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Tratamiento de aguas residuales
Unidad 7 y Unidad 8
18 de abril de 2013
DISENtildeO DE REACTORES DE LODOS ACTIVADOS REACTORES DE MEDIO FIJO Y CLORACION
Problema Calcular el volumen del reactor (V) y el tiempo de retencioacuten hidraacuteulico (θ) de un proceso de lodos activados que produzca un efluente con DBO5 de 20 mgl y soacutelidos suspendidos de 25 mgl La DBO5 del agua residual sedimentada en el clarificador primario es 160 mgl Considerar los siguientes paraacutemetros Y = 065 kd= 005 d-1 y θc = 10 d El gasto de disentildeo es 10 m3min La DBO5 de los soacutelidos del efluente puede estimarse en 063(SS)
SolucioacutenCaacutelculo de la DBO5 soluble
20 - 063 (25) = 4 mgl
Tiempo de retencioacuten hidraacuteulico = VQ0 θ (tiempo promedio que el influente pasa en el sistema antes de convertirse en efluente)
Tiempo de residencia celular = θc = 10 d (tiempo promedio que los microorganismos pasan en el sistema)
Y = coeficiente de produccioacuten bacterial maacuteximo definido como la relacioacuten de la masa de ceacutelulas formada en comparacioacuten con la masa consumida de sustrato
La concentracioacuten de biomasa en el reactor o soacutelidos suspendidos en el licor mezclado (SSLM)
X θ c Y ( S 0 S ) θ(1 kdθc)
Sustituyendo θ = VQ en la ecuacioacuten se tiene
X θ c Y ( S 0 S ) Q V(1 kdθc)
XV θ c Y ( S 0 S ) Q y dando valores(1 kdθc)
XV 10 (065)(160 4)(1440 x 10 4 ) 1 005(10)
XV = 973 x 109 mg
Suponiendo una concentracioacuten de SSLM de 2500 mgl se tiene
V 97344 x 10 9 = 3 893 760 l2500
V = 3 89376 m3
Caacutelculo del tiempo de retencioacuten hidraacuteulico
θ VQ 389376 x 10314 400 000 027 diacuteas 65 horas
Caacutelculo del gasto de lodos de desecho
VX θc
QwXu
La concentracioacuten de soacutelidos en el lodo del sedimentador secundario no rebasa los 15000 mgl y normalmente es menor Suponiendo Xu = 15000 mgl
Qw VX θcXu
Qw 389376(2500) 649 m3d10(15 000)
Estanques y lagunas de tratamiento secundario
Al igual que los procesos de lodos activados los estanques y lagunas son sistemas bioloacutegicos de cultivo suspendido El primer estanque para tratar aguas residuales domeacutesticas fue construido en los EEUU en 1948 En Ameacuterica Latina los primeros estanques fueron construidos en 1958 en Costa Rica
Los estanques de agua residual conocidos tambieacuten como estanques de estabilizacioacuten estanques de oxidacioacuten y lagunas de alcantarillado consisten en embalses construidos de tierra grandes y poco profundos que retienen el agua residual el tiempo suficiente para que se lleve a cabo el proceso de purificacioacuten natural proporcionando asiacute el grado de tratamiento necesario Al menos parte del sistema debe ser aerobio para producir un efluente aceptable
No obstante que se transfiere al agua algo de oxiacutegeno por difusioacuten desde la atmoacutesfera la mayor parte es liberado en la fotosiacutentesis
A diferencia de los estanques en las lagunas se transfiere el oxiacutegeno por aireacioacuten artificial
Los estanques poco profundos de menos de 1 m de profundidad en los que estaacute presente el oxiacutegeno disuelto en toda su profundidad se denominan estanques aerobios eacutestos suelen usarse como proceso de tratamiento adicional por lo que son denominados estanques de pulimiento de maduracioacuten o terciarios
En los estanques profundos el oxiacutegeno estaacute ausente a excepcioacuten del existente en una capa superficial relativamente delgada son llamados estanques anaerobios Se utilizan para el tratamiento parcial de agua residual orgaacutenica fuerte pero debe existir a continuacioacuten alguna forma de tratamiento aerobio para generar productos finales aceptables
Los estanques facultativos tienen de 1 a 25 m de profundidad y en ellos existen tanto zona aerobia como anaerobia en condiciones favorables pueden usarse como sistema de tratamiento total de aguas residuales municipales
Las lagunas se clasifican por el grado de mezclado mecaacutenico que en ellas se proporciona Si se suministra suficiente energiacutea para mantener todo su contenido mezclado y aireado incluyendo los soacutelidos el reactor se denomina laguna aerobia
El efluente de una laguna aerobia requiere remocioacuten de soacutelidos con el fin de que cumpla con los liacutemites fijados por las normas para soacutelidos suspendidos Si solamente se proporciona la energiacutea suficiente para mezclar la porcioacuten liacutequida de la laguna los soacutelidos se sedimentan hasta el fondo en aacutereas con bajo gradiente de velocidad y proceden a degradarse anaerobiamente Esta obra se denomina laguna facultativa y el proceso difiere del que se lleva a cabo en los estanques facultativos solamente en el meacutetodo usado para suministrar el oxiacutegeno
La mayoriacutea de estanques y lagunas que se usan para el tratamiento de aguas residuales municipales son del tipo facultativo
Los estanques y lagunas son reactores completamente mezclados sin recirculacioacuten de biomasa El agua cruda es conducida por una tuberiacutea hacia el reactor y se libera cerca del fondo Los soacutelidos del agua residual se sedimentan cerca del influente mientras que los soacutelidos bioloacutegicos y coloides floculados forman una delgada capa de lodo sobre el resto del fondo
Si se disponen varios reactores en serie el efluente de un estanque se transforma en el influente del siguiente Un balance del sustrato escrito a traveacutes de una serie de n reactores produce la siguiente ecuacioacuten
S n 1S0 (1 kθn)n
Los arreglos de un sistema lagunar pueden consistir en un solo estanque (facultativo) o pueden estar integrados por estanques en serie (anaerobio facultativo y maduracioacuten) Es deseable construir series del mismo tipo para permitir su operacioacuten en paralelo La CONAGUA considera que para obtener una mayor reduccioacuten de microorganismos patoacutegenos el arreglo de estanques en serie anaerobio - facultativo - maduracioacuten es el maacutes conveniente
Los arreglos maacutes comunes de estanques y lagunas son los siguientes
Sistemas de cultivo adherido
En los sistemas de cultivo adherido el agua residual se pone en contacto con peliacuteculas microbianas adheridas a superficies El aacuterea superficial para el crecimiento de la biopeliacutecula se incrementa colocando un medio poroso en el reactor Cuando se usa un medio soacutelido poroso empacado al azar el reactor se denomina filtro percolador El desarrollo de medios sinteacuteticos modulares de alta porosidad y bajo peso ha permitido un arreglo vertical del medio de varios metros de altura llamado bio-torre
El dispositivo maacutes reciente se denomina discos bioloacutegicos y consiste en discos rotatorios sumergidos parcialmente en el agua residual Aunque existen otros sistemas de cultivo adherido que pueden usarse en ciertas condiciones tales como los filtros sumergidos (anaerobio) y lechos fluidizados
En los sistemas de filtros percoladores y bio-torres el medio es estacionario y el agua residual pasa sobre la biopeliacutecula en dosis intermitentes En el sistema de discos bioloacutegicos el medio mueve la biopeliacutecula alternativamente a traveacutes del agua y del aire Ambos sistemas se clasifican como procesos aerobios debido a que mantienen a la biopeliacutecula superficial en condiciones aerobias
Los sistemas de cultivo adherido incluyen comuacutenmente sedimentacioacuten primaria y secundaria ademaacutes del reactor bioloacutegico El sedimentador primario puede omitirse en las plantas con biotorres y discos bioloacutegicos siempre y cuando se efectuacutee un cribado adecuado antes de aplicar el agua residual sobre el medio con el propoacutesito de evitar la obstruccioacuten de los espacios del medio
No obstante las marcadas diferencias entre los reactores de los sistemas de cultivo adherido y suspendido el metabolismo de los microorganismos de las aguas residuales es notablemente similar Los microorganismos que se adhieren a las superficies solidas del medio corresponden esencialmente a los mismos grupos que aqueacutellos de los sistemas de lodos activados La mayoriacutea son microorganismos heteroacutetrofos abundan los hongos y bacterias predominando las facultativas y las algas se presentan cerca de la superficie donde estaacute disponible la luz solar Tambieacuten pueden encontrarse animales tales como rotiacuteferos lombrices del lodo larvas de insectos caracoles etc
Los microorganismos se adhieren por siacute mismos al medio y crecen formando una peliacutecula densa de naturaleza viscosa y gelatinosa El agua residual moja la peliacutecula en delgadas capas y las sustancias orgaacutenicas disueltas pasan al interior de la biopeliacutecula debido a gradientes de concentracioacuten En la superficie pegajosa podriacutean quedar retenidas las partiacuteculas suspendidas y coloidales y ahiacute se descomponen dando productos solubles El oxiacutegeno necesario para las reacciones aerobias de la superficie de la biopeliacutecula proviene del agua residual y del aire introducido en los huecos del medio Los desechos producidos durante el proceso metaboacutelico se difunden hacia el exterior de los huecos y son transportados por las corrientes de agua y aire existentes
