Métodos de tratamiento

• ¿Qué es el tratamiento del agua?

• Es someter al liquido a una serie procedimientos, que en el ámbito de la ingeniería de procesos se denominan operaciones y procesos unitarios, los cuales permiten modificar las características físicas, químicas y biológicas, para llevarlas a un estándar de calidad.

Operaciones y procesos unitarios

• OPERACIONES UNITARIAS:

• Cada una de las acciones necesarias de transporte, separación y/o transformación que solo impliquen cambios físicos.

– SEPARACIÓN

• TAMIZADO

• SEDIMENTACIÓN

• FLOTACIÓN

• FILTRACIÓN

• DESORCIÓN

• PROCESOS UNITARIOS.

• Mecanismos de transformación de los componentes moleculares, que implican cambios en su estructura química, los cuales solo pueden ocurrir dentro de un sistema con condiciones termodinámicas e hidrodinámicas especificas.

• Al equipo donde se desarrollan estas reacciones químicas se le denomina reactor.

• Las reacciones químicas mas utilizadas son: oxidación, nitración, polimerización, esterificación, etc.

OXIDACIÓN

QUIMICA

BIOQUIMICA

Características físicas químicas y biologicas del agua residual doméstica Clasificación Actividad que la incorpora

Caracteristicas físicas

Arenas y arcillas Lavado de patios y arrastre por agua de lluvia

Sólidos flotantes Arrastre de basura

Características químicas

Orgánicos

Materia orgánica Descarga de inodoros, lavados de cocinas

Detergentes Lavado de ropa y de lavado de utensilios de cocina

Grasas y aceites Higiene personal, y de cocina

Orgánicos sintéticos Derrame de artículos de sustancias de limpieza y medicinas

Inorgáncos

Sales disueltas Lavado de utensilios y vertido de alimentos

Metales pesados Pueden venir de baterias, y residuos de limpieza

Compuestos de nitrogeno Descarga de inodoros

Compuestos de fósforo Lavado de ropa y de lavado de utensilios de cocina

Gases

Oxigeno Disuelto en forma natural

Aácido sulfúrico Descomposición de la materia orgánica

Metano Descomposición de la materia orgánica

Nitrogeno amoniacal Descomposición de la materia orgánica

Bioxido de carbono Descomposición de la materia orgánica

Caracteristicas biológicas

Bacterias Descarga de heces fecales

Virus Descarga de heces fecales

Protozoarios Descarga de heces fecales

Nemátodos Descarga de heces fecales

Características físicas, químicas y biológicas

Caracteristica Componentes moleculares Forma de medición global e indirecta, parámetros analíticos

