01 01 Sistemas de acueductos y Alcantarillados (IntroducciÃ³n)

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ACUEDUCTOS Y ALCANTARILLADOS

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA UCC

Documento No. 1 Notas de Clase Pgina 0 de 20

01 Notas de clase


INTRODUCCIN

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CONTENIDO

1. SISTEMA DE ACUEDUCTO. ...................................................... 2 1.1. COMPONENTES DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO. ................. 2 1.2. MICROCUENCA. ......................................................................... 2 1.3. CAPTACIN ................................................................................ 2 1.4. LA ADUCCIN: ........................................................................... 3 1.5. DESARENADOR: ........................................................................ 3 1.6. OBRAS DE CONDUCCIN ........................................................ 4 1.7. PLANTA DE TRATAMIENTO ...................................................... 4 1.8. FLUCULACIN ............................................................................ 5 1.9. SEDIMENTACIN ....................................................................... 6 1.10. FILTRACIN ............................................................................. 7 1.11. DESINFECCIN ....................................................................... 8 1.12. TANQUES DE ALMACENAMIENTO. ....................................... 9 1.13. DISTRIBUCIN Y CONEXIONES DOMICILIARIAS .............. 10

2. SISTEMA DE ALCANTARILLADO. ........................................... 11 2.1. COMPONENTES DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO ...... 12 2.2. RED ALCANTARILLADO FLUVIAL........................................... 13 2.3. RED ALCANTARILLADO SANITARIO ...................................... 15 2.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ............................. 16 2.5. PRETRATAMIENTO .................................................................. 16 2.6. TRATAMIENTO PRIMARIO ...................................................... 16 2.7. TRATAMIENTO SECUNDARIO ................................................ 17 2.8. TRATAMIENTO TERCIARIO .................................................... 18 2.9. TRATAMIENTO POR MEDIOS BIOLGICOS ......................... 19

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1. SISTEMA DE ACUEDUCTO.

1.1. COMPONENTES DEL SISTEMA DE ACUEDUCTO.

Un sistema de acueducto, necesita gran cantidad y variedad de obras o construcciones. Los elementos que hacen parte del sistema de acueducto son:

1.2. MICROCUENCA. Es la fuente de abastecimiento de agua en una regin, es decir, de donde se obtiene el agua que se va a distribuir. La microcuenca es el rea geogrfica mnima por la cual el agua se desplaza a travs de drenajes con una salida principal llamada nacimiento o desage. Cuando este desage o ro desemboca en otros cuerpos de agua mayores, como un lago, otro ro, una cinaga, o desemboca en el mar, se habla de una cuenca.

1.3. CAPTACIN Est conformada por las obras o estructuras que permiten tomar el agua de la fuente en forma controlada. En fuentes superficiales las captaciones se denominan bocatomas y en aguas subterrneas pozos o aljibes. Existen varios de tipos de ellas y se diferencian por la naturaleza de las aguas y las condiciones topogrficas disponibles. Adems de los volmenes requeridos para el servicio.

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1.4. LA ADUCCIN: Tuberas que llevan el agua hasta el desarenador.

1.5. DESARENADOR:

Son tanques cuya funcin es separar las arenas y elementos slidos que lleva el agua en su recorrido. No todos los acueductos cuentan con este componente.

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1.6. OBRAS DE CONDUCCIN Este componente est constituido por las tuberas o mangueras que conducen nuevamente el agua a la planta de tratamiento (s la hay) o al tanque de almacenamiento y a la red de distribucin

1.7. PLANTA DE TRATAMIENTO Es el componente que realiza la funcin de purificacin y potabilizacin del agua.

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Los tratamientos que se realizan a nivel interno son, entre otros:

1.8. FLUCULACIN Proceso qumico mediante el cual, con la adicin de sustancias denominadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantacin y posterior filtrado. Es un paso del proceso de potabilizacin de aguas de origen superficial y del tratamiento de aguas servidas domsticas, industriales y de la minera. Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser:

Slidos en suspensin;

Partculas coloidales (menos de 1 micra) gobernadas por el movimiento browniano y

Sustancias disueltas (menos que varios nanmetros). La floculacin es precedida por la coagulacin, por eso se suele hablar de los procesos de coagulacin-floculacin. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensin y de las partculas coloidales.