El primer filtro percolador comenzoacute a operar en Inglaterra en 1893 basado en los filtros de contacto que eran estanques impermeables rellenos de roca triturada El filtro percolador moderno consiste en un reactor en el que se coloca al azar un medio soacutelido de soporte cuya superficie serviraacute para el crecimiento de la biopeliacutecula Se requiere ademaacutes un sistema de distribucioacuten del agua residual sobre el medio y otro para conducir el efluente El teacutermino ldquofiltrordquo usado para denominar a este proceso es inexacto dado que soacutelo se presentan en eacutel unos cuantos fenoacutemenos fiacutesicos de los que se asocian con la filtracioacuten a traveacutes de medios granulares Maacutes bien son la adsorcioacuten y subsecuente oxidacioacuten bioloacutegica los mecanismos principales de remocioacuten del sustrato
Para aplicar el agua residual sobre el medio de soporte se emplea un sistema de distribucioacuten rotatorio Se requiere al menos 1 m de carga hidraacuteulica para que la accioacuten del chorro a traveacutes de las boquillas deacute potencia al rotor El sistema permite la aplicacioacuten del agua de manera intermitente lo que posibilita la circulacioacuten del aire a traveacutes de los espacios vaciacuteos entre cada dosificacioacuten El agua se dispersa en la parte superior a unos centiacutemetros del medio de soporte lo que da como resultado una carga hidraacuteulica uniforme en la profundidad del lecho de roca o plaacutestico Si el gasto es variable o la carga insuficiente es necesario considerar el empleo de un motor eleacutectrico para mover el rotor con el fin de evitar una aplicacioacuten desigual del agua
Los filtros percoladores se clasifican en tres tipos de acuerdo con la tasa de carga hidraacuteulica con la que operan baja intermedia y alta Los primeros tienen carga hidraacuteulica pequentildea y no consideran recirculacioacuten en los uacuteltimos la carga hidraacuteulica es grande gracias a la recirculacioacuten de un porcentaje del efluente Los filtros colocados en serie incrementan la profundidad efectiva aumentando en consecuencia su eficiencia Existen muchas posibilidades para diferentes regiacutemenes de flujo
Los factores maacutes importantes que afectan la operacioacuten de los filtros percoladores son1048633 Carga hidraacuteulica1048633 Carga orgaacutenica1048633 Temperaturas del agua y del aire ambiente
154 Discos bioloacutegicosLos reactores de biodiscos son una adaptacioacuten uacutenica en el geacutenero del sistema de cultivo adherido Los medios de soporte son discos grandes planos montados en una flecha comuacuten y que rotan en tanques que tienen un contorno curvo y en los que el agua residual fluye de manera continua
El contactor rotatorio para el tratamiento de las aguas residuales fue concebido en Alemania por Weigand en 1900 Su patente para el contactor describe un cilindro de tablillas de madera Sin embargo no se construyeron unidades hasta los antildeos de 1930 cuando Bach e Imhoff probaron el contactor como sustituto del filtro Emscher Estas unidades experimentaron severos problemas de atascamiento de las tablillas y no se continuoacute la investigacioacuten En EEUU Allen reportoacute la invencioacuten de la ldquorueda bioloacutegicardquo por Maltby en 1929 Consistiacutea en una serie de ruedas formadas con paletas
Durante el proceso los discos se sumergen en el agua residual hasta aproximadamente el 40 de su diaacutemetro y rotan mediante energiacutea suministrada a la flecha De esta manera aproximadamente el 95 del aacuterea superficial se sumerge en el agua residual y despueacutes se expone a la atmoacutesfera de manera alternada La velocidad de rotacioacuten de la unidad variacutea de 1 a 2 rmin y debe ser suficiente para el desprendimiento de la biomasa y para mantener suficiente turbulencia que mantenga a los soacutelidos en suspensioacuten conforme el agua pasa por el tanque
Se considera que el sistema de discos bioloacutegicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es auacuten limitada No obstante el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales
Unidad 8
Desinfeccioacuten del efluente
El uacuteltimo paso del tratamiento secundario del agua residual es la desinfeccioacuten El propoacutesito de la desinfeccioacuten del efluente es destruir cualquier organismo patoacutegeno que pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento protegiendo asiacute la salud puacuteblica
La remocioacuten de DBO y SST tiene el objetivo de proteger principalmente al ecosistema acuaacutetico La desinfeccioacuten del agua residual es particularmente importante cuando el efluente secundario es descargado en un cuerpo receptor usado para nadar o para el consumo humano por una comunidad localizada aguas abajo
En general el agua residual se desinfecta con cloro La demanda de cloro del agua residual es mayor que la del agua potable Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mgl para dejar 05 mgl de cloro combinado residual en el efluente secundario
Un buen desinfectante debe ser toacutexico para los microorganismos a concentraciones mucho menores que sus liacutemites de toxicidad para los humanos y animales superiores Ademaacutes debe tener una tasa raacutepida de eliminacioacuten y persistir lo suficiente para evitar que se reproduzcan nuevamente los microorganismos
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
Suponiendo una concentracioacuten de SSLM de 2500 mgl se tiene
V 97344 x 10 9 = 3 893 760 l2500
V = 3 89376 m3
Caacutelculo del tiempo de retencioacuten hidraacuteulico
θ VQ 389376 x 10314 400 000 027 diacuteas 65 horas
Caacutelculo del gasto de lodos de desecho
VX θc
QwXu
La concentracioacuten de soacutelidos en el lodo del sedimentador secundario no rebasa los 15000 mgl y normalmente es menor Suponiendo Xu = 15000 mgl
Qw VX θcXu
Qw 389376(2500) 649 m3d10(15 000)
Estanques y lagunas de tratamiento secundario
Al igual que los procesos de lodos activados los estanques y lagunas son sistemas bioloacutegicos de cultivo suspendido El primer estanque para tratar aguas residuales domeacutesticas fue construido en los EEUU en 1948 En Ameacuterica Latina los primeros estanques fueron construidos en 1958 en Costa Rica
Los estanques de agua residual conocidos tambieacuten como estanques de estabilizacioacuten estanques de oxidacioacuten y lagunas de alcantarillado consisten en embalses construidos de tierra grandes y poco profundos que retienen el agua residual el tiempo suficiente para que se lleve a cabo el proceso de purificacioacuten natural proporcionando asiacute el grado de tratamiento necesario Al menos parte del sistema debe ser aerobio para producir un efluente aceptable
No obstante que se transfiere al agua algo de oxiacutegeno por difusioacuten desde la atmoacutesfera la mayor parte es liberado en la fotosiacutentesis
A diferencia de los estanques en las lagunas se transfiere el oxiacutegeno por aireacioacuten artificial
Los estanques poco profundos de menos de 1 m de profundidad en los que estaacute presente el oxiacutegeno disuelto en toda su profundidad se denominan estanques aerobios eacutestos suelen usarse como proceso de tratamiento adicional por lo que son denominados estanques de pulimiento de maduracioacuten o terciarios
En los estanques profundos el oxiacutegeno estaacute ausente a excepcioacuten del existente en una capa superficial relativamente delgada son llamados estanques anaerobios Se utilizan para el tratamiento parcial de agua residual orgaacutenica fuerte pero debe existir a continuacioacuten alguna forma de tratamiento aerobio para generar productos finales aceptables
Los estanques facultativos tienen de 1 a 25 m de profundidad y en ellos existen tanto zona aerobia como anaerobia en condiciones favorables pueden usarse como sistema de tratamiento total de aguas residuales municipales
Las lagunas se clasifican por el grado de mezclado mecaacutenico que en ellas se proporciona Si se suministra suficiente energiacutea para mantener todo su contenido mezclado y aireado incluyendo los soacutelidos el reactor se denomina laguna aerobia
El efluente de una laguna aerobia requiere remocioacuten de soacutelidos con el fin de que cumpla con los liacutemites fijados por las normas para soacutelidos suspendidos Si solamente se proporciona la energiacutea suficiente para mezclar la porcioacuten liacutequida de la laguna los soacutelidos se sedimentan hasta el fondo en aacutereas con bajo gradiente de velocidad y proceden a degradarse anaerobiamente Esta obra se denomina laguna facultativa y el proceso difiere del que se lleva a cabo en los estanques facultativos solamente en el meacutetodo usado para suministrar el oxiacutegeno
La mayoriacutea de estanques y lagunas que se usan para el tratamiento de aguas residuales municipales son del tipo facultativo
