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Kit 30 planta de tratamiento
 

Kit 30 planta de tratamiento

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    Kit 30 planta de tratamiento Kit 30 planta de tratamiento Document Transcript

    • Serie: Recursos didácticosTapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.
    • a u t o r i d a d e sPRESIDENTE DE LA NACIÓNDr. Néstor KirchnerMINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍALic. Daniel FilmusDIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DEEDUCACIÓN TECNOLÓGICALic. María Rosa AlmandozDIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DEEDUCACIÓN TECNOLÓGICALic. Juan Manuel Kirschenbaum
    • Planta de tratamientode aguas residualesEduardo Antonio Schiappacasse
    • Colección Serie “Recursos didácticos”.Director del Programa: Juan Manuel Kirschenbaum.Coordinadora general: Haydeé Noceti.Distribución de carácter gratuito.Queda hecho el depósito que previene la ley n° 11.723. © Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - InstitutoNacional de Educación Tecnológica.La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquiermedio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.Industria Argentina.ISBN 950-00-0539-5Schiappacasse, EduardoPlanta de tratamiento de aguas residuales / Eduardo Schiappacasse;coordinado por Juan Manuel Kirschenbaum.- 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de laNación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2006.148 p.; 22x17 cm. (Recursos didácticos; 30)ISBN 950-00-0539-51. Aguas Residuales.I. Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. II. TítuloCDD 628.162Fecha de catalogación: 3/01/2006Impreso en MDC MACHINE S. A., Marcelo T. de Alvear 4346 (B1702CFZ), Ciudadela,en marzo 2006Tirada de esta edición: 2.000 ejemplares
    • Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-MaterialesSerie: “Recursos didácticos” 1 Invernadero automatizado 2 Probador de inyectores y de motores paso a paso 3 Quemador de biomasa 4 Intercomunicador por fibra óptica 5 Transmisor de datos bidireccional por fibra óptica, entre computadoras 6 Planta potabilizadora 7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido 8 Estufa de laboratorio 9 Equipamiento EMA –características físicas de los materiales de construcción– 10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas 11 Biodigestor 12 Entrenador en lógica programada 13 Entorno de desarrollo para programación de microcontroladores PIC 14 Relevador de las características de componentes semiconductores 15 Instalación sanitaria de una vivienda 16 Equipamiento para el análisis de estructuras de edificios 17 Cargador semiautomático para máquinas a CNC de accionamiento electroneumático 18 Biorreactor para la producción de alimentos 19 Ascensor 20 Pila de combustible 21 Generador eólico 22 Auto solar 23 Simuladores interconectables basados en lógica digital 24 Banco de trabajo 25 Matricería. Matrices y moldes 26 Máquina de vapor 27 Sismógrafo 28 Tren de aterrizaje 29 Manipulador neumático 30 Planta de tratamiento de aguas residualesMinisterio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.
    • LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE EDUCACIÓN TECNOLÓGICA El Instituto Nacional de Educación nico-profesional, en el marco de los acuer- Tecnológica -INET- enmarca sus líneas de dos y resoluciones establecidos por el acción, programas y proyectos, en las metas Consejo Federal de Cultura y Educación. de: • Diseñar y desarrollar un plan anual de • Coordinar y promover programas capacitación, con modalidades presen- nacionales y federales orientados a for- ciales, semipresenciales y a distancia, con talecer la educación técnico-profesional, sede en el Centro Nacional de Educación articulados con los distintos niveles y ci- Tecnológica, y con nodos en los Centros clos del sistema educativo nacional. Regionales de Educación Tecnológica y las Unidades de Cultura Tecnológica. • Implementar estrategias y acciones de cooperación entre distintas entidades, • Coordinar y promover programas de instituciones y organismos –gubernamen- asistencia económica e incentivos fis- tales y no gubernamentales-, que permi- cales destinados a la actualización y el tan el consenso en torno a las políticas, desarrollo de la educación técnico-profe- los lineamientos y el desarrollo de las sional; en particular, ejecutar las ofertas educativas, cuyos resultados sean acciones relativas a la adjudicación y el considerados en el Consejo Nacional de control de la asignación del Crédito Educación-Trabajo –CoNE-T– y en el Fiscal –Ley Nº 22.317–. Consejo Federal de Cultura y Educación. • Desarrollar mecanismos de cooperación • Desarrollar estrategias y acciones desti- internacional y acciones relativas a dife- nadas a vincular y a articular las áreas de rentes procesos de integración educativa; educación técnico-profesional con los en particular, los relacionados con los sectores del trabajo y la producción, a países del MERCOSUR, en lo referente a escala local, regional e interregional. la educación técnico-profesional. • Diseñar y ejecutar un plan de asistencia Estas metas se despliegan en distintos pro- técnica a las jurisdicciones en los aspectos gramas y líneas de acción de responsabilidad institucionales, pedagógicos, organizativos de nuestra institución, para el período 2003- y de gestión, relativos a la educación téc- 2007:VIII
    • Programa 1. Formación técnica, media y Programa 7. Secretaría ejecutiva del Consejosuperior no universitaria: Nacional de Educación Trabajo –CoNE-T–. 1.1. Homologación y validez nacional de Programa 8. Cooperación internacional. títulos. 1.2. Registro nacional de instituciones de Los materiales de capacitación que, en esta formación técnica. ocasión, estamos acercando a la comunidad 1.3. Espacios de concertación. educativa a través de la serie “Recursos 1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati- didácticos”, se enmarcan en el Programa 5 vas. del INET, focalizado en el mejoramiento de la enseñanza y del aprendizaje de la Tec- 1.5. Fortalecimiento de la gestión institu- nología y de la Ciencia, uno de cuyos pro- cional; equipamiento de talleres y la- pósitos es el de: boratorios. 1.6. Prácticas productivas profesiona- • Desarrollar materiales de capacitación lizantes: Aprender emprendiendo. destinados, por una parte, a la actua-Programa 2. Crédito fiscal: lización de los docentes de la educación técnico-profesional, en lo que hace a co- 2.1. Difusión y asistencia técnica. nocimientos tecnológicos y científicos; y, 2.2. Aplicación del régimen. por otra, a la integración de los recursos 2.3. Evaluación y auditoría. didácticos generados a través de ellos, enPrograma 3. Formación profesional para el las aulas y talleres, como equipamientodesarrollo local: de apoyo para los procesos de enseñanza y de aprendizaje en el área técnica. 3.1. Articulación con las provincias. 3.2. Diseño curricular e institucional. Estos materiales didácticos han sido elabora- 3.3. Información, evaluación y certifi- dos por especialistas del Centro Nacional de cación. Educación Tecnológica del INET y por espe-Programa 4.Educación para el trabajo y la cialistas convocados a través del Programa deintegración social. las Naciones Unidas para el Desarrollo –PNUD– desde su línea “ConocimientosPrograma 5. Mejoramiento de la enseñanza científico-tecnológicos para el desarrollo dey del aprendizaje de la Tecnología y de la equipos e instrumentos”, a quienes estaCiencia: Dirección expresa su profundo reconoci- 5.1. Formación continua. miento por la tarea encarada. 5.2. Desarrollo de recursos didácticos. María Rosa AlmandozPrograma 6. Desarrollo de sistemas de infor- Directora Ejecutiva del Instituto Nacional demación y comunicaciones: Educación Tecnológica. 6.1. Desarrollo de sistemas y redes. Ministerio de Educación, Ciencia y 6.2. Interactividad de centros. Tecnología IX
    • LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE EDUCACIÓN TECNOLÓGICA Desde el Centro Nacional de Educación tación continua para profesores de educación Tecnológica –CeNET– encaramos el diseño, técnico-profesional, implementando trayec- el desarrollo y la implementación de proyec- tos de actualización. En el CeNET contamos tos innovadores para la enseñanza y el apren- con quince unidades de gestión de apren- dizaje en educación técnico-profesional. dizaje en las que se desarrollan cursos, talleres, pasantías, conferencias, encuentros, El CeNET, así: destinados a cada educador que desee inte- grarse en ellos presencialmente o a distancia. • Es un ámbito de desarrollo y evaluación de metodología didáctica, y de actuali- Otra de nuestras líneas de trabajo asume la zación de contenidos de la tecnología y responsabilidad de generar y participar en de sus sustentos científicos. redes que vinculan al Centro con organismos • Capacita en el uso de tecnología a do- e instituciones educativos ocupados en la centes, profesionales, técnicos, estudian- educación técnico-profesional, y con organis- tes y otras personas de la comunidad. mos, instituciones y empresas dedicados a la tecnología en general. Entre estas redes, se • Brinda asistencia técnica a autoridades e- encuentra la Red Huitral, que conecta a ducativas jurisdiccionales y a edu- CeNET con los Centros Regionales de cadores. Educación Tecnológica -CeRET- y con las • Articula recursos asociativos, integrando Unidades de Cultura Tecnológica –UCT– a los actores sociales involucrados con la instalados en todo el país. Educación Tecnológica. También nos ocupa la tarea de producir Desde el CeNET venimos trabajando en dis- materiales de capacitación docente. Desde tintas líneas de acción que convergen en el CeNET hemos desarrollado distintas series objetivo de reunir a profesores, a especialistas de publicaciones –todas ellas disponibles en en Educación Tecnológica y a representantes el espacio web www.inet.edu.ar–: de la industria y de la empresa, en acciones compartidas que permitan que la educación • Educación Tecnológica, que abarca mate- técnico-profesional se desarrolle en la escuela riales que posibilitan una definición cu- de un modo sistemático, enriquecedor, pro- rricular del área de la Tecnología en el fundo... auténticamente formativo, tanto para ámbito escolar y que incluye marcos los alumnos como para los docentes. teóricos generales, de referencia, acerca del área en su conjunto y de sus con- Una de nuestras líneas de acción es la de di- tenidos, enfoques, procedimientos y señar y llevar adelante un sistema de capaci- estrategias didácticas más generales.X
    • • Desarrollo de contenidos, nuestra segunda estrategias –curriculares, didácticas y serie de publicaciones, que nuclea fascícu- referidas a procedimientos de construc- los de capacitación en los que se profun- ción– que permiten al profesor de la edu- diza en los campos de problemas y de cación técnico-profesional desarrollar, contenidos de las distintas áreas del cono- con sus alumnos, un equipamiento cimiento tecnológico, y que recopila, tam- específico para integrar en sus clases. bién, experiencias de capacitación docente desarrolladas en cada una de estas áreas. Desde esta última serie de materiales de capacitación, nos proponemos brindar he-• Educación con tecnologías, que propicia el rramientas que permitan a los docentes no uso de tecnologías de la información y de sólo integrar y transferir sus saberes y capaci- la comunicación como recursos didácti- dades, sino también, y fundamentalmente, cos, en las clases de todas las áreas y acompañarlos en su búsqueda de soluciones espacios curriculares. creativas e innovadoras a las problemáticas con las que puedan enfrentarse en el proceso• Educadores en Tecnología, serie de publica- de enseñanza en el área técnica. ciones que focaliza el análisis y las pro- puestas en uno de los constituyentes del En todos los casos, se trata de propuestas de proceso didáctico: el profesional que enseñanza basadas en la resolución de pro- enseña Tecnología, ahondando en los blemas, que integran ciencias básicas y rasgos de su formación, de sus prácticas, tecnología, y que incluyen recursos didácti- de sus procesos de capacitación, de su cos apropiados para la educación vinculación con los lineamientos curricu- técnico–profesional. lares y con las políticas educativas, de interactividad con sus alumnos, y con Los espacios de problemas tecnológicos, las sus propios saberes y modos de hacer. consignas de trabajo, las estrategias de enseñanza, los contenidos involucrados y,• Documentos de la escuela técnica, que finalmente, los recursos didácticos están difunde los marcos normativos y curricu- planteados en la serie de publicaciones que lares que desde el CONET –Consejo aquí presentamos, como un testimonio de Nacional de Educación Técnica- deli- realidad que da cuenta de la potencialidad nearon la educación técnica de nuestro educativa del modelo de problematización en país, entre 1959 y 1995. el campo de la enseñanza y del aprendizaje de la tecnología, que esperamos que resulte• Ciencias para la Educación Tecnológica, de utilidad para los profesores de la edu- que presenta contenidos científicos aso- cación técnico-profesional de nuestro país. ciados con los distintos campos de la tec- nología, los que aportan marcos concep- tuales que permiten explicar y funda- mentar los problemas de nuestra área. Juan Manuel Kirschenbaum Director Nacional del Centro Nacional de• Recursos didácticos, que presenta con- Educación Tecnológica. tenidos tecnológicos y científicos, Instituto Nacional de Educación Tecnológica XI
    • LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS” Desde esta serie de publicaciones del Centro tecnológicos y conceptos científicos aso- Nacional de Educación Tecnológica, nos pro- ciados. ponemos: 3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientos para la construc- • Poner a consideración de los educadores ción y el funcionamiento del equipo. un equipamiento didáctico a integrar en Aquí se describe el equipo terminado y se los procesos de enseñanza y de apren- muestra su esquema de funcionamiento; dizaje del área técnica que coordinan. se presentan todas sus partes, y los mate- • Contribuir a la actualización de los riales, herramientas e instrumentos nece- docentes de la educación técnico-profe- sarios para su desarrollo; asimismo, se sional, en lo que hace a conocimientos pauta el “paso a paso” de su construc- tecnológicos y científicos. ción, armado, ensayo y control. Inicialmente, hemos previsto el desarrollo de 4 El equipo en el aula. En esta parte del veinte publicaciones con las que intentamos material escrito, se retoman las situa- abarcar diferentes contenidos de este campo ciones problemáticas iniciales, aportando curricular vastísimo que es el de la educación sugerencias para la inclusión del recurso técnico-profesional. didáctico construido en las tareas que docente y alumnos concretan en el aula. En cada una de estas publicaciones es posible 5 La puesta en práctica. Este tramo de reconocer una estructura didáctica común: la publicación plantea la evaluación del material didáctico y de la experien- 1 Problemas tecnológicos en el aula. En cia de puesta en práctica de las estrate- esta primera parte del material se gias didácticas sugeridas. Implica una describen situaciones de enseñanza y de retroalimentación –de resolución vo- aprendizaje del campo de la educación luntaria– de los profesores destinata- técnico-profesional centradas en la re- rios hacia el Centro Nacional de solución de problemas tecnológicos, y se Educación Tecnológica, así como el presenta una propuesta de equipamiento punto de partida para el diseño de didáctico, pertinente como recurso para nuevos equipos. resolver esas situaciones tecnológicas y didácticas planteadas. Esta secuencia de cuestiones y de momentos 2 Encuadre teórico para los problemas. didácticos no es azarosa. Intenta replicar –en En vinculación con los problemas didác- una producción escrita– las mismas instancias ticos y tecnológicos que constituyen el de trabajo que los profesores de Tecnología punto de partida, se presentan conceptos ponemos en práctica en nuestras clases:XII
    • XIII
    • Es a través de este circuito de trabajo (pro- desencadenante– suele estar distribuida blema-respuestas iniciales-inclusión teórica- materialmente –en equipamiento, en respuestas más eficaces) como enseñamos y materiales, en herramientas–. como aprenden nuestros alumnos en el área: No es lo mismo contar con este equipamien- • La tarea comienza cuando el profesor to que prescindir de él. presenta a sus alumnos una situación codificada en la que es posible recono- Por esto, lo que cer un problema tecnológico; para con- intentamos des- Caracterizamos como figurar y resolver este problema, es nece- de nuestra serie recurso didáctico a to- sario que el grupo ponga en marcha un de publicacio- do material o compo- nente informático se- proyecto tecnológico, y que encare análi- nes es acercar al leccionado por un edu- sis de productos o de procesos desarro- profesor distin- cador, quien ha evalua- llados por distintos grupos sociales para tos recursos di- do en aquél posibili- resolver algún problema análogo. dácticos que a- dades ciertas para ac- Indudablemente, no se trata de cualquier yuden a sus a- tuar como mediador entre un problema de la problema sino de uno que ocasiona lumnos en esta realidad, un contenido obstáculos cognitivos a los alumnos tarea de proble- a enseñar y un grupo respecto de un aspecto del mundo artifi- matización y de de alumnos, facilitando cial que el profesor –en su marco curri- intervención procesos de compren- cular de decisiones– ha definido como –sustentada sión, análisis, profundi- zación, integración, relevante. teórica y técni- síntesis, transferencia, camente– en el producción o evalua- • El proceso de enseñanza y de aprendiza- mundo tecno- ción. je comienza con el planteamiento de esa lógico. situación tecnológica seleccionada por el profesor y con la construcción del espa- cio-problema por parte de los alumnos, y Al seleccionar los recursos didácticos que continúa con la búsqueda de respuestas. forman parte de nuestra serie de publica- ciones, hemos considerado, en primer térmi- • Esta detección y construcción de no, su potencialidad para posibilitar, a los respuestas no se sustenta sólo en los alumnos de la educación técnico-profesional, conocimientos que el grupo dispone configurar y resolver distintos problemas tec- sino en la integración de nuevos con- nológicos. tenidos. Y, en segundo término, nos preocupó que • El enriquecimiento de los modos de “ver” cumplieran con determinados rasgos que les y de encarar la resolución de un proble- permitieran constituirse en medios eficaces ma tecnológico –por la adquisición de del conocimiento y en buenos estructurantes nuevos conceptos y de nuevas formas cognitivos, al ser incluidos en un aula por un técnicas de intervención en la situación profesor que los ha evaluado como perti-XIV
    • nentes. Las cualidades que consideramos plejidad).fundamentales en cada equipo que promove- • Reutilización (los diversos componentes,mos desde nuestra serie de publicaciones bloques o sistemas pueden ser desmonta-”Recursos didácticos”, son: dos para volver al estado original). • Modularidad (puede adaptarse a diversos • Incrementabilidad (posibilidad de ir usos). agregando piezas o completando el equipo en forma progresiva). • Resistencia (puede ser utilizado por los alumnos, sin peligro de romperse con facilidad). • Seguridad y durabilidad (integrado por materiales no tóxicos ni peligrosos, y durables). • Adaptabilidad (puede ser utilizado en el taller, aula o laboratorio). • Acoplabilidad (puede ser unido o combi- nado con otros recursos didácticos). • Compatibilidad (todos los componentes, bloques y sistemas permiten ser integra- dos entre sí). • Facilidad de armado y desarmado (posi- bilita pruebas, correcciones e incorpo- ración de nuevas funciones). • Pertinencia (los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuados para el trabajo con los contenidos cu- rriculares de la educación técnico-pro- fesional). • Fiabilidad (se pueden realizar las tareas preestablecidas, de la manera esperada). • Coherencia (en todos los componentes, bloques funcionales o sistemas se siguen Haydeé Noceti las mismas normas y criterios para el Coordinadora de la acción “Conocimientos armado y utilización). científico-tecnológicos para el desarrollo de • Escalabilidad (es posible utilizarlo en equipos e instrumentos”. proyectos de diferente nivel de com- Centro Nacional de Educación Tecnológica XV
    • 30. Planta de tratamiento de aguas residuales
    • Este material de capacitación fue desarrollado por Eduardo Antonio Schiappacasse Ingeniero de Alimentos. Diplomado en Estudios Avanzados y candidato al titulo de Doctor en Ingeniería, en la especiali- dad Alimentos (Universidad Politécnica de Valencia, España). Es profesor titular ordinario de la cátedra “Química y bio- química de los alimentos”, profesor titular en “Saneamiento e higiene industrial” en la carrera de Ingeniería de Alimentos (Universidad Nacional de Entre Ríos) y profesor titular en “Alimentación y ambiente” en la carrera de Técnico Superior en Gestión Ambiental. Es inves- tigador y consultor; se desempeñó en la actividad estatal y privada, y realizó numerosas publicaciones vinculadas con Dirección del Programa: Juan Manuel Kirschenbaum el agua y con los alimentos. Coordinación general: Haydeé Noceti Diseño didáctico: Ana Rúa Administración: Adriana Perrone Monitoreo y evaluación: Laura Irurzun Diseño gráfico: Tomás Ahumada Carolina Macedra Fabiana Rutman Diseño de tapa: Laura Lopresti Juan Manuel Kirschenbaum Con la colaboración del equipo de profesionales del Centro Nacional de Educación Tecnológica2
    • Las metas, los programas y las líneas de acción del Instituto Nacional de Educación Tecnológica VIII Las acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica X La serie “Recursos didácticos” XIIÍndice 1 Problemas tecnológicos en el aula 4 • El recurso didáctico que proponemos 2 Encuadre teórico para los problemas 7 • Aguas residuales • Selección del método de tratamiento 1. Pretratamiento 2. Tratamiento primario 3. Tratamiento secundario 3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamiento del equipo 89 • El producto • Los componentes • Los materiales, herramientas e instrumentos • La construcción • El armado • El ensayo y el control • La superación de dificultades 4 El equipo en el aula 97 5 La puesta en práctica 106
    • 1. PROBLEMAS TECNOLÓGICOS EN EL AULA En las bases curriculares de la educación técnico-profesional se encuentran especificadas com- petencias relativas a la disposición final de residuos líquidos originados por la actividad del hombre, por desagües cloacales y por la industria en general. Este conocimiento y este desem- peño respecto de procesos tecnológicos para el tratamiento de aguas residuales integra con- ceptos y procedimientos del campo de la hidráulica, la microbiología y la biotecnología. Consideremos estas situaciones problemáticas registradas en aulas de la educación técnico- profesional: La contaminación de los recursos de agua subterrá- •En los casos anteriores, el cuerpo receptor final nea y superficial, y el impacto ambiental que ocasio- de los contaminantes está constituido por las nan –con consecuencias para la salud y la econo- aguas subterráneas o superficiales. mía– es el tema que ocupa a los alumnos de la asig- natura “Aguas” en su formación técnica en química. Ahora: Ya han analizado casos de contaminación de aguas y - ¿Cómo hacemos para evitar esta contaminación? sus consecuencias, a partir de artículos periodísticos y de divulgación científica de casos; y, ahora, consi- deran la pregunta de su profesora: Los alumnos de “Diseño de instalaciones sanita- - ¿Cuáles son las causas principales de contamina- rias” están desarrollando un proyecto tecnológico ción de aguas en nuestra ciudad? para el tratamiento de desagües cloacales de su localidad. A partir de esta pregunta, los alumnos sistematizan la información disponible acerca de los casos de conta- Ya han analizado: minación e integran: •el hecho de que, si se deja líquido cloacal en un •En las ciudades, la actividad diaria de las personas estanque natural, éste sufre –con el tiempo– un genera residuos domésticos líquidos que son elimi- proceso de autodepuración; nados por medio del alcantarillado cloacal. •los distintos métodos de análisis físico-químicos •La actividad industrial produce afluentes contami- de afluentes residuales; nantes; su grado de contaminación depende del tipo de industria que los genera. •las distintas tecnologías para el tratamiento de afluentes residuales y las diferencias comparati- •La actividad agrícola utiliza agroquímicos que son vas de costos. arrastrados por las lluvias hacia cuerpos abiertos receptores de agua o que se infiltran por el suelo Y, ahora, se encuentran definiendo los parámetros hasta las aguas subterráneas. físicos y químicos de interés para el seguimiento4
