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Universidad Autónoma de Nuevo LeónFacultad de Ciencias Biológicas
Tratamiento de aguas y desechos
Dr Hugo LunaInstituto de Biotecnología
FUENTES NOPUNTUALES
CIUDAD
SUBURBIOS
PLANTA DE TRATAMIENTO
RURAL
PARCELA
ESTABLOS
FABRICA
FUENTESPUNTUALES
Fuentes de contaminación del agua
Sólidos suspendidos
Orgánicosbiodegradables
Patógenos yparásitos
Nutrientes
Contaminantesprioritarios
Orgánicosrefractarios
Metales pesados
Inorgánicos disueltos
Contaminantes de interésen aguas residuales
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Planta de tratamiento de aguas
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
11
11
11
11
2
2
2 2
22
33
33
33
33
4
Entradade agua
Reciclajede lodo
Lodo
Desechos
Salidade agua
1.- Clarificadores primarios
2.- Tanques de lodos activados
3.- Clarificadores finales
4.- Tanques de cloración
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Tamizaje, separacióny molido de deschos
1
Sedimentaciónde materiaorgánica
2
Drenaje
Tanque desedimentaciónprimaria
TRATAMIENTO PRIMARIO TRATAMIENTO PRIMARIO(Oxidación Biológica)
Efluente primario se sujetaa aireación; los microorga-nismos oxidan la materiaorgánica.
3
Sistema delodos activados
Tanque desedimentación
Efluentesecundario
Efluente
Clorinador
El efluente es desinfectadopor clorinación y liberadoal ambiente,
4
DESINFECCION Y LIBERACION
Lodo primario
DIGESTION DE LODO
Lodo resultante sese digiere anaerobicamentecon la producción de metano.
5
Digestor anaeóbico de lodos
Lodo secundariodel tanque de
sedimentación
Lodoefluente
El lodo efluentees secado
6 El lodo esremovido arellenos otierras agrí-colas
7
Rejilla
ClarificadorPrimario
ReactorBiológico Clarificador
Secundario
Tanque deContacto de
Cloro
SifónArenas
Cárcamo deBombeo
BombasTornillo
Desarenador
RíoPesquería
FiltroBanda
DisposiciónFinal
DigestorAnaeróbico
Espesadorde BandasEspesador
Primario
Proceso de Tratamiento deAguas Municipales
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Etapa del tratamiento
Principales etapas en el tratamiento de aguas de desecho
Procesos
Remoción del material particulado insoluble
mediante sedimentación, tamizaje, adición
de alumina, diversos agentes de coagulación
y otros procedimientos físicos.
Remoción biológica de materia orgánica di-
suelta mediante sistemas de filtros rodantes.
lodos activados, lagunas de oxidación, siste-
mas de aireación extendidos y digestores
anaeróbicos.