Los estanques y lagunas son reactores completamente mezclados sin recirculacioacuten de biomasa El agua cruda es conducida por una tuberiacutea hacia el reactor y se libera cerca del fondo Los soacutelidos del agua residual se sedimentan cerca del influente mientras que los soacutelidos bioloacutegicos y coloides floculados forman una delgada capa de lodo sobre el resto del fondo
Si se disponen varios reactores en serie el efluente de un estanque se transforma en el influente del siguiente Un balance del sustrato escrito a traveacutes de una serie de n reactores produce la siguiente ecuacioacuten
S n 1S0 (1 kθn)n
Los arreglos de un sistema lagunar pueden consistir en un solo estanque (facultativo) o pueden estar integrados por estanques en serie (anaerobio facultativo y maduracioacuten) Es deseable construir series del mismo tipo para permitir su operacioacuten en paralelo La CONAGUA considera que para obtener una mayor reduccioacuten de microorganismos patoacutegenos el arreglo de estanques en serie anaerobio - facultativo - maduracioacuten es el maacutes conveniente
Los arreglos maacutes comunes de estanques y lagunas son los siguientes
Sistemas de cultivo adherido
En los sistemas de cultivo adherido el agua residual se pone en contacto con peliacuteculas microbianas adheridas a superficies El aacuterea superficial para el crecimiento de la biopeliacutecula se incrementa colocando un medio poroso en el reactor Cuando se usa un medio soacutelido poroso empacado al azar el reactor se denomina filtro percolador El desarrollo de medios sinteacuteticos modulares de alta porosidad y bajo peso ha permitido un arreglo vertical del medio de varios metros de altura llamado bio-torre
El dispositivo maacutes reciente se denomina discos bioloacutegicos y consiste en discos rotatorios sumergidos parcialmente en el agua residual Aunque existen otros sistemas de cultivo adherido que pueden usarse en ciertas condiciones tales como los filtros sumergidos (anaerobio) y lechos fluidizados
En los sistemas de filtros percoladores y bio-torres el medio es estacionario y el agua residual pasa sobre la biopeliacutecula en dosis intermitentes En el sistema de discos bioloacutegicos el medio mueve la biopeliacutecula alternativamente a traveacutes del agua y del aire Ambos sistemas se clasifican como procesos aerobios debido a que mantienen a la biopeliacutecula superficial en condiciones aerobias
Los sistemas de cultivo adherido incluyen comuacutenmente sedimentacioacuten primaria y secundaria ademaacutes del reactor bioloacutegico El sedimentador primario puede omitirse en las plantas con biotorres y discos bioloacutegicos siempre y cuando se efectuacutee un cribado adecuado antes de aplicar el agua residual sobre el medio con el propoacutesito de evitar la obstruccioacuten de los espacios del medio
No obstante las marcadas diferencias entre los reactores de los sistemas de cultivo adherido y suspendido el metabolismo de los microorganismos de las aguas residuales es notablemente similar Los microorganismos que se adhieren a las superficies solidas del medio corresponden esencialmente a los mismos grupos que aqueacutellos de los sistemas de lodos activados La mayoriacutea son microorganismos heteroacutetrofos abundan los hongos y bacterias predominando las facultativas y las algas se presentan cerca de la superficie donde estaacute disponible la luz solar Tambieacuten pueden encontrarse animales tales como rotiacuteferos lombrices del lodo larvas de insectos caracoles etc
Los microorganismos se adhieren por siacute mismos al medio y crecen formando una peliacutecula densa de naturaleza viscosa y gelatinosa El agua residual moja la peliacutecula en delgadas capas y las sustancias orgaacutenicas disueltas pasan al interior de la biopeliacutecula debido a gradientes de concentracioacuten En la superficie pegajosa podriacutean quedar retenidas las partiacuteculas suspendidas y coloidales y ahiacute se descomponen dando productos solubles El oxiacutegeno necesario para las reacciones aerobias de la superficie de la biopeliacutecula proviene del agua residual y del aire introducido en los huecos del medio Los desechos producidos durante el proceso metaboacutelico se difunden hacia el exterior de los huecos y son transportados por las corrientes de agua y aire existentes
El primer filtro percolador comenzoacute a operar en Inglaterra en 1893 basado en los filtros de contacto que eran estanques impermeables rellenos de roca triturada El filtro percolador moderno consiste en un reactor en el que se coloca al azar un medio soacutelido de soporte cuya superficie serviraacute para el crecimiento de la biopeliacutecula Se requiere ademaacutes un sistema de distribucioacuten del agua residual sobre el medio y otro para conducir el efluente El teacutermino ldquofiltrordquo usado para denominar a este proceso es inexacto dado que soacutelo se presentan en eacutel unos cuantos fenoacutemenos fiacutesicos de los que se asocian con la filtracioacuten a traveacutes de medios granulares Maacutes bien son la adsorcioacuten y subsecuente oxidacioacuten bioloacutegica los mecanismos principales de remocioacuten del sustrato
Para aplicar el agua residual sobre el medio de soporte se emplea un sistema de distribucioacuten rotatorio Se requiere al menos 1 m de carga hidraacuteulica para que la accioacuten del chorro a traveacutes de las boquillas deacute potencia al rotor El sistema permite la aplicacioacuten del agua de manera intermitente lo que posibilita la circulacioacuten del aire a traveacutes de los espacios vaciacuteos entre cada dosificacioacuten El agua se dispersa en la parte superior a unos centiacutemetros del medio de soporte lo que da como resultado una carga hidraacuteulica uniforme en la profundidad del lecho de roca o plaacutestico Si el gasto es variable o la carga insuficiente es necesario considerar el empleo de un motor eleacutectrico para mover el rotor con el fin de evitar una aplicacioacuten desigual del agua
Los filtros percoladores se clasifican en tres tipos de acuerdo con la tasa de carga hidraacuteulica con la que operan baja intermedia y alta Los primeros tienen carga hidraacuteulica pequentildea y no consideran recirculacioacuten en los uacuteltimos la carga hidraacuteulica es grande gracias a la recirculacioacuten de un porcentaje del efluente Los filtros colocados en serie incrementan la profundidad efectiva aumentando en consecuencia su eficiencia Existen muchas posibilidades para diferentes regiacutemenes de flujo
Los factores maacutes importantes que afectan la operacioacuten de los filtros percoladores son1048633 Carga hidraacuteulica1048633 Carga orgaacutenica1048633 Temperaturas del agua y del aire ambiente
154 Discos bioloacutegicosLos reactores de biodiscos son una adaptacioacuten uacutenica en el geacutenero del sistema de cultivo adherido Los medios de soporte son discos grandes planos montados en una flecha comuacuten y que rotan en tanques que tienen un contorno curvo y en los que el agua residual fluye de manera continua
El contactor rotatorio para el tratamiento de las aguas residuales fue concebido en Alemania por Weigand en 1900 Su patente para el contactor describe un cilindro de tablillas de madera Sin embargo no se construyeron unidades hasta los antildeos de 1930 cuando Bach e Imhoff probaron el contactor como sustituto del filtro Emscher Estas unidades experimentaron severos problemas de atascamiento de las tablillas y no se continuoacute la investigacioacuten En EEUU Allen reportoacute la invencioacuten de la ldquorueda bioloacutegicardquo por Maltby en 1929 Consistiacutea en una serie de ruedas formadas con paletas
Durante el proceso los discos se sumergen en el agua residual hasta aproximadamente el 40 de su diaacutemetro y rotan mediante energiacutea suministrada a la flecha De esta manera aproximadamente el 95 del aacuterea superficial se sumerge en el agua residual y despueacutes se expone a la atmoacutesfera de manera alternada La velocidad de rotacioacuten de la unidad variacutea de 1 a 2 rmin y debe ser suficiente para el desprendimiento de la biomasa y para mantener suficiente turbulencia que mantenga a los soacutelidos en suspensioacuten conforme el agua pasa por el tanque
Se considera que el sistema de discos bioloacutegicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es auacuten limitada No obstante el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales
Unidad 8
Desinfeccioacuten del efluente
El uacuteltimo paso del tratamiento secundario del agua residual es la desinfeccioacuten El propoacutesito de la desinfeccioacuten del efluente es destruir cualquier organismo patoacutegeno que pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento protegiendo asiacute la salud puacuteblica
La remocioacuten de DBO y SST tiene el objetivo de proteger principalmente al ecosistema acuaacutetico La desinfeccioacuten del agua residual es particularmente importante cuando el efluente secundario es descargado en un cuerpo receptor usado para nadar o para el consumo humano por una comunidad localizada aguas abajo
En general el agua residual se desinfecta con cloro La demanda de cloro del agua residual es mayor que la del agua potable Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mgl para dejar 05 mgl de cloro combinado residual en el efluente secundario