    • del proceso de tratamiento, la composición del afluentes en su relación caudal-concentración,afluente residual, la cantidad a tratar y las etapas para obtener conclusiones con respecto a la cali-de tratamiento a desarrollar, los tiempos de resi- dad final del efluente obtenido y a su relación condencia hidráulica y, en consecuencia, el volumen los costos de tratamientos.de los dispositivos de tratamiento.De este modo, los alumnos definen los componen-tes del proceso de tratamiento del afluente cloa- Desde “Tecnología de procesos”, los alumnoscal, que les permita generar un dispositivo tecno- encaran esta situación problemática:lógico que, a partir de distintas hipótesis respectode las características del producto final a obtener La producción frigorífica, de creciente demanda–según la composición del afluente inicial y de las por los mercados internacionales, tiene el incon-condiciones de pro- veniente de formar afluentes de alta carga enceso–, les permita materia orgánica que generan elevados costos desimular paráme- tratamiento. Se designa afluente altros, repetir el que ingresa a la planta Y, estos costos en el tratamiento de afluentes fina-proceso y extraer de tratamiento y efluen- les están integrados al precio final del producto, porresultados com- te cuando sale de ella. lo que se requiere considerarlos cuidadosamenteparativos acercadel tratamiento a para disminuir estos costos de producción ydesarrollar para aumentar los beneficios del producto final.obtener el efluente final, ajustado a las normasque regulan los vertidos y su disposición final. ¿Cómo resolver esta situación? Los alumnos definen:Los alumnos del Centro de Formación Profesional •Los términos generales del problema.están analizando la tecnología de tratamiento de losresiduos líquidos generados en la industria de ela- •Una hipótesis: Desarrollar acciones de minimiza-boración de leche entera pasteurizada. ción de carga en la fuente de generación de los afluentes.Como tarea inicial, los integrantes del grupo consi-deran los afluentes generados en la elaboración del Para definir los aspectos teóricos que involucra elproducto y determinan que la etapa de lavado de proceso, determinan:equipos es la que produce el mayor caudal deafluente. •Etapa del proceso productivo en la que es nece- sario implementar la técnica.El formador plantea, entonces:-¿Cuáles son los factores más importantes a tener • Tipos de acciones a desarrollar.en cuenta para obtener menores caudales en elafluente general? •Opción por un proceso discontinuo (operación en batch) o continuo.-¿Cómo impacta esta reducción de la cantidad deagua en la operación de lavado de la planta, en eltratamiento general? •Modo de recuperación de contaminantes, en caso de un proceso discontinuo.Surge, entonces, la necesidad de contar con unequipo que permita simular distintas calidades de ¿Cómo modelizar este proceso? 5
    • El recurso didáctico que hidráulica, tiempo de retención celular, aireación mediante inyección de aire, pH, proponemos cantidad de sustrato (biomasa) medida en concentración de materia orgánica DBO Vamos a presentarle una propuesta de equipa- –demanda bioquímica de oxigeno–. miento didáctico, pertinente como recurso para resolver éstas y otras situaciones tecnoló- gicas planteadas en torno al tratamiento de desagües cloacales y de afluentes de la fabrica- ción de alimentos. Contando con este recurso didáctico Planta de tratamiento de aguas residuales, es posible: • variar y controlar los principales paráme- tros que afectan el rendimiento y la viabili- dad del proceso, • acotar las variables de proceso en cada etapa de tratamiento: tiempo de residencia6
    • 2. ENCUADRE TEÓRICO PARA LOS PROBLEMASEl medio ambiente es una compleja red que La contaminación de las aguas es la que más haintegra diferentes sistemas, formando un equi- ocupado la atención y la que ha promovido ciertalibrio ecológico que resulta imprescindible conciencia en los últimos años.preservar. Pero, esta preservación no siemprees una realidad: la degradación y la contamina- La contaminación del agua comienza a regis-ción de los recursos naturales, atmosféricos e trarse con las aglomeraciones humanas y loshídricos, la defectuosa gestión de los recursos desarrollos locales; pero, hasta que el proble-mineros, forestales y agrícolas, el manejo ina- ma no toma cierta magnitud no se comienzadecuado del suelo, el paulatino deterioro de los con la etapa correctiva con tratamientos querecursos culturales, paisajísticos, edilicios y impliquen la recuperación de los productosrecreativos, todo es consecuencia de la socie- residuales. Sin embargo, esta inversión esdad que integramos. necesaria y debe afrontarse, para evitar llegar a niveles incompatibles con la vida de vege-La industria no es ajena a esta desatención tales, animales y, finalmente, del hombre.de los dispositivos de preservación; por elcontrario, constituye uno de sus factores ¿Qué sucede, específicamente, en nuestroprincipales, por lo que es necesario abordar país? Las industrias argentinas vienenel análisis de cada proceso productivo en sufriendo el efecto de la recesión económi-particular y buscar soluciones integrales ca y, desde un tiempo a esta parte, no pue-para él. Porque, si bien desde sus inicios, la den escapar a una situación de deterioroindustria ha significado un cambio de que también incluye a sus resguardos eco-importancia cualitativa para la humanidad lógicos; a pesar de sus esfuerzos no han–permitiendo un mayor acceso a la pobla- podido incorporar los avances tecnológicosción para disfrutar de una mejor calidad de que se producen en el ámbito internacionalvida–, como contrapartida ejerce una gran para resolver el problema que provoca lapresión sobre los recursos naturales al utili- gran cantidad de carga contaminante orgá-zarlos como insumos para su producción y nica del enorme volumen de efluentesal generar efluentes contaminantes. En el líquidos y sólidos que produce.ámbito industrial, la demanda de los recur-sos naturales se ha realizado sin respetar los Es en este tratamiento de aguas residuales delmecanismos de reproducción equilibrada que nos ocuparemos en este material dedel ecosistema ni garantizar el uso racional capacitación. La “cuestión de las aguas” abar-de la energía, generando un volumen cada ca un escenario muy amplio de problemasdía más importante de efluentes o desechos porque incluye aguas residuales de urbaniza-sólidos, líquidos y gaseosos que se descar- ciones, aguas residuales de sistemas combi-gan o disponen en el suelo y el agua, sobre nados o unitarios, así como de aguas grises,ríos, mares, o aire, usando el medio ambien- negras e industriales de procesos de manu-te como cuerpo receptor. factura con calidades muy específicas y varia- 7
    • bles según el proceso del cual provienen, y, por Estos líquidos residuales urbanos se trans- supuesto, el tratamiento de aguas residuales en portan, específicamente, a través del siste- el medio rural, en aguas de uso agrícola y ma de conductos de la red cloacal que tras- pecuario, para riego y reutilización. lada los desperdicios resultantes del uso del agua doméstica, comercial e industrial, y de Aguas residuales todas aquellas aguas superficiales o subte- rráneas que puedan penetrar en las colecto- ras. Las aguas cloacales están sembradas de materia orgánica Naturaleza y, por eso, ofre- Aguas cen alimento Las aguas de lluvia que residuales Variaciones de caudal abundante para escurren superficial- millares de bacte- mente se desvían de Materia prima a tratar este sistema cloacal rias; estas presen- en todas aquellas cias implican comunidades en las muchos cambios cuales se prevé un sis- Naturaleza de las aguas resi- bioquímicos, tema de tratamiento desde el punto de para las aguas resi- duales origen y a todo lo duales. largo de su curso. El agua para consumo humano se origina en fuentes subterráneas y superficiales. Es inne- Por eso, antes de su vuelco en un cuerpo gable que ha de llevar consigo sustancias en receptor, estas aguas residuales requieren un solución y suspensión, además de bacterias, tratamiento que permita: debido a su contacto con el aire, con el suelo, y con la vida vegetal y animal. A fin de hacer • prevenir y reducir la diseminación de conveniente y segura la calidad y la condi- enfermedades transmisibles causadas por ción del agua, es necesario protegerla ade- los microorganismos patógenos, cuadamente. • conservar las fuentes de abastecimiento El agua potable no es químicamente pura, ya de agua para uso doméstico, industrial y que contiene sustancias originadas en sus agrícola, características iniciales, o añadidas durante o después de su tratamiento. La calidad de las • mantener las características del agua nece- aguas potabilizadas se altera después de su sarias para la piscicultura, uso con propósitos domésticos, comerciales, públicos e industriales. Hablamos, entonces, • resguardar las aguas para baño y otros pro- de aguas residuales. pósitos recreativos, y preservar la fauna y la flora acuáticas. Por lo común, las aguas residuales contienen menos del 0,10 % de impurezas en suspen- En el caso particular de un afluente cloa- sión y en solución, menos de mil partes por cal, el grado a alcanzar en un determinado millón (ppm) que incluyen basuras, hojas, tratamiento, varía de un lugar a otro y excretas, lavado de patios y toda variedad de depende de: materias que se arrojan al alcantarillado.8
    • • los usos preponderantes de las aguas recep- horarias, diarias y estacionales; esta varia- toras aguas debajo del punto de vuelco de ción depende de los hábitos de la población los desagües, y de las características del sistema colector. También tienen importancia el tipo y la• la capacidad del cuerpo de agua en asimi- explotación de plantas industriales que vuel- lar –por dilución y autodepuración– el can sus efluentes residuales a la colectora. líquido tratado, y La contribución de desagües por habitante varía• las exigencias legales establecidas por los entre 130-170 l/hab.día. órganos de control de la contaminación, para el cuerpo receptor en consideración. Para tener una idea más precisa de los cau- dales medios diarios anuales y de sus varia-Variaciones de caudal del ciones horarias a lo largo del día, se los debe medir, siempre que sea posible, durante 24líquido cloacal horas, en diferentes días de la semana y épo- cas del año –principalmente, en las épocasEl líquido cloacal tiene variaciones de caudal secas y en las lluviosas–. Se observa que los caudales comienzan a aumentar paulatinamente a partir de las 5 horas, alcanzando su máximo entre las 10 y las 14 horas. Luego de estos horarios, disminuyen gradualmente hasta alcanzar otro pico entre las 17 y las 20. Por lo general, como las ciudades del interior no poseen actividad nocturna que justifique un gran consumo de agua de abastecimiento, el pico del período nocturno es más bajo que el pre- sentado durante el día. Los caudales mínimos se registran en el período de las 23 a las 5 horas. Comportamiento de las variables horarias de los desagües cloacales de una localidad 9
    • Los caudales pueden variar bastante, no sólo de la composición del agua de abastecimien- de una comunidad a otra sino dentro de una to y de los diversos usos que se da a esa agua. misma comunidad, en función de: De modo general, se puede decir que –no habiendo una significativa contribución de • hábitos y condiciones socio-económicas de desechos industriales– los desagües cloacales la población, se constituyen, aproximadamente, de un • existencia de conexiones de aguas pluviales 99,90 % de agua y de un 0,10 % de sólidos, en la red de desagües, en peso seco. • construcción, estado de conservación y man- tenimiento de las redes de desagües –que El líquido es, en sí mismo, nada más que un implica una mayor o menor infiltración–, medio de transporte de las innumerables sus- • clima, tancias orgánicas, inorgánicas y microorgan- • medición y costo del agua distribuida, ismos eliminados por el hombre diariamente. • presión y calidad del agua distribuida en la Los sólidos son los responsables del deterioro red de agua, y de la calidad del cuerpo del agua que reciben • estado de conservación de los aparatos los desagües; por esto es muy importante su sanitarios y caudal de los grifos. conocimiento, ya que permite prever un sis- tema de tratamiento de desagües. Materia prima a tratar Es tan grande el número de diferentes sustan- cias que componen los desagües cloacales que En general, se considera que el líquido cloa- –aún si fuese posible– no tiene sentido rela- cal tiene tres características: cionarlas. Para la caracterización de esos desagües se utilizan determinaciones físicas, • composición, químicas y biológicas, cuyos valores permiten • concentración y conocer su grado de contaminación y, conse- • condición. cuentemente, dimensionar y medir la eficien- cia de las plantas de tratamiento de desagües. Composición. El contenido de los desagües cloacales varía cualitativamente, en función La composición es la característica química Desagües domésticos 99,90 % 0,10 % agua sólidos 70 % 30 % orgánicos inorgánicos 40 % 25 % 10 % 60 % 50 % proteínas carbohidratos grasas arenas sales metales Composición cualitativa de los desagües cloacales10
    • del líquido cloacal que permite conocer, cuali establecer la concentración; ambas puedeny cuantitativamente, sus componentes. Es ser influidas en forma apreciable por elnecesario determinar la composición para aporte de aguas residuales industriales. COMPOSICIÓN PROMEDIO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS Constituyente (mg/l) Concentrado Medio Diluido Sólidos totales 1000 500 200 Sólidos volátiles 700 350 120 Sólidos fijos 300 150 80 Suspendidos totales 500 300 100 Suspendidos volátiles 400 250 70 Suspendidos fijos 100 50 30 Disueltos totales 500 200 100 Disueltos volátiles 300 100 50 Disueltos fijos 200 100 50 Sedimentables (ml/l) 12 8 4 DBO5 300 200 100 OC 150 75 30 OD 0 0 0 Nitrógeno total 85 50 25 Nitrógeno orgánico 35 20 10 Nitrógeno de NH4+ 50 30 15 Nitrógeno de NO2- 0,10 0,05 0 Nitrógeno de NO3- 0,40 0,20 0,10 Cloruros 175 100 15 Alcalinidad (como CO3Ca) 200 100 50 Grasas y aceites SSEE 40 20 0 DBO5: Demanda bioquímica de oxígeno; el subíndice 5 indica que la determinación se lleva a cabo durante cinco días. OC: Oxígeno consumido. OD: Oxígeno disuelto. SSEE: Sustancias solubles en éter etílico. 11
    • Concentración. Indica la proporción de clase de microorganismos presentes y de la materia cloacal y agua. Un líquido cloacal posibilidad de absorción de oxígeno. La puede hacerse menos concentrado por dilu- presencia de sustancias germicidas puede ción con agua, sin que se pierda la composi- retardar los procesos de descomposición ción relativa de sus componentes. biológica. Estas alteraciones se traducen en la pérdida del oxígeno disuelto, pasando el Condición. Se refiere al estado en que se líquido cloacal de su condición inicial de encuentra el líquido cloacal según variacio- fresco, al de líquido séptico, atravesando nes que se producen a medida que transcu- una etapa intermedia que se produce cuan- rre el tiempo desde su evacuación, por do se agota el oxígeno disuelto, pero sin acción de la temperatura, de la desintegra- haberse iniciado la etapa de la descomposi- ción mecánica de las materias en suspensión ción anaeróbica que tiene lugar en el líqui- por roce en las cañerías, de la cantidad y do séptico. Sólidos en suspensión y contenido de materia orgánica Descomposición aeróbica organismos y anaeróbica aerobios organismos Materia viva anaerobios Concentración de materias organismos Características facultativos oxidables biológicamente del líquido Demanda bioquímica cloacal de oxígeno –DBO5– Demanda química de oxígeno –DQO– Materia inorgánica Características biológicas12
    • El contenido total de materia sólida conteni- Los sólidos suelen ser medidos a través de lada en el agua se define como sólidos totales demanda de oxígeno que causan los desa-(SST) y comprende los sólidos tanto orgáni- gües (DBO –demanda bioquímica de oxíge-cos como inorgánicos. Éstos pueden encon- no– y DQO –demanda química de oxíge-trarse como sólidos disueltos (SD) que no no–). Otros parámetros importantes son lossedimentan y que se localizan en el agua en nutrientes, por el efecto de eutroficación queestado iónico o molecular, o como sólidos en pueden causar en los cuerpos receptores,suspensión además de su importancia en el propio pro- ceso biológico de tratamiento de desagüesLos sólidos en suspensión (SS) pueden ser (serie nitrogenada y fósforo).sedimentables (Ss) que, por su peso puedensedimentar fácilmente en un período de Los desagües cloacales contienen innumera-tiempo, o no sedimentables (Sc), que no bles organismos vivos tales como bacterias,sedimentan tan fácilmente por su peso espe- virus, larvas y protozoarios que, en su mayoría,cífico próximo al del líquido o por encon- son liberados junto con los desechos humanos.trarse en estado coloidal. Algunos son de suma importancia en el trata- miento de aguas residuales pues descomponenPara determinar los sólidos sedimentables, se la materia orgánica compleja, transformándolarealiza un ensayo introduciendo un litro de en compuestos orgánicos más simples y esta-muestra en un cono de Imhoff. Los sólidos bles; otros –denominados organismos patóge-separados al cabo de un tiempo (1-2 horas) nos– provocan enfermedades.se denominan sólidos sedimentables. Los compuestos químicos que se hallan pre- sentes son muchos; podemos citar: • urea, albúminas, proteínas, ácidos acético y láctico, • bases jabonosas y almidones, • aceites animales, vegetales y minerales, • hidrocarburos,Cono Imhoff • gases: sulfhídrico, metano, etc., • sales: bicarbonatos, sulfatos, fosfatos, nitri-Los sólidos orgáni- tos, nitratos, etc.cos proceden de la En el caso de las prote-actividad humana; ínas, los hidratos de A efectos prácticos de la ingeniería sanitaria, inte- carbono, las grasas, su resa destacar la composición del agua residual,pueden ser de ori- característica es la considerando el tipo de sustancia incorporada:gen animal o vege- posibilidad de degra-tal. Contienen, dación, y descomposi-principalmente, C, ción por reacciones • Materia líquida con elementos disueltos.H, O, así como N, químicas o de los • Materia sólida.S, P y K. microorganismos. • Materia viva.Los sólidos inorgánicos son sustancias iner- Los muchos productos provenientes de lates y no degradables, tales como minerales, vida cotidiana que se evacuan al alcantari-arenas, tierras, etc. llado se mezclan para formar las aguas resi- 13
    • duales domésticas, cuyo contenido se mide Sólidos en suspensión y contenido de mate - por su potencial de polución. Por ejemplo: ria orgánica. También resulta necesario con- aplicado a una muestra, el método que tar con un índice que represente los elemen- mide la DBO nos da a conocer su déficit de tos en suspensión orgánicos e inorgánicos oxígeno y no propiamente el contenido; y, a presentes en el agua. Cada uno de estos sóli- través de otros análisis determinamos sóli- dos es de constitución diferente por el conte- dos en solución y suspensión, y la posibili- nido orgánico e inorgánico: dad de sedimentación. • A los sólidos inorgánicos se los denomina El análisis de las aguas residuales com- sólidos fijos (F). prende: • A los sólidos orgánicos se los denomina sólidos volátiles (V). • La condición física. • Los componentes orgánicos y su estado. Para la determinación de los sólidos se dese- ca la muestra a 103 ºC. A 700 ºC, la materia Orgánica Sedimentables 120 mg/l 160 mg/l Mineral Suspendidos 40 mg/l 220 mg/l Orgánica No sedimentables 45 mg/l 60 mg/l Mineral Totales 15 mg/l 720 mg/l Orgánica Coloidal 40 mg/l 50 mg/l Mineral Filtrables 10 mg/l 500 mg/l Orgánica Disuelta 160 mg/l 450 mg/l Mineral Condición física de los constituyentes principales de aguas residuales en ppm; estas cifras son aplicables en forma general, pero deben determinarse por medio de los análisis correspondientes para cada caso de importancia14
    • orgánica se volatiliza, quedando los sólidos En la tabla presentamos los contaminantes defijos; y, por diferencia con los que permane- aguas residuales.cen a 103 ºC, se obtienen los volátiles. CONTAMINANTE RAZÓN DE SU IMPORTANCIA Físicos Sólidos suspendidos Importancia estética, por su tendencia a formar depósitos de barro y condiciones anaeróbicas. Químicos Orgánicos biodegradables Compuestos, principalmente, de proteínas, car- bohidratos y grasas. Son medidos en términos de DBO y de DQO. Si se descargan al ambiente sin tratar, la estabilización biológica de estos compuestos puede llevar a la disminución del oxígeno natural y al desarrollo de condiciones sépticas. Nutrientes Carbono, nitrógeno y fósforo son esenciales nutrientes para el crecimiento. Cuando se des- cargan al medio acuático, estos nutrientes pue- den llevar al crecimiento de vida acuática inde- seable. Cuando son descargados sobre tierra en cantidades excesivas, pueden ocasionar la contaminación de aguas subterráneas. Orgánicos refractarios Estos productos orgánicos tienden a resistir los métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales. Ejemplos típicos los consti- tuyen los surfactantes, fenoles y pesticidas agrícolas. Metales pesados Debido a su naturaleza tóxica, algunos metales pesados pueden impactar negativamente sobre los procesos de tratamiento biológico de aguas residuales y sobre la vida de las corrientes acuáticas. Sólidos inorgánicos disueltos Constituyentes inorgánicos como calcio, sodio y azufre son adicionados al agua natural como resultado de su uso; pueden necesitar ser removidos para reutilizar el agua. Biológicos Patógenos Provocan enfermedades transmisibles por organismos patógenos en el agua. 15
    • El líquido cloacal es de naturaleza suma- res desagradables; son responsables de la for- mente compleja. Su análisis no dilucida su mación de espuma en la unidad de sedimen- composición total. Los análisis adquieren tación y recubren otras partículas orgánicas. verdadero valor cuando se dispone de una Los microorganismos presentes en el líquido serie que permite obtener conclusiones cloacal varían en tipo y número, de acuerdo estadísticas. con su composición. Los microorganismos pueden ser: hongos, protozoarios, algas, bac- El análisis de las aguas residuales permite terias y virus. determinar la naturaleza de las aguas residua- les y su potencial de polución, en su estado ori- El líquido cloacal crudo puede contener ginal, a lo largo de su curso en las alcantarillas millones de bacterias por mililitro, incluyen- o en las varias etapas de tratamiento. do coliformes, estreptococos, proteus y otras originadas en el tracto intestinal del hombre. Las características físicas del efluente cloacal El líquido cloacal puede ser también una son: temperatura, olor, color y turbiedad. Los fuente potencial de protozoarios, bacterias y compuestos químicos que contiene el líquido virus patógenos, tales como los agentes cau- cloacal pueden clasificarse en dos grandes santes de la disentería, cólera, fiebre tifoidea, grupos: inorgánicos y orgánicos. virus de la poliomielitis y de la hepatitis infecciosa. Las sustancias químicas inorgánicas más comunes están formadas por sulfatos, carbo- Los microorganismos que intervienen en la natos y cloruros de calcio, magnesio, sodio, purificación del líquido cloacal actúan oxi- potasio y hierro. Los componentes orgánicos dando o reduciendo, según sea el medio: del líquido cloacal están compuestos, en gran parte, por proteínas, glúcidos y lípidos. • En ambiente anaeróbico pueden reducir la urea, hidrolizar las proteínas y la celulosa, Las proteínas y los subproductos de su meta- emulsionar las grasas, reducir los nitratos y bolismo y descomposición son las materias sulfatos y producir metano, dióxido de car- productoras de nitrógeno en los desechos. La bono y amoníaco. fuente principal de nitrógeno en los líquidos cloacales es la urea, la que se descompone • En ambiente aeróbico producen nitritos y rápidamente en anhídrido carbónico y amo- nitratos, dióxido de carbono y agua. níaco. Las proteínas también pueden contri- buir a agregar azufre a los desechos, el cual Descomposición aeróbica y anaeróbica. –por reducción– se puede desprender en Existen, entonces, dos medios para descom- forma de ácido sulfhídrico. poner el contenido orgánico de las aguas residuales: Los glúcidos, fundamentalmente azúcares y almidones, son los primeros en ser atacados • Donde la bacteria es capaz de utilizar el por las bacterias, con producción de ácidos oxígeno libre en los procesos de su vida, se orgánicos. Por esto, en el líquido cloacal sép- produce descomposición aeróbica. tico, el pH puede ser inferior al del líquido fresco. • Donde la bacteria debe extraer el oxígeno de los compuestos pues no hay oxígeno libre, se Los lípidos se descomponen y producen olo- produce descomposición anaeróbica.16