Materia orgánica

Carbohidratos, proteinas, ácidos orgánicos

DQO Demanda quimica de oxigeno

DBO5 Demanda bioquimica de oxigeno

COT Carbon orgánico total

SSV Sólidos suspendidos volatiles

SDV Sólidos disueltos volátiles

Detergentes Dodecil benceno, sulfato alquil

benceno lineal SAAM Sustancias activas al azul de metileno

Grasas y Aceites Hidrocarburos, ácidos grasos Gy A Grasas y aceites

Sales disueltas Carbonatos, bicarbonatos,

cloruros

Dureza Dureza total: calcio y magnesio

Alcalinidad Alcalinidad total

Conductividad Conductividad electrica

SDT Sólidos disueltos totales

SDF Sólidos disueltos fijos

Compuestos de nitrogeno Amoniaco, nitritos y nitratos

NTK Nitrogeno total kjeldal

NH3 Nitrogeno amoniacal

NO2 Nitritos

NO3 Nitratos

Biologicas Patógenos como, Bacterias,

virus, protozarios, y nemátodos

CT Coliformes totales

CF o CTT Coliformes fecales o termotolerantes

Virus Partículas virales

Protozoarios Quistes de protozoarios

Helmintos Huevos de helmintos

Operaciones y procesos unitarios

Característica Forma de asociación

con el agua Operaciones y procesos unitarios para su remoción

Arenas y arcillas Sedimentable Sedimentacion

Material flotante Suspendida Tamizado por rejillas

Grasas y aceites Emulsión Flotación

Materia orgánica

Suspendida Sedimentación y o filtración

Disuelta Oxidación Química

Bioquímica

Detergentes Disuelta Oxidación Química

Bioquímica

Compuestos de nitrogeno Disuelta Oxidación

Química

Bioquímica

Desorción

Biologicas

Pat

oge

no

s

Bacterias

Suspendida

Oxidación Química

Virus Bioquímica

Protozoarios Oxidación Química

Nemátodos Ultrafiltración

Sedimentación y o filtración

Conversión biológica - Oxidación bioquímica

Materia orgánica en el agua (= substrato)

Sustancias minerales, CO2, CH4, H2, PO4

-3, NH4+, energy

Nuevas células (lodo)

Energía Decaimiento

Degradación de sustrato

Síntesis

Oxidación bioquímica – Metabolismo aerobio

Residuo orgánico

Productos finales

Biomasa

Energía

Respiración endógena

Síntesis

Residuo no biodegradable

Residuos oxidables

Oxígeno Residuo de bacterias

Nuevas bacterias

Materia orgánica

Bacterias aerobias Nuevas células (biomasa)

CO2 + H2O + NH3 + Energía

Oxidación bioquimica con bacterias aerobias

OXIDACIÓN BIOQUIMICA CON BACTERIAS AEROBIAS

La materia orgánica biodegradable es usada como sustrato para el crecimiento bacteriano.

DQO/DBO + O2 = nuevas células + CO2, H2O, PO4-3, NH4

+, energía

Ej., 3C6H12O6 + 8O2 + 2 NH3 = 2 C5H7NO2 +8CO2+ 14H2O

El sustrato como DBO soluble e insoluble es convertido en masa microbiano nueva a una tasa específica de: rSu = dS/dt =µ*X/Y

Oxidación química metabolismo anaerobio

Materia orgánica donante de hidrógeno

Bacteria anaerobia CH4 + CO2

NO-3 N2

SO=4 H2S

CO2 CH4 + H2O

B -anaerobia

B -anaerobia

B -anaerobia

Materia orgánica

particulada

Materia orgánica disuelta

Enzimas extracelulares

Bacterias Formadoras de ácidos Ácidos orgánicos

Alcoholes, H2, CO2

Biomasa

Biomasa

CH4 + CO2 + H2O + H2S Ácidos orgánicos Alcoholes, H2, CO2

Biomasa del metano

Reacciones bioquimicas

Reductor Oxidante

(aceptor final de e)