Un buen desinfectante debe ser toacutexico para los microorganismos a concentraciones mucho menores que sus liacutemites de toxicidad para los humanos y animales superiores Ademaacutes debe tener una tasa raacutepida de eliminacioacuten y persistir lo suficiente para evitar que se reproduzcan nuevamente los microorganismos
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
En los estanques profundos el oxiacutegeno estaacute ausente a excepcioacuten del existente en una capa superficial relativamente delgada son llamados estanques anaerobios Se utilizan para el tratamiento parcial de agua residual orgaacutenica fuerte pero debe existir a continuacioacuten alguna forma de tratamiento aerobio para generar productos finales aceptables
Los estanques facultativos tienen de 1 a 25 m de profundidad y en ellos existen tanto zona aerobia como anaerobia en condiciones favorables pueden usarse como sistema de tratamiento total de aguas residuales municipales
Las lagunas se clasifican por el grado de mezclado mecaacutenico que en ellas se proporciona Si se suministra suficiente energiacutea para mantener todo su contenido mezclado y aireado incluyendo los soacutelidos el reactor se denomina laguna aerobia
El efluente de una laguna aerobia requiere remocioacuten de soacutelidos con el fin de que cumpla con los liacutemites fijados por las normas para soacutelidos suspendidos Si solamente se proporciona la energiacutea suficiente para mezclar la porcioacuten liacutequida de la laguna los soacutelidos se sedimentan hasta el fondo en aacutereas con bajo gradiente de velocidad y proceden a degradarse anaerobiamente Esta obra se denomina laguna facultativa y el proceso difiere del que se lleva a cabo en los estanques facultativos solamente en el meacutetodo usado para suministrar el oxiacutegeno
La mayoriacutea de estanques y lagunas que se usan para el tratamiento de aguas residuales municipales son del tipo facultativo
Los estanques y lagunas son reactores completamente mezclados sin recirculacioacuten de biomasa El agua cruda es conducida por una tuberiacutea hacia el reactor y se libera cerca del fondo Los soacutelidos del agua residual se sedimentan cerca del influente mientras que los soacutelidos bioloacutegicos y coloides floculados forman una delgada capa de lodo sobre el resto del fondo
Si se disponen varios reactores en serie el efluente de un estanque se transforma en el influente del siguiente Un balance del sustrato escrito a traveacutes de una serie de n reactores produce la siguiente ecuacioacuten
S n 1S0 (1 kθn)n
Los arreglos de un sistema lagunar pueden consistir en un solo estanque (facultativo) o pueden estar integrados por estanques en serie (anaerobio facultativo y maduracioacuten) Es deseable construir series del mismo tipo para permitir su operacioacuten en paralelo La CONAGUA considera que para obtener una mayor reduccioacuten de microorganismos patoacutegenos el arreglo de estanques en serie anaerobio - facultativo - maduracioacuten es el maacutes conveniente
Los arreglos maacutes comunes de estanques y lagunas son los siguientes
Sistemas de cultivo adherido
En los sistemas de cultivo adherido el agua residual se pone en contacto con peliacuteculas microbianas adheridas a superficies El aacuterea superficial para el crecimiento de la biopeliacutecula se incrementa colocando un medio poroso en el reactor Cuando se usa un medio soacutelido poroso empacado al azar el reactor se denomina filtro percolador El desarrollo de medios sinteacuteticos modulares de alta porosidad y bajo peso ha permitido un arreglo vertical del medio de varios metros de altura llamado bio-torre
El dispositivo maacutes reciente se denomina discos bioloacutegicos y consiste en discos rotatorios sumergidos parcialmente en el agua residual Aunque existen otros sistemas de cultivo adherido que pueden usarse en ciertas condiciones tales como los filtros sumergidos (anaerobio) y lechos fluidizados
En los sistemas de filtros percoladores y bio-torres el medio es estacionario y el agua residual pasa sobre la biopeliacutecula en dosis intermitentes En el sistema de discos bioloacutegicos el medio mueve la biopeliacutecula alternativamente a traveacutes del agua y del aire Ambos sistemas se clasifican como procesos aerobios debido a que mantienen a la biopeliacutecula superficial en condiciones aerobias
Los sistemas de cultivo adherido incluyen comuacutenmente sedimentacioacuten primaria y secundaria ademaacutes del reactor bioloacutegico El sedimentador primario puede omitirse en las plantas con biotorres y discos bioloacutegicos siempre y cuando se efectuacutee un cribado adecuado antes de aplicar el agua residual sobre el medio con el propoacutesito de evitar la obstruccioacuten de los espacios del medio
No obstante las marcadas diferencias entre los reactores de los sistemas de cultivo adherido y suspendido el metabolismo de los microorganismos de las aguas residuales es notablemente similar Los microorganismos que se adhieren a las superficies solidas del medio corresponden esencialmente a los mismos grupos que aqueacutellos de los sistemas de lodos activados La mayoriacutea son microorganismos heteroacutetrofos abundan los hongos y bacterias predominando las facultativas y las algas se presentan cerca de la superficie donde estaacute disponible la luz solar Tambieacuten pueden encontrarse animales tales como rotiacuteferos lombrices del lodo larvas de insectos caracoles etc
Los microorganismos se adhieren por siacute mismos al medio y crecen formando una peliacutecula densa de naturaleza viscosa y gelatinosa El agua residual moja la peliacutecula en delgadas capas y las sustancias orgaacutenicas disueltas pasan al interior de la biopeliacutecula debido a gradientes de concentracioacuten En la superficie pegajosa podriacutean quedar retenidas las partiacuteculas suspendidas y coloidales y ahiacute se descomponen dando productos solubles El oxiacutegeno necesario para las reacciones aerobias de la superficie de la biopeliacutecula proviene del agua residual y del aire introducido en los huecos del medio Los desechos producidos durante el proceso metaboacutelico se difunden hacia el exterior de los huecos y son transportados por las corrientes de agua y aire existentes
El primer filtro percolador comenzoacute a operar en Inglaterra en 1893 basado en los filtros de contacto que eran estanques impermeables rellenos de roca triturada El filtro percolador moderno consiste en un reactor en el que se coloca al azar un medio soacutelido de soporte cuya superficie serviraacute para el crecimiento de la biopeliacutecula Se requiere ademaacutes un sistema de distribucioacuten del agua residual sobre el medio y otro para conducir el efluente El teacutermino ldquofiltrordquo usado para denominar a este proceso es inexacto dado que soacutelo se presentan en eacutel unos cuantos fenoacutemenos fiacutesicos de los que se asocian con la filtracioacuten a traveacutes de medios granulares Maacutes bien son la adsorcioacuten y subsecuente oxidacioacuten bioloacutegica los mecanismos principales de remocioacuten del sustrato
Para aplicar el agua residual sobre el medio de soporte se emplea un sistema de distribucioacuten rotatorio Se requiere al menos 1 m de carga hidraacuteulica para que la accioacuten del chorro a traveacutes de las boquillas deacute potencia al rotor El sistema permite la aplicacioacuten del agua de manera intermitente lo que posibilita la circulacioacuten del aire a traveacutes de los espacios vaciacuteos entre cada dosificacioacuten El agua se dispersa en la parte superior a unos centiacutemetros del medio de soporte lo que da como resultado una carga hidraacuteulica uniforme en la profundidad del lecho de roca o plaacutestico Si el gasto es variable o la carga insuficiente es necesario considerar el empleo de un motor eleacutectrico para mover el rotor con el fin de evitar una aplicacioacuten desigual del agua
Los filtros percoladores se clasifican en tres tipos de acuerdo con la tasa de carga hidraacuteulica con la que operan baja intermedia y alta Los primeros tienen carga hidraacuteulica pequentildea y no consideran recirculacioacuten en los uacuteltimos la carga hidraacuteulica es grande gracias a la recirculacioacuten de un porcentaje del efluente Los filtros colocados en serie incrementan la profundidad efectiva aumentando en consecuencia su eficiencia Existen muchas posibilidades para diferentes regiacutemenes de flujo
Los factores maacutes importantes que afectan la operacioacuten de los filtros percoladores son1048633 Carga hidraacuteulica1048633 Carga orgaacutenica1048633 Temperaturas del agua y del aire ambiente
154 Discos bioloacutegicosLos reactores de biodiscos son una adaptacioacuten uacutenica en el geacutenero del sistema de cultivo adherido Los medios de soporte son discos grandes planos montados en una flecha comuacuten y que rotan en tanques que tienen un contorno curvo y en los que el agua residual fluye de manera continua