    • En un ambiente favorable dado puede algas, protozoos, bacterias, hongos, insectos,aprovecharse a voluntad uno u otro méto- rotíferos, etc.do, y ambos son útiles. Por lo común, losbarros se tratan por métodos anaeróbicos; Los microorganismos pueden ser parásitos, siy, al contrario, los sólidos en solución o en viven a expensas de otro organismo vivo; ycondición coloidal, se tratan por métodos tienen características de benignos o de patóge-aeróbicos. nos. Estos últimos pueden ser causa de enfer- medades que afectan directamente al hombre,Por regla general, de esta manera logramos como hepatitis, fiebres tíficas, cóleras, salmo-alcanzar la mejor economía, lo cual no quie- nelosis, disenterías, etc., que marcan el peligrore decir que no podemos lograr éxito eligien- potencial de las aguas residuales.do uno independientemente del otro. La importancia de la bacteriología de las aguas de alcantarillado se justifica al señalar Los líquidos residuales de la industria que, de los 20 g/h.d en las heces, el 25 % son bacterias, cuyo número se estima en alimenticia se caracterizan por tener 2,5. 1010 bacterias por gramo. Las bacterias alta concentración de materia orgánica y coliformes son las más abundantes; de ellas, pueden tratarse en plantas similares a las de los coliformes fecales constituyen el 30 al líquidos cloacales; pero otras industrias pue- 40 %. Con independencia de los coliformes y del escherichia coli se encuentran los den alterar las condiciones de las plantas estreptococos, lactobacillus, estafilococos, diseñadas para desagües cloacales cuando proteus y pseudomonas, y especies bacteria- éstos son de carácter muy tóxico, muy ácido, nas esporógenas. muy alcalino o de cualquier naturaleza que Las bacterias pató- perturben los procesos fisicoquímicos y bio- genas se excretan, químicos que van efectuándose que, en cier- generalmente, de Un aspecto importan- tas proporciones, impiden los procesos enzi- forma intermitente te, que nunca debe olvidarse, es la super- máticos de los microorganismos o, incluso, y en cantidades vivencia de los micro- variables, según el organismos, que pue- producen su muerte. estado de salud de den ocasionar conta- la población. Entre minación en verduras, En el recurso didáctico Planta de trata- los principales cultivos, praderas y en miento de aguas residuales se puede organismos que se las aguas. encuentran en las ensayar el tratamiento de aguas residuales aguas residuales, se pueden citar los gérmenes provenientes del alcantarillado cloacal y de salmonella, sigella, brucella, microbacterium, las industrias alimenticias. leptospira. Otra clasificación importante es la basada en la posibilidad que tienen los microorganis-Materia viva. Entre la materia viva incorpora- mos para la captación de oxígeno, como ele-da a las aguas, abarcada con la denominación mento básico energético de su vida.de microorganismos, pueden citarse: virus, Atendiendo a esta característica: 17
    • CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS Aerobios Se caracterizan por captar de forma directa el oxígeno disuelto en el agua. Anaerobios Obtienen el oxígeno por descomposición de la materia orgánica consti- tuida por tres o más elementos (C, H, O, N, S, P, K). Facultativos Pueden adaptarse a las condiciones aerobias o anaerobias, dependien- do de la existencia o no de oxígeno disuelto en las aguas. Decíamos que un grupo de microorganismos del agua –hasta su mineralización–; de es patógeno y puede originar serios proble- hecho, el oxígeno se convierte en índice fun- mas sanitarios al hombre; pero, conviene damental para la definición y el control de las dejar en claro aquí que, por otro lado, exis- aguas residuales. Esta cantidad de oxígeno ten legiones de microorganismos que colabo- en el agua puede ser incrementada por: ran con la naturaleza, ayudando a un conti- nuo reciclado, reutilización de la materia, • Captación del oxígeno a través de la super- cerrando ciclos tan importantes como los del ficie de la interfase agua-aire. carbono, nitrógeno, fósforo y azufre. • Acción fotosintética debida, principalmen- Formando parte de la materia viva del líqui- te, a las algas verdes. do cloacal también es posible encontrar orga- nismos macroscópicos, que son visibles, La cantidad de oxígeno puede disminuir por como gusanos, insectos y otras formas que respiración de los microorganismos, por ele- ayudan a la descomposición biológica de la vación de la temperatura, por reacciones quí- materia orgánica. micas y por la acción metabólica de los microorganismos. Concentración de materias oxidables biológi - La materia orgánica absorbe de forma natural camente. Los compuestos orgánicos natura- una cierta cantidad de oxígeno hasta su les contienen carbono, hidrógeno y oxígeno mineralización, ya sea por procesos químicos –que constituyen los elementos principales– o biológicos de oxidación que se dan en el así como nitrógeno, fósforo y azufre; son de seno del líquido. El índice para medir este origen vegetal o animal, y pueden estar cons- fenómeno puede efectuarse mediante el aná- tituidos por: lisis de parámetros tales como: • 40-60 % de proteínas Los compuestos a.demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), • 25-50 % de carbohidratos naturales b. demanda química de oxígeno (DQO). • 10 % de lípidos del carbono Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5). La Los seres vivos utilizan estos compuestos DBO es la cantidad de oxígeno disuelto con- como la fuente energética a través de la oxi- sumida por un agua residual durante la oxi- dación biológica que se produce en el seno dación por vía biológica de la materia orgáni-18
    • ca biodegradable presente en ella, en deter- composición de los compuestos del carbono;minadas condiciones de ensayo (20 ºC, pre- ésta se inicia inmediatamente y, con una tem-sión atmosférica, oscuridad y muestra dilui- peratura de 20 ºC, concluye aproximada-da con agua de dilución con oxígeno dispo- mente a los 20 días. La segunda etapa (líneanible durante el período de incubación). de trazos), en la que se produce la descom- posición de los compuestos nitrogenados, seEn algunos casos, cuando se trata de líquidos inicia al cabo de algunos días (con 20 ºC a loscloacales con elevados contenidos de líquidos 10 o 15 días).industriales, es necesario que el agua de dilu-ción contenga nutrientes y también puede Entre las desventajas de la DBO se encuen-necesitarse agregar un cultivo bacteriano. tran las de requerir:El ensayo se realiza llenando uno o varios • elevada concentración de bacterias activas.frascos con el agua cruda a analizar más el • agregado de nutrientes, en algunos casos,agua de dilución en distintas proporciones; • pretratamiento, si existen residuos tóxicos,estos frascos se tapan y se colocan en incu- • reducir los efectos de los organismos nitri-bación en un lugar oscuro, a 20 ºC. ficantes,Transcurrido un cierto tiempo, se determina • prolongado tiempo para obtener resultados,la cantidad de oxígeno consumido en fun-ción de la cantidad de oxígeno disuelto de Con ella, además, sólo se miden los produc-las muestras. tos biodegradables.El período de incubación es, generalmente, de5 días a 20 ºC. Pueden utilizarse otros períodosde tiempo y temperaturas –pero, esta últimadebe ser constante a lo largo de todo el ensa-yo–. La presión también influye en el ensayo,pero su variación no es muy significativa.En las curvas de la figura puede observarsela evolución de la DBO en función del tiem-po y de la temperatura; a diferente tempera-tura se obtienen distintos resultados, ya quelas velocidades de reacción bioquímica sonfunción de ella.La oxidación bioquímica es un proceso lento y,teóricamente, tarda un tiempo infinito en com-pletarse. Transcurridos 20 días, la oxidación haalcanzado entre un 95 a 99 %; y, en el plazo de Demanda química de oxígeno (DQO). La5 días utilizado en el ensayo de DBO5, la oxi- DQO es la cantidad de oxígeno disuelto,dación ha llegado hasta un 60 a 70 %. consumida por un líquido residual durante la oxidación de la materia orgánica por víaLa curva está formada por dos etapas. En la química, provocada por un agente químicoprimera (línea completa) se produce la des- fuertemente oxidante. 19
    • Como agente químico oxidante se utiliza el heces humanas es de unos 6 g cloruros/ (hab. dicromato de potasio y, para facilitar la oxi- día). En los lugares donde la dureza del agua dación de ciertos compuestos orgánicos, se es elevada, los ablandadores pueden incor- agrega un catalizador (sulfato de plata). Si el porar grandes cantidades de cloruros al líqui- ensayo se realiza en frío, la determinación do cloacal. tarda aproximadamente 2 horas; pero, si se efectúa a elevada temperatura, la oxidación La infiltración en la red de desagües cloacales tarda 30 minutos. de aguas subterráneas cercanas a aguas sala- das o al mar es otra fuente de cloruros y de La oxidación se produce sobre las sales mine- sulfatos. rales oxidables y sobre la materia orgánica biodegradable; por lo tanto: Su consideración sirve para detectar vuelcos industriales, cuando su concentración pre- DQO agua residual > DBO agua residual senta oscilaciones fuertes o valores muy dis- tintos a los del líquido cloacal. Esto, porque es mayor el número de com- La salinización del líquido cloacal inhibe la puestos que pueden oxidarse por vía quími- acción de los microorganismos en las plantas ca que biológicamente. de tratamiento; comienzan a presentarse pro- blemas cuando los cloruros alcanzan los En muchos líquidos cloacales es posible esta- 3.500 mg/l. blecer correlaciones entre los resultados de la DQO y los de la DBO. Nitrógeno. El nitrógeno presente en el líqui- do cloacal fresco se encuentra, principalmen- La DQO permite medir la materia orgánica te, en la forma de urea y materia proteica. Por en líquidos cloacales e industriales que con- la acción de las bacterias se transforma en tengan compuestos tóxicos para la vida bio- nitrógeno amoniacal, ya sea como ión amo- lógica. nio (pH inferior a 7) o como amoníaco (pH superiores a 7). La edad del líquido cloacal Materia inorgánica. Algunos componentes está indicada, entonces, por la cantidad de inorgánicos tienen especial importancia, ya amoníaco presente. que permiten detectar la descarga de desa- gües industriales. En un ambiente aerobio, las bacterias pueden oxidar el nitrógeno amoniacal a nitritos y nitra- PH. El pH es la concentración del ión hidró- tos. El predominio del nitrógeno del nitrato geno. Los desagües cloacales tienen valor pró- indica que el líquido cloacal se ha estabilizado ximo a 7, adecuado para los organismos neu- con respecto a la demanda de oxígeno. trófilos. Valores altos o bajos del pH significan la aparición de desagües industriales. Para Fósforo. El líquido cloacal puede contener garantizar los procesos biológicos, debe con- de 6 a 20 mg/l de fósforo; éste es aportado trolarse el pH entre 6.2 y 8.5; de esta forma, por las excretas humanas, detergentes, etc. no se generarán problemas de inhibición. El fósforo es un elemento imprescindible para el desarrollo de los microorganismos Cloruros. El ión cloruro está presente siem- de las aguas y, en consecuencia, para la pre en los líquidos cloacales; el aporte por depuración biológica.20
    • Azufre. Los sulfatos se encuentran presentes en hierro presente para formar sulfuro ferrosoel líquido cloacal; son reducidos químicamen- (SFe). Durante la descomposición anaeróbicate a sulfuros y a sulfuro de hidrógeno por las pueden generarse otros compuestos volátilesbacterias, en condiciones anaeróbicas. El sulfu- como el indol, escatol y mercaptanos quero de hidrógeno SH2 puede ser oxidado bioló- pueden producir olores peores que el del sul-gicamente a ácido sulfúrico, el cual es corrosi- furo de hidrógeno.vo para las cañerías de cemento. Metano. El metano es el principal subpro-Gases. Los gases más frecuentes encontrados ducto de la descomposición anaerobia de laen el líquido cloacal sin tratar son: nitrógeno materia orgánica del líquido cloacal. Es un(N2), oxígeno (O2), anhídrido carbónico hidrocarburo incoloro e inodoro de gran(CO2), sulfuro de hidrógeno (SH2), amonía- valor como combustible. En el líquido cloa-co (NH3) y metano (CH4). Los tres primeros cal no suelen encontrarse grandes cantida-son gases comunes de la atmósfera y se des, debido a que pequeñas cantidades deencuentran en todas las aguas que están oxígeno son tóxicas para los organismos res-expuestas al aire; los otros se originan por la ponsables de la producción del metano.descomposición de la materia orgánica pre-sente en el líquido cloacal. Características biológicas del líquido cloacal.Oxígeno disuelto. El oxígeno disuelto es Los aspectos biológicos incluyen los microor-necesario para la respiración de los microor- ganismos que se encuentran en el líquidoganismos aerobios; pero es ligeramente solu- cloacal, los que intervienen en el tratamientoble en el agua y su presencia en la solución biológico y los que se utilizan como indica-depende de: la solubilidad del gas, la presión dores de polución.parcial del gas en la atmósfera, la temperatu-ra, la pureza del agua (salinidad, sólidos sus- Los grupos principales de organismos quependidos, etc.). se encuentran en las aguas residuales se dividen en:La presencia de oxígeno disuelto en el aguaresidual es deseable, porque evita la forma- • Protistas: bacterias, hongos, protozoos yción de olores desagradables; en los meses de algas.verano, los niveles de oxígeno disuelto tien- • Plantas: las de semilla, helechos, musgos yden a disminuir, haciéndose críticos, porque hepáticas.aumenta la velocidad de las reacciones bio- • Animales: vertebrados e invertebrados.químicas que lo utilizan. Los virus –que también se encuentran en elSulfuro de hidrógeno. Se forma por la des- líquido cloacal– se clasifican según el sujetocomposición de la materia orgánica que con- infectado.tiene azufre, o por la reducción de sulfitos ysulfatos minerales. No se forma en presencia Bacterias. Son las encargadas de la descompo-de un abundante suministro de oxígeno. Es sición y estabilización de la materia orgánica.un gas incoloro, inflamable, con olor a hue-vos podridos. El ennegrecimiento del agua Algas. Cuando las condiciones son favorables,residual y del barro se debe a la formación de pueden reproducirse rápidamente cubriendosulfuro de hidrógeno que se combina con el ríos, lagos y embalses, produciendo eutrofica- 21
    • ción. Las descargas de líquido cloacal crudo o La materia orgánica es un medio óptimo para tratado, rico en nutrientes biológicos, favore- el desarrollo de las bacterias y, por otro lado, cen la eutroficación. La presencia de algas afec- el número de microorganismos en los verti- ta las fuentes de agua porque pueden causar dos es elevado. Así, en vertidos de una ciu- problemas de olor y sabor; además, pueden dad sobre un cauce pueden detectarse, por alterar el valor de las aguas superficiales para cada 100 ml: usos recreativos por el crecimiento de ciertas especies de peces y de otro tipo de vida acuáti- • 300 . 106 aerobios, ca. En el tratamiento del líquido cloacal puede • 25 . 106 coliformes y ser necesario controlar o eliminar el carbono, • 5 . 106 estreptococos. las distintas formas del nitrógeno y del fósforo y otros elementos –como el hierro y el cobalto– Se observa, en consecuencia, la necesidad de a efectos de eliminar nutrientes que eviten la contemplar estos índices. Para su determina- eutroficación. ción se han escogido microorganismos de origen humano y de fácil detección. Así, nor- Protozoos. Los más importantes son amebas, malmente, se determinan: flagelados, ciliados libres y fijos. Se alimentan de bacterias y de otros protistas microscópicos, • Colimetría por enriquecimiento en caldo y son importantes en los procesos biológicos y lactosa estándar. en la purificación de los ríos, por mantener el equilibrio entre los distintos microorganismos. • Estreptometría, estreptococos en caldo glu- cosado. Organismos coliformes. Las bacterias colifor- mes forman la flora intestinal de hombre; no • Colonias en agar (a 37 ºC y 48 horas). son patógenas para él y pueden destruir la materia orgánica en los procesos biológicos • Colonias de anaerobios tipo clostridium de tratamiento del líquido cloacal. Una per- welchii en agar Wilson. sona evacua entre 100.000 y 400.000 millo- nes de organismos coliformes por día. Los organismos patógenos son evacuados por Selección del método de los seres humanos que tienen una enfermedad tratamiento o que son portadores de alguna. Estos organis- mos excretados por el hombre causan enfer- Los determinantes más importantes en la medades del sistema gastrointestinal como la selección del sistema de tratamiento de aguas fiebre tifoidea, disentería, diarrea y cólera. residuales son: Como el número de organismos patógenos • la naturaleza del agua residual y presentes en el líquido cloacal y en aguas contaminadas es reducido y difícil de aislar, • los requerimientos de uso o disposición del los organismos coliformes se utilizan como efluente. indicador de que los organismos patógenos también pueden estar presentes; su ausencia Por esto, la solución de un problema de tra- indica que el agua se halla exenta de organis- tamiento de aguas residuales se despliega en: mos productores de enfermedades.22
    • ETAPAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Caracterización del agua residual cruda y definición de las normas de vertimiento. Diseño conceptual de los sistemas de tratamiento propuestos, incluyendo la selección de los procesos de cada sistema, los parámetros de diseño y la comparación de costos de las alter- nativas propuestas. Diseño detallado de la alternativa de costo mínimo. Construcción. Operación y mantenimiento del sistema construido.Las condiciones óptimas de operación y man- adopción de diseños con equipos mecánicostenimiento de un sistema de tratamiento de complejos.aguas residuales dependen de las característi-cas físicas, sociales y económicas preponderan- Los principales factores de importancia en lates en el sitio de localización de la planta, las selección de procesos y operaciones de trata-que se tienen en cuenta al definir el diseño del miento son:sistema; son ellas las que establecen la confia-bilidad, la flexibilidad, los requerimientos de • Factibilidad. El proceso debe ser factible y,personal técnico, el grado de automatización y por consiguiente, compatible con el dine-de control de proceso, y los costos de la opera- ro disponible, el terreno existente, y lación y del mantenimiento. aceptabilidad del cliente o de la comuni- dad propietaria.Un sistema de tratamiento de aguas residua-les de diseño y eficiencia excelente pero con • Aplicabilidad. El proceso debe ser capaz decostos de operación y mantenimiento altos proveer el rendimiento solicitado; es decir,–que el explotador no tiene capacidad de sol- estar en capacidad de producir un efluenteventar–, resulta una mala opción; porque, la con la calidad requerida, para el rango deexperiencia indica que el costo inicial y los caudales previsto.costos de operación y mantenimiento consti-tuyen el factor primordial al adoptar una • Confiabilidad. El proceso debe ser lo mássolución de contaminación hídrica exitosa. confiable posible; esto es, contar con con-Por otra parte, un sistema de tratamiento de diciones óptimas de trabajo que sean difíci-baja confiabilidad no garantiza la producción les de alterar, tener capacidad de soportede un efluente de la calidad requerida y con- de cargas y caudales extremos, y mínimavierte la operación del sistema en un proble- dependencia de tecnología u operaciónma que obliga a poner atención y a destinar completa.recursos excesivos a esta actividad. La dispo-nibilidad de personal técnico altamente cali- • Costos. El proceso debe ser de costo míni-ficado y de suficientes recursos económicos mo. La comunidad o el propietario debentambién es un requisito decisivo para la ser capaces de costear todos los compues- 23
    • tos del sistema de tratamiento, así como su nos casos y según las características del operación y su mantenimiento. afluente, se realiza la separación de las grasas mediante desengrasadores. Las características del afluente, por su parte, determinan la necesidad de un pretratamiento En el tratamiento particular, de uno primario o de un trata- primario se elimi- Dependiendo de la miento secundario, así como el tipo de trata- nan, fundamental- tecnología de la planta miento (físico, químico, biológico o combina- mente, los sólidos de tratamiento, estas do), la necesidad de neutralización o de igua- en suspensión, unidades son elimina- lamiento, y el tipo de tratamiento biológico. materia orgánica u das; así sucede en el organismos pató- caso de tratamiento La cantidad y la genos, mediante secundario con oxida- calidad del lodo sedimentación u ción total o mediante La mejor opción es un producido deter- otro medio. lagunas aireadas, y en proceso sin problemas minan la comple- plantas pequeñas. de tratamiento y dispo- jidad del trata- sición de lodos. Constituye un modo de preparar el agua para miento requerido Los procesos sencillos el tratamiento secundario y se efectúa por para su disposi- requieren menos per- medio de unidades llamadas sedimentadores ción adecuada. sonal, menor adiestra- primarios1. miento profesional y, por tanto, son más Los diferentes tra- ventajosos. Los métodos corrientes para el tratamiento de tamientos existen- las aguas residuales se han desarrollado, por lo tes constan de las mismas etapas en todos los general, con dos propósitos, que son: la capta- casos: ción de los sólidos sedimentables y la estabili- zación biológica. Se trata de imitar los procesos 1. Pretratamiento de la naturaleza, poniéndolos bajo control y 2. Tratamiento primario acelerándolos por medio de instalaciones. 3. Tratamiento secundario –biológico– 4. Tratamiento terciario El tratamiento secundario se utiliza para 5. Desinfección remover DBO soluble y sólidos suspendidos; incluye los procesos de lodos activados, fil- En toda planta depuradora se realiza un pre- tros percoladores, sistemas de lagunas y sedi- tratamiento que permite eliminar los sólidos mentación. gruesos y los elementos de grandes dimen- siones; éste se realiza mediante rejas gruesas El tratamiento terciario supone la necesidad y finas. Tiene como objetivo remover del de remover nutrientes para prevenir la eutro- agua residual aquellos componentes que ficación de cuerpos receptores o de mejorar pueden causar dificultades de operación y la calidad del efluente secundario, con el fin mantenimiento en los procesos posteriores. de adecuar el agua para su reutilización. Los sólidos –arenas, tierra y otros sólidos de naturaleza mineral– se separan mediante La desinfección realizada con cloro gaseoso unidades llamadas desarenadores. En algu- o soluciones de clorogeno basa su acción 1Aquellos procesos primarios en los cuales se mejoran los resultados por medio de la utilización de coagulantes químicos –tales como las sales de aluminio o hierro y cal– reciben el nombre de tratamientos primarios avanzados. Como procedimiento auxiliar, el tratamiento cumple un fin en aquellos casos en que se requiere obte- ner efluentes de una calidad bastante superior a la que resulta del tratamiento primario, aunque no justifican un tratamiento completo.24
    • Esquema secuencial de una planta de tratamiento de líquidos cloacales arenas 1. Pretratamiento. No afecta la materia orgánica Entrada residuos a playas de secado 2. Tratamiento primario. Separación líquido / sólido sedimentable a relleno sanitario 3. Tratamiento secundario. Para sólidos no sedimentables Rejas residuos otros 4. Tratamiento terciario.Complementario del secundario 1 Residuos Desarenadores arenas Desengrasadores grasas Sedimentación Barros 2 primaria barros Lechos percoladores Optativos Barros activados Lagunas 3 Tratamientos químicos Sedimentación barros secundaria Barros excedentes del tratamiento Digestión Digestión aeróbica anaeróbica Desinfección Filtración Cloración Secado de Decantación dinámica barros 4 Playa de Filtros de Centrifugación Filtros secado vacío prensadesinfectante del cloro en su muy elevada total del nitrógeno amoniacal, transformán-reactividad, que determina reacciones inme- dolo en nitritos y nitratos. En estos efluen-diatas con la mayoría de los compuestos tes, dado que parte o todos los compuestosorgánicos e inorgánicos. amoniacales han sido oxidados, pasando a ser compuestos oxigenados del nitrógeno,La nitrificación parcial o total de un efluen- es mucho menor la cantidad de cloro quete cloacal, consiste en la oxidación parcial o reaccionará con los pocos compuestos 25