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La coagulacin es la desestabilizacin de las partculas coloidales causadas por la adicin de un reactivo qumico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostticas, hace que las partculas tiendan a unirse entre s.

La floculacin es la aglomeracin de partculas desestabilizadas en microflculos y despus en los flculos ms grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores.

a) Coagulantes

Los principales coagulantes son:

Sales de aluminio o de hierro Poli-electrlitos catinicos. Sal metlica.

b) Floculantes

Los floculantes pueden clasificarse por su naturaleza (minera u orgnica), su origen (sinttico o natural) o el signo de su carga elctrica (aninico, catinico o no inico). Los ms comunes son:

Polmeros inorgnicos (slice activado, el ya mencionado alumbre). Polmeros naturales (almidones, alginate). Floculantes sintticos.

La slice activada fue el primer floculante que se emple, y sigue siendo, en la actualidad, el que mejores resultados puede dar, principalmente si se utiliza juntamente con sulfato de almina. Se introduce generalmente despus del coagulante, y se prepara neutralizando parcialmente la alcalinidad de una solucin de silicato sdico. Los factores que pueden promover la coagulacin-floculacin son el gradiente de la velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partculas se unan y da ms tiempo para que las partculas desciendan, por efecto de la gravedad, y as se acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en la accin desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes. La solucin floculante ms adecuada a la naturaleza de los materiales en suspensin se determina por pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo. 1.9. SEDIMENTACIN

Proceso por el cual el sedimento en movimiento se deposita. Toda corriente de agua, caracterizada por su caudal, tirante de agua, velocidad y forma de la seccin tiene una

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capacidad de transportar material slido en suspensin y otras molculas en disolucin. El cambio de alguna de estas caractersticas de la corriente puede hacer que el material transportado se deposite o precipite. En la potabilizacin, el proceso de sedimentacin est gobernado por la ley de Stokes, que indica que las partculas sedimentan ms fcilmente cuanto mayor es su dimetro, su peso especfico comparado con el del lquido, y cuanto menor es la viscosidad del mismo. Por ello, cuando se quiere favorecer la sedimentacin se trata de aumentar el dimetro de las partculas, haciendo que se agreguen unas a otras (coagulacin y floculacin). 1.10. FILTRACIN Proceso unitario de separacin de slidos en suspensin en un lquido mediante un medio poroso, que retiene los slidos y permite el pasaje del lquido. La variedad de dispositivos de filtracin o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicacin: desde sencillos dispositivos, como los filtros domsticos de caf o los embudos de filtracin para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatizacin como los empleados en las industrias petroqumicas y los sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano. Los sistemas de filtracin tratan el agua pasndola a travs de lechos de materiales granulares (p.ej., arena) que retiran y retienen los contaminantes. Los sistemas de filtrado convencionales, directos, lentos de arena y de tierra diatomcea hacen todos un buen trabajo al eliminar la mayora de protozoos, bacterias y virus (si se usa la coagulacin). Usualmente, los filtros de bolsa y cartucho no eliminan los virus y muy pocas bacterias.

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Seccin tpica de filtro en plantas de potabilizacin

1.11. DESINFECCIN

a) Cloracin: la desinfeccin del agua para uso humano tiene por finalidad la

eliminacin de los microorganismos patgenos contenidos en el agua que no han sido eliminados en las fases iniciales del tratamiento del agua. Muchas veces, tratndose de agua de manantiales naturales o de pozo, la desinfeccin es el nico tratamiento que se le da al agua para obtener agua potable. Puede hacerse por medios qumicos o fsicos. Medios qumicos: Los compuestos qumicos ms utilizados para la desinfeccin del agua son:

Hipoclorito de sodio (NaClO) cido hipocloroso (HClO) Clorito de sodio (NaClO2). El cloro es uno de los elementos ms comunes para la desinfeccin del agua. El cloro se puede aplicar para la desactivacin de la actividad de la gran mayora de los microorganismos, y es relativamente barato.