El contactor rotatorio para el tratamiento de las aguas residuales fue concebido en Alemania por Weigand en 1900 Su patente para el contactor describe un cilindro de tablillas de madera Sin embargo no se construyeron unidades hasta los antildeos de 1930 cuando Bach e Imhoff probaron el contactor como sustituto del filtro Emscher Estas unidades experimentaron severos problemas de atascamiento de las tablillas y no se continuoacute la investigacioacuten En EEUU Allen reportoacute la invencioacuten de la ldquorueda bioloacutegicardquo por Maltby en 1929 Consistiacutea en una serie de ruedas formadas con paletas
Durante el proceso los discos se sumergen en el agua residual hasta aproximadamente el 40 de su diaacutemetro y rotan mediante energiacutea suministrada a la flecha De esta manera aproximadamente el 95 del aacuterea superficial se sumerge en el agua residual y despueacutes se expone a la atmoacutesfera de manera alternada La velocidad de rotacioacuten de la unidad variacutea de 1 a 2 rmin y debe ser suficiente para el desprendimiento de la biomasa y para mantener suficiente turbulencia que mantenga a los soacutelidos en suspensioacuten conforme el agua pasa por el tanque
Se considera que el sistema de discos bioloacutegicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es auacuten limitada No obstante el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales
Unidad 8
Desinfeccioacuten del efluente
El uacuteltimo paso del tratamiento secundario del agua residual es la desinfeccioacuten El propoacutesito de la desinfeccioacuten del efluente es destruir cualquier organismo patoacutegeno que pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento protegiendo asiacute la salud puacuteblica
La remocioacuten de DBO y SST tiene el objetivo de proteger principalmente al ecosistema acuaacutetico La desinfeccioacuten del agua residual es particularmente importante cuando el efluente secundario es descargado en un cuerpo receptor usado para nadar o para el consumo humano por una comunidad localizada aguas abajo
En general el agua residual se desinfecta con cloro La demanda de cloro del agua residual es mayor que la del agua potable Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mgl para dejar 05 mgl de cloro combinado residual en el efluente secundario
Un buen desinfectante debe ser toacutexico para los microorganismos a concentraciones mucho menores que sus liacutemites de toxicidad para los humanos y animales superiores Ademaacutes debe tener una tasa raacutepida de eliminacioacuten y persistir lo suficiente para evitar que se reproduzcan nuevamente los microorganismos
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
Si se disponen varios reactores en serie el efluente de un estanque se transforma en el influente del siguiente Un balance del sustrato escrito a traveacutes de una serie de n reactores produce la siguiente ecuacioacuten
S n 1S0 (1 kθn)n
Los arreglos de un sistema lagunar pueden consistir en un solo estanque (facultativo) o pueden estar integrados por estanques en serie (anaerobio facultativo y maduracioacuten) Es deseable construir series del mismo tipo para permitir su operacioacuten en paralelo La CONAGUA considera que para obtener una mayor reduccioacuten de microorganismos patoacutegenos el arreglo de estanques en serie anaerobio - facultativo - maduracioacuten es el maacutes conveniente
Los arreglos maacutes comunes de estanques y lagunas son los siguientes
Sistemas de cultivo adherido
En los sistemas de cultivo adherido el agua residual se pone en contacto con peliacuteculas microbianas adheridas a superficies El aacuterea superficial para el crecimiento de la biopeliacutecula se incrementa colocando un medio poroso en el reactor Cuando se usa un medio soacutelido poroso empacado al azar el reactor se denomina filtro percolador El desarrollo de medios sinteacuteticos modulares de alta porosidad y bajo peso ha permitido un arreglo vertical del medio de varios metros de altura llamado bio-torre
El dispositivo maacutes reciente se denomina discos bioloacutegicos y consiste en discos rotatorios sumergidos parcialmente en el agua residual Aunque existen otros sistemas de cultivo adherido que pueden usarse en ciertas condiciones tales como los filtros sumergidos (anaerobio) y lechos fluidizados
En los sistemas de filtros percoladores y bio-torres el medio es estacionario y el agua residual pasa sobre la biopeliacutecula en dosis intermitentes En el sistema de discos bioloacutegicos el medio mueve la biopeliacutecula alternativamente a traveacutes del agua y del aire Ambos sistemas se clasifican como procesos aerobios debido a que mantienen a la biopeliacutecula superficial en condiciones aerobias
Los sistemas de cultivo adherido incluyen comuacutenmente sedimentacioacuten primaria y secundaria ademaacutes del reactor bioloacutegico El sedimentador primario puede omitirse en las plantas con biotorres y discos bioloacutegicos siempre y cuando se efectuacutee un cribado adecuado antes de aplicar el agua residual sobre el medio con el propoacutesito de evitar la obstruccioacuten de los espacios del medio
No obstante las marcadas diferencias entre los reactores de los sistemas de cultivo adherido y suspendido el metabolismo de los microorganismos de las aguas residuales es notablemente similar Los microorganismos que se adhieren a las superficies solidas del medio corresponden esencialmente a los mismos grupos que aqueacutellos de los sistemas de lodos activados La mayoriacutea son microorganismos heteroacutetrofos abundan los hongos y bacterias predominando las facultativas y las algas se presentan cerca de la superficie donde estaacute disponible la luz solar Tambieacuten pueden encontrarse animales tales como rotiacuteferos lombrices del lodo larvas de insectos caracoles etc
Los microorganismos se adhieren por siacute mismos al medio y crecen formando una peliacutecula densa de naturaleza viscosa y gelatinosa El agua residual moja la peliacutecula en delgadas capas y las sustancias orgaacutenicas disueltas pasan al interior de la biopeliacutecula debido a gradientes de concentracioacuten En la superficie pegajosa podriacutean quedar retenidas las partiacuteculas suspendidas y coloidales y ahiacute se descomponen dando productos solubles El oxiacutegeno necesario para las reacciones aerobias de la superficie de la biopeliacutecula proviene del agua residual y del aire introducido en los huecos del medio Los desechos producidos durante el proceso metaboacutelico se difunden hacia el exterior de los huecos y son transportados por las corrientes de agua y aire existentes
El primer filtro percolador comenzoacute a operar en Inglaterra en 1893 basado en los filtros de contacto que eran estanques impermeables rellenos de roca triturada El filtro percolador moderno consiste en un reactor en el que se coloca al azar un medio soacutelido de soporte cuya superficie serviraacute para el crecimiento de la biopeliacutecula Se requiere ademaacutes un sistema de distribucioacuten del agua residual sobre el medio y otro para conducir el efluente El teacutermino ldquofiltrordquo usado para denominar a este proceso es inexacto dado que soacutelo se presentan en eacutel unos cuantos fenoacutemenos fiacutesicos de los que se asocian con la filtracioacuten a traveacutes de medios granulares Maacutes bien son la adsorcioacuten y subsecuente oxidacioacuten bioloacutegica los mecanismos principales de remocioacuten del sustrato
Para aplicar el agua residual sobre el medio de soporte se emplea un sistema de distribucioacuten rotatorio Se requiere al menos 1 m de carga hidraacuteulica para que la accioacuten del chorro a traveacutes de las boquillas deacute potencia al rotor El sistema permite la aplicacioacuten del agua de manera intermitente lo que posibilita la circulacioacuten del aire a traveacutes de los espacios vaciacuteos entre cada dosificacioacuten El agua se dispersa en la parte superior a unos centiacutemetros del medio de soporte lo que da como resultado una carga hidraacuteulica uniforme en la profundidad del lecho de roca o plaacutestico Si el gasto es variable o la carga insuficiente es necesario considerar el empleo de un motor eleacutectrico para mover el rotor con el fin de evitar una aplicacioacuten desigual del agua
Los filtros percoladores se clasifican en tres tipos de acuerdo con la tasa de carga hidraacuteulica con la que operan baja intermedia y alta Los primeros tienen carga hidraacuteulica pequentildea y no consideran recirculacioacuten en los uacuteltimos la carga hidraacuteulica es grande gracias a la recirculacioacuten de un porcentaje del efluente Los filtros colocados en serie incrementan la profundidad efectiva aumentando en consecuencia su eficiencia Existen muchas posibilidades para diferentes regiacutemenes de flujo
Los factores maacutes importantes que afectan la operacioacuten de los filtros percoladores son1048633 Carga hidraacuteulica1048633 Carga orgaacutenica1048633 Temperaturas del agua y del aire ambiente