    • amoniacales presentes; es decir, será menor cloración de un efluente cloacal, dada la gran la demanda de cloro y, por lo tanto, tam- variedad de sustancias orgánicas presentes en bién lo será la dosis necesaria para una efi- el líquido a clorar, por lo que suelen consti- caz desinfección. tuir una fracción desconocida al momento del proyecto, identificada como fracción total La hidrólisis del cloro en el líquido cloacal da de halógenos orgánicos o fracción TOX lugar a varios subproductos, de los cuales los –Total Organic X–, donde X representa al más activos como desinfectantes son los cloro, iodo y bromo). Dentro de esta frac- siguientes, en orden decreciente de actividad: ción, los trihalometanos (identificados con la sigla THM) de los cuales, uno de los más • ácido hipocloroso, conocidos es el cloroformo, están señalados • ión hipoclorito, como causantes de cáncer en animales. El • monocloraminas, vuelco de efluentes con trihalometanos en • dicloraminas. aguas que luego se utilizarán para ingesta humana, introduce el riesgo de incorporar Estos compuestos clorados reaccionan con agentes carcinógenos en la alimentación de los materiales genéticos (ácidos nucleicos) y los usuarios del sistema de agua potable. proteicos de los microorganismos, produ- ciendo alteraciones en su desarrollo, en su Hasta que se aclaren definitivamente estas metabolismo y en su reproducción. cuestiones, lo recomendable es no efectuar la cloración del afluente final; porque, además, En general, es imposible predecir el conjun- muchos de los halógenos orgánicos formados to de estos compuestos que resultará de la son no biodegradables. 1. Pretratamiento REJAS Según su inclinación El objetivo del pretratamiento es el de remover el Horizontales material flotante y en suspensión acarreado por Verticales las aguas residuales tales como papel, trapos, Inclinadas cáscaras, pedazos de madera, tapones de bote- lla, latas, arena y grava, cuya presencia en el Según su forma efluente perturbaría el tratamiento total y el efi- Rectas ciente funcionamiento de las maquinarias, equi- Curvas pos e instalaciones de las unidades de tratamien- Tipo canasto to de la planta. Según la separación entre las barras Gruesas, con espaciamientos entre 5 a 15 cm. Medias, con espaciamiento entre 1.5-2 a 5 cm. Entre los tratamientos preliminares podemos Finas, con espaciamientos entre 1 a 1.5-2 cm. nombrar: Según la forma de limpieza 1.1. Rejas Manual 1.2. Tamices Mecánica 1.3. Desarenadores26
    • Rejas inclinadas Rejas de limpieza manual; dimensiones recomendadas hL = 2.30 a 2.50 m L1 = No superior a 1.50 m; preferentemente, hC = No superior a 1.20 m no mayor a 1.00 α = 30° a 45° L2 = 2.00 m1.1. Rejas. Son construidas con barras metáli- material retenido. El mantenimiento de lascas, distribuidas paralelamente, colocadas ver- rejas mecánicas requiere más cuidado que elticalmente e igualmente espaciadas. El espacia- de las manuales, por lo que las primeras sólomiento está dado por la clase de material que se recomiendan para instalaciones grandes.se quiere remover y por la forma en que se vaa retirar el material retenido.Debido a que la limpieza manual es más espo-rádica, el espaciamiento de las rejas es mayor ylas barras tienden a inclinarse a los límitessuperiores de los valores dados. En general, lasrejas gruesas son de limpieza manual.La utilización de rejas de tipo manual omecánico está determinada por el tipo de Reja de limpieza manualplanta de tratamiento y por la cantidad de 27
    • Reja de limpieza manual28
    • Reja inclinada de limpieza mecánica La cantidad de material retenido está en fun- ción inversa al espaciamiento de las barras y sujeta a condicionantes climáticos. Los datos reportados en investigaciones2 son: Espaciamiento de las barras en rejas de pretrata - miento de líquidos cloacales Abertura (cm) Cantidad l/m 3 2,0 0,038 2,5 0,023 3,5 0,012 4,0 0,009 2 Según Schroepfer, valores reportados para los Estados Unidos de Norteamérica. 29
    • El material retenido se caracteriza por poseer miento, se debe tener cuidado de cubrirlo un 85 % de material combustible y de 80 a con una capa de tierra de 30 a 50 cm de 90 % de agua, una densidad de 0,7 a 1,0 kg espesor ya que, de no ser así, se presenta el por litro y un poder calórico de 2.200 a 6.600 problema de proliferación de roedores, mos- BTU por kilogramo, en estado húmedo, y de cas y demás vectores. 30.000 BTU por kilogramo en estado seco. Cuando la limpieza de las rejas se hace Ejemplo de composición del material retenido manualmente, es necesario contar con espa- por las rejas durante el pretratamiento de líquidos cio para el almacenamiento del material cloacales –Sao Paulo. Brasil– removido; éste no debe dejarse acumular por más de tres horas, por ningún motivo. Papel 10 a 70 % Estopa 10 a 20 % Trapos y tejidos 5 a 15 % El transportado fuera de la planta es reco- Materiales diversos 20 a 60 % mendable donde pueda haber gran cantidad de residuos filamentosos, de frutas etc. El material removido en las rejas puede dis- 1.2. Tamices. El proceso de tamizado es neta- ponerse de las siguientes formas: mente físico y se utiliza para eliminar los resi- duos sólidos. Hay tamices con separación de • Incinerado. hasta 0.2 m, aún cuando los que más habitual- • Enterrado. mente se utilizan son de 1 mm de abertura. • Transportado fuera de la planta. Debido al alto contenido de humedad, la dis- TAMICES posición por incineración del material remo- • Planos estáticos vido requiere que éste sea secado previamen- • Curvos estáticos te y el empleo de combustible suplementario. • Giratorios con sistema de limpieza • Con superficies móviles Cuando el material es dispuesto por enterra- Tamiz rotativo30
    • 1.3. Desarenadores. Permiten la remoción de una reducción de la velocidad del flujo porelementos en suspensión, sólidos inorgánicos debajo de los límites de precipitación de lospresentes en las aguas negras, constituidos por granos de dichas arenas, pero por encima dearenas, grava, arcillas, ceniza y tierra, los que los de sedimentación de la materia orgánica.perjudican el tratamiento posterior. Porque,por abrasión, las arenas aceleran el desgaste Trayectoria de la partículasobre los elemen- en un flujo horizontaltos mecánicos enmovimiento y pro- La separación de are-ducen la obstruc- nas no se realiza con-ción de las estruc- juntamente con laturas de trata- decantación (sedimen- tación primaria).miento, al reducir Debido a la complica-su vida útil y al ción que produce lagenerar sobrecar- mezcla de lodos ygas de barros, arena, ésta ocasiona-depósitos en las ría una mayor densi-conducciones dad de los barros y Tenemos:hidráulicas, tube- haría más difícil surías y canales, separación de las Caudal Q Sección (S) x Velocidad (V)abrasión en rode- paredes y fondo de los depósitos y conduc- Partícula: P Q=S.Vtes de bombas y Distancia: d Q=b.d.V ciones, aumentando elequipos, disminu- riesgo de atascamien- Tiempo: t Q = b. d . l / tyendo la capaci- tos en canales. Velocidad horizontal: V =l/t Q = b . l. Rdad hidráulica. Velocidad de caída: R=d/t Q=A. RLas arenas no son putrescibles y tienen velo- Así, la teoría indica que manteniendo Qcidades de sedimentación superiores a las de constante para cualquier valor R (que estarálos sólidos orgánicos que sí se pudren. fijado por el diámetro de las partículas que queremos remover), habrá un área superfi-Los desarenadores son depósitos donde, por cial A = b . l inversamente proporcional.reducción de la velocidad de flujo, se produ-ce la retención de las arenas que se acumu- O sea: El área b . l será necesariamente mayorlan en el fondo. Los desarenadores se ubican si se seleccionan partículas más pequeñasantes de los equipos mecánicos (bombas des- para ser extraídas, y viceversa. Además, nomenuzadoras) y son precedidos por las rejas. hace falta que la profundidad del estanque sea mayor que la que corresponde a la dis-Su diseño se asemeja al de un canal cuyo pro- tancia vertical que ha de caer la partículapósito fundamental es el de mantener una durante el período de su travesía o retención.velocidad de flujo tal que no supere –ni porexceso ni por defecto– cierto rango preestable- En la práctica, hay que tomar en cuentacido, que es del orden de 30 cm/s con ± 20 %. muchos otros factores además de los teóricos. Después de todo, no podemos diseñar unEl procedimiento utilizado para poder separar estanque de dimensiones tales que varíen conla arena del agua residual consiste en provocar el valor variable de Q, ni desatender la desi- 31
    • gualdad de las velocidades a través de la sec- promedio del flujo esté comprendida entre ción, en términos de la velocidad promedio ni 0,15 y 0,30 m/s, el período de retención es de de la distribución casual de las partículas en el un minuto, aproximadamente, y sirve bastante flujo, ni pasar por alto muchas condiciones bien para la remoción por gravedad de las que distan mucho de ser las ideales. partículas pesadas de un diámetro efectivo de 0,20 mm, o más. Es decir, puede depositarse Por ejemplo. Si buscamos el área superficial, mucha de la materia inerte y dejar pasar la en metros cuadrados, que requiere teórica- materia suspendida que debe destinarse a los mente un tanque desarenador a fin de elimi- procesos de tratamiento. Si no se cumple esta nar los sólidos suspendidos cuya velocidad condición, en el proceso se producen depósi- de sedimentación es mayor de 2.0 mm/s, tos de materia que puede fermentar, pro- siendo el gasto de 10.000 m³/día. duciendo malos olores y difícil manejo. V = 2,0 (86.400/1.000) V = 172,8 m/día DESARENADORES A=b.l Según el tipo de flujo A = 10.000 (m³/día) / 172.8 (m/día) De flujo horizontal A = 58,0 m2 De flujo vertical Según el tipo de separación La experiencia enseña que, en un tanque Con separación natural desarenador de poca profundidad, de una sec- Con separación dinámica (inyección de aire) ción y una longitud tales que la velocidad Desarenador de flujo horizontal32
    • Los desarenadores de flujo horizontal son los Desarenador de flujo verticalmás comúnmente utilizados. Se materializanrealizando un ensanchamiento del canalconductor del líquido, con el objetivo dedisminuir la velocidad a 20-30 cm/s.Su eficiencia depende, básicamente, de susuperficie horizontal y de la velocidad decaída de las partículas en suspensión.Uno de los problemas más comunes es que lavelocidad horizontal de circulación del agua–al ser función del caudal afluente– sufrenvariaciones permanentes. A pesar de que exis-ten dispositivos de regulación de la velocidad,no se han conseguido obviar estos problemas.Los desarenadores de flujo vertical funcionana sección llena. En ellos, la velocidad ascen-sional del agua es inferior a la velocidad de lacaída de los granos de arena, por lo que sepuede obtener su depósito; en caso contrario,no hay sedimentación de las partículas. 33
    • Su desventaja principal es que deben ser deposición de gran parte del material iner- mucho más profundos que los de flujo hori- te e, inevitablemente, de una pequeña can- zontal. En ellos, la cantidad de material rete- tidad de materia orgánica asociada a él; nido depende de: • velocidades menores de 15 cm/s producen • los factores geométricos del dimensiona- que la disposición de materia orgánica miento y de sistema de desagües (separado putrescible aumente considerablemente; o unitario), • el estado del terreno y del pavimento, • velocidades mayores de 40 cm/s producen • los sistemas de limpieza, el arrastre de las partículas que se desea • el tipo de sumideros, remover. • la frecuencia e intensidad de las precipita- ciones. Existen diseños con aditamentos para regular la velocidad del flujo (separación dinámica); La mayor velocidad de caída de la materia entre éstos se cuentan las unidades con inyec- orgánica es de 3 a 4 cm/s. En consecuencia: ción de aire. En estas unidades, el aire es inyec- tado a una altura de un metro o más del fondo; • si se fija la velocidad ascensional del desa- la acción agitadora del aire mantiene en sus- renado en 6 cm/s, se puede asegurar que pensión a la materia orgánica más ligera y deja no habrá depósito y que los granos de que las arenas queden relativamente libres de arena, en su mayor parte, quedarán reteni- ella, depositándose en la zona no agitada que dos; este rango de velocidades asegura la queda bajo la de difusión del aire. Desarenador de flujo helicoidal por aire34
    • La cantidad de arenas retenidas está definida, • de hasta 220 l por cada 1.000 m3, en siste-obviamente, en función del tipo de sistema y mas combinados.del estado de conservación del alcantarillado,del porcentaje del área pavimentada de la La limpieza de las unidades de desarenadopoblación servida y de la estación del año, puede ser manual o mecánica. Cuando elprincipalmente. desarenador se limpia manualmente, se debe proveer espacio para el almacenamiento dePor regla general, puede esperarse un volu- las arenas depositadas. Los desarenadoresmen de arenas: para plantas de tratamiento de desechos de sistemas de alcantarillado combinado, deben• de 7 a 30 l por cada 1.000 m3 para sistemas tener al menos dos unidades que se limpien separados y manualmente o una unidad de limpieza mecánica provista de una derivación auxiliar. Sistema de lavado de arenas 35
    • Existe un variado número de equipos para • Envío del liquido a otra unidad o bien al desarenadores; entre ellos se cuentan los de líquido afluente. tipo rotativo con palas aspadoras del fondo, • Estimación de la cantidad de arena retenida. los de elevación por eyector a aire, los de • Transporte del material removido para algu- remoción de arenas por transporte de torni- no de los destinos adecuados; la disposición llo, los de remoción por bombeo. en superficie no es adecuada. • Lavado de la cámara. La disposición de las arenas retenidas en los • Análisis de una muestra de arena, en tér- desarenadores es, por lo común, por enterra- minos de sólidos volátiles. miento, ya que el contenido de materia orgá- • Verificación de la cantidad de arena en las nica putrescible impide su uso para otros unidades subsiguientes. propósitos. En la limpieza mecánica son necesarios los Es aconsejable que la limpieza de los desare- recaudos de: nadores se realice cuando el espacio de alma- cenamiento esté lleno entre un 50 y 60 %. • Mantenimiento del movimiento de los Cuando se usan unidades de limpieza mecáni- equipos libre de taponamientos. ca que no son de accionamiento automático, • Lavado diario. el sistema debe limpiarse (accionar el meca- • Vaciado de la unidad; por lo menos una vez nismo) a interva- al año deben ser revisados los equipamien- los regulares, para tos y las conducciones sumergidas, así evitar una carga Las observaciones del como las condiciones de la estructura. indebida sobre el fabricante y la expe- mecanismo lim- riencia determinan la Los siguientes componentes deben ser revi- piador. frecuencia apropiada. sados periódicamente: Registrar un marcado olor de las arenas es un • Rejas. indicio de mal funcionamiento, ya que indi- • Bulones de los elevadores de contenedores, ca que se está depositando demasiada mate- cadenas y engranajes. ria orgánica. • Rieles y apoyos de los transportadores aéreos. • Hélices de recolección. En la limpieza manual, la gran mayoría de los • Pines de trituración. problemas en la operación en los desarena- dores es proveniente de la variación de velo- El equipamiento que opera sumergido y las cidad dentro de la cámara. La operación debe cadenas deben ser lubricados según las reco- contemplar las siguientes fases: mendaciones del fabricante, en cuanto a fre- cuencia y al tipo de lubricante a utilizar. • Medición periódica de la capa de arena acumulada. La utilización de contenedores de materiales • Aislamiento de la cámara que contiene la fuertes y livianos reduce el desgaste de la cantidad de arenas establecida para remo- cadena del elevador. También ayuda el rocia- ción; generalmente, cuando el material do de las cadenas con agua, a medida que ocupa la mitad del líquido del canal o bien emergen del agua en tratamiento; este proce- 2/3 de todo su drenaje de los efluentes rete- dimiento evita que la arena se incruste en las nidos en la cámara. uniones de la cadena. El operador debe man-36
    • tener una distribución del flujo pareja a tra- de arenas sea un objetivo deseable. No obs-vés de la sección de las cámaras de arena cir- tante, el operador debe tener en cuenta laculares y rectangulares. relación entre el desgaste de los equipos y el aumento de la eficiencia de eliminación deLas cámaras aireadas requieren una ventilación arena, y la longevidad de los equipos deadecuada si la cámara está encerrada; de lo aguas abajo. Las cámaras de aireación y loscontrario, la atmósfera corrosiva afectará, ine- sistemas de desarenadores de ciclón resultanvitablemente, los controles y los elevadores. menos agresivos con los equipos; los canalesLos elevadores deben ser inspeccionados al de limpieza manual evitan el desgaste delmenos una vez al año. Los tubos dañados o equipamiento.doblados deben ser enderezados o sustituidos,según se requiera. Si disminuye la turbulencia El contenido volátil de la arena es otra de lassuperficial, es necesario limpiar los difusores, consideraciones de control. Un mayor nivelpara eliminar jirones y exceso de arena. de eliminación de arena conlleva mayor nivel de eliminación de materia orgánica –que esLos gases explosivos o tóxicos contenidos en un resultado indeseable cuando ésta superalos desagües crean una atmósfera indeseable. el 15 %, dado que la arena debe disponerseEn esos casos se deben tomar las medidas de: como barro–.• Ventilado del desarenador. Dado que el equipamiento de eliminación de• Definición de la zona como explosiva; pro- arena tiene muchas partes móviles, aparece tección acorde. un gran número de roturas y de funciona-• Definición de la zona como tóxica; protec- mientos defectuosos posibles, que afectan la ción de los operadores. operación y la eficiencia del sistema. El ope- rador debe conocer sus equipos y saber eva-Si no se elimina la arena en las primeras eta- luar los problemas que han de ocurrir.pas del proceso, ésta causará problemas más Siempre se deben seguir las instalaciones deltarde, de manera inevitable. De aquí que manual de operación y mantenimiento dellograr un alto nivel de eliminación temprana fabricante de los equipos. 37
    • GUÍA PARA LA OPERACIÓN DE LOS DESARENADORES a) Desarenadores Síntoma, observación Causa probable Revisar o monitorear Solución Canales operando a excesiva velocidad. Arena en los La velocidad del Reducir la velocidad Elevadores o equipos de canales. colector. del colector. eliminación operando a muy baja velocidad. Mucha vibración en Obstrucción en el puerto El flujo en el puerto el desarenador (tipo Eliminar la obstrucción. inferior o superior. inferior. ciclón). Olor a huevo podrido Los depósitos de Formación de SH2. Lavar la cámara y dosificar en la cámara de barro, en busca de con hipoclorito. arena. sulfitos disueltos. Desechos sumergidos. La cámara en busca Lavar la cámara a diario. Acumulación de Velocidad de flujo muy de desechos. Los Eliminar desechos. Reparar arena en la cámara. lenta, o cadena o ele- equipos. equipos. vador roto. La ventilación y la Corrosión del metal Aumentar la ventilación, y Ventilación inadecuada. presencia de sulfi- y el hormigón. reparar y pintar anualmente. tos, total y disuelta. b) Desarenadores con aire Síntoma, observación Causa probable Revisar o monitorear Solución Reducción de la tur- Limpiar los difusores, y cor- Difusores cubiertos por bulencia en la Los difusores. regir las rejas u otras desechos o arena. cámara de aireación. partes del pretratamiento. Mantener la velocidad a, aproximadamente, 0,3 m/s. Bajo nivel de Fondo a excesiva Reducir la aireación. La velocidad. recolección de velocidad. Mucha Aumentar el tiempo de La aireación. arena. aireación. retención usando más unidades, para reducir el flujo por unidad. Desborde a la Problemas en la bomba. Las bombas. Ajustar los roles de bombas. cámara de arena. Lavar la cámara a diario. Desechos sépticos Barros en el fondo de la El fondo de la Remover los desechos. con grasa y burbujas. cámara. cámara. Reparar la cadena. Reparar pines de trituración.38
    • 2. Tratamiento primarioUna gran parte de las sustancias en suspen- tamiento y antes del proceso biológico. Susión y disolución en las aguas residuales no función básica es reducir la carga contami-se puede retener en las rejas, desarenadores y nante mejorando el rendimiento y las condi-desengrasadores, y tampoco por flotación ciones de funcionamiento de los procesos–porque son sustancias más pesadas que el posteriores.agua–. La depuración primaria puede utilizarse comoPero, si se reduce la velocidad de la corriente operación única de un proceso de depuración,por debajo de un determinado valor, es posible si las condiciones de vertido lo permiten, oeliminar un 50 a 60 % de las materias en sus- razones técnicas o económicas aconsejan lapensión en el afluente a la planta. Porque, al construcción inicial de un tratamiento prima-sedimentar, estas partículas arrastran, en su rio. Al mismo tiem-caída, una cantidad de bacterias, con lo que po que posibilitageneran una importante remoción de materia una solución pro- Le sugerimos consultar:orgánica asociada a las partículas sedimenta- visional y limitada Alegría, Mónica (2005)bles, expresada en reducción de DBO. del problema, da la Planta potabilizadora. posibilidad de un Instituto Nacional de La sedimentación primaria es un proceso unitario mayor y más exac- Educación Tecnológica. de carácter físico que tiene por objeto fundamental to conocimiento Buenos Aires. la retención de los sólidos suspendidos sedimenta- del vertido para el La versión digital de bles, existentes en el agua residual. diseño de la segun- esta obra está disponi- ble en www.inet.edu.ar da etapa.Lo normal es que la depuración primariaforme parte de un proceso con otras opera- Existen distintos tipos de sedimentación:ciones, para alcanzar los resultados previstoscon el mejor rendimiento económico de todo Tipo 1. Sedimentación de partículas discre -el sistema. En esta hipótesis, la depuración tas. Es lo que ocurre en los procesos de sim-primaria se coloca a continuación del pretra- ple decantación, como en los desarenadores Zonas de sedimentación de partículas 39
    • y en sedimentadores primarios, separando dores, cuanto mayor es la velocidad ascen- partículas discretas que no han sido removi- sional, menor es la eficiencia. das en los desarenadores. • Velocidad del flujo. • Acción del viento sobre la superficie del Tipo 2. Sedimentación de partículas indiscri - líquido. minadas. Sedimentación de partículas aglo- • Fuerzas biológicas. merables en baja concentración. Este tipo se • Cortocircuitos. corresponde con la acción que se desarrolla • Gradientes de temperatura que existen en los sedimentadores primarios, donde se entre los diferentes puntos del líquido; si se pueden encontrar todo tipo de partículas, en introduce en el decantador agua más fría o tamaño, densidad y constitución. más densa, se impulsa hacia arriba el agua caliente o de menor densidad que se Tipo 3. Sedimentación de partículas flocula- encuentra en las capas inferiores, provo- das y en floculación. Sedimentación por cando una corriente de densidad ascenden- zonas, cuando la concentración de partículas te que perjudica la sedimentación por en el líquido es relativamente elevada. Se da aumentar la velocidad ascensional. en los sedimentadores secundarios de los tra- tamientos químicos y biológicos, y, en espe- Curva de sedimentación. Se denomina barro cial, en los de estaciones de barros activados. sedimentable a aquel que se deposita en un cono de ensayo de 40 cm de altura al cabo de Tipo 4. Sedimentación de partículas aglomera- dos horas. Y eficacia de sedimentación al por- bles en altas concentraciones. Sedimentación centaje sobre dicho barro sedimentable al por compresión, cuando las partículas se cabo de cierto tiempo. encuentran en contacto físico unas con otras. Se da en todos los sedimentadores, y se verifi- Las probetas cónicas son de un litro de capa- ca en las tolvas de los tanques y en espesadores cidad y graduadas en centímetros cúbicos a de barros. partir de su parte inferior. El porcentaje de decantación al cabo de dos horas, se calcula Las variables más comunes del proceso de por la fórmula: sedimentación son: a – b .. 100 100 • Tamaño de las partículas. a • Peso específico de las partículas. • Concentración de sólidos en suspensión; a Donde: mayor concentración, mayor eliminación de sólidos. • a = Sólidos sedimentables en el afluente. • Temperatura; a mayor temperatura, menor • b = Sólidos sedimentables en el efluente. es la densidad del líquido y más rápida la sedimentación. Examinando detenidamente la curva de sedi- • Tiempo de retención; cuanto mayor es el mentación, puede advertirse que, al llegar a tiempo, mayor es la eficiencia; se debe la hora de reposo, el coeficiente de eficacia tener en cuenta que tiene relación directa Ce es de 0,90 a 0,95 de la sedimentación. Es con los barros depositados en el fondo: decir que, el aumentar el tiempo por encima períodos muy largos pueden ser negativos. de una hora no compensa el incremento de • Velocidad ascensional; en algunos decanta- rendimiento en la sedimentación.40
    • Diagrama de un proceso físico de decantación 41