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Se puede emplear gas cloro, pero normalmente se emplea hipoclorito de sodio (leja) por su mayor facilidad de almacenamiento y dosificacin. En algunos casos se emplean otros compuestos clorados, como dixido de cloro, hipoclorito de calcio o cido cloroisocianrico. En algunos casos se ha conseguido eliminar las enfermedades transmitidas por el agua (clera, tifoidea, disentera y hepatitis A). Tambin se usan el yodo y el bromo.

Medios fsicos, electro - fsicos y/o fsico qumicos:

Generacin de cido hipocloroso mediante proceso de hidrlisis (sin aditivos).

Luz ultravioleta. Fotocatlisis Radiacin electrnica Rayos gamma Sonido y Calor.

Los desinfectantes no solo deben matar a los microorganismos sino que deben adems tener un efecto residual, que significa que se mantienen como agentes activos en el agua despus de la desinfeccin para prevenir el crecimiento de los microorganismos en las tuberas provocando la re-contaminacin del agua.

b) Fluoracin:

Accin controlada de aadir un compuesto fluorado en el agua de abastecimiento pblico, con el fin de elevar sus niveles de flor hasta una concentracin ptima para prevenir la caries dental sin que ello provoque una saturacin en los tejidos expuestos. En aquellos pases en los que no se consume agua fluorada, se promueve el consumo de sal o leche fluoradas con el fin de conseguir los mismos efectos sobre la poblacin.

1.12. TANQUES DE ALMACENAMIENTO.

Una vez el agua sea potable, esta se almacena en tanques, esto permite disponer de reservas de agua. Debido a que el consumo de la poblacin no es constante sino que vara segn la hora del da, el tanque regula las variaciones del consumo. La funcin bsica del tanque es almacenar agua en las horas que se consume menos, de tal forma que en el momento en que la demanda es mayor el suministro se completa con el agua almacenada. El tanque permite disponer de almacenamiento en caso de reparaciones o para atender incendios y regula las presiones en la red de distribucin. Este es el sptimo componente de un sistema de acueducto.

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1.13. DISTRIBUCIN Y CONEXIONES DOMICILIARIAS Son el conjunto de tuberas o mangueras encargadas de llevar el agua hasta cada vivienda.

Se conduce mediante una red principal y subsecuentemente redes secundarias y hasta terciarias, a veces lineales y a veces constituyendo una red, para finalmente derivar de alguna de ellas la red menor, para prestar el servicio directamente al usuario. Esta prestacin final va de la mano con la medicin de los caudales de consumo, para los procesos de facturacin

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2. SISTEMA DE ALCANTARILLADO.

El sistema de alcantarillado est formado por las tuberas de recoleccin que conducen las aguas residuales o lluvias a una planta de tratamiento, donde a travs de un proceso, el agua usada de la comunidad es tratada para devolverla al ambiente sin causarle dao. Los tipos de redes existentes son: Se denomina alcantarillado o tambin red de alcantarillado, red de saneamiento o red de drenaje al sistema de estructuras y tuberas usado para la recogida y transporte de las aguas residuales y pluviales de una poblacin desde el lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten al medio natural o se tratan. Las redes de alcantarillado son estructuras hidrulicas que funcionan a presin atmosfrica, por gravedad. Slo muy raramente, y por tramos breves, estn constituidos por tuberas que trabajan bajo presin o por vaco. Normalmente estn constituidas por conductos de seccin circular, oval o compuesta, la mayora de las veces enterrados bajo las vas pblicas Redes separadas Redes de alcantarillados sanitarias: Transportan nicamente agua residual Redes de alcantarillado pluviales: Transportan nicamente agua lluvia

Redes de alcantarillado unitarias o combinadas Transportan agua residual y agua lluvia

Los principales contaminantes en las aguas residuales son:

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ACTIVIDAD TIPO DE CONTAMINANTE