154 Discos bioloacutegicosLos reactores de biodiscos son una adaptacioacuten uacutenica en el geacutenero del sistema de cultivo adherido Los medios de soporte son discos grandes planos montados en una flecha comuacuten y que rotan en tanques que tienen un contorno curvo y en los que el agua residual fluye de manera continua
El contactor rotatorio para el tratamiento de las aguas residuales fue concebido en Alemania por Weigand en 1900 Su patente para el contactor describe un cilindro de tablillas de madera Sin embargo no se construyeron unidades hasta los antildeos de 1930 cuando Bach e Imhoff probaron el contactor como sustituto del filtro Emscher Estas unidades experimentaron severos problemas de atascamiento de las tablillas y no se continuoacute la investigacioacuten En EEUU Allen reportoacute la invencioacuten de la ldquorueda bioloacutegicardquo por Maltby en 1929 Consistiacutea en una serie de ruedas formadas con paletas
Durante el proceso los discos se sumergen en el agua residual hasta aproximadamente el 40 de su diaacutemetro y rotan mediante energiacutea suministrada a la flecha De esta manera aproximadamente el 95 del aacuterea superficial se sumerge en el agua residual y despueacutes se expone a la atmoacutesfera de manera alternada La velocidad de rotacioacuten de la unidad variacutea de 1 a 2 rmin y debe ser suficiente para el desprendimiento de la biomasa y para mantener suficiente turbulencia que mantenga a los soacutelidos en suspensioacuten conforme el agua pasa por el tanque
Se considera que el sistema de discos bioloacutegicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es auacuten limitada No obstante el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales
Unidad 8
Desinfeccioacuten del efluente
El uacuteltimo paso del tratamiento secundario del agua residual es la desinfeccioacuten El propoacutesito de la desinfeccioacuten del efluente es destruir cualquier organismo patoacutegeno que pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento protegiendo asiacute la salud puacuteblica
La remocioacuten de DBO y SST tiene el objetivo de proteger principalmente al ecosistema acuaacutetico La desinfeccioacuten del agua residual es particularmente importante cuando el efluente secundario es descargado en un cuerpo receptor usado para nadar o para el consumo humano por una comunidad localizada aguas abajo
En general el agua residual se desinfecta con cloro La demanda de cloro del agua residual es mayor que la del agua potable Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mgl para dejar 05 mgl de cloro combinado residual en el efluente secundario
Un buen desinfectante debe ser toacutexico para los microorganismos a concentraciones mucho menores que sus liacutemites de toxicidad para los humanos y animales superiores Ademaacutes debe tener una tasa raacutepida de eliminacioacuten y persistir lo suficiente para evitar que se reproduzcan nuevamente los microorganismos
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
El dispositivo maacutes reciente se denomina discos bioloacutegicos y consiste en discos rotatorios sumergidos parcialmente en el agua residual Aunque existen otros sistemas de cultivo adherido que pueden usarse en ciertas condiciones tales como los filtros sumergidos (anaerobio) y lechos fluidizados
En los sistemas de filtros percoladores y bio-torres el medio es estacionario y el agua residual pasa sobre la biopeliacutecula en dosis intermitentes En el sistema de discos bioloacutegicos el medio mueve la biopeliacutecula alternativamente a traveacutes del agua y del aire Ambos sistemas se clasifican como procesos aerobios debido a que mantienen a la biopeliacutecula superficial en condiciones aerobias
Los sistemas de cultivo adherido incluyen comuacutenmente sedimentacioacuten primaria y secundaria ademaacutes del reactor bioloacutegico El sedimentador primario puede omitirse en las plantas con biotorres y discos bioloacutegicos siempre y cuando se efectuacutee un cribado adecuado antes de aplicar el agua residual sobre el medio con el propoacutesito de evitar la obstruccioacuten de los espacios del medio
No obstante las marcadas diferencias entre los reactores de los sistemas de cultivo adherido y suspendido el metabolismo de los microorganismos de las aguas residuales es notablemente similar Los microorganismos que se adhieren a las superficies solidas del medio corresponden esencialmente a los mismos grupos que aqueacutellos de los sistemas de lodos activados La mayoriacutea son microorganismos heteroacutetrofos abundan los hongos y bacterias predominando las facultativas y las algas se presentan cerca de la superficie donde estaacute disponible la luz solar Tambieacuten pueden encontrarse animales tales como rotiacuteferos lombrices del lodo larvas de insectos caracoles etc
Los microorganismos se adhieren por siacute mismos al medio y crecen formando una peliacutecula densa de naturaleza viscosa y gelatinosa El agua residual moja la peliacutecula en delgadas capas y las sustancias orgaacutenicas disueltas pasan al interior de la biopeliacutecula debido a gradientes de concentracioacuten En la superficie pegajosa podriacutean quedar retenidas las partiacuteculas suspendidas y coloidales y ahiacute se descomponen dando productos solubles El oxiacutegeno necesario para las reacciones aerobias de la superficie de la biopeliacutecula proviene del agua residual y del aire introducido en los huecos del medio Los desechos producidos durante el proceso metaboacutelico se difunden hacia el exterior de los huecos y son transportados por las corrientes de agua y aire existentes
El primer filtro percolador comenzoacute a operar en Inglaterra en 1893 basado en los filtros de contacto que eran estanques impermeables rellenos de roca triturada El filtro percolador moderno consiste en un reactor en el que se coloca al azar un medio soacutelido de soporte cuya superficie serviraacute para el crecimiento de la biopeliacutecula Se requiere ademaacutes un sistema de distribucioacuten del agua residual sobre el medio y otro para conducir el efluente El teacutermino ldquofiltrordquo usado para denominar a este proceso es inexacto dado que soacutelo se presentan en eacutel unos cuantos fenoacutemenos fiacutesicos de los que se asocian con la filtracioacuten a traveacutes de medios granulares Maacutes bien son la adsorcioacuten y subsecuente oxidacioacuten bioloacutegica los mecanismos principales de remocioacuten del sustrato
Para aplicar el agua residual sobre el medio de soporte se emplea un sistema de distribucioacuten rotatorio Se requiere al menos 1 m de carga hidraacuteulica para que la accioacuten del chorro a traveacutes de las boquillas deacute potencia al rotor El sistema permite la aplicacioacuten del agua de manera intermitente lo que posibilita la circulacioacuten del aire a traveacutes de los espacios vaciacuteos entre cada dosificacioacuten El agua se dispersa en la parte superior a unos centiacutemetros del medio de soporte lo que da como resultado una carga hidraacuteulica uniforme en la profundidad del lecho de roca o plaacutestico Si el gasto es variable o la carga insuficiente es necesario considerar el empleo de un motor eleacutectrico para mover el rotor con el fin de evitar una aplicacioacuten desigual del agua
Los filtros percoladores se clasifican en tres tipos de acuerdo con la tasa de carga hidraacuteulica con la que operan baja intermedia y alta Los primeros tienen carga hidraacuteulica pequentildea y no consideran recirculacioacuten en los uacuteltimos la carga hidraacuteulica es grande gracias a la recirculacioacuten de un porcentaje del efluente Los filtros colocados en serie incrementan la profundidad efectiva aumentando en consecuencia su eficiencia Existen muchas posibilidades para diferentes regiacutemenes de flujo
Los factores maacutes importantes que afectan la operacioacuten de los filtros percoladores son1048633 Carga hidraacuteulica1048633 Carga orgaacutenica1048633 Temperaturas del agua y del aire ambiente
154 Discos bioloacutegicosLos reactores de biodiscos son una adaptacioacuten uacutenica en el geacutenero del sistema de cultivo adherido Los medios de soporte son discos grandes planos montados en una flecha comuacuten y que rotan en tanques que tienen un contorno curvo y en los que el agua residual fluye de manera continua
El contactor rotatorio para el tratamiento de las aguas residuales fue concebido en Alemania por Weigand en 1900 Su patente para el contactor describe un cilindro de tablillas de madera Sin embargo no se construyeron unidades hasta los antildeos de 1930 cuando Bach e Imhoff probaron el contactor como sustituto del filtro Emscher Estas unidades experimentaron severos problemas de atascamiento de las tablillas y no se continuoacute la investigacioacuten En EEUU Allen reportoacute la invencioacuten de la ldquorueda bioloacutegicardquo por Maltby en 1929 Consistiacutea en una serie de ruedas formadas con paletas