    • Cono y curva de sedimentación Ce 100 90 80 70 60 50 40 40 cm 30 20 10 t 0 1 2 3 h 7.5 mm 6 horas 12 h 20 mm/s 4 mm/s 40 mm/s Los sólidos en suspensión de las aguas resi- • los grumosos, constituidos por partículas duales pueden ser granulares y grumosos: que se unen unas a otras para sedimentar, forman flóculos o grumos, que adquieren • los granulares sedimentan con velocidad mayor velocidad de descenso. uniforme e independiente unos de otros; VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN Y TIEMPO PARA DIVERSAS PARTÍCULAS Diámetros de Velocidad de Tiempo necesario partículas Orden de magnitud sedimentación para decantar un –mm– –mm/s– metro 10 Gravilla 1000 1 segundo 1 Arena gruesa 100 10 segundos 0,1 Arena fina 8 2 minutos 0,01 Cieno 0,147 2 horas 0,001 Tamaño de bacterias 0,00154 7,5 días 0,0001 Tamaño de partículas de arcilla 0,0000154 2 años 0,00001 Tamaño de partículas de coloides 0,000000154 206 años42
    • La sedimentación propiamente dicha es, nor- Donde:malmente, de flujo horizontal; su formapuede ser rectangular, cuadrada o circular. • CH = Carga hidráulica (m3/m2. h) •Q = Caudal a depurar (m3/h)Para su dimensionado, de acuerdo a criterios •A = Área superficial (m2)“de experiencia”, basta en principio seleccio- •V = Volumen del tanque de decantaciónnar una carga hidráulica y un tiempo de (m3)retención adecuados, para obtener el rendi-miento que se desee. El proceso convencional de tratamiento de aguas residuales no es un proceso único Carga hidráulica: sino que es el resultado de la unión de dos CH = Q procesos distintos. El primero se basa en A leyes físicas y el segundo en procesos bioló- gicos. Por esto, cuando se proyecta una ins- Período de retención o tiempo talación con tratamiento completo, la plan- de residencia hidráulica ta debe concebirse teniendo como directriz TRH = V la idea de conseguir un proceso conjunto Q óptimo. Esquema de planta con tratamiento biológico 43
    • Acorde con esta idea, pueden construirse • Mejora de los sistemas con largos períodos estaciones depuradoras de los siguientes de aireación, con digestión aerobia; princi- tipos: palmente, en climas templados y cálidos. • Almacenamiento de lodos en el tanque de • Plantas depuradoras sin decantación pri- aireación, que no produce olores hasta su maria. extracción. • Plantas depuradoras con decantación, con • Ahorro económico de un 7-10 % en la pri- simple misión de decantación gruesa. mera inversión, y de un 5-7 % en manteni- • Plantas depuradoras con decantación pri- miento y explotación. maria convencional. • Plantas depuradoras con decantación pri- Las desventajas pueden concretarse en: maria de alto rendimiento, o bien con decantación de aguas coaguladas3 y flocula- • Mayor consumo energético en el proceso das previamente. biológico por barros activados. • Menor producción de gas en la planta. • Peligro de formación de sedimentaciones El equipo Planta de tratamiento en el depósito de aireación, si no hay una de aguas residuales integra el instalación de desarenado bien dimensio- nada. tratamiento primario (decantación conven- • Posibilidad de formación de barros flotan- cional) y el tratamiento secundario (biológi- tes en el decantador secundario, si no hay co por barros activados). una buena eliminación de grasas a la entra- da de la planta. • Eliminación de un elemento de regulación La sedimentación primaria permite: hidráulica y de carga en la depuradora, frente a caudales de punta y caudales de • Mayor simplicidad de operación de la lluvia en los sistemas unitarios. planta. • Reducción probable de la capacidad de • Homogeneidad en la calidad del barro. espesado de los lodos que se llevan, poste- • Remoción del barro en un solo punto. riormente, a digestión. • Eliminación de malos olores, al entrar el agua directamente al tanque de aireación –si La calidad de los barros que se recogen en los las aguas llegan en condiciones sépticas–. tanques de sedimentación varía ampliamente • Mejoría de la sedimentabilidad del barro entre distintas plantas. Las variaciones activado. dependen de la composición, la frescura, la • Aumento de la capacidad de absorción de fuerza, los constituyentes, la sedimentabili- picos de carga, debido al mayor contenido dad de las aguas que entran al tanque, las de barros en el tanque de activación. características del tanque de decantación y la • Suplantado del tratamiento de barro en la administración del tanque de sedimentación planta –caso de lagunajes–, o bien su trans- primaria –incluidos los métodos de remo- porte a un punto exterior de tratamiento o ción de barros–. eliminación. 3La coagulación es un proceso que consiste en aplicar productos químicos para lograr la desestabilización de suspensiones coloidales de partículas sólidas y, asimismo, la adsorción y precipitación de compuestos en solución, a fin de su remoción por sedimentación, flotación y/o filtración, pasando previamente, o no, por un proceso de floculación.44
    • CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DEL BARRO CRUDO DE ORIGEN CLOACAL Parámetro Descripción Observaciones Textura física Irregular, grumoso. Puede suceder que algunas tinturas de desechos indus- Color Marrón. triales coloreen los barros, que pueden ser de color gris oscuro o negro, si son sépticos. Varía el contenido de Una buena calidad para retirar debe promediar 5 % de Densidad sólidos. sólidos. Podría llegar a tener poco o ningún olor en presencia de Olor Normalmente, ofensivo. algunos desechos industriales –como sales metálicas–. El promedio varía entre Ocasionalmente, puede llegar a 85 ó 60 %. Si baja sus- Materia volátil 70 y 80 % de total de tancialmente de 70 % debe sospecharse la presencia de sólidos secos. arena. Los barros crudos son sépticos cuando el agua lo es, cuando el barro se retiene demasiado en los tanques o Septicidad Normalmente, no hay. cuando llega un licor sobrenadante de baja calidad de los digestores. De 0,07466 l/m3 por Valores altos indican que el barro retirado es muy fino o Volumen agua tratada. El valor la presencia de algún desecho voluminoso; bajos niveles de lodos promedio es de 250 a indican aguas débiles, tanques de poca eficiencia o acu- 350. mulación de barros en los tanques. La presencia de sólidos no digeribles indica la existencia Digestibilidad Normalmente, fácil. de desechos industriales dañinos como sales metálicas o material fibroso. Contenido Normalmente de 10 a Valores apreciablemente mayores indican la presencia graso 20 mg/l. de desechos industriales.Los sedimentadores primarios separan los SEDIMENTADORESsólidos sedimentables, tratando el agua resi- Según el procesodual por simple proceso físico. Los secunda- Primariosrios, en cambio, separan los sólidos flocula- Secundariosdos en el tratamiento biológico, tratando el Según el flujo hidráulicoagua residual procedente de una etapa de Horizontalestratamiento biológico (Nos referiremos a Verticaleséstos en unas páginas más). 45
    • En los sedimentadores de flujo horizontal, el cal, el agua fluye de abajo hacia arriba; pue- agua fluye en esa dirección; pueden ser cir- den ser circulares (en plantas grandes) o rec- culares o rectangulares. En los de flujo verti - tangulares (en plantas pequeñas). Sedimentador circular de flujo horizontal Interior de un sedimentador circular46
    • Sedimentador horizontal de mecanismo sin fin para la extracción de barrosSedimentador de flujo vertical 1. Dispositivos de entrada. En sedimentado- DISPOSITIVOS EN LOS DECANTADORES res circulares consisten en un cilindro que permite el reparto uniforme con una corona1 Entrada circular en la zona inferior.2 Salida3 Barrido de barros En sedimentadores rectangulares, incluyen4 Recolección de barros pantallas aquietadoras; su función es romper la5 Purga de barros energía de entrada del agua y facilitar su repar-6 Control de procesos to en las capas inferiores del decantador.7 Mantenimiento También puede utilizarse la entrada por verte- dero, con mampara frontal de tranquilización. 47
    • La velocidad en los conductos de entrada Vertederos radiales. Aunque no suelen ser de debe ser de 1 m/s y la pantalla aquietadora uso normal, se utilizan combinados con los debe disminuir la velocidad a 0,5 m/min. perimetrales cuando la carga de salida por vertedero resulta muy alta. 2. Dispositivos de salida. Éstos pueden ser: Van situados en la pared opuesta a la entra- Vertederos perimetrales. Suelen ser de tipo da. Cuando, por la excesiva carga de agua, es dentado; este rasgo permite que las variacio- necesario colocar varios, éstos se disponen en nes en el nivel de agua del decantador para paralelo, ocupando una superficie no supe- los diferentes caudales queden muy atenua- rior a un tercio de la del decantador. das. Para evitar que sea recogida la capa superficial que puede llevar espumas y sóli- Según diferentes fuentes, las velocidades dos sobrenadantes, el vertedero de salida se máximas recomendadas en vertedero, para protege con una pantalla aquietadora. los decantadores primarios, pueden ajustarse a los siguientes valores para caudales medios: Vertederos48
    • Ten States Standards 5,2 m3/h.m si Q mes < 160 m3/h Ten States Standards 7,7 m3/h.m si Q med ኑ160 m3/h Gehm Bregman 26,2 m3/h.m Decantadores rectangulares Gehm Bregman 16,9 m3/h.m Decantadores circulares Bebin 10 m3/h.m3. Dispositivos de barrido de barros. Los Presentan la desventaja de que la concentra-decantadores circulares pueden integrar dis- ción del barro de salida es menor, por notintos sistemas: existir concentrador en el propio decantador.• Eje de barredor. Un sistema de barrido de Los posibles dispositivos de barrido, en fondo es accionado desde un eje central del decantadores rectangulares: que cuelga; gira mediante un moto reductor situado en la parte central del decantador. • Puente traslacional de barrido longitudinal. Este tipo suele usarse sólo en decantadores Un sistema de barredor cuelga de un puen- de pequeño diámetro, debido tanto a los te que se traslada alternativamente de un esfuerzos que debe soportar el eje, como a la lado a otro del decantador. Estas barredo- gran desmultiplicación que es necesaria en el ras barren el barro hacia unas tolvas situa- reductor para grandes diámetros. Las barre- das en el extremo de llegada del agua. El doras de fondo llevan el barro hacia una barrido es longitudinal. tolva central, desde donde se retira. • Puente traslacional de barrido transversal.• Puente de barredor de tracción central. El El sistema es similar al anterior, diferen- sistema es parecido al anterior; pero, en ciándose de él en que el barrido se produ- éste, las barredoras cuelgan de un puente ce, por la forma de las barredoras, de forma giratorio que va desde el centro hasta la transversal hacia una tolva corrida a lo periferia, con objeto de descargar de largo del decantador. esfuerzos al eje. El accionamiento se realiza desde un moto-reductor central. • Barredoras arrastradas por cadena sin fin. El sistema es similar al primero con una• Puente de barredor de tracción periférica. diferencia en el sistema de arrastre de las El sistema es similar al anterior; sólo se barredoras: el puente tractor cambia por diferencia en que la tracción no se realiza un sistema de cadena sin fin. desde el centro sino desde la periferia, mediante un carro tractor. Este sistema es • Barredoras de succión. Con cualquiera de los empleado para los grandes decantadores, sistemas de arrastre citados, en los que se porque permite obtener pequeñas veloci- sustituyen las barredoras por aspiradores. dades de arrastre para éstos.• Barredores de succión. En este tipo, los 4. Dispositivos de recolección de barros. Los barros no son barridos a ninguna tolva sino decantadores circulares pueden incluir: que son constantemente aspirados del fondo del decantador, mediante aspiradores. • Tolva central. Una tolva en el centro del 49
    • decantador recoge el barro acumulado por en el fondo del decantador, comparada las paletas. con la solución anterior. • Tolva central con espesador. El volumen 5. Dispositivos de purga de barros. En ambos de la tolva se amplía y se dota de mecanis- tipos de decantadores podemos encontrar: mos para realizar el espesamiento del barro. • Salida de fondo. Una tubería de fondo recoge el barro de la tolva central para • Tolva longitudinal intermedia. Cuando el transportarlo a una tolva adosada. Pueden diámetro del decantador es grande, suele instalarse válvulas de accionamiento usarse una tolva longitudinal que reduce a manual o motorizado por temporización. la mitad el trayecto de transporte del barro en el fondo del decantador. • Salida a nivel superior. Aprovechando la presión hidrostática existente en el fondo Por su parte, los decantadores rectangulares del decantador, puede extraerse el barro integran: hasta una altura inferior al nivel de agua en el decantador. • Tolva en el extremo del decantador. El orden de purgas puede establecerse en 5 a • Tolva longitudinal. Este tipo de tolva 8 purgas por día, con tiempo de purga de 7 a reduce la longitud de transporte del barro 12 minutos. Sistema de recolección de barros50
    • 6. Dispositivos de control de procesos. Las Sólidos totales y volátiles en aguas residuales.pruebas requeridas para los afluentes, efluen- Cuando los resultados de estas pruebas setes y lodos del tratamiento primario varían acoplan con los valores de sólidos suspendi-según la planta. dos, dan una muy útil información acerca del tipo, la concentración y la cantidad de sóli-A la hora de decidir qué pruebas son esencia- dos. Esto permite la detección y, en algunosles, el operador debe considerar los permisos casos, la estimación cuantitativa del volumenexistentes, las unidades de tratamiento aguas de desperdicios domésticos e industriales.abajo y las descargas industriales previstas. También puede detectarse la infiltración de aguas superficiales y subterráneas. PRUEBAS TÍPICAS Sólidos totales y volátiles en lodos. Estas PARA EVALUAR PROCESOS pruebas se pueden realizar semanalmente, sobre muestras compuestas extraídas de los Sólidos tanques. El resultado arroja información suspendidos sobre la carga de sólidos en los digestores y las unidades de secado de barros. La deter- y depositados en aguas minación exacta del porcentaje de humedad residuales de los lodos permite al operador revisar las Sólidos totales observaciones visuales del nivel de compac- y volátiles tación, las necesidades de variar la frecuencia en lodos de eliminación de barros y sus cantidades, y el volumen del exceso de agua que entra a los DBO5 digestores y a las unidades de secado. DBO5. Las pruebas de DBO5 a muestras com- puestas de afluentes y efluentes se pueden pH realizar una vez a la semana, aún en plantas pequeñas, o cada quince días siempre y cuando se realicen ensayos frecuentes de Concentración DBO (dos veces por semana y, en algunos de grasas casos, a diario). Las pruebas de los efluentes de los tanques dan una excelente medida de la carga orgánica en el proceso biológicoSólidos suspendidos y depositados. Estas aguas abajo.pruebas sobre muestras compuestas se hacencon frecuencia diaria en plantas grandes y, al PH. El pH de los afluentes cloacales sin tratarmenos dos veces a la semana, en plantas más se mide periódicamente, para determinar supequeñas. Las muestras de los afluentes y rango normal; y, también, se mide cuando seefluentes de los tanques se toman en puntos espera una contribución inusual. Un pH con-donde las aguas estén bien mezcladas. Los sistentemente bajo en las muestras puederesultados indican la eficiencia de la elimina- indicar la descomposición parcial de lasción primaria, la carga de sólidos que entra a aguas en el sistema de recolección, la descar-las unidades de tratamiento aguas abajo y la ga regular de desechos descompuestos o lacantidad de lodos a bombear. descarga de ácidos al sistema. Si resulta posi- 51
    • ble, la medición continua representa una 7. Dispositivos de operación y mantenimiento. advertencia temprana de descargas inusuales. La naturaleza de los problemas operativos y su severidad son, frecuentemente, depen- Concentración de grasas. La muestra de gra- dientes de la temperatura. En aguas más sas se hace de manera periódica en las des- frías, se hace más difícil bombear barros, las cargas cloacales, para determinar el peso de grasas se recogen con mayor rapidez y la las contribuciones de las descargas comercia- cantidad de natas aumenta; en cambio, la les e industriales. septicidad y el olor diminuyen. DEFICIENCIAS DE DISEÑO Y CÓMO COMPENSARLAS Deficiencia Solución Mala flotabilidad de grasas. Preairear el agua para aumentar la flotabilidad de la grasa. Separar el sistema de eliminación de escoria de la presa de Desbordamiento de escoria. salida; bajar más la pantalla en el tanque. Dificultad para eliminar los barros Instalar una cámara desarenadora o eliminar las fuentes de debidos a exceso de arena. arena. “Cortocircuito” a través del tanque, Modificar el diseño hidráulico e instalar una pantalla aquie- con la consiguiente deficiencia de eli- tadora –baffles– apropiada para dispersar el flujo y reducir minación de sólidos. la velocidad de entrada. Mucho desgaste y frecuente rotura de las cadenas y de los pines de tritura- Instalar una cámara de arena. ción, debido a la arena. Eliminación inadecuada de gran carga Instalar equipos de flotación o evacuadores. de grasa. Desviar o proveer otra alternativa para la eliminación de los Condiciones sépticas resultantes de desperdicios de otros procesos de la planta (sobrenadantes) sobrecarga de los flujos laterales. que normalmente se recirculan al tanque de sedimentación. Excesiva corrosión. Recubrir las superficies con pintura u otro protector. Persistentes problemas de corrientes Instalar ecualización de flujo y una cuenca de mezclado, térmicas en el clarificador. antes del sedimentador. Instalar una barrera antiviento para proteger al tanque. Mala eliminación de escoria, debido a Modificar el sistema de recolección de escoria, para com- los vientos. pensar los vientos. Mejorar la hidráulica del sistema colector, para reducir la Agua séptica. acumulación de sólidos.52
    • 3. Tratamiento secundario Se llama tratamiento secundario al proceso de purificación por medio de procesos biológicos, que permite eli- minar la materia orgánica biodegradable, y no decantable o disuelta, así como restos de sólidos en suspensión que no fueron eliminados por el tratamiento primario.Ya hemos planteado que puede escogerse ladescomposición aeróbica o la descomposi- El recurso didáctico que propone-ción anaeróbica para llevar a cabo los cam- mos desarrolla un sistema aeróbicobios de la materia orgánica contenida en las de lodos activados.aguas residuales, antes de que dichas aguassean dispuestas. Desde luego, los subproduc-tos inmediatos o consiguientes de los dostipos de descomposición son muy distintos. DISPOSITIVOS PARA EL TRATAMIENTO SECUNDARIO AERÓBICOSUBPRODUCTOS DE PROCESOS BIOLÓGICOS a. Lagunas de estabilización b. Barros activados Procesos aeróbicos Procesos anaeróbicos a. Lagunas de estabilización CO2 dióxido carbónico H2S hidrógeno sulfu- Las primeras lagunas de estabilización fueron, NO2 nitritos rado en realidad, embalses construidos como siste- NO3 nitratos CH4 metano mas reguladores de agua para riegos. En estos SO4 sulfatos NH3 amoníaco embalses se almacenaban los excedentes de H2 hidrógeno agua residual utilizada en riegos directos, sin N2 nitrógeno tratamiento previo; pero, en el curso de este C8H7N indol almacenamiento se observó que la calidad del C9H9N escatol agua mejoraba sus- C6H5SH mercaptano tancialmente, por N6H14N2 cadaverino lo que empezó a El primer embalse en el estudiarse la posi- que se realizaron estu-Los subproductos de la descomposición bilidad de utilizar dios de este tipo fue enaeróbica son estables e inofensivos. En las lagunas como el Lago Mitchell, situa- do en la ciudad de Sancambio, los de la descomposición anaeróbi- método de trata- Antonio (Texas, Estadosca son, en parte, inestables, molestos y miento de aguas Unidos), a principios delpoco agradables. La descomposición anae- residuales. siglo pasado.róbica debe explotarse dentro de un siste-ma cerrado y se aplica más en el acondicio- Posteriormente se realizaron estudios siste-namiento de los lodos o en aquellos casos máticos de los procesos responsables de laen donde la materia orgánica es bastante depuración por lagunaje, para lo que se efec-concentrada. Por lo tanto, el tratamiento tuaron seguimientos de las característicassecundario es, casi invariablemente, del físicas, químicas y microbiológicas de lagu-tipo aeróbico. nas de estabilización situadas en California, 53
    • Nevada, Texas y Arizona (Estados Unidos) y El lagunaje constituye uno de los métodos más Lund (Suecia). Estos primeros estudios per- adecuados para el tratamiento de aguas resi- mitieron establecer las características básicas duales urbanas o industriales fácilmente biode- del funcionamiento de las lagunas de estabi- gradables. lización y la influencia de distintos factores (temperatura, luz, configuración, orienta- VENTAJAS E INCONVENIENTES ción, forma y tamaño de los estanques, com- DEL LAGUNAJE posición del agua residual) sobre el compor- tamiento de estas plantas depuradoras. Ventajas Desventajas •Elevada estabilización •Elevada ocupa- Desde entonces, el empleo de lagunas de esta- de la materia orgánica. ción de terreno. bilización como sistemas de depuración de •Desinfección del •Presencia de aguas residuales se ha generalizado en todo el efluente. materia en mundo. Actualmente, existen plantas de trata- •Flexibilidad de suspensión miento por lagunaje en todas las condiciones tratamiento (puntas de (fitoplancton) en climáticas. Sólo en Estados Unidos hay más de carga y caudal). el efluente. 5.000 instalaciones operadas por organismos •Posibilidad de tratar •Pérdidas públicos y un tercio de las plantas de tra- vertidos industriales considerables tamiento municipales utiliza el lagunaje. fácilmente biodegrada- de agua por bles (lecherías, matade- evaporación, Como resultado de la experiencia adquirida ros, conserveras). en verano. en la utilización de lagunas de estabilización •Fácil adaptación se han ido incorporando mejoras de diseño a variaciones que han permitido obtener efluentes de gran estacionales. calidad que no plantean ningún problema en •Posibilidad de uso el medio ambiente. como sistema regulador para riegos. En cuanto al tamaño de estas plantas de tra- •Bajo costo de instala- tamiento, en la actualidad existe una gran ción y de operación variedad de lagunas de estabilización que •Nulo consumo opera correctamente. Aunque, a menudo, se energético. utilizan para el tratamiento de aguas residua- •Baja generación les de pequeñas o medianas poblaciones de barros. (500-20.000 habitantes), los siguientes ejem- •Biomasa potencialmente plos demuestran la aplicabilidad de esta téc- aprovechable. nica a poblaciones de gran tamaño: EJEMPLOS DE POBLACIONES QUE CUENTAN CON LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN Localidad Habitantes Área Caudal tratado Auckland, Nueva Zelanda 900.000 530 ha 210.000 m3/día Melbourn, Australia 2.900.000 310 ha 350.000 m3/día Stockton, California 150.000 250 ha 250.000 m3/día54
    • zonas con grandes variaciones estacionales TIPOS DE LAGUNAS o cuando la laguna de estabilización se uti- Según el oxígeno disuelto y la profundidad Anaeróbicas liza, simultáneamente, como sistema regu- Aeróbicas, lador de riegos. Facultativas Lagunas anaeróbicas. La depuración ocurre Según la forma de alimentación y descarga por la acción de bacterias anaeróbicas. En Continuas estas lagunas, como consecuencia de la ele- Semicontinuas vada carga orgánica y el corto período de retención del agua residual, el contenido enLa presencia de oxigeno disuelto en las lagu- oxígeno disuelto se mantiene muy bajo onas de estabilización determina qué tipo de nulo durante todo el año. El objetivo perse-mecanismo va a ser responsable de la depu- guido es retener la mayor parte posible de losración; éste es uno de los criterios funda- sólidos en suspensión, que pasan a incorpo-mentales en la tipología utilizada. Las varia- rarse a la capa de barros acumulados en elbles oxígeno/profundidad están relacionadas, fondo, y eliminar parte de la carga orgánica.ya que las fuentes de oxígeno disuelto enlagunas son fenómenos de superficie; estas Las lagunas anaeróbicas se utilizan, nor-fuentes de oxígeno son la actividad de las malmente, como primera fase en el trata-algas microscópicas y la reaireación a través miento de aguas residuales urbanas ode la interfase aire-agua. industriales con alto contenido en materia orgánica biodegradable. El objetivo primor-Las lagunas continuas son aquellas en las dial de estas lagunas es la reducción deque se produce la entrada y salida continua contenido –en sólidos y en materia orgáni-de agua residual y de efluente, respectiva- ca del agua residual– y no la obtención demente; la mayoría de las lagunas para trata- un efluente de alta calidad. Por esta razón,miento de aguas residuales urbanas funcio- las lagunas anaeróbicas operan en serie conna de acuerdo con este principio. En el caso lagunas facultativas y de maduración.de lagunas semicontinuas o de descarga Generalmente, se utiliza un sistema com-controlada, éstas se llenan con agua resi- puesto por, al menos, una laguna de cadadual que se almacena durante un lapso pro- tipo en serie, para asegurar que el efluentelongado, hasta que se inicia su vaciado; este final de la planta depuradora posea unatipo de diseño se utiliza, a menudo, en calidad adecuada durante todo el año.CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO TÍPICAS PARA DIFERENTES TIPOS DE LAGUNASDEL LAGUNAJE Carga super- Carga volu- % de remoción Tipo de Profundidad TRH (días) ficial [kg. métrica [kg laguna (m) DBO (ha.día)] DBO (m3.día)] DBO SS Coliformes Aeróbica 0,5 a 1 50-60 < 55 - < 90 < 90 > 99 Facultativa 1,5 a 3 50-60 < 55 - < 90 < 90 > 99 Anaeróbica 2a4 <5 220 a 1300 0,08 a 0,5 < 90 - - Aireadas 3 a 3,5 3-15 80-00 - < 90 - - 55