Remoción biológica y química de nutrientes
inorgánicos e inactivación de virus.Terciario
Primario
Secundario
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Salmonella
Shigella
Escherichia coli
Vibrio cholerae
Campylobacter
Giardia lamblia
Crytosporidium
Entamoeba coli
Ascaris
Virus de hepatitis
4 710 - 101 210 - 10
6 810 - 10310
3 610 - 101 210 - 10110 quistes
110 quistes
1 - 10
1 - 10 UFP
Organismos Dósis
Dósis infectivas mínimas de algunos patógenos
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Bacterias
Aeromonas hydrophila
Campylobacter
Helicobacter pylori
Legionella pneumophila
Leptospira
Mycobacterium
Pseudomonas aeruginosa
Salmonella enteritidis
Vibrio cholerae
Vibrio parahaemoliticus
Protozoarios
Yersinia enterocolitica
Acanthamoeba
Cryptosporidium
Giardia lamblia
Naegleria fowleri
Gastroenteritis y otras patologías
Diarrea principalmente, común en avícolas
Gastritis, úlceras pépticas y carcinomas gástricos
Fiebre de los legionarios
Efectos hemorrágicos
Tuberculosis
Infecciones cutáneas
Diarrea y fiebres
Cólera
Diarrea en consumidores de mariscos
Gastroenteritis
Encefalitis granulomatosa amibiana
Enterocolitis aguda
Diarreas
Meningoencefalitis amibiana
Organismos Enfermedades relacionadas
Patógenos humanos en aguas de desechoF.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Composición típica de aguas de desecho domésticas no tratadas
Sólidos totales
Disueltos
Volátiles
Sólidos Suspendidos
Volátiles
Sólidos Sedimentables
Demanda Bioquímica de O2
Demanda Química de O2
Carbono Orgánico Total
Nitrógeno (Total como N)
Orgánico
Amonio
Nitritos
Nitratos
Fósforo (Total como P)
Orgánico
Inorgánico
350
250
105
100
80
5
110
250
80
20
8
12
0
0
4
1
3
720
500
200
220
165
10
220
500
160
40
15
25
0
0
8
3
5
1200
850
325
350
275
20
400
1000
290
85
35
50
0
0
15
5
10
ContaminantesBaja Moderada Alta
Concentración (mg/l)
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Sedimentación desólidos en aguasresiduales
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Rotor con propelasajustables
Salida delodos
Salida deespuma
BaflesTambor giratorio
PasamanosUnidad
de controlVálvula dedrenaje
Válvula depurgado
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Esquema de filtros trampa
Brazo aspersorrotatorio
Cama de piedrasrecubierta con
bacterias y hongosaeróbicos
Desechoslíquidos
Salida
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Tratamiento Secundario Aeróbico - Filtro trampa
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Roca del filtro trampa cubierta por una biopelícula
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Tratamiento Secundario Aeróbico - Tanque de lodos activados
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Baja carga orgánica Microthrix parvicellaNocardia sp.
Haliscomenobacter hydrossis
Bajo oxígeno disuelto Sphaerothilus natansThiothrix sp
Presencia de sulfuros Thiothrix spBeggiatoa sp
Bajo pH Hongos
Causas Microorganismos
Deficiencia de nutrientes Thiothrix sp
Tipos de microorganismos indicadores de problemas en operaciones de lodos activados.
Efluentprimario
Tanque deaereación
Tanque desedimentación
Efluenteclaro
Adigestiónde lodos
Excesode lodos
secundarios
Aire
Retornode lodosactivados
Sistema de lodos activados
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Sales minerales
Materia orgánica degradada
Desechos orgánicos solubles
Sólidos orgánicos muertos
Bacterias y hongos heterotrofos;protozoarios saprófitos
Protozoariosholozóicos
Rotíferos,Nemátodos
Insectos,Gusanos
Moscas
sacifórtotua
sairetcaB
INFLUENTE
EFLUENTE
HUMUS,LODO
Pirámide deEnergía
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Influente
Reactoranaeóbico
Reactoraeróbico
Tanquesed.
Efluente
Recirculación de lodosDesechode lodos
Reactoraeróbico
Tanquesed.