Durante el proceso los discos se sumergen en el agua residual hasta aproximadamente el 40 de su diaacutemetro y rotan mediante energiacutea suministrada a la flecha De esta manera aproximadamente el 95 del aacuterea superficial se sumerge en el agua residual y despueacutes se expone a la atmoacutesfera de manera alternada La velocidad de rotacioacuten de la unidad variacutea de 1 a 2 rmin y debe ser suficiente para el desprendimiento de la biomasa y para mantener suficiente turbulencia que mantenga a los soacutelidos en suspensioacuten conforme el agua pasa por el tanque
Se considera que el sistema de discos bioloacutegicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es auacuten limitada No obstante el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales
Unidad 8
Desinfeccioacuten del efluente
El uacuteltimo paso del tratamiento secundario del agua residual es la desinfeccioacuten El propoacutesito de la desinfeccioacuten del efluente es destruir cualquier organismo patoacutegeno que pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento protegiendo asiacute la salud puacuteblica
La remocioacuten de DBO y SST tiene el objetivo de proteger principalmente al ecosistema acuaacutetico La desinfeccioacuten del agua residual es particularmente importante cuando el efluente secundario es descargado en un cuerpo receptor usado para nadar o para el consumo humano por una comunidad localizada aguas abajo
En general el agua residual se desinfecta con cloro La demanda de cloro del agua residual es mayor que la del agua potable Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mgl para dejar 05 mgl de cloro combinado residual en el efluente secundario
Un buen desinfectante debe ser toacutexico para los microorganismos a concentraciones mucho menores que sus liacutemites de toxicidad para los humanos y animales superiores Ademaacutes debe tener una tasa raacutepida de eliminacioacuten y persistir lo suficiente para evitar que se reproduzcan nuevamente los microorganismos
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
El primer filtro percolador comenzoacute a operar en Inglaterra en 1893 basado en los filtros de contacto que eran estanques impermeables rellenos de roca triturada El filtro percolador moderno consiste en un reactor en el que se coloca al azar un medio soacutelido de soporte cuya superficie serviraacute para el crecimiento de la biopeliacutecula Se requiere ademaacutes un sistema de distribucioacuten del agua residual sobre el medio y otro para conducir el efluente El teacutermino ldquofiltrordquo usado para denominar a este proceso es inexacto dado que soacutelo se presentan en eacutel unos cuantos fenoacutemenos fiacutesicos de los que se asocian con la filtracioacuten a traveacutes de medios granulares Maacutes bien son la adsorcioacuten y subsecuente oxidacioacuten bioloacutegica los mecanismos principales de remocioacuten del sustrato
Para aplicar el agua residual sobre el medio de soporte se emplea un sistema de distribucioacuten rotatorio Se requiere al menos 1 m de carga hidraacuteulica para que la accioacuten del chorro a traveacutes de las boquillas deacute potencia al rotor El sistema permite la aplicacioacuten del agua de manera intermitente lo que posibilita la circulacioacuten del aire a traveacutes de los espacios vaciacuteos entre cada dosificacioacuten El agua se dispersa en la parte superior a unos centiacutemetros del medio de soporte lo que da como resultado una carga hidraacuteulica uniforme en la profundidad del lecho de roca o plaacutestico Si el gasto es variable o la carga insuficiente es necesario considerar el empleo de un motor eleacutectrico para mover el rotor con el fin de evitar una aplicacioacuten desigual del agua
Los filtros percoladores se clasifican en tres tipos de acuerdo con la tasa de carga hidraacuteulica con la que operan baja intermedia y alta Los primeros tienen carga hidraacuteulica pequentildea y no consideran recirculacioacuten en los uacuteltimos la carga hidraacuteulica es grande gracias a la recirculacioacuten de un porcentaje del efluente Los filtros colocados en serie incrementan la profundidad efectiva aumentando en consecuencia su eficiencia Existen muchas posibilidades para diferentes regiacutemenes de flujo
Los factores maacutes importantes que afectan la operacioacuten de los filtros percoladores son1048633 Carga hidraacuteulica1048633 Carga orgaacutenica1048633 Temperaturas del agua y del aire ambiente
154 Discos bioloacutegicosLos reactores de biodiscos son una adaptacioacuten uacutenica en el geacutenero del sistema de cultivo adherido Los medios de soporte son discos grandes planos montados en una flecha comuacuten y que rotan en tanques que tienen un contorno curvo y en los que el agua residual fluye de manera continua
El contactor rotatorio para el tratamiento de las aguas residuales fue concebido en Alemania por Weigand en 1900 Su patente para el contactor describe un cilindro de tablillas de madera Sin embargo no se construyeron unidades hasta los antildeos de 1930 cuando Bach e Imhoff probaron el contactor como sustituto del filtro Emscher Estas unidades experimentaron severos problemas de atascamiento de las tablillas y no se continuoacute la investigacioacuten En EEUU Allen reportoacute la invencioacuten de la ldquorueda bioloacutegicardquo por Maltby en 1929 Consistiacutea en una serie de ruedas formadas con paletas
Durante el proceso los discos se sumergen en el agua residual hasta aproximadamente el 40 de su diaacutemetro y rotan mediante energiacutea suministrada a la flecha De esta manera aproximadamente el 95 del aacuterea superficial se sumerge en el agua residual y despueacutes se expone a la atmoacutesfera de manera alternada La velocidad de rotacioacuten de la unidad variacutea de 1 a 2 rmin y debe ser suficiente para el desprendimiento de la biomasa y para mantener suficiente turbulencia que mantenga a los soacutelidos en suspensioacuten conforme el agua pasa por el tanque
Se considera que el sistema de discos bioloacutegicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es auacuten limitada No obstante el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales
Unidad 8
Desinfeccioacuten del efluente
El uacuteltimo paso del tratamiento secundario del agua residual es la desinfeccioacuten El propoacutesito de la desinfeccioacuten del efluente es destruir cualquier organismo patoacutegeno que pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento protegiendo asiacute la salud puacuteblica
La remocioacuten de DBO y SST tiene el objetivo de proteger principalmente al ecosistema acuaacutetico La desinfeccioacuten del agua residual es particularmente importante cuando el efluente secundario es descargado en un cuerpo receptor usado para nadar o para el consumo humano por una comunidad localizada aguas abajo
En general el agua residual se desinfecta con cloro La demanda de cloro del agua residual es mayor que la del agua potable Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mgl para dejar 05 mgl de cloro combinado residual en el efluente secundario
Un buen desinfectante debe ser toacutexico para los microorganismos a concentraciones mucho menores que sus liacutemites de toxicidad para los humanos y animales superiores Ademaacutes debe tener una tasa raacutepida de eliminacioacuten y persistir lo suficiente para evitar que se reproduzcan nuevamente los microorganismos
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
Los filtros percoladores se clasifican en tres tipos de acuerdo con la tasa de carga hidraacuteulica con la que operan baja intermedia y alta Los primeros tienen carga hidraacuteulica pequentildea y no consideran recirculacioacuten en los uacuteltimos la carga hidraacuteulica es grande gracias a la recirculacioacuten de un porcentaje del efluente Los filtros colocados en serie incrementan la profundidad efectiva aumentando en consecuencia su eficiencia Existen muchas posibilidades para diferentes regiacutemenes de flujo
Los factores maacutes importantes que afectan la operacioacuten de los filtros percoladores son1048633 Carga hidraacuteulica1048633 Carga orgaacutenica1048633 Temperaturas del agua y del aire ambiente
154 Discos bioloacutegicosLos reactores de biodiscos son una adaptacioacuten uacutenica en el geacutenero del sistema de cultivo adherido Los medios de soporte son discos grandes planos montados en una flecha comuacuten y que rotan en tanques que tienen un contorno curvo y en los que el agua residual fluye de manera continua
El contactor rotatorio para el tratamiento de las aguas residuales fue concebido en Alemania por Weigand en 1900 Su patente para el contactor describe un cilindro de tablillas de madera Sin embargo no se construyeron unidades hasta los antildeos de 1930 cuando Bach e Imhoff probaron el contactor como sustituto del filtro Emscher Estas unidades experimentaron severos problemas de atascamiento de las tablillas y no se continuoacute la investigacioacuten En EEUU Allen reportoacute la invencioacuten de la ldquorueda bioloacutegicardquo por Maltby en 1929 Consistiacutea en una serie de ruedas formadas con paletas