    • Como su nombre lo indica, en las lagunas anaeró- acción, y los utiliza para convertirlos en bicas se produce la degradación de la materia metano y dióxido de carbono. La libera- orgánica en ausencia de oxígeno. ción de estos gases es responsable de la aparición de burbujas –que son un síntoma de buen funcionamiento en las lagunas anae- róbicas–. Esta fase de la depuración anaeró- ETAPAS DE ESTABILIZACIÓN ANAERÓBICA bica es fundamen- a. Hidrólisis tal para conseguir la eliminación de El metano es un gas b. Formación de ácidos materia orgánica, combustible e inodoro ya que los pro- y el dióxido de carbono c. Formación de metano ductos finales no es un gas estable que forma parte, en poca contribuyen a la cantidad, de la compo- DBO5 o DQO del sición normal de la a. Hidrólisis. Se produce la conversión de medio. atmósfera. compuestos orgánicos complejos e insolu- bles en otros compuestos más sencillos y A diferencia de lo que ocurría con la fase solubles en agua. Esta etapa es fundamental acidogénica, hay pocos microorganismos para suministrar los compuestos orgánicos capaces de desarrollar la actividad metano- necesarios para la estabilización anaeróbi- génica; su metabolismo es más lento y, ade- ca, de forma que puedan ser utilizados por más, son mucho más sensibles a las distin- las bacterias responsables de las dos etapas tas condiciones ambientales que presenta- siguientes. mos a continuación. b. Formación de ácidos. Los compuestos Las bacterias metanogénicas son anaeróbi- orgánicos sencillos generados en la etapa cas estrictas; es decir, mueren en presencia anterior son utilizados por las bacterias de oxígeno disuelto. Por otra parte, estas generadoras de ácidos. Como resultado se bacterias son también muy sensibles al pH. produce su conversión en ácidos orgánicos Puesto que en la segunda fase de la diges- volátiles; fundamentalmente, en ácidos acé- tión anaeróbica se están produciendo áci- tico, propiónico y butírico. Esta etapa dos, si no existe en el medio un número puede ser llevada a cabo por bacterias ana- adecuado de bacterias metanogénicas que eróbicas o facultativas; hay una gran varie- transformen estos productos y se produce dad de bacterias capaces de efectuar la su acumulación, el pH disminuye. Se esti- etapa de formación de ácidos y, además, ma que, para valores de pH inferiores a 6,8, esta conversión ocurre con gran rapidez. la actividad comienza a presentar proble- Dado que estos productos del metabolismo mas; y que, por debajo de un pH de 6,2, se de las bacterias formadoras de ácido están detiene completamente. Cuando esto ocu- muy poco estabilizados en relación con los rre, se liberan no sólo ácidos orgánicos que productos de partida, la reducción de pueden tener olores desagradables sino DBO5 o DQO es pequeña en esta etapa. otros compuestos como ácido sulfhídrico (SH2), mercaptanos o escatol, que son los c. Formación de metano. Una vez que se responsables principales de los olores que han formado los ácidos orgánicos, una indican un funcionamiento deficiente en nueva categoría de bacterias entra en las lagunas anaeróbicas.56
    • Secuencia de procesos anaeróbicos de la materia orgánicaTeniendo en cuenta la secuencia de etapas producido da lugar a la muerte de las bacte-por las que tiene lugar la digestión anaeróbi- rias metanogénicas, también con el resultadoca, es necesario ajustar las condiciones ope- de desarrollo de olores desagradables.rativas de las lagunas para que se produzca laestabilización de la materia orgánica hasta los Las lagunas anaeróbicas requieren un manteni-productos finales metano (CH4) y dióxido de miento adecuado para preservar, en todo momen-carbono (CO2). to, el equilibrio entre las fases responsables de la depuración.En primer lugar, si las lagunas operan contiempos de retención muy pequeños, sólo las Otro factor que influye en el comportamientofases hidrolítica y acidogénica tienen tiempo de las lagunas anaeróbicas es la temperatura.de desarrollarse, pero no la de formación de Las bacterias metanogénicas crecen mejormetano –que es más lenta–; por tanto, se cuanto mayor es la temperatura, con un inter-producirán olores y se obtendrá una elimina- valo óptimo de crecimiento entre 30-35 °C.ción muy baja de la materia orgánica. Por tanto, las lagunas anaeróbicas presentan una actividad muy superior durante el verano,Por otra parte, si la carga es escasa y el tiem- lo que puede comprobarse fácilmente obser-po de retención elevado, comienzan a desa- vando la cantidad de burbujas que aparecen enrrollarse algas en la superficie y el oxígeno superficie en las distintas épocas del año. 57
    • INTERVALOS ÓPTIMOS DE TEMPERATURA Y PH EN LAGUNAS ANAERÓBICAS Variable Óptimo Extremo Temperatura 30-35 °C 15-40 °C PH 6.8-7.4 6.2-7.8 La abundante carga orgánica presente en esta y que oxidan los sulfuros a azufre elemental. primera fase del tratamiento, da lugar a que el Los pigmentos que poseen estas bacterias posible oxígeno introducido en las lagunas dan una coloración rosa o roja a las lagunas. –con el afluente o por reaireación superficial– se consuma rápidamente en la zona inmediata- La presencia de estas bacterias es indicativa de mente adyacente a la entrada o a la superficie. carga insuficiente en las lagunas anaeróbicas y conviene tomar las medidas que ya hemos En las lagunas anaeróbicas se produce la planteado para impedir la aparición de algas en reducción de los sulfatos –que entran con el superficie. En algunos casos, la presencia de agua residual– a sulfuros. La presencia de sul- estas bacterias puede resultar beneficiosa ya furos en el medio disminuye la posibilidad de que, al oxidar a los sulfuros, se evita la apa- crecimiento de las algas en dos formas: rición de olores relacionados con la liberación de ácido sulfhídrico. Sin embargo, la carga • La penetración de la luz necesaria para el orgánica apenas se modifica por la acción de crecimiento de las algas se ve impedida por estas bacterias y las lagunas rojas presentan, la presencia de sulfuros metálicos en sus- típicamente, unas concentraciones muy eleva- pensión –como el sulfuro de hierro– res- das de carga orgánica a la salida. ponsable de la tonalidad gris de las lagunas anaeróbicas; estos sulfuros acaban precipi- Las lagunas anaeróbicas que se construyen tando en el fondo de las lagunas, y provo- pueden ser: can la coloración gris oscura o negra que presentan los barros. • Lagunas de gran tamaño, poca profundi- dad y tiempos medios de residencia del • Los sulfuros solubles son tóxicos para las agua residual. algas, de modo que los cortos períodos de residencia, la falta de iluminación y un • Lagunas pequeñas, profundidad media a ambiente de composición química hostil alta y tiempos cortos de residencia. Éste es impiden el crecimiento de éstas y, en con- el modelo más aplicado. secuencia, mantienen el medio en con- diciones anaeróbicas. El aporte de oxígeno Las lagunas anaeróbicas profundas permiten: atmosférico es despreciable, debido a que la difusión de este gas en la columna de • Conservación de calor. La superficie expues- agua es muy lenta. ta a intercambios de calor con la atmósfera en lagunas profundas y de pequeño tamaño Ocasionalmente, en estas lagunas se desarro- es muy reducida; y además, los taludes de llan otras bacterias que le confieren una colo- tierra proporcionan un adecuado sistema de ración rojiza. Se trata de bacterias fotosintéti- aislamiento para prevenir el enfriamiento cas del azufre que viven en la zona superficial excesivo del agua durante el invierno.58
    • • Disminución en los requerimientos de lita la acumulación de barros sino que pro- terreno. Cuando se usan lagunas pro- porciona un lugar de almacenamiento, en fundas, disminuye la necesidad de superfi- el que tiene lugar su mineralización. cie a ocupar para alcanzar un determinado nivel de depuración. Las lagunas anaeróbi- • Flexibilidad. Permiten establecer distintos cas profundas permiten reducir la super- tipos de circulación y modificar los tiem- ficie ocupada total en un 40-50 %. pos de tratamiento, si se detectan anomalí- as en su funcionamiento. Por otra parte, la• Disminución del riesgo de arrastre de disponibilidad de varias lagunas anaeróbi- sólidos. En el diseño profundo, el barro cas es necesaria para las operaciones de sedimenta en el fondo de la balsa y es vaciado y limpieza, y los costos operativos muy poco probable que se produzca su son menores5. arrastre con la salida, que tiene lugar por superficie. Dados los mecanismos por los que transcurre la degradación, un tiempo de residencia prolongado y• Oxigenación restringida, al minimizar la una elevada superficie son contraproducentes, ya superficie. Por una parte, al ser inferior la que favorecen la oxigenación del medio (por reaire- superficie, la transferencia de oxígeno dis- ación y/o fotosíntesis) que, como hemos visto, da lugar a problemas en las lagunas anaeróbicas. minuye; por otra, la mezcla inducida por la acción del viento es muy escasa, debido al efecto de los taludes y a la imposibilidad de formación de olas. Laguna anaeróbica típica, de pequeño tamaño y profundidad alta• Concentración de sólidos en una zona pequeña. Este rasgo favorece la compacta- ción de los barros; porque, en lagunas ana- eróbicas de gran tamaño y escasa profundi- dad, a menudo se produce la flotación de los barros, con el consiguiente peligro de arrastre por el efluente4; en cambio, en lagunas profundas (con profundidad supe- rior a 2,5 m), el barro se acumula en el fondo, donde se produce su mineralización en condiciones anaeróbicas. El tiempo de retención de una laguna anae- róbica se debe ajustar cuidadosamente, de• Disminución de los costos de manteni - modo que las fases acidogénicas y metanogé- miento. El barro se va acumulando duran- nicas estén equilibradas, y que no haya posi- te un período de varios años (normalmen- bilidad de desarrollo de algas en superficie. te, de 3 a 6 años), por lo que sólo es nece- El tiempo de residencia recomendado en sario el vaciado de las lagunas después de estas lagunas oscila entre 2 y 5 días, depen- un tiempo prolongado de utilización. De diendo de la naturaleza del vertido y del esta forma, el diseño profundo no sólo faci- clima del lugar de emplazamiento. En nume-4 WHO. World Health Organization –Organización Mundial de la Salud-. 1987. www.who.int5 Agamit SA Obras hidráulicas (1987) Madrid. 59
    • rosos estudios se ha demostrado que tiem- malos olores. En algunos países con climas pos de residencia superiores provocan un muy rigurosos, en invierno se favorece la for- rápido deterioro de la calidad del efluente. mación de costra superficial mediante la colocación de paja o poliestireno. La formación de espumas o costras en super- ficie es normal en lagunas anaeróbicas; y, Las cargas volumétricas empleadas normal- según algunos autores, beneficiosa porque mente en lagunas pequeñas y profundas están previene las pérdidas de calor –sobre todo, en el intervalo 100-400 g DB05, dependiendo en climas fríos– e impide la liberación de de la naturaleza del vertido a tratar.6 SISTEMAS DE LAGUNAS Sistema Descripción La DBO soluble y finamente particulada se estabiliza en forma aeróbica por las bacterias dispersas en el medio líquido; la DBO suspendida tiende a sedimentar, Laguna siendo estabilizada anaeróbicamente por bacterias en el fondo de la laguna. El facultativa oxígeno requerido por las bacterias aeróbicas es producido por las algas, por medio de la fotosíntesis. Laguna La DBO es estabilizada en un 50 % en la laguna anaeróbica más profunda y de aeróbica + lagu- menor volumen; la DBO remanente es estabilizada en la laguna facultativa. El sis- na facultativa tema ocupa menor superficie que una sola laguna facultativa. Los mecanismos de remoción de la DBO son similares a los de las lagunas facul- Laguna aireada tativas. El oxígeno es entregado por medios mecánicos. Como la laguna es tam- facultativa bién facultativa, una gran parte de los sólidos y de la biomasa sedimenta, y es descompuesta anaeróbicamente en el fondo. La energía introducida por unidad de volumen de la laguna es elevada. La bio- masa permanece dispersa en el medio líquido o en mezcla completa. La mayor Laguna aireada concentración de bacterias en el medio líquido aumenta la eficiencia de remo- de mezcla com- ción de DBO, lo que permite que la laguna tenga un volumen inferior al de una pleta + laguna aireada facultativa; pero, el efluente contiene elevados tenores de sólido que de decantación necesitan ser removidos antes de ser descargados en el cuerpo receptor. La laguna de decantación debe ser removida por períodos, en algunos años. El objetivo principal de la laguna de maduración es la eliminación de microorganis- mos patógenos. En las lagunas de maduración predominan condiciones ambien- tales adversas para los patógenos, como elevado pH, elevado oxigeno disuelto Laguna –OD–, temperatura más baja que la del cuerpo humano, falta de nutrientes y pro- de maduración ducción por otros organismos. Las lagunas de maduración constituyen un pos- tratamiento de procesos, que tiene como objetivo la remoción de DBO. Se suelen proyectar como una laguna única con una serie de chicanas –pliegues– o como una serie de lagunas. La eficiencia en remoción de coliformes es elevada. 6 Middlebrooks y col. (1982) WHO.60
    • Laguna facultativa en Villa Mercedes, San LuisLagunas facultativas. Se caracterizan por pose- como en ausencia de oxígeno disuelto –sier una zona aeróbica, próxima a la superficie, y bien su velocidad de crecimiento y, poruna zona anaeróbica en el fondo. La extensión tanto, la velocidad de depuración es mayorrelativa de estas dos zonas varía durante el año en condiciones aeróbicas–7. Puesto que laen función de la carga aplicada y de la eficacia presencia de oxígeno es ventajosa para elde las dos fuentes de oxígeno al medio: la acti- tratamiento, las lagunas facultativas se dise-vidad fotosintética de las algas y la reaireación ñan para favorecer los mecanismos de oxi-a través de la superficie. genación del medio.La finalidad de estas lagunas es la estabiliza- Puesto que las algas necesitan luz para gene-ción de la materia orgánica en un medio oxi- rar oxígeno y la difusión de éste en el agua esgenado proporcionado, principalmente, por lenta, las lagunas tienen poca profundidadlas algas presentes. (1-2 metros); facilitan, así, unLa degradación de la materia orgánica en ambiente oxige- La profundidad a lalagunas facultativas tiene lugar, funda- nado en la cual se anula el conte-mentalmente, por la actividad metabólica mayor parte del nido de oxígeno disuel-de bacterias heterótrofas facultativas, que perfil vertical. to se llama oxipausa y varía a lo largo del día ypueden desarrollarse tanto en presencia del año.7 Metacalf & Eddy (1979; 2° ed.) Wastewater Engineering. Treatment Disposal Reuse. Mc Graw Hill. 61
    • Procesos de tratamiento de una laguna62
    • Uno de los signos de buen funcionamiento Las bacterias oxidan los productos de dese-en las lagunas facultativas es el desarrollo de cho para conseguir la energía y las materiasun color verde brillante, debido a la presen- primas necesarias para la síntesis de las molé-cia de algas. Las bacterias y algas actúan en culas complejas de las que están formadasforma simbiótica, con el resultado global de (proteínas, polisacáridos, etc.). El procesola degradación de la materia orgánica. Las global de oxidación bacteriana puede descri-bacterias utilizan el oxígeno suministrado birse mediante la ecuación:por las algas para metabolizar en forma aeró-bica los compuestos orgánicos. En este pro- Bacterias + Materia orgánica + Oxígeno =ceso se liberan nutrientes solubles (nitratos, = Productos oxidados + Nuevas bacteriasfosfatos) y dióxido de carbono en grandescantidades, que son utilizados por las algasen su crecimiento. De esta forma, la actividad Por su parte, en presencia de luz, las algasde ambas es mutuamente beneficiosa8. sintetizan la materia orgánica de la que están constituidas; para esto necesitan, además, Actividad de algas y bacterias dióxido de carbono y nutrientes disueltos: en lagunas facultativas Algas, luz + CO2 + Nutrientes disueltos = = Nuevas algas + Oxígeno De esta forma, si combinamos la actividad de algas y bacterias, el proceso global es el siguiente: Bacterias, algas + Materia orgánica = | = Nuevas bacterias + Nuevas algasDesde el punto de vista de la depuración, lasbacterias se pueden describir como pequeñosreactores bioquímicos, capaces de autorregu- Procesos de depuraciónlarse. La oxidación biológica es la conversión en lagunas facultativasbacteriana de los compuestos orgánicos a com-puestos inorgánicos oxidados, proceso que seconoce con el nombre de mineralización.Como ejemplo de estos procesos tenemos: Bacterias + Carbono orgánico + O2 = CO2 Bacterias + Hidrógeno orgánico + O2 = H20 Bacterias + Nitrógeno orgánico + O2 = N03- Bacterias + Fósforo orgánico + O2 = P04-3 Bacterias + Azufre orgánico + O2 = S04-28 Mara, 1976; Dinges, 1982; Brock, 1978. 63
    • FACTORES QUE AFECTAN LA las lagunas facultativas en épocas muy calu- DEPURACIÓN EN LAGUNAS FACULTATIVAS rosas –especialmente, si el calentamiento se produce de forma brusca–. Climatológicos Como hemos visto, la luz es fundamental Temperatura para la actividad fotosintética. Ésta depen- Luz de no sólo de la luz que alcanza la superfi- Viento cie del agua sino de la que penetra en pro- Evaporación fundidad. Dado que el medio es normal- Lluvia mente muy turbio –debido, sobre todo, a la presencia de las mismas algas, constituyen- Físicos do un fenómeno que se conoce como auto- Estratificación sombreado–, la luz que penetra en la lagu- Flujo a través de las lagunas na se atenúa rápidamente y se anula a poca Profundidad distancia de la superficie. Por esta razón, la profundidad de las lagunas debe ser peque- Químicos y bioquímicos ña, garantizando así que la mayor parte de la columna de agua cuente con cierto grado PH de iluminación. Oxígeno disuelto Nutrientes Puesto que la intensidad de la luz varía a lo largo del día y a lo largo del año, la veloci- Detengámonos, inicialmente, en los factores dad de crecimiento de las algas varía, tam- climatológicos. bién, de la misma forma. Este fenómeno da lugar a dos efectos fundamentales: el oxíge- Como ocurre con todos los procesos biológi- no disuelto y el pH del agua presentan cos, la temperatura tiene una influencia mar- valores mínimos al final de la noche, los cada en todas las etapas. La velocidad de la que aumentan durante las horas de luz depuración aumenta con la temperatura, en solar hasta alcanzar valores máximos a especial en lo que concierne a la actividad de media tarde; y, a partir de este punto, los las bacterias. valores decrecen a lo largo de la noche. Esta evolución se observa mejor durante la pri- Sin embargo, en lo que respecta a las algas, se mavera y verano, cuando la actividad foto- han detectado retardos importantes en la sintética es más intensa. actividad fotosintética a temperaturas eleva- das (superiores a 28 °C), relacionados con la También la acción del viento en las lagunas estimulación del crecimiento de algas verdia- facultativas es importante, por dos razones: zules (cianofíceas), menos productivas que las algas verdes (clorofíceas) a las que susti- • La reaireación a través de la interfase aire- tuyen9. Puesto que este fenómeno coincide agua depende de la velocidad del viento. con una gran actividad de las bacterias y, por tanto, con grandes consumos de oxígeno, • El efecto de mezcla del viento puede evitar el pueden desarrollarse zonas anaeróbicas en desarrollo de estratificación térmica; aunque, en ocasiones, la acción del viento puede dar 9 WHO. 1987. lugar a la aparición de problemas de flujo.64
    • Otro factor que debe tenerse en cuenta en cli- capas superiores están más calientes que lasmas muy cálidos y secos es la evaporación; inferiores, son menos densas y flotan sobreporque, la repercusión principal de la evapo- ellas sin que se produzca la mezcla entre unasración es la concentración de los sólidos que y otras. Este fenómeno es lo que se conocecontiene el agua almacenada. Y, el consi- como estratificación. Si las lagunas son sufi-guiente aumento de la salinidad puede resul- cientemente profundas, la estratificación apa-tar perjudicial si el efluente se va a emplear rece a medida que progresa la primavera y seen riego. Se considera que una evaporación mantiene hasta mediados de otoño10. En lagu-diaria de 5 milímetros no provoca efectos nas poco profundas, la acción del viento esapreciables en las lagunas. suficiente para romper esta distribución por densidades y para dar lugar a la homoge-El efecto inmediato de la lluvia es provocar neización de toda la columna de agua. El efec-un aumento del caudal de entrada, por lo to principal de la estratificación térmica enque el tiempo de residencia del agua dismi- lagunas facultativas es la segregación a efectosnuye. Cuando la lluvia es fuerte, la turbu- de flujo de la capa fría inferior. Como la ali-lencia que ésta genera da lugar a que las mentación a la laguna facultativa viene directa-lagunas aparezcan revueltas. El oxígeno mente del alcantarillado o de las lagunas anae-disuelto suele bajar después de las tormen- róbicas, su temperatura es normalmente alta,tas, debido a la demanda adicional de oxíge- se distribuye en una capa fina próxima a lano provocada por los sólidos arrastrados por superficie y ocupa sólo una fracción del volu-el agua de lluvia y los sedimentos de las men de la laguna. En estas condiciones, ellagunas que se mezclan con la columna de tiempo de residencia es inferior al de diseño,agua. Este último fenómeno es especialmen- por lo que no hay tiempo suficiente para late importante en días cálidos, cuando la mineralización de la materia orgánica; así, elcaída de tormentas provoca el enfriamiento efluente presenta concentraciones anormal-superficial de las lagunas, con lo que se crea mente altas de DBO5 y DQO.una capa de inversión que favorece el des-prendimiento de barros hacia la superficie. Detengámonos, ahora, en una segunda varia-Otro efecto de la lluvia es una cierta oxige- ble física: el flujo a través de las lagunas. Lanación en la zona superficial de las lagunas, actividad biológica en las lagunas facultativasdebida tanto al propio contenido en oxígeno está muy influida por las características de lade la lluvia como a la turbulencia que pro- circulación del agua. Cuando se proyecta unavoca su caída. laguna facultativa, se calcula el tiempo nece- sario para alcanzar un determinado grado deConsideremos, ahora, cómo influyen los fac - depuración. Aunque este dato es significati-tores físicos en los procesos de depuración vo, desde el punto de vista de la depuraciónque tienen lugar en lagunas facultativas. lo que importa es si realmente todo el mate- rial que entra en la laguna permanece en ellaPuesto que la densidad del agua cambia con durante ese tiempo o si hay diferenciasla temperatura, es mínima a 4° C y aumenta importantes entre el tiempo que una parte upara temperaturas menores o mayores, el otra del fluido permanece en la laguna.agua más cálida es más ligera y tiende a “flo- Cuando esto ocurre, la fracción que atraviesatar” sobre las capas más frías. Durante las rápidamente el estanque alcanza un gradoestaciones de primavera y verano, el calenta-miento tiene lugar desde la superficie; las 10 Beliovich, 1982; Moreno y col. 1984. 65