Bebidas Materia orgnica, cidos, bases

Crnicos Materia orgnica, grasas, coliformes

Lcteos Materia orgnica, grasas, cloruros

Conservas Materia orgnica, aceites, coliformes

Turismo Grasas, detergentes, salinidad

Talleres Aceites, disolventes, metales

Pinturas Slidos en suspensin, disolventes, metales

Agricultura Compuestos fosfatados , nitrogenados (pesticidas)

Ganadera Materia orgnica, coliformes

Extracciones Slidos en suspensin y decantables

2.1. COMPONENTES DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO

Los principales componentes del sistema son:

Diseo detallado de alcantarillado

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SISTEMA DE ALCANTARILLADO CONVENCIONAL

2.2. RED ALCANTARILLADO FLUVIAL

Los componentes de una red de alcantarillado fluvial son:

SUMIDEROS CUNETAS

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Cunetas: recogen y concentran las aguas pluviales de las vas y de los terrenos colindantes.

Sumideros: estructuras verticales que permiten la entrada del agua de lluvia a los colectores, reteniendo parte importante del material slido transportado.

Colectores secundarios: tuberas que recogen las aguas de lluvia desde los sumideros y las conducen a los colectores principales. Se sitan enterradas, bajo las vas pblicas.

CAMARAS Y COLECTORES

Colectores principales: tuberas de gran dimetro, conductos de seccin rectangular o canales abiertos, situados generalmente en las partes ms bajas de las ciudades, y transportan las aguas servidas hasta su destino final.

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Cmaras de inspeccin: cmaras verticales que permiten el acceso a los colectores, para facilitar su mantenimiento. Deben existir si hay cambios de alineamiento, pendiente o dimetro.

SISTEMA DE ALCANTARILLADO

2.3. RED ALCANTARILLADO SANITARIO

Los componentes de una red de alcantarillado sanitario son:

Colectores terciarios: tuberas de pequeo dimetro (150 a 250 mm de dimetro interno) las cuales conectan las acometidas y domiciliares.

Colectores secundarios: las tuberas que recogen las aguas del terciario y los conducen a los colectores principales. Se sitan enterradas, en las vas pblicas.

Colectores principales: Son tuberas de gran dimetro, situadas generalmente en las partes ms bajas de las ciudades, y transportan las aguas servidas hasta su destino final. Las hay como colectoras (a lo largo de quebradas y afluentes menores) e interceptores (a lo largo de ros mayores o estructuras difciles de sortear.

Cmaras de inspeccin: cmaras verticales que permiten el acceso a los colectores, para facilitar su mantenimiento. Deben existir si hay cambios de alineamiento, pendiente o dimetro.

Conexiones domiciliares: pequeas cajas que conectan el alcantarillado privado, interior a la propiedad, con el pblico, en las vas.

Estaciones de bombeo: Como la red de alcantarillado trabaja por gravedad, para funcionar correctamente las tuberas deben tener una cierta pendiente, calculada para garantizar al agua una velocidad mnima que no permita la sedimentacin de los materiales slidos transportados. En ciudades con topografa plana, los colectores pueden llegar a tener profundidades superiores a 4 - 6 m, lo que hace difcil y costosa su construccin y complicado su mantenimiento. En estos casos puede ser conveniente intercalar en la red estaciones de bombeo, que permiten elevar el agua servida a una cota prxima a la cota de la va.

Plantas de tratamiento de las aguas servidas: estaciones de tratamiento, que por la calidad del agua a la salida de la misma se clasifican en: estaciones de tratamiento primario, secundario o terciario.

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2.4. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Las aguas residuales pueden provenir de actividades industriales, agrcolas y uso domstico y sus tratamientos son muy variados, segn el tipo de contaminacin Pueden incluir precipitacin, neutralizacin, oxidacin qumica y biolgica, reduccin, filtracin, smosis, etc. En el caso de agua urbana, los tratamientos suelen incluir la siguiente secuencia: El tratamiento de aguas residuales consiste en una serie de procesos fsicos, qumicos y biolgicos que tienen como fin eliminar los contaminantes fsicos, qumicos y biolgicos presentes en el agua efluente del uso humano.