EfluenteInfluente
Reciclamiento de lodos
Desecho de lodos
Reactoranaeróbico
FTcon pH
alto
Cal
Componentes básicos requeridos
Procesos “PhoStrip”
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Efluente
Zona 1anaeróbica
Zona 2anóxica
Zona 3rica en oxígeno
Clarificadorsecundario
Aguaclara
Lodoactivado
Consumo defosfato
O2
+Bacterias Creci-
miento
PO4NO3- -3PO4
- 3
NO3-
NH4+ +NH4
Acidosorgánicos
+ Aireación
Bacterias Creci-mientoBacterias
Del tratamientoprimario
Creci-miento
Materia orgánicadisuelta y coloidal
Acidosorgánicos
NH4+
Mezclador
Retornode lodosactivados
Retorno de lodos activados
Remociónde lodos con
fosfatosorgánicos
excedentes
Tratamientode lodos
Remoción biológica de fosfatos y nitratos
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Gas Metano
Capa de Espuma
Sobrenadante
Lodo en Digestión Activa
Lodo Estabilizado
Entradade Lodo
Remociónde Espuma
Remoción delSobrenadante
Digestor anaeróbico de lodos
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
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Sedimentaciónprimaria
Sedimentaciónsecundaria
Agua
cruda
Agua
tratada
Lodos paratratamientoo disposición
Detalles del disco
Unidad de Biodisco
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Atrapamiento:
Alginato
Carragenano
Poliacrilamida
Agarosa
Acarreadores epóxicos
Quitosano
Celulosa
Gelatina
Adsorción
Capa de arena
Ladrillo poroso
Virutas de madera
Enlace Covalente
Técnica / Soporte
Hidroxietil Acrilato
Técnicas de inmovilizaciónde microorganismospara tratamiento deaguas residuales
1) Continua operación del reactor sin problemas de lavado celular.
2) Facilidad de separación celular a partir de la mezcla de reacción .
3) Alta densidad celular.
4) Facilidad de reutilizar células .
5) Facilidad de mezclar células con diferentes capacidades biológicas .
6) Eficiencia en la productividad debido a un incremento en la concentración celularpor un volumen dado.
7) Aumento en la estabilidad de microorganismos o sus enzimas.
8) Disminución en los volúmenes de reactores
9) Protección de los microorganismos del estrés ambiental
10) Bajos costos de operación
Ventajas de usar células inmovilizadasen el tratamiento de aguas residuales
Zooglea ramigera Cobre
Saccharomyces cereviseae Uranio y otros metales
Rhizopus arrhizus Uranio
Chlorella vulgaris Oro, Zinc, Cobre, Mercurio
Aspergillus orhizae Cadmio
Aspergillus niger Cobre, Cadmio, Zinc
Penicillum spinolosum Cobre, Cadmio, Zinc
Microorganismos Metal
Trichoderma viridae Cobre
Algunos microorganismos involucrados en la remoción / recuperación de metales a partir de aguas residuales
CompuestosFenólicos
Achromobacter, Alcaligenes , Acinetobacter , Arthrobacter, Azotobacter, Bacillus, Flavobacterium , Pseudomonas putida, Pseudomonas aeruginosa , Nocardia .
Benzoatos y compuestos relacionados
Arthrobacter, Bacillus, Micrococcus, Moraxella, Miycobacterium , P. putida, P. fluorescens
Hidrocarburos Escherichia coli, P. putida, P. aeruginosa , Candida.
Detergentes Alcaligenes , Achromobacter, Bacillus , Citrobacter, Clostridiumresinae, Corynebacterium , Flavobacterium , Nocardia, Pseudomonas , Candida, Cladosporium
Contaminantes Microorganismos
Plaguicidas :DDT2,4 D2,4,5-TParathion
P. aeruginosaB. sphaericusArthrobacter, P. cepaciaPseudomonas , P. stutzeri , E. coli
Tipos de microorganismos involucrados en la degradación de compuestos recalcitrantes
1) Eliminación del abultamiento de lodos activados.
2) Mejoramiento en la adhesión de la biopelícula
3) Estabilización de la nitrificación.
4) Prevención del taponamiento de filtros trampa.
5) Reducción de la limitación de O 2 en procesos aeróbicos.
6) Reducción del consumo de energía.
7) Disminución de las cantidades de lodos producidos.
8) Incremento en la remoción de fósforo.
9) Biodegradación de compuestos recalcitrantes.
10) Prevención de malos olores.
11) Simplificación de procesos para uso en pequeñas comunidades
Uso potencial de la biotecnología en eltratamiento de aguas residuales
Microtox RM Inhibición de la bioluminiscencia de Vibrio fisheri
Toxi-Chromotest RM Inhibición de la sintesis de B-galactosidasa por E. coli.