    • menor de estabilización que la que permane- lagunas facultativas están operando correcta- ce embalsada durante más tiempo. Estas dife- mente, el pH presenta valores ligeramente rencias en el tiempo real de residencia pro- alcalinos (7,5-8,5). vocan, siempre, la disminución de la eficacia de la depuración. Debido a que la fotosíntesis depende de la radiación solar, el pH de las lagunas faculta- La circulación del agua a través de la laguna tivas presenta variaciones durante el día y la viene afectada por la forma y tamaño de ésta, noche. Cuanto mayor es la intensidad lumi- la situación de entradas y salidas, la veloci- nosa, los valores del pH son más altos. Estas dad y dirección de los vientos dominantes, y, variaciones diarias son muy marcadas en como veíamos anteriormente, por la apari- verano, cuando pueden alcanzarse niveles de ción de diferencias de densidad dentro del pH de hasta 9 o mayores, partiendo de valo- estanque. Las anomalías de flujo más fre- res del orden de 7-7,5 al final de la noche. cuentes se manifiestan en la aparición de zonas muertas; es decir, en partes de la lagu- El contenido de oxígeno disuelto en las lagu- na en las que el agua permanece estancada nas facultativas es uno de los mejores indica- durante largos períodos de tiempo. dores sobre su funcionamiento. La principal fuente de oxígeno disuelto es la fotosíntesis, La profundidad de las lagunas facultativas seguida por la reaireación superficial. Una suele fijarse entre 1 a 2 metros. El límite infe- laguna facultativa que opere correctamente rior viene condicionado a la posibilidad de debe tener una capa superficial oxigenada. La crecimiento de vegetación emergente para concentración de oxígeno disuelto presenta profundidades menores, lo cual suele desa- una variación sinusoidal a lo largo del día. El consejarse para evitar el desarrollo de mos- contenido en oxígeno es mínimo al amanecer quitos. En cuanto al límite superior, las pro- y máximo por la tarde, y puede oscilar desde fundidades inferiores a 2 metros tienen el un valor nulo hasta la sobresaturación. objetivo de limitar la posibilidad de estratifi- Durante el verano es muy común encontrar cación, así como favorecer un ambiente aeró- que las lagunas están sobresaturadas de oxí- bico en la mayor parte del perfil vertical. geno disuelto en las capas superficiales. En los procesos de depuración de una laguna Además de las variaciones diarias en el conte- facultativa, también influyen factores quími - nido en oxígeno disuelto, éste presenta varia- cos y bioquímicos. ciones importantes en la profundidad. La con- centración de oxígeno disuelto es máxima en El pH de las lagunas facultativas viene deter- superficie y, a medida que aumenta la profun- minado, fundamentalmente, por la actividad didad, va disminuyendo hasta anularse. La oxi- fotosintética del fitoplancton y por la degra- pausa y su posición dependen de la actividad dación de la materia orgánica efectuada por fotosintética, del consumo de oxígeno por las las bacterias. Las algas consumen anhídrido bacterias y del grado de mezcla inducido por el carbónico en la fotosíntesis, lo que desplaza viento. En invierno, la capa oxigenada tiende a el equilibrio de los carbonatos y da lugar a un ser mucho más reducida que en verano. aumento del pH. Por otra parte, la degrada- ción de la materia orgánica conduce a la for- Los nutrientes son fundamentales para la mación de CO2 como producto final, lo que buena marcha de la depuración en lagunas. El causa una disminución del pH. Cuando las agua residual urbana posee un contenido en66
    • nutrientes adecuado para el desarrollo de los Lagunas de maduración. Son un subgrupo demicroorganismos responsables de la depura- las lagunas de aeróbicas –que también se lla-ción, sin que sea necesario ajustar la concen- man lagunas de oxidación–; tienen comotración de ninguno de ellos. A medida que objetivo primordial la eliminación de bacte-progresa la depuración –y, especialmente, rias patógenas. Estas lagunas operan, alcuando se dispone de varias lagunas en serie– menos, como lagunas secundarias; es decir,se va produciendo una eliminación de nutrien- el agua residual ha pasado, como mínimo,tes que puede dar lugar a que uno o varios por otro tratamiento antes de ser introducidaalcancen concentraciones limitantes para el en ellas y, aquí, logra una elevada desinfec-desarrollo subsiguiente de algas o bacterias. ción, así como la mineralización de los nutrientes orgánicos.Este hecho sólo constituye un problemacuando todavía hay una concentración En estas lagunas de maduración se mantieneimportante de materia orgánica por estabili- un ambiente aerobio en toda su profundidad,zar. Normalmente, en lagunas de estabiliza- lo que se consigue con menores cargas apli-ción, el agotamiento de nutrientes sólo ocu- cadas, de forma que la fotosíntesis y la reai-rre en épocas de intensa actividad biológica y reación son suficientes para proporcionarsuele venir precedido de la eliminación de oxígeno disuelto a toda la columna de agua.materia orgánica hasta los niveles máximosen este tipo de tratamiento (10-30 ppm de La secuencia habitual es la de laguna anaeró-DBO5). bica seguida de laguna facultativa y, por últi- mo, de laguna de maduración, si bien hayEs mucho más frecuente la estabilización distintas variaciones sobre este esquematotal de la materia orgánica sin que ello general, y, muy a menudo, se instala más desuponga el agotamiento de nutrientes. En las una laguna de maduración. A veces, incluso,lagunas facultativas, se pueden alcanzar efi- se construyen lagunas de maduración comocacias de eliminación de nutrientes (nitróge- etapa final del tratamiento de otros sistemasno y fósforo) del 40-90 %. de depuración –como barros activados–, con lo que se sustituye la desinfección en estosLagunas aeróbicas. El diseño de éstas debe sistemas.tener una gran área superficial en relacióncon el volumen. El tirante o profundidad de Además de su efecto desinfectante, las lagu-estas lagunas es de 0,60 m, lo que favorece el nas de maduración cumplen otros objetivos:desarrollo de algas y, por consiguiente, una la nitrificación del nitrógeno amoniacal, cier-adecuada producción de oxígeno; pero, ade- ta eliminación de nutrientes, la clarificaciónmás, origina el desarrollo de malezas en el del efluente y la consecución de un efluentefondo, lo que se evita impermeabilizándolo bien oxigenado.con revestimiento plástico o asfáltico coloca-do sobre el terreno previamente compactado. Las plantas de tratamiento suelen estar constitui-Las lagunas aeróbicas pueden ser: das por los tres tipos de lagunas operando en serie –debido a que éstas requieren niveles decrecien-• de maduración –que operan en forma tes de carga orgánica para funcionar correcta- mente– es decir, una después del otra. De esta natural– o forma se alcanza una mayor calidad en el efluente final del sistema.• aireadas mecánicamente. 67
    • Disposiciones más comunes de lagunas en plantas de tratamiento; A: anaeróbica, F: facultativa, M: laguna de maduración Lagunas aireadas mecánicamente. Son simi- Las lagunas aireadas se han empleado exito- lares a las lagunas de estabilización; su única samente durante mucho tiempo en el trata- diferencia es que están provistas de equipos miento de desagües domésticos de pequeñas de aireación cuya finalidad principal es intro- y medianas ciudades, y de desechos orgáni- ducir oxígeno a la masa líquida. Su profundi- cos de origen industrial. Su uso extensivo ha dad varía de 3,0 a 5,0 m. sido concretado por las industrias de papel, de procesamiento de alimentos, petroquími- En ellas, el afluente residual es arrojado cas y varios otros tipos de industrias con directamente en la laguna, luego de pasar por desechos de origen orgánico. un tratamiento preliminar. Así, funcionan como un tanque de aireación en el cual la aireación artificial sustituye a la oxigenación natural que, en las lagunas de estabilización, TIPOS DE LAGUNA se realiza a través de las algas. AIREADA MECÁNICAMENTE Su área es menor que la de las lagunas de esta- Aeróbica con mezcla completa bilización, debido a su mayor profundidad y al Facultativa tiempo de retención para la estabilización de la Con aireación prolongada materia orgánica, que también es menor.68
    • En las lagunas aireadas con mezcla completa La potencia de estas lagunas es limitada y latodos los sólidos decantables se mantienen edad del barro es mayor que el tiempo deen suspensión; éstas funcionan, básicamente, retención hidráulico. La remoción de DBOcomo un sistema de barros activados con varía de 70 a 90 %. En ese sistema –que, tam-aireación extendida sin reciclado del barro y bién, se basa en el principio del proceso desuelen ser las primeras de una serie de lagu- barros activados– no hay reciclado de barro.nas aireadas. Laguna aireada facultativaEste tipo de laguna posee una relación alta depotencia/volumen. En ella, la edad del barroes igual al tiempo de retención hidráulica.Por su parte, la remoción de DBO5 varía de50 a 60 % –con la gran desventaja de trans-portar muchos sólidos en el efluente–. Laguna aireada aeróbica con mezcla completa Las lagunas aireadas con aireación prolonga- da son llamadas, también, lagunas aireadas con mezcla completa y pueden ser con sedi- mentación independiente Laguna aireada con sedimentación independienteLas principales ventajas de las lagunas aireadasaeróbicas con mezcla completa –en relacióncon las lagunas aireadas facultativas– son:• mayor eficiencia en un mismo período de aireación,• ausencia de algas, una vez que el oxígeno En estas lagunas existe total control de sólidos necesario para la estabilización de la mate- y la remoción de DBO es de 95 a 98 %. Su efi- ria orgánica es provisto por los equipos de ciencia es elevada y su costo de construcción se aireación, considera apenas mayor que el de las lagunas• menor área ocupada. de estabilización. En cuanto a su operación y mantenimiento, el costo es un poco más eleva-Sus desventajas más notorias: do, debido al mantenimiento de los equipos electromecánicos y a la energía eléctrica.• mayor concentración de sólidos biológicos en el efluente, De los tres tipos de lagunas aireadas, los más• mayor consumo de energía eléctrica. usados son los dos primeros: las aeróbicas con mezcla completa y las facultativas. LaEn las lagunas aireadas facultativas no hay con- tercera tiene un costo más elevado que lastrol de sólidos; parte de éstos sale con el efluen- anteriores y su operación es más sofisticada,te y el resto es decantado en su parte inferior. con mayor consumo de energía eléctrica. 69
    • Si no existe la posibilidad de uso de las lagunas de de la oxidación biológica de la materia estabilización, las lagunas aireadas mecánicamen- orgánica. te son una opción inmediata viable. La solubilidad del oxigeno del aire en el agua Detengámonos, ahora, en los equipos utiliza- aumenta con la presión del sistema y con la dos para la aireación. disminución de la temperatura, hasta un punto próximo al de congelación, tal como lo refleja La transferencia de oxígeno se obtiene con la tabla. La presión puede controlarse añadien- la introducción artificial de aire en la masa do el aire por medios mecánicos; en cuanto a líquida, la que tiene como principal finali- la temperatura, dado que estos sistemas operan dad suplir la cantidad necesaria y suficien- generalmente a cielo abierto, están sujetos a te para que haya autodepuración a través las condiciones ambientales. VALORES DE SATURACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO EN AGUA11 Concentración de cloro en agua (mg/l) Diferencia por Temperatura 100 mg de cloro 0 5000 10000 en ºC Oxígeno disuelto (mg/l) 0 14.6 13.8 13.0 0.017 1 14.2 13.4 12.6 0.016 2 13.8 13.1 12.3 0.015 3 13.5 12.7 12.0 0.015 4 13.1 12.4 11.7 0.014 5 12.8 12.1 11.4 0.014 6 12.5 11.8 11.1 0.014 7 12.2 11.5 10.9 0.013 8 11.9 11.2 10.6 0.013 9 11.6 11.0 10.4 0.012 10 11.3 10.7 10.1 0.012 11 11.1 10.5 9.9 0.011 12 10.8 10.3 9.7 0.011 13 10.6 10.1 9.5 0.011 14 10.4 9.9 9.3 0.010 15 10.2 9.7 9.1 0.010 16 10.0 9.5 9.0 0.010 17 9.7 9.3 8.8 0.010 18 9.5 9.1 8.6 0.009 19 9.4 8.9 8.5 0.009 20 9.2 8.7 8.3 0.009 21 9.0 8.6 8.1 0.009 22 8.8 8.4 8.0 0.008 23 8.7 8.3 7.9 0.008 24 8.5 8.1 7.7 0.008 25 8.4 8.0 7.6 0.008 26 8.2 7.8 7.4 0.008 27 8.1 7.7 7.3 0.008 28 7.9 7.5 7.1 0.008 29 7.8 7.4 7.0 0.008 30 7.6 7.3 6.9 0.00870
    • INTRODUCCIÓN DE OXÍGENO aplicación del dispositivo correcto, Por aire difuso • los parámetros utilizados para asegurar la Por aireación superficial transferencia de oxígeno deben ser compa- Por turbina de aireación tibles con el sistema en estudio.El proceso de transferencia de oxígeno al El proceso de transferencia de oxígeno poragua es, en general, una operación de baja aire difuso se obtiene a través de aspersoreseficiencia, por lo que es importante desta- especiales, domos o discos cerámicos poro-car que: sos que reciben el aire inyectado de tabula- ciones de supresión de aire, asentados en el• la mezcla es esencial para optimizar la fondo de las lagunas aireadas mecánica- transferencia de oxígeno, mente. Los aireadores por aire difuso son usados, mayormente, en instalaciones de• los dispositivos de aireación tienen un tratamiento de desagües cloacales de gran potencial para la transferencia de la masa porte, los que utilizan el proceso de barros de oxígeno cuya eficiencia depende de la activados. Esquemas de equipos de aireación11 Se considera aire saturado de humedad y conteniendo 20,9 % de oxígeno, sobre una presión de 760 mm de mercurio. 71
    • La transferencia de oxígeno es máxima en el área aireada donde la turbulencia es máxima también. La cantidad de oxígeno introducida en el agua depende de las fuerzas creadas en fun- ción del diámetro, rotación, inmersión, tipo y número de paletas del aireador. En comparación con sistemas de aire com- primido, la turbulencia es muy intensa y la Difusor de domo vida de las burbujas es muy pequeña; de tal manera, la influencia de los detergentes en el En los sistemas de aireación superficial, ésta oxígeno consumido es mínima. es obtenida por dispositivos rotativos, leve- mente sumergidos en agua que, de esta Además de la función de oxigenar, el aireador forma, esparcen o difunden el agua, arriba de debe crear corrientes de circulación en el tan- la superficie. que, de forma de evitar la sedimentación de barro biológico. La transferencia de oxígeno está basada en el aumento de la superficie de contacto entre el La forma, las dimensiones y el volumen líquido y el aire. Esta sección, al mismo deben estar en relación con el aireador, de tal tiempo, induce un flujo en forma espiral manera que cuando éste provea el oxígeno dentro del tanque, en un trayecto que depen- necesario, la mezcla sea suficiente. Cuando de de la geometría del tanque y del dispositi- esto no ocurre, debe adicionarse una energía vo de aireación. extra para la mezcla. En los sistemas de aireación superficial, la Los aireadores superficiales pueden ser clasi- aireación mecánica es obtenida por dispositi- ficados en: vos rotativos, levemente sumergidos en agua que, de esta forma, esparcen o difunden el • aireadores con eje horizontal, agua arriba de la superficie. • aireadores lentos tipo cono, • aireadores rápidos tipo turbina. La acción mecánica de los aireadores efectúa la transferencia de oxígeno a través de los Los rotores de aireación con eje horizontal se siguientes mecanismos: indican para ser instalados en tanques poco profundos. Los aireadores de eje horizontal • movimiento de la superficie de agua, debi- deben alcanzar dos objetivos: do a la existencia de ondas en el tanque de aeración; • máxima distribución de agua trasladada, • burbujas de aire arrastradas por el agua; con la finalidad de aumentar las interfases; • difusión de agua en forma de gotas; • máxima admisión de aire al agua, aguas • mezcla aire-líquido en las proximidades arriba del aireador donde las láminas del aireador, donde el aire es empujado entran en el agua. por el agua.72
    • Los aireadores lentos tipo cono son recomen- girar en sentidos opuestos, con la finalidaddados para potencias instaladas pequeñas y de obtener concordancia en el giro de losmedias. Son montados en tanques de sección volúmenes aireados.cuadrada o circular.El funcionamiento de esos aireadores induce Distribución de aireadores ena dos tipos de movimientos espiralados, relación con el sentido de rotaciónsobreponiéndose uno al otro, en una trayec-toria compleja de flujo. Por intermedio deese sistema se obtiene dispersión y bombeodel líquido.El movimiento espiral vertical controla la tasade transferencia de oxígeno, mientras que elaumento del flujo espiral horizontal dismi-nuye la diferencia entre las velocidades delagua y del rotor, reduciendo, en consecuen-cia, la capacidad de oxigenación y la eficien-cia. Por ello, frecuentemente, el tanque esdotado de chicanas, con la finalidad de mini-mizar el flujo espiralado horizontal.Los aireadores rápidos tipo turbina se utili-zan para potencias instaladas grandes ymedias. También se instalan en tanques desección cuadrada o circular. Como medio de Existen dos tipos de montaje de aireadoresintroducción de oxígeno en el líquido utili- superficiales:zan, simplemente, su capacidad de bombeo.En esos equipos, la turbina presenta un diá- • fijo,metro pequeño y trabaja en alta rotación, • fluctuante.para aumentar al máximo el volumen bom-beado. La transferencia de oxígeno se realiza Los aireadores fijos se instalan sobre unasolamente por la difusión del agua en la estructura ejecutada en hormigón armado oatmósfera. perfiles metálicos. Estas estructuras fijas de hormigón armado son muy costosas, debidoLa transferencia de oxígeno, para cada equi- al gran volumen de material utilizado; por supo dado, funcionando a una velocidad e parte, las estructuras metálicas –aunque seaninmersión determinadas, depende: relativamente más baratas– tienen la desven- taja de oxidarse fácilmente, disminuyendo su• de la potencia específica, en w/m3; vida útil con más rapidez.• de la forma del tanque de aireación;• de la relación entre el diámetro y la altura. La gran desventaja de una y otra instalación fija es que excluyen la posibilidad deLos aireadores que son instalados en las aumentarse las cantidades de aireadores enlagunas aireadas mecánicamente deben etapas futuras. 73
    • Aireadores instalados en estructura fija Cuando la variación del nivel de los desa- aireadores deben, preferentemente, mon- gües cloacales es muy grande o los tanques tarse sobre fluctuantes compuestos por tres de aireación son de gran dimensión, los flotadores. Esquema de aireador con flotadores El operador debe efectuar un control diario de nes son sencillas y se realizan todos los días a las lagunas, con el objeto de detectar cualquier la misma hora. En la tabla se muestra el listado problema de funcionamiento. Las observacio- de las incidencias a tener en cuenta:74
    • PARTE DIARIO DEL CONTROL OPERATIVOFecha: Hora: Nombre del operador:Incidencias AR A F M EF ObservacionesCaudalProfundidad del agua, mProfundidad del fango, cmEspumas o flotantesManchas de grasaFangos flotantesColoraciónManchas de coloresPlantas de taludesPlantes acuáticasErosión de taludesInfiltraciones de aguaInsectos o larvasRotíferos, pulgas de aguaRoedoresAves acuáticasOlores desagradablesEstado de los caminosEstado del accesoRejasAcumulación de gruesosCámaras de grasaFiltrosSedimentadoresMedidores de caudalJardineríaCasetaAR: Agua residual brutaA: AnaerobiaF: FacultativaM: MaduraciónEF: Efluente final 75
    • RESULTADOS ANALÍTICOS Fecha: Hora: Nombre del operador: Variable AR A F M EF Observaciones Temperatura, ºC DBO5, mg/l DQO (no filtrada) mg/l DQO (filtrada), mg/l Sólidos suspensión, mg/l Coli. fecales/100 ml Clorofila a, µg/l Amoniaco, mg/l Nitratos, mg/l Fósforo total, mg/l Sulfuros, mg/l Sulfatos, mg/l pH Oxigeno disuelto, mg/l Conductividad, µg/cm Sodio, mg/l Calcio, mg/l Prondundidad del fango Magnesio, mg/l AR: Agua residual bruta A: Anaerobia F: Facultativa M: Maduración EF: Efluente final En esta segunda tabla se incluyen las variables con el paso del tiempo, “pierda el miedo” y que deben analizarse en plantas de lagunas. olvide el carácter de riesgo para la salud que su trabajo puede adquirir si no toma algunas A pesar de que el operador sabe perfectamen- precauciones básicas. Precisamente, cuando te que está trabajando en una planta de trata- se alcanza este punto, la probabilidad de que miento de aguas residuales y que éstas pue- surjan accidentes aumenta en gran medida. den ser un foco infeccioso, es normal que, Por esta razón, es aconsejable colocar, en un76
    • lugar bien visible, una lista de instrucciones • Todas las herramientas de trabajo debenhigiénicas que sirvan de recordatorio de que limpiarse con agua limpia, antes de serexiste un riesgo real que, afortunadamente, es guardadas después de su uso.fácil de prevenir. • Los cortes, arañazos y abrasiones queLas medidas de seguridad que se enumeran a pueda sufrir el operador deben desin-continuación han sido recomendadas por la fectarse inmediatamente después de que seOrganización Mundial de la Salud, en 1987, han producido.para operadores de lagunas de estabilización: • Si la planta dispone de electricidad y el• La planta depuradora debe contar siempre operador debe, también, ocuparse del con un depósito de agua limpia, jabón y mantenimiento de equipos eléctricos, debe lejía. Es aconsejable utilizar toallas descar- asegurarse de que sus manos, ropas y cal- tales de papel, para evitar que, debido a la zado están secos. Asimismo, debe disponer necesidad de transporte para la limpieza de de guantes y herramientas dotados de ais- las toallas de tela, éstas permanezcan lamiento eléctrico. demasiado tiempo sin lavar. • La entrada de la verja debe mantenerse• La planta debe contar con un botiquín en cerrada, incluso cuando el operador está el que se incluya, como mínimo, algodón, trabajando en el recinto, ya que éste no alcohol, una disolución detergente desin- puede estar pendiente todo el tiempo de fectante, tijeras y pinzas. También es con- posibles visitas y existe un riesgo impor- veniente que el operador disponga de tante de caídas en las lagunas, especial- algún líquido repelente para evitar las pica- mente para los niños. En este sentido, las duras de mosquitos u otros insectos. lagunas más peligrosas son las anaeróbicas, porque el barro del fondo es pegajoso y• El operador debe disponer de guantes y hace difícil la salida de una persona que se botas de goma, casco de trabajo y, al haya caído en ellas. También es importante menos, dos trajes. Todas las prendas utili- recordar los riesgos higiénicos para los visi- zadas en la depuradora deben permanecer tantes si no están suficientemente informa- en ella al finalizar la jornada laboral. dos y tocan las arquetas de reparto u otros elementos de la planta.• Siempre que vaya a comer, a beber o, incluso, a encender un cigarrillo, es • La planta debe contar con una pequeña necesario lavarse las manos. Si se hace embarcación, cuerda y salvavidas. alguna comida en el recinto de la depu- radora, hay que designar un área de ésta • El operador debe vacunarse contra el tétanos para este fin y evitar, en todo momento, y fiebre tifoidea, así como contra otras posi- comer a la vez que se está efectuando bles enfermedades que indiquen las autori- alguna labor que pueda ocasionar el con- dades sanitarias del área. También debe tacto de la comida con algún elemento someterse a un chequeo médico periódico. que haya estado en contacto, a su vez, con aguas residuales o barros. Si es posi- • Antes de empezar su labor como operador, la ble, es preferible evitar las comidas en el persona seleccionada para este trabajo debe interior del recinto. recibir instrucción en primeros auxilios. 77
    • b. Barros activados mento) y el lodo recirculado (biomasa bacte- riológicamente activa) es agitada y mezclada DISPOSITIVOS PARA EL en tanques de aireación (reactores) para for- TRATAMIENTO SECUNDARIO AERÓBICO mar un barro que se denomina licor. a. Lagunas de estabilización Este lodo recirculado proviene de los sólidos b. Barros activados depositados en las tolvas de sedimentadores secundarios. En todos los casos, se considera el tanque de aireación y el sedimentador El barro activo se produce por la aireación de como una sola unidad operacional. sucesivas cantidades de agua residual y se mantiene en actividad por una aireación ade- La edad de lodo o tiempo que permanecen cuada, ya sea de él solo o bien mezclado con los microorganismos activos en el sistema las aguas residuales. debe ser compatible con la reducción espe- rada de materia orgánica. La masa de esos El dispositivo para el tratamiento secundario por microorganismos no debe ser inferior a un barro activado requiere un proceso biológico aeró- mínimo requerido para asimilarla, ni mayor bico de flujo continuo que consiste en la agitación a un máximo a partir del cual se produce la de una mezcla de agua residual con 15 % o más de proliferación de bacterias filamentosas que su volumen de lodo líquido, bacteriológicamente son difíciles de sedimentar. activo, en presencia de una amplia cantidad de oxí- geno atmosférico, durante el tiempo preciso para A mayor edad de lodo se tendrá una mayor eficien- coagular una gran proporción de sus sustancias cia en reducción orgánica y viceversa. coloidales, seguido de una sedimentación adecua- da para lograr la separación del lodo floculado. La edad del lodo es regulada mediante la recirculación del lodo activado depositado en La mezcla del desecho, el líquido cloacal (ali- el sedimentador secundario, hacia el reactor. Esquema de planta de tratamiento de lodos activados78