2.5. PRETRATAMIENTO Busca acondicionar el agua residual para facilitar los tratamientos propiamente dichos, y preservar la instalacin de erosiones y taponamientos. Incluye equipos tales como rejas, tamices, desarenadores y desengrasadores.

2.6. TRATAMIENTO PRIMARIO Asentamiento de slidos o tratamiento fsico-qumico, busca reducir la materia suspendida por medio de la precipitacin o sedimentacin, con o sin reactivos, o por medio de diversos tipos de oxidacin qumica poco utilizada en la prctica, salvo aplicaciones especiales, por su alto costo. Tpicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separacin fsica inicial de slidos grandes (basura) de la corriente de aguas domsticas o industriales empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque tambin pueden ser triturados esos materiales por equipo especial; posteriormente se aplica un desarenado (separacin de slidos pequeos muy densos como la arena) seguido de una sedimentacin primaria (o tratamiento similar) que separe los slidos suspendidos existentes en el agua residual. Dentro de sus metodologas se cuenta con:

Tamizado Remocin de gas. Remocin de arena. Precipitacin con o sin ayuda de coagulantes o floculantes. Separacin y filtracin de slidos. El agregado de cloruro frrico ayuda a precipitar en gran parte a la remocin de

fsforo y ayuda a precipitar bioslidos o lodo

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El tratamiento primario es para reducir aceites, grasas, arenas y slidos gruesos. Este paso est enteramente hecho con maquinaria, de ah que se conoce tambin como tratamiento mecnico.

Remocin de slidos o Cribado: se remueven slidos de gran tamao, por ejemplo, botellas, palos, bolsas, balones, llantas, etc. Con esto se evita tener problemas en la planta de tratamiento de aguas, ya que si no se remueven estos slidos pueden llegar a tapar tuberas o daar algn equipo.

Remocin de arena (tambin conocida como escaneo o maceracin): tpicamente

incluye un canal de arena donde la velocidad de las aguas residuales es cuidadosamente controlada para permitir que la arena y las piedras de sta tomen partculas, pero todava se mantiene la mayora del material orgnico con el flujo.

Sedimentacin: muchas plantas tienen una etapa de sedimentacin donde el agua

residual se pasa a travs de tanques circulares o rectangulares, comnmente llamados clarificadores, son lo suficientemente grandes, tal que los slidos fecales pueden situarse y el material flotante como la grasa y plsticos pueden levantarse hacia la superficie y desnatarse. El propsito principal de la etapa primaria es producir un lquido homogneo capaz de ser tratado biolgicamente y unos fangos o lodos que pueden ser tratados separadamente. Los tanques primarios de asentamiento se equipan generalmente con raspadores conducidos mecnicamente que llevan continuamente los fangos recogidos hacia una tolva en la base del tanque donde, mediante una bomba, se pueden llevar hacia otras etapas del tratamiento.

En general es un mtodo de remocin de la mayor parte de los residuos slidos, de asentamiento o captacin de slidos

2.7. TRATAMIENTO SECUNDARIO O tratamiento biolgico: se emplea de forma masiva para eliminar la contaminacin orgnica disuelta, la cual es costosa de eliminar por tratamientos fsico-qumicos. Suele aplicarse tras los anteriores. Consisten en la oxidacin aerobia de la materia orgnica, en sus diversas variantes de fangos activados, lechos de partculas, lagunas de oxidacin y otros sistemas o su eliminacin anaerobia en digestores cerrados. Ambos sistemas producen fangos en mayor o menor medida que, a su vez, deben ser tratados para su reduccin, acondicionamiento y destino final.

Desbaste: consiste en la retencin de los slidos gruesos del agua residual mediante una reja, manual o autolimpiable, o un tamiz, habitualmente de menor paso o luz de malla. Esta operacin reduce la carga contaminante del agua a la entrada y permite preservar los equipos como conducciones, bombas y vlvulas, frente a los depsitos y obstrucciones provocados por los slidos, que habitualmente pueden ser muy fibrosos: tejidos, papeles, etc.