Durante el proceso los discos se sumergen en el agua residual hasta aproximadamente el 40 de su diaacutemetro y rotan mediante energiacutea suministrada a la flecha De esta manera aproximadamente el 95 del aacuterea superficial se sumerge en el agua residual y despueacutes se expone a la atmoacutesfera de manera alternada La velocidad de rotacioacuten de la unidad variacutea de 1 a 2 rmin y debe ser suficiente para el desprendimiento de la biomasa y para mantener suficiente turbulencia que mantenga a los soacutelidos en suspensioacuten conforme el agua pasa por el tanque
Se considera que el sistema de discos bioloacutegicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es auacuten limitada No obstante el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales
Unidad 8
Desinfeccioacuten del efluente
El uacuteltimo paso del tratamiento secundario del agua residual es la desinfeccioacuten El propoacutesito de la desinfeccioacuten del efluente es destruir cualquier organismo patoacutegeno que pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento protegiendo asiacute la salud puacuteblica
La remocioacuten de DBO y SST tiene el objetivo de proteger principalmente al ecosistema acuaacutetico La desinfeccioacuten del agua residual es particularmente importante cuando el efluente secundario es descargado en un cuerpo receptor usado para nadar o para el consumo humano por una comunidad localizada aguas abajo
En general el agua residual se desinfecta con cloro La demanda de cloro del agua residual es mayor que la del agua potable Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mgl para dejar 05 mgl de cloro combinado residual en el efluente secundario
Un buen desinfectante debe ser toacutexico para los microorganismos a concentraciones mucho menores que sus liacutemites de toxicidad para los humanos y animales superiores Ademaacutes debe tener una tasa raacutepida de eliminacioacuten y persistir lo suficiente para evitar que se reproduzcan nuevamente los microorganismos
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
Durante el proceso los discos se sumergen en el agua residual hasta aproximadamente el 40 de su diaacutemetro y rotan mediante energiacutea suministrada a la flecha De esta manera aproximadamente el 95 del aacuterea superficial se sumerge en el agua residual y despueacutes se expone a la atmoacutesfera de manera alternada La velocidad de rotacioacuten de la unidad variacutea de 1 a 2 rmin y debe ser suficiente para el desprendimiento de la biomasa y para mantener suficiente turbulencia que mantenga a los soacutelidos en suspensioacuten conforme el agua pasa por el tanque
Se considera que el sistema de discos bioloacutegicos es un proceso de tratamiento relativamente nuevo y la experiencia en aplicaciones a gran escala es auacuten limitada No obstante el proceso parece estar bien indicado en el tratamiento de aguas residuales municipales
Unidad 8
Desinfeccioacuten del efluente
El uacuteltimo paso del tratamiento secundario del agua residual es la desinfeccioacuten El propoacutesito de la desinfeccioacuten del efluente es destruir cualquier organismo patoacutegeno que pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento protegiendo asiacute la salud puacuteblica
La remocioacuten de DBO y SST tiene el objetivo de proteger principalmente al ecosistema acuaacutetico La desinfeccioacuten del agua residual es particularmente importante cuando el efluente secundario es descargado en un cuerpo receptor usado para nadar o para el consumo humano por una comunidad localizada aguas abajo
En general el agua residual se desinfecta con cloro La demanda de cloro del agua residual es mayor que la del agua potable Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mgl para dejar 05 mgl de cloro combinado residual en el efluente secundario
Un buen desinfectante debe ser toacutexico para los microorganismos a concentraciones mucho menores que sus liacutemites de toxicidad para los humanos y animales superiores Ademaacutes debe tener una tasa raacutepida de eliminacioacuten y persistir lo suficiente para evitar que se reproduzcan nuevamente los microorganismos
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
Los virus y quistes son maacutes resistentes a los desinfectantes que las bacterias Se requiere tiempo de exposicioacuten adicional y concentraciones maacutes grandes para una efectiva eliminacioacuten de estos microorganismos Los desinfectantes incluyen agentes quiacutemicos como el grupo de los haloacutegenos ozono o plata radiacioacuten con ondas gama o luz ultravioleta y electrocucioacuten calentamiento u otros medios fiacutesicos
Quiacutemica de la cloracioacuten
El cloro puede aplicarse al agua en forma gaseosa (Cl2) o como un producto ionizado de soacutelidos hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2 ] e hipoclorito de sodio [NaOCl ] Las reacciones en agua son las siguientes
Cl2 H2O = HHOCl
Ca(OCl)2 = Ca 22OCl
NaOCl = Na OCl-
En las ecuaciones anteriores el aacutecido hipocloroso (HOCL) y el ioacuten hipoclorito se relacionan por
HOCl = HOCl
Esta relacioacuten estaacute gobernada principalmente por pH y temperatura La suma de HOCl y OCl - se llama cloro libre residual y es el desinfectante primario empleado El HOCl es el desinfectante maacutes efectivo
Meacutetodos de cloracioacuten
En general para la desinfeccioacuten de grandes voluacutemenes de agua la forma gaseosa del cloro es la maacutes econoacutemica y para voluacutemenes pequentildeos es comuacuten el empleo de compuestos de hipoclorito
El gas cloro es almacenado y transportado en cilindros de acero presurizados En el interior del cilindro el cloro bajo presioacuten estaacute en estado liacutequido cuando es liberado se vaporiza El dispositivo maacutes seguro para la alimentacioacuten del cloro se denomina clorador al vaciacuteo
El gas presurizado que sale del cilindro se conduce por vaciacuteo a traveacutes de una tuberiacutea resistente conectada en su extremo final a un eyector que es a la vez vaacutelvula de retencioacuten y difusor El agua conducida a presioacuten pasa por la boquilla del eyector a gran velocidad creando el vaciacuteo que succiona el gas La cantidad del gas se ajusta manualmente por medio de una vaacutelvula
Ademaacutes del pH la efectividad del cloro y compuestos de cloro para destruir bacterias depende del tiempo de contacto El tiempo de contacto es el lapso durante el cual el cloro libre o combinado estaacute actuando sobre los microorganismos Para asegurar un tiempo de contacto entre el cloro y el agua residual de por lo menos 15 minutos se usa un tanque de contacto de cloro que dispone de una serie de mamparas para evitar corto circuito del flujo No obstante que la presencia de cloro residual es una indicacioacuten buena de la efectividad de la desinfeccioacuten es conveniente hacer pruebas bacterioloacutegicas
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
Dosificacioacuten de cloro
La dosis de cloro requerida para la desinfeccioacuten depende de los siguientes factores principales gasto de agua a tratar tiempo de contacto adecuado para hacer efecto cantidad de cloro residual especificada y demanda de cloro necesario La demanda de cloro estaacute relacionada con las caracteriacutesticas del agua su temperatura el tiempo de contacto la concentracioacuten de microorganismos los procesos previos a los cuales se haya sometido el agua y el gasto a tratar o desinfectar
Para obtener la dosis del desinfectante al valor de la demanda de cloro se suma el del cloro residual El valor de la demanda de cloro se determina en laboratorio realizando pruebas con el agua a desinfectar mientras que el cloro residual estaacute fijado por la normatividad en materia de control de la calidad del agua
La cloracioacuten excesiva del agua residual puede tener impactos ambientales adversos Las concentraciones grandes de cloro en la vecindad de un emisor del efluente de la planta pueden aniquilar a los peces y otras formas de vida acuaacutetica El operador de la planta debe controlar cuidadosamente la dosis de cloro
Una de las actividades importantes durante la operacioacuten de la planta es calcular el peso total o masa de cloro requerido para solicitar los cilindros en el momento apropiado Tambieacuten podriacutea ser necesario determinar la dosis de cloro por aplicar si se conoce la masa o peso consumido La siguiente relacioacuten es uacutetil para estos propoacutesitos Kgd = Q x C dondeQ = gasto x106 ldC = concentracioacuten de cloro mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
Problema
iquestCuaacutentos kilogramos al diacutea de cloro se requieren para desinfectar un gasto de 28390 m3diacutea con una dosis de 05 mgl iquestCuaacutentos cilindros de 68 kilogramos se requieren por mes
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
28390 (05) = 14195 kgd
Cilindros de 68 kg requeridos por mes
(14195 kgdiacutea)(30 diacuteames)(1 cilindro68 kg) = 626 cilindrosmes
Por lo que se deberaacuten solicitar al menos 7 cilindros de cloro al mes
Se emplea en total 15 kg de cloro al diacutea para desinfectar un volumen de 50000 m3 de aguaiquestCuaacutel es la dosis de cloro
Solucioacuten
Aplicando la ecuacioacuten
C kg d Q
C 15 kg d 50times106ld
C03 mgl