Spirillum volutans Tóxicos causan perdida de movilidad de flagelos.
Nitrobacter Perdida de capacidad nitrificantes
Aeromonas y Pseudomonas Inhibición del crecimiento medido por absorbancia.
Ensayos de viabilidad Cultivos bacterianos en placas de agar
Respirometria Disminución de la actividad respiratoria de cultivos.
Microorganismos Fundamento de la prueba
Microcalorimetría Disminución de la producción de calor por cultivos.
Ensayos rápidos de toxicidad de efluentesbasados en microorganismos
Tejidos
Células
Organelos
Membranas
Enzimas
Membranas
Receptores
Anticuerpos
Acidos Nucleicos
Elementos Biológicos
Moléculas Orgánicas
Componentesde losbiosensores
Deshidrogenasas
ATPasas
Esterasas
Fosfatasas
Fosfolipasas
Ureasas
Luciferasas
B-galactosidasa
Glucosidasa
Enzimas
Tiptofanasa
Ensayos rápidos detoxicidad de efluentesbasados en actividadesenzimaticas
1) Baratas.
2) Rapida ejecución
3) Adaptables a procesos automatizados .
4) Libres de mantenimiento
5) Requieren mínimo espacio
6) Insignificante trabajo postexperimental
7) Requieren bajo volumen de muestra.
8) Alta y rápida sensibilidad a toxicos
9) Respuesta precisa y reproducible a tóxicos .
10) Portabilidad
Ventajas de las “microbiopruebas”en análisis de toxicidad deaguas residuales
Sistema de secado de lodos
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Planta de secado de biosólidos
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Proceso de secado de lodos
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Biosólidos
Residuos sólidos, semisolidos y/o líquidos generados durante el tratamiento
de aguas residuales, domésticas, industriales o urbanas. De acuerdo a la
presencia de microorganismos patógenos y metales, se les clasifica en:
Clase “A” - Virtualmente libres de patógenos
Clase “B” - Se tratan para remover la mayoría de estos.
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Reciclaje(68 millones de toneladas)
29.7 % Combustión(34 millonesde toneladas)
14.7 %
Rellenos Sanitarios(128 millonesde toneladas)
55.7 %
Total de residuos municipales desechados por año
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Papel35.7 %
Hojarasca de jardín12.2 %
Metales7.9 %
Plásticos11.1 %
Desechosalimenticios
11.4 %
Vidrio5.5 %
Madera5.7 %
Otros3.4 %
Textiles, cuero, hule7.1 %
Distribución porcentual de los residuos municipales
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Destino de los biosólidos
Disposición:
1) Rellenos sanitarios
2) Incineración
Reciclaje:
1) Aplicación agrícola
Estabilización química
Composteo
Peletización
2) Reclamación de tierra
3) Biocombustibles
4) Materiales de construcción
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Transportación
Compactación Cobertura
Celdas deconfinamiento
Lagocolector delixiviados
PlásticoSistema para
drenaje delixiviados
Manto acuífero
22 m
A ci la mp ar l co actad(20 - 30 cm)
Tierra compactada(15 a 20 cm)
Manto acuífero
Pozo demonitoreo
Características del relleno sanitarioF.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Planta de producción de metano
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Presión positiva
Filtro de olor decompost tamizado
Trampa de condensado
Tubo perforadoBase porosa
Material crudobien homogenizado
Cubierta delcompost preparado
Presión negativa(succión)
Válvula
Composteo en una pila aireada estática
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Sistema de pilas aireadas
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Sistema de pilas aireadas
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Biosólidos en el campo
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Estructura del suelo fertilizado con biosolidos
sin biosólidos con biosólidos
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
Area fertilizada con biosólidos
Cultivos generados con biosólidos
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Efectos de la fertilización orgánica con biosólidossobre el rendimiento del cultivo
F.C.B., U.A.N.L. - Dr. Hugo Alberto Luna
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