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Fangos o Lodos Activados: usan una variedad de mecanismos y procesos para

incluir oxgeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biolgicos que remueven substancialmente materia orgnica. Tambin puede atrapar partculas de material y puede, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en ltima instancia a gas nitrgeno.

Camas filtrantes (camas de oxidacin: se utilizan para rociar en la superficie de una

profunda cama compuesta de coque (carbn), piedra caliza o fabricada especialmente de medios plsticos. Tales medios deben tener altas superficies para soportar las biopelculas que se forman. El licor es distribuido mediante unos brazos perforados rotativos que irradian de un pivote central, se distribuye en la cama y recoge los drenes en la base. Esta bio-pelcula es alimentada a menudo por insectos y gusanos.

Placas rotativas y espirales

Reactor biolgico de cama mvil y de membrana.

En general es un tratamiento biolgico de la materia orgnica disuelta presente en el agua residual, transformndola en slidos suspendidos que se eliminan fcilmente

2.8. TRATAMIENTO TERCIARIO De carcter fsico-qumico o biolgico: desde el punto de vista conceptual no aplica tcnicas diferentes que los tratamientos primarios o secundarios, sino que utiliza tcnicas de ambos tipos destinadas a pulir o afinar el vertido final, mejorando alguna de sus caractersticas. Si se emplea intensivamente pueden lograr hacer el agua de nuevo apta para el abastecimiento de necesidades agrcolas, industriales, e incluso para potabilizacin. En general es el tratamiento que incluye pasos adicionales como lagunas, micro filtracin o desinfeccin, para la disminucin de todos los patgenos y retiro de del nitrgeno y fsforo (contaminantes mayores)

Filtracin: en arena retiene gran parte de los residuos de materia suspendida. El carbn activado sobrante de la filtracin retiene las toxinas residuales.

Lagunaje: proporciona sedimentacin y mejora biolgica adicional por almacenaje

en charcos o lagunas artificiales. Es barato y fcil de mantener pero presenta los inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de ser poco capaz para depurar las aguas de grandes ncleos.

Humedales artificiales: incluyen camas de caa o una serie de mtodos similares

que proporcionan un alto grado de mejora biolgica aerobia y pueden utilizarse a

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menudo en lugar del tratamiento secundario para las poblaciones pequeas, tambin para la fito-remediacin.

Remocin de nutrientes: cuando las aguas residuales contienen altos niveles de los

nutrientes nitrgeno y fsforo o cuando puede ser txico para peces e invertebrados en concentraciones muy bajas (por ejemplo amonaco). La retirada del nitrgeno o del fsforo de las aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitacin qumica o biolgica.

Desinfeccin: reducir substancialmente el nmero de organismos vivos en el agua

que se descargar nuevamente dentro del ambiente. Puede hacerse con cloro, luz ultravioleta, ozono (O3).

2.9. TRATAMIENTO POR MEDIOS BIOLGICOS Este tipo de plantas de tratamiento constan de un biodigestor anaerobio (que como su nombre lo dice digiere las aguas negras) y un sistema de humedales artificiales que asemejan a la naturaleza para terminar el proceso de limpieza del agua tal como sucede en el medio natural por medio de plantas como carrizos o alcatraces que son muy eficientes al depurar el agua despus del proceso de digestin biolgica. La eficiencia de este sistema para la remocin de coliformes (fase biodigestor) en funcin de efecto filtro eliminando microorganismos patgenos por exposicin de ambientes adversos, tiene una tasa de 80 hasta al 90 %, complementndose con la segunda fase (humedales) al 100 % de eliminacin de bacterias patgenas. Este sistema tiene grandes ventajas como el costo de construccin y mantenimiento que puede llegar a ser mucho menor que el de una planta de tratamiento tradicional, tambin puede ser una atractivo visual de la comunidad donde se encuentre y lo ms importante de todo es que el agua que se obtiene es de una gran calidad que se puede utilizar para regar, cultivos, parques y jardines.

http://es.wikipedia.org/wiki/Humedales

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