo volumétrico de efluente a tratar, por la carga hidráulica de diseño.
Parámetros de diseño
Sistema de Lodos Activados
El sistema de lodos activados es un sistema de tratamiento biológico de mayor velocidad de degradación, debido a que se mantiene una alta concentración de biomasa en el reactor.
El sistema consta de dos etapas básicas:
Birreactor aireado: Donde la biomasa natural (lodos activados) degrada/metaboliza los componentes orgánicos; se forman flóculos.
Sedimentados: Donde los flóculos (lodos) son separados del líquido clarificado y parcialmente reciclados al biorreactor.
Componentes del Sistema de Lodos ActivadosComponentes del Sistema de Lodos Activados
Características Generales de los Lodos ActivadosLas aguas residuales se ponen en contacto con una población de microorganismos en un biorreactor.
Los microorganismos consumen el material orgánico disuelto y suspendido. El efluente del reactor se alimenta a un sedimentador, donde se obtiene el efluente final clarificado, mientras que los flóculos microbianos (lodos) son concentrados y reciclados parcialmente al biorreactor
En el reactor, la materia orgánica disuelta se elimina rápidamente, debido a adsorción en los flóculos y aglomeración del material orgánico suspendido.
La degradación metabólica del material orgánico tiene lugar más lentamente, por acción de los microorganismos presentes. En este proceso, parte del material orgánico se oxida a CO2 (mineralización) y parte se convierte en nueva masa celular (asimilación).
Parte de la masa microbiana muere y se descompone regenerando el material orgánico disuelto. Los lodos desechados representan la cantidad neta de biomasa producida por asimilación.
Componentes del Sistema de Lodos ActivadosComponentes del Sistema de Lodos Activados
Balance de materiaBalance de materia
El volumen de reactor y el tiempo de residencia requeridos para completar la degradación biológica de los contaminantes orgánicos se estiman a partir de un balance de masa y de la cinética del proceso. En general, el balance de masa para el componente k en el biorreactorconsidera los siguientes términos:
Parámetros Operacionales para Lodos Activados
Nivel de carga de la plantaTiempo de residencia hidráulico.Concentración de lodos.Tiempo de residencia de los lodos.
Parámetros operacionales del sistemaNivel de Carga de la Planta : Se refiere a la cantidad de material orgánico que se carga al reactor.
Tiempo de Residencia Hidráulico: El tiempo de residencia del líquido (V/F) debe ser suficiente para permitir un tiempo de contacto adecuado entre el material orgánico disuelto y los microorganismos. Los sistemas convencionales presentan tiempos de residencia hidráulicos entre 6 y 10 horas.
Concentración de lodos: Se refiere a la masa de lodos por unidad de volumen de reactor.
Tiempo de residencia de los lodos, tr (edad de los lodos): La característica esencial de los lodos activados es la recirculación de lodos concentrados al reactor. Por lo tanto, el tr es uno de los parámetros más importantes de la operación.
Tiempos de residencia (Tiempos de residencia (trtr))
Lagunas Facultativas:Tiempo de Residencia: 10-25 días Remoción de DBO5: 60-75%
Filtros Biológicos:Tiempo de Residencia: 0.4 - 2 días Remoción de DBO5: 60-85%
Lagunas de Aireación:Tiempo de Residencia: 3 - 7 días Remoción de DBO5: 70-97%
Lodos Activados:Tiempo de Residencia: 0.3 - 2 días Remoción de DBO5: 70-97%
Digestión Anaerobia:Tiempo de Residencia: 0.5 - 3 días Remoción de DBO5: 30-90%
Variantes del sistema de lodos activados convencional
Aireación por pasosAireación piramidalEstabilización por ContactoLodos activados con oxìgeno puroZanjas de oxidación
AireaciAireacióón por pasosn por pasosEn un sistema de lodos activados convencional, la tasa de oxidación es máxima en el extremo de entrada del tanque en ocasiones es difícil mantener condiciones aerobias con una distribución uniforme de aire.
Esta variación permite disminuir este problema. Se introduce el material orgánico en incrementos o pasos, en lugar de hacerlo en la cabecera. La adición del efluente de esta forma propicia una remoción uniforme de la DBO a través del tanque
AireaciAireacióón Piramidaln PiramidalEl abastecimiento de aire se reduce progresivamente a lo largo dEl abastecimiento de aire se reduce progresivamente a lo largo del el del tanque de modo que, no obstante que que se usa el mismo del tanque de modo que, no obstante que que se usa el mismo volumen de aire que en el sistema convencional, se concentra mvolumen de aire que en el sistema convencional, se concentra máás s aire en la entrada del tanque para hacer frente a la alta demandaire en la entrada del tanque para hacer frente a la alta demanda que a que ahahìì se presenta, esto es, se agrega aire en proporciona la DBO se presenta, esto es, se agrega aire en proporciona la DBO ejercida.ejercida.
EstabilizaciEstabilizacióón por contacton por contactoEs apropiado para sistemas completamente mezclados (donde se generan problemas de sedimentabilidad).
El influente de agua residual se mezcla y airea con lodos activados de retorno solo durante 30-60 min. (estabilización por contacto ). Los microorganismos absorben los contaminantes orgánicos pero no los estabilizan.
Después del periodo de contacto, el licormezclado entra a el sedimentador secundario y el lodo activado se sedimenta; el agua residual clarificada fluye sobre el vertedor del efluente.
El lodo sedimentado se bombea hacia el interior de otro tanque denominado de reaireación o estabilización.
El contenido del tanque de estabilizaciòn es aireado durante 2-3 horas permitiendo a los microrganismos descomponer el material orgànicoabsorbido.
La concentraciòn de los sòlidos en los tanques en el tanque de contacto es de aproximadamente 2000 mg/L
EstabilizaciEstabilizacióón por contacton por contacto
Lodos Activados con Oxígeno PuroOfrece mayor capacidad de tratamiento. Un ejemplo de esta variación del proceso de lodos activados en México es la planta Dulces Nombres en el Estado de Nuevo León.
Planta Dulces Nombres
Bibliografía
WoodardWoodard & Curran, & Curran, ““Industrial Waste Treatment HandbookIndustrial Waste Treatment Handbook””, second edition, , second edition, ElSevierElSevier
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Vásquez González Alba B. , Cesar Valdez Enrique, “ Ingeniería de los sistemas de tratamiento y disposición de aguas residuales, Fundación ICA, 2003
C.A. Zaror Z., “Introducción a la Ingeniería Ambiental para la industrial de procesos”