Productos Organismo

H2 O2 H2O Bacteria del hidrógeno

H2 SO4= H2O + S= Desulfovirbio

Compuestos orgánicos

O2 CO2 + H2O Bacterias, plantas y animales

NH3 O2 NO-2 + H2O Bacteria nitrificante

NO-2 O2 NO-

3 + H2O Bacteria nitrificante

Compuestos orgánicos

NO-3 N2 + CO2 Bacteria desnitrificante

Fe++ O2 Fe+3 Ferrobacillus

S= O2 SO=4 + H2O Thiobacillus

Condición oxido - reducción

Condición Donador de electrón Aceptor final de electrón

Aerobia Materia orgánica o inorgánica O2

Anóxica Materia inorgánica NO3-, NO2-

Anaerobio Materia orgánica o inorgánica Materia orgánica, HCO3-. SO4

-2

Métodos de tratamiento

Característica Operaciones y procesos unitarios

para su remoción Sistema a ser empleado en el

tratamiento del agua

Material flotante Tamizado por rejillas Rejillas

Arenas y arcillas Sedimentación Desarenadores

Grasas y aceites Flotación Trampas de grasa

Materia orgánica suspendida Sedimentación Sedimentación primaria

Materia orgánica disuelta

Carbonacea

Oxidación

Química Cloración, ozonación Nitrogenada

Detergentes Bioquimica

Aerobia

Anaerobia

Anoxica

Biologicas

Pat

oge

no

s

Bacterias Oxidación Química Cloración

Bioquimica Digestión endógena

Virus Oxidación Química Cloración

Ultrafiltación Ultrafiltración

Protozoarios Sedimentación y /o filtracióni

Sedimentación

Nemátodos Filtración en arena

Métodos de tratamiento Característica

Sistemas empleados en el tratamiento de agua

Clasificación convencional

Material flotante Rejillas

Pre tratamiento Arenas y arcillas Desarenadores

Aceites y grasas Trampas de grasa

Materia orgánica suspendida Sedimentación primaria Primario

Materia orgánica disuelta Oxidación

bioquimica

Aerobia

Secundario Anaerobia

Anoxica

Biologicas

Pato

gen

os

Bacterias

Cloración

Desinfección Oxidación

bioquimica Digestion endógena

Virus Cloración

Ultra filtración

Terciario Protozoarios Filtración en arena

Nemátodos

Métodos de tratamiento

Clasificación convencional Nombres convencionales de los procesos y operaciones unitarias mas usadas en el tratamiento de agua

Pretratamiento

Rejas o tamices

Operación manual

Operación mecánica

Desarenadores

Flujo horizontal

Con areación

Centrífugos

Primario

Tanques sépticos

Tanques Inhoff

Sedimentador primario

Secundario

Aerobio

Reactores de medio fijo Filtros percoladores

Biodiscos

Reactores de biomasa suspendida Reactor de lodos activados

Anaerobio

Reactores anaerobios

Laguna anaerobia

Reactor anaerobio de flujo

ascendente

Consorcio bacteriano

Lagunas de estabilización Lagunas facultativas

Humedales Flujo superficial

Flujo sub superficial

Desinfección Lagunas de maduración

Tanques de contacto de cloro

Eficiencias esperadas

Característica Nombres convencionales de los procesos y operaciones unitarias

mas usados en el tratamiento de agua

Remocion esperada de materia orgánica (%)

Remocion esperada de patogenos (%)

Materiales flotantes, arcillas y arenas

Rejas o tamices operación manual

operación mecánica

Desarenadores

Flujo horizontal

Con aireación

Centrífugos

Materia orgánica suspendida

Tanques sépticos 25 - 30

Tanques Imhoff 25-30

Sedimentador primario 30-40

Materia orgánica disuelta

Aerobio

Reactores de medio fijo

Filtros percoladores 65-85

Biodiscos 80-85 Reactores de biomasa suspendida

Reactor de lodos activados 80-95

Anaerobio Reactores anaerobios Laguna anaerobia 30-40 Reactor anaerobio de flujo ascendente 50-70

Consorcio bacteriano

Lagunas de estabililzacion

Lagunas facultativas 40-50

Humedales Flujo superficial 60-80

Flujo subsuperficial 80-90

Organismos patógenos

Lagunas de maduración 90 99

Tanques de contacto de cloro 99 99

Costos estimados de operación y mantenimiento

Característica Nombres convencionales de los procesos y operaciones unitarias

mas usados en el tratamiento de agua Costos de operación y mantenimiento $/m3

Materiales flotantes, arcillas y arenas

Rejas o tamices operación manual

operación mecánica

Desarenadores

Flujo horizontal

Con aireación

Centrífugos

Materia orgánica suspendida

Tanques sépticos

Tanques Imhoff

Sedimentador primario

Materia orgánica disuelta

Aerobio

Reactores de medio fijo

Filtros percoladores 0,86

Biodiscos 0,86

Reactores de biomasa suspendida

Reactor de lodos activados 1,49

Anaerobio Reactores anaerobios

Laguna anaerobia 0,21

Reactor anaerobio de flujo ascendente 0,1

Consorcio bacteriano

Lagunas de estabililzacion

Lagunas facultativas 0,21

Humedales Flujo superficial

Flujo subsuperficial 0,2

Organismos patógenos Lagunas de maduración 0,21

Tanques de contacto de cloro