    • Las etapas esenciales del proceso de lodosactivados son:1. Etapa de contacto, adsorción o floculación del agua residual y del lodo activado.2. E t a p a d e a i r e a c i ó n que mantiene el licor-mezcla aeróbico y en suspensión. Las dos primeras etapas se realizan en forma simultánea dentro del reactor, salvo la variante del proceso de contac- to-estabilización que se realiza en tan- ques separados. Tanque de aireación de barros activados3. Etapa de separación de la fase sólida (lodo activado) y la fase líquida (efluente trata- Las ventajas del tratamiento por barros acti- do) del licor mezclado, la que se realiza en vados son: el sedimentador secundario. • El grado de purificación es alto.4. Etapa de recirculación, haciendo retornar • El área requerida para la instalación de la el lodo activado –depositado en la tolva planta es pequeña. del sedimentador secundario– al afluente • El costo inicial de la construcción es bajo. del reactor. • Las pérdidas de cargas son muy pequeñas, eliminándose –por lo general– la necesidad5. Etapa de disposición del lodo activado en de bombeo. exceso, a fin de mantener el equilibrio de • Es inodoro. la biomasa. • El barro producido tiene un alto porcenta- je en nitrógeno.Así, en una planta de tratamiento es posi-ble detectar tres procesos u operaciones Sus desventajas:unitarias: sedimentación primaria, airea-ción y sedimentación secundaria. Los dos • El volumen de barros a manipular es supe-últimos son esencialmente necesarios; en rior al producido por otros procesos.cambio, la sedimentación primaria no es • El carácter del barro hace difícil su manejo.imprescindible y en variantes del proceso • Los gastos de explotación son elevados.–como la aireación prolongada– no se la • Hay muchos equipos electromecánicos queincluye. controlar y mantener. • Una negligencia temporaria da como resul-Además de los tratamientos primario y tado un barro pobre y se requiere un tiem-secundario (biológico), la planta debe tener po considerable –de 10 a 20 días– parael pretratamiento o tratamiento preliminar remediarlo, produciendo, en el interín, unque permite –como ya analizábamos– remo- efluente de mala calidad.ver los sólidos (gruesos y finos, pesados y flo- • Los desagües industriales –especialmente,tantes), a fin de no perturbar los procesos los productos químicos– destruyen el cicloque le siguen. de purificación. 79
    • Detengámonos, ahora, en cómo se desarrolla • Fase de crecimiento logarítmico. En ella el barro biológico en este proceso. hay abundancia de alimento a disposición de los microorganismos. En el diagrama es posible visualizar la acción de los microorganismos sobre la • Fase de crecimiento declinante. En la que materia orgánica, representada en dos cur- se termina el alimento, por lo que la pro- vas. Una corresponde al crecimiento y a la ducción de microorganismos disminuye. distribución de los microorganismos (lodo o floculo biológico) producidos en el pro- • Fase de respiración endógena. Ocurre ceso y la otra curva presenta la reducción una autooxidación provocada por la falta de la materia orgánica (sustrato residual) de alimento, con destrucción de células que se expresa como reducción de la DBO de microorganismos y una sucesión de del sistema. nuevas especies. En este proceso es posible reconocer tres Para plantear la cinética del proceso, debe- fases diferenciadas: mos analizar el significado de las diferentes variables que intervienen. Desarrollo del barro biológico80
    • EfluenteAfluente Q - Qw Q Q + Qr Q + Qr Ss S Sedimentador Tanque de Sedimentador Xs primario aireación Xm secundario Se X Lodo recirculado Lodo en exceso Qr Qr + Qw Xr QwDonde:• V = Volumen del tanque de aireación. RANGOS DE CARGA PARA• Q = Caudal que ingresa a la planta de tra- PROCESOS DE BARROS ACTIVADOS tamiento.• Qr = Caudal de recirculación. F/M• Qw = Caudal de lodos en exceso. MCRT Proceso (kg DBO5/ kg/min SsVTA .• Q - Qw = Caudal efluente del sedimenta- (días) día) dor secundario.• Qr / Q = Relación de recirculación.• S = Concentración de DBO total que ingre- Alta carga 3-5 0.4 - 1.5 sa al sistema.• Se = Concentración de DBO total que ingresa al reactor. Convencional 5-15 0.2 - 0.4• Ss = Concentración de DBO en el efluente del sedimentador secundario. Baja Carga 15-30 0.05 - 0.2• Xm = Concentración de sólidos suspendi- dos en el tanque de aireación.• X = Concentración de sólidos suspendidos MCRT: Tiempo promedio de residencia celular del efluente del sedimentador secundario. expresado en días.• Xr = Concentración de sólidos suspendidos del lodo recirculado. F/M: Rango de factor de carga, definido como la relación entre la carga orgánica que ingre-De acuerdo con la carga orgánica a tratar res- sa diariamente al reactor (kg DBO/ día) y lapecto de la biomasa activa suspendida en el biomasa dentro del tanque de aireación,licor mezclado dentro de la cámara de airea- expresada por los kilogramos de sólidos sus-ción, hay tres clases básicas del proceso de pendidos volátiles en el tanque de aireaciónbarros activados definidos por el rango de (kg SsVTA).cargas o la materia orgánica disponible paralos microorganismos: A partir de estos tres rangos de carga, la• Alta carga. forma y el número de tanques pueden ser• Media carga (convencionales). modificados para dar variaciones en el• Baja carga (aireación prolongada). patrón de flujo. 81
    • Proceso de barros activados mediante VARIACIONES HIDRÁULICAS contacto y estabilización EN EL PROCESO Mezcla completa Flujo pistón Contacto y estabilización Alimentación escalonada Aireación extendida Proceso de barros activados La alimentación escalonada es una modifica- de mezcla completa ción de la configuración de flujo pistón en la cual el efluente a tratar es alimentado en dos o más puntos, a lo largo del tanque de aireación. Con esta modificación, los requerimientos de toma de oxígeno son relativamente parejos. Las configuraciones de alimentación escalonada suelen usar equipos de aireación con difusores. El tanque de aireación puede ser largo y rec- tangular, o en forma de pliegues (chicanas). El efluente a tratar se alimenta en dos o más puntos del tanque de aireación, usualmente en los primeros 50 y 75 % de la longitud del tanque. También es posible usar el mismo Proceso de barros activados criterio, compartimentalizando el tanque y con flujo pistón dirigiendo el flujo a lo largo de cada compar- timiento. Usualmente, el último comparti- miento no recibe efluente crudo. Proceso de barros activados con alimentación escalonada El proceso de barros activados por contacto y estabilización es un proceso y configuración específica de tanques que comprende: • un tanque de contacto de corto tiempo, • un sedimentador secundario y, • un tanque de estabilización con, aproxima- damente, seis veces el tiempo de perma- nencia del tanque de contacto.82
    • El proceso de aireación extendida o prolon- • Se toma una muestra de un litro del licorgada usa el mismo esquema de flujo que un de los tanques de aireación.proceso de mezcla completa o flujo pistón; • Se sedimenta por treinta minutos, en unapero, retiene el efluente en el tanque de aire- probeta graduada de 1.000 mililitros; elación durante 18 horas o más. Este proceso volumen ocupado por los lodos se expresaopera a altas MCRT (bajo F/M), resultando en porcentaje o en mililitros.una condición donde no hay suficiente ali- • Se mezcla bien la muestra u otra muestramento en el sistema para sustento de todos que se tome separadamente.los microorganismos presentes. Entonces, los • Se determinan los sólidos suspendidos quemicroorganismos compiten muy activamente se expresan en porcentaje, en peso o enpor el alimento remanente y usan su propia miligramos por litro.estructura celular como alimento. Se tiene, entonces:No se necesita más que mirar -desde arribade la superficie de un tanque de sedimenta- Índice volumétrico de lodos, IVLción final- el movimiento descendente de lossólidos en suspensión de los lodos activados, Porcentaje de lodos sedimentadospara convencerse de la rapidez de la acción (en volumen; ml/l) IVL =de la separación, en virtud de que el licor Porcentaje de sólidos suspendidosmezclado ha sido bien acondicionado en la (en peso; g/l)etapa anterior del proceso. Esta sedimentabi-lidad se estima mediante una prueba sencilla: PARÁMETROS TÍPICOS DE DISEÑO PARA PROCESOS DE BARROS ACTIVADOS Carga orgánica Factor de Periodo de Densidad de volumétrica (kg Edad de lodos cargaF/M Proceso retención lodos Xv DBO5/m3 . día) (días) (kg DBO5/ kg (horas) (kg SsVTA/m3) SsVTA . día)Alta carga o aire- 1,3-2,4 1-3 0,4-0,6 0,5-1,5 1,5-5,0ación modificadaConvencional 0,48-0,64 5-7 5-10 2-3 0,2-0,4Aireación 0,2-0,30 18-30 18-30 4-6 0,05-0,15prolongadaAlimentación 0,32-0,96 6-9 5-10 2-3 0,2-0,4escalonadaMezcla completa 0,64-0,96 1-3 5-15 3-6 0,2-0,6Contacto 0,5-1; 1,5-4 (a) 0,32-0,96 - 0,2-0,6estabilización 3-6 6-10 (b)a: En tanque de contacto.b: En tanque de estabilización de lodos. 83
    • El índice de densidad de lodos es el recípro- El diseño del sedimentador secundario debe co del índice volumétrico de lodos multipli- ser efectuado con un criterio más estricto que cado por 100. Se calcula de los datos obteni- el de otros procesos. El índice volumétrico de dos por los métodos descriptos anteriormen- lodos IVL, generalmente, es superior a 100 te. Es decir: (por tener bajo peso específico), lo que signifi- ca una regular sedimentabilidad. Porque, el Índice de densidad de lodos, IDL incremento del valor IVL origina el problema denominado abultamiento del lodo –bulking–, g/l de sólidos suspendidos provocado por el aumento del volumen en ml IDL = . 100 ml/l de lodos sedimentados que ocupa un gramo de lodo seco, con la con- siguiente disminución de su peso específico. En consecuencia, esos lodos abultados escapan IDL = 100 IVL en el efluente del sedimentador, con su carga orgánica adicional hacia el curso receptor. Resumiendo: El IVL es el volumen en milili- Hay varias causas que producen el bulking; las tros ocupado por un gramo de lodos activa- más comunes son la sobrecarga de la DBO, la dos según la prueba citada; el IDL, que es su de los SsTA en el reactor y la del oxígeno pro- recíproco multiplicado por 100, es el conte- visto por los aireadores, o la aireación insufi- nido de sólidos en ciente. Hay otras causas específicas como son términos de por- el aumento del caudal, el afluente séptico, etc. centaje en peso. En lenguaje técnico, el IVL es el “Índice de Centrémonos ahora en la edad del lodo, Multiplicando el Mohlman” y el IDL es el parámetro que se aplica tanto en el diseño IDL por 10.000, “Índice de Donaldson”. como en la operación del sistema. se obtiene el con- tenido de sólidos de los lodos, en ppm. Se define como la edad del lodo (EL) el tiempo pro- medio que una partícula de los sólidos suspendidos Cuanto más bajo es el IVL, mejores son las permanece bajo aireación, en su pasaje a través condiciones de sedimentación. Los valores del proceso. altos indican que la capacidad de sedimenta- ción es pobre. En este marco, un índice de 100 es considerado barro de buena calidad Se expresa por la relación de la masa de sóli- de sedimentación. dos suspendidos volátiles en aireación con la CONDICIONES DE SEDIMENTABILIDAD DEL BARRO IVL(ml / g) Sedimentabilidad Características Menos de 50 Perfecta Efluente sin turbidez 50-100 Muy buena Efluente bueno 100-200 Tolerable Peligro de pérdida de barro 200-400 Mala Lodo enfermo Más de 400 Prácticamente imposible Pérdida completa de barro84
    • masa de sólidos suspendidos volátiles del tiene muy poca cantidad de sólidos en suspen-afluente. sión en el efluente final y, en consecuencia, la edad de lodos se puede considerar igual al V . Xm tiempo promedio de residencia celular. EL (días) = Q.X También deben considerarse la relación de recirculación r = Qr / Q (Qr = caudal recir-Donde: culado y Q = caudal medio afluente) y la con-• V = Volumen liquido del reactor (cámara centración de sólidos suspendidos en el reac- de aireación) [m3]. tor Xm = SSTA y en la recirculación Xr.• Q = Caudal diario del afluente [m3/día].• Xm = Concentración de sólidos suspendidos El porcentaje de caudal de recirculación totales en el reactor (licor mezclado) [ppm]. depende de esa concentración Xr (bajos• X = Concentración de sólidos suspendidos valores de Xr dan mayores Qr y viceversa), y totales del afluente [ppm]. se expresa:• EL = Edad del lodo [días]. Qr = Xm / Xr . 100Consideremos este ejemplo. Si: 1 - Xm / XrV = 600 m3Xm = 2000 ppm. Por ejemplo, consideremos:Q = 2400 m3/díaX = 100 ppm Xm = 2000 ppm 3. Xr = 8000 ppmEL = 600 m 3 2000 ppm 2400 m /día . 100 ppm 2000 ppm / 8000 ppm Qr = . 100EL = 5 días 1- 2000 ppm / 8000 ppmTambién resulta necesario considerar el tiem - Qr = (0, 25 / 1- 0,25) .100po promedio de residencia celular. Qr = 33 % El tiempo promedio de residencia celular se define como el lapso –en días– que un microorganismo Los microorganismos presentes en el proceso permanece en el circuito reactor-sedimentador de fangos activados consumen el oxigeno, secundario, y se expresa por la relación entre la biomasa en el tanque de aireación (kg SsVTA) y la suministrado a través del aire, a medida que masa de sólidos suspendidos volátiles que aban- consumen alimento (materia orgánica). Si dona diariamente el sistema (kg SsV lodo en exce- conocemos el valor de la carga orgánica que so + kg SsV del efluente). ingresa a la cámara de aireación (biorreactor), podemos calcular el caudal de aire a insuflar.Ambos parámetros EL y MCRT coinciden Por ejemplo:cuando pueden despreciarse los sólidos sus-pendidos del efluente del proceso. Para pro- DBO removido = DBO entrada – DBO salidacesos con alta edad de lodos (EL> 20 días) se DBO removido = 1050 – 52.5 85
    • DBO removido = 997,5 o de Michaelis-Menten; concentración del Carga orgánica = Q (m3 / dia ) x DBO sustrato para la cual la velocidad de utili- zación del sustrato por unidad de biomasa Cantidad de oxigeno = 60000 l / día. es la mitad de la velocidad máxima. . 0.9975 g O2 / l Cantidad de oxígeno = 59850 g O2 / día Le recomendamos consultar: Volumen de aire = •Schiappacasse, Eduardo (2005) Biorreactor para 59850 g O2 . 100 g aire . 1 mol aire la producción de alimentos. Instituto Nacional de día . 21 g O2 . 29 g Educación Tecnológica. Buenos Aires. Volumen de aire = 9827,58 mol / día V =nRT/P La versión digital de este material de capacitación V = está disponible en www.inet.edu.ar. 9827,58 mol/día . 0,082 atm . l (ºK . mol) . (273 + 20) ºK 1 atm Consideremos, finalmente, las normas de V = 236117,58 l aire / dia. diseño recomendadas para estaciones de V = 236,11758 m3 / dia lodos activados del tipo convencional. V = 9,384 m3 aire / hora La actividad biológica se puede medir por la NORMAS DE DISEÑO velocidad con la que los microorganismos uti- •Dimensiones de los tanques de aireación lizan el oxígeno del aire y consumen la materia •Dimensiones de la cámara de aireación orgánica (sustrato); ésta se puede tomar como •Cantidad de aire una medida de la cinética del proceso. El diseño de los tanques de aireación en el Dimensiones de los tanques de aireación: Las proceso de lodos activados se basa en la dimensiones de los tanques de aireación se medida de la cinética del proceso determina- miden en términos de período de retención do por la ecuación de Michaelis-Menten, la basado en el flujo promedio (capacidad de cual establece que la velocidad específica de diseño) de las aguas a tratar, según las utilización de sustrato es una función hiper- siguientes cifras: bólica de la concentración de sustrato y se expresa por la siguiente función: Capacidad de diseño, Período de retención, en litros por segundo en horas Velocidad de = V máx . S utilización del sustrato Km + S 8,8–35,1 7,5 35,1–44,0 7,5–6,0 Más de 44,0 6,0 Donde: • V máx = Velocidad máxima de utilización de sustrato por los microorganismos en los Dimensiones de la cámara de aireación: tanques de aereación. • S = Concentración orgánica que rodea a los Altura (h) = 3 a 4.5 m microorganismos; concentración de sus- Ancho (a) = 1 a 2 m x (h) trato limitante. Largo (l) = 3 a 8 m x (h) • Km = Constante de saturación del sustrato Numero de unidades = 2 (mínimo)86
    • Cantidad del aire: La demanda del oxígeno es una instalación que no presente fallasmás grande en la entrada de los tanques de molestas, queda aún algo muy importanteaireación –o sea, en las etapas iniciales del pro- que considerar: Los componentes correlati-ceso– y disminuye, progresivamente, a lo largo vos a los denominados parámetros de dise-de éste. Los sopladores deben suministrar ño y operación –tales como el aire a sumi-hasta 150 % de su rendimiento normal, que se nistrar, los sólidos a llevar en los lodos demide en 1.000 pies cúbicos del aire por libra retorno, además de su cantidad y la natura-de la DBO afluente; o sea, 62,3 metros por kg. leza de los flóculos, y su sedimentabilidadEn todo caso, el valor del oxígeno disuelto en los tanques finales–. Todo esto se rela-debe mantenerse en 2 mg por litro, en el tan- ciona, a la vez, con la carga orgánica de lasque, durante su funcionamiento. aguas a tratar. Subproductos del tratamiento de aguas residuales Los subproductos del tratamiento de las aguas residuales son: a. La arenilla que viene de los desarenadores. b. El material retirado del flujo por las rejillas. c. La nata y la espuma eliminadas de la superficie del líquido en los tanques de sedimentación pri- marios. d. Los lodos provenientes de éstos. e. Los lodos excedentes en el proceso de lodos activados. El subproducto a es una materia ya extraída y lavada, de carácter inerte, de modo que es fácil disponerla como relleno en varias ubicaciones. El subproducto b es una materia poco agrada- ble –lo mismo que c–; pero, por lo general, si se la dispone en digestores con los lodos es una materia digerible y que, también, puede que- marse. Raras veces un problema de mayor importancia, porque es de poco volumen.Equipo de aireación por difusión de alta efi-ciencia. Repicky SA www.repicky.com.ar Todo esto no hace menor el problema de la disposición de las arenillas, las materiasA partir de la experiencia acumulada en años sobrenadantes provenientes de un tratamien-de operación de las estaciones depuradoras to primario de aguas residuales, ni pasa porde lodos activados, hemos observando un alto la necesidad de cuidar cabalmente todoscambio tanto en el equipo como en el modo los desechos semejantes.de operar las varias estaciones ya construi-das. Mientras que las normas de diseño arri- Por otra parte, el acondicionamiento y la dis-ba citadas sólo tienen como finalidad lograr posición de los lodos d y e que se originan en 87
    • PARÁMETROS DE DISEÑO Y OPERACIÓN PARA EL PROCESO CONVENCIONAL DE LODOS ACTIVADOS Xm/Xr . 100 Caudal de recirculado Qr ( %) 20-35 1 - Xm/Xr 5-7 horas (difusión) V (m3) P (h) Tiempo de aireación 9-12 horas (aireación mecánica) Q(m3/h) Cantidad de aire aplicado Se debe mantener, por lo menos, 2 7-5 m3 /m3 de afluente 56/76 m3/kg DBO ppm de O2 disuelto en la cámara de aireación. Concentración de sólidos suspendi- dos en el reactor (cámara de airea- 1000/2500 ppm ción) SsVTA Índice volumétrico de lodos Lodos sedimentados . 30´(ml/l) 100/200 IVL (ml/g) Sólidos suspendidos totales (g/l) Edad de los barros V (m3) . Xr (ppm) 5 -10 EL (días) Q (m3/día) . X ( ppm) 80-95 % Se-Ss . 100 Eficiencia global del proceso (e) % medidos en reducción de DBO Se los tanques de sedimentación primarios o en alcance de cuerpos de agua receptores, los secundarios, por separado o mezclados, es como el mar, los cuales puedan ser aprove- lo que constituye el problema primordial. chados con tal propósito. Efectivamente, éste merece tanto estudio como el tratamiento de las mismas aguas residuales El mismo carácter de la materia prohíbe cual- que producen los lodos a disponer. quier procedimiento que pueda ocasionar perjuicios a la salud pública, ya por contacto Tenemos que desechar toda idea de dispo- o exposición, o a causa de vectores insectos, ner en condiciones crudas, los lodos prove- u otros animales o vegetales. De modo que, nientes del tratamiento de las aguas resi- en la gran mayoría de los casos, no queda duales, bien por el volumen de aquéllas o sino el único recurso ya conocido. A saber: la por su naturaleza. digestión y la destrucción parcial consiguien- te de los sólidos y, enseguida, el desecamien- Son contados los sitios en donde las esta- to de los sólidos digeridos antes de disponer- ciones depuradoras pueden ubicarse al los convenientemente.88
    • 3. HACIA UNA RESOLUCIÓN TÉCNICA. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamiento del equipoEl productoSe trata de una planta de tratamiento de aguas residuales que permite al alumno simular yanalizar el procesamiento de aguas de desagües cloacales y de industrias alimenticias12.12 El desarrollo de planos e imágenes, y la construcción del equipo son obra de Pablo Pilotto.Pablo Pilotto realizó estudios de Diseño Industrial (Universidad Nacional de La Plata). Es coordinador de la Unidad de Cultura Tecnológica del Instituto Nacional deEducación Tecnológica (INET). Es profesor de “Tecnología de los materiales” (Escuela de Educación Técnica N° 1. Las Flores. Provincia de Buenos Aires). Es autorde Experiencias telemáticas con las Unidades de Cultura Tecnológica (2003. INET. Buenos Aires) y tutor online de acciones de capacitación docente del Sistemade Educación a Distancia del INET. 89
    • Los componentes La planta de tratamiento consta de: El aire es suministrado mediante un difusor de membrana de burbuja fina tipo RG-30, • un sedimentador primario que permite interponiendo una válvula de retención para remover los sólidos sedimentables en un evitar el paso de agua al compresor. período de retención de dos horas; El retorno del lodo, desde el clarificador a la • una cámara de aireación, en donde ingresa cámara de aireación, se puede hacer en forma el agua y en la que permanece sometida a manual o mediante una bomba. aireación intensa durante horas, según el método de lodos activados que se seleccio- ne; aquí se forma el lodo activado; • un sedimentador secundario o clarificador, en donde el lodo activado se decanta. Incluimos, también, una estructura portante que, además de soportar los contenedores, cumple la función de contrarrestar la presión que ejerce La cámara de airea- el líquido desde el ción y el clarificador interior hacia el integran una misma exterior. unidad de tratamiento. Sedimentador primario Cámara de aireación y clarificador90
    • Difusor de membrana ponibles en ferreterías y en negocios de provisión de laboratorios y de materiales de construcción –a excepción del dispositivo difusor de aire que debe adquirirse en negocios especializados en el tratamiento de aguas residuales–. A causa de que la transferencia de oxígeno del aire al agua es una operación de baja eficiencia, hemos recurrido a un dispositivo comercial espe- cifico; otras alternativas no lograban la eficiencia requerida para que el agua pudiera tratarse con- venientemente.Compresor Tanto el decantador primario como la cáma- ra de aireación y el clarificador están cons- truidos en acrílico de 3 mm. Para su armadoLos materiales, herramien- y montaje usamos un adhesivo de contacto y un sellador que garantizaran la estanqueidadtas e instrumentos de cada uno de los contenedores.Es posible construir la planta de tratamien- La estructura portante está construida ento de aguas residuales con materiales dis- perfil de aluminio de 20 x 20 mm.. 91
    • La construcción y el montaje del equipo no Decantador primario reviste ninguna dificultad; sus alumnos lo podrán hacer, teniendo el debido cuidado y contando con su supervisión durante el corte de las placas de acrílico. Planta de tratamiento de aguas residuales Las herramientas y componentes necesarios para construir la planta: • Placas de acrílico transparente de 3 mm de espesor. • Cañerías de alimentación y desagües de 19 mm de diámetro, cuyas uniones se efectúan por termofusión –en caso de usar caño tipo IPC– o a rosca –en caso de usar cañerías estándar y sus acoples–. • Un compresor de DC 12 volt, 20.7 bar. • Un difusor de aire de membrana de bur- buja fina tipo RG-300, de 31 cm de diá- metro con entrada de rosca ¾” BSP.92
    • Decantador secundarioLa construcciónOrganizamos la tarea de este modo:• Construcción de la estructura de soporte.• Construcción del decantador.• Construcción de la cámara de aireación y el clarificador.• Construcción de las cañerías de acoples.Las imágenes muestran la secuenciade construcción: 93
    • 94
    • La llenamos totalmente con el afluente a tra-El armado tar, de modo que el agua que ingrese por un extremo del sedimentador primario salga porEl dispositivo se puede armar en forma el otro extremo (clarificador).manual; le recomendamos hacerlo de estemodo: Dado que la planta está diseñada para que el agua fluya de un extremo a otro por gravita-1. Disponemos la estructura de soporte sobre ción, al poner en funcionamiento los airea- una mesa. dores, el agua que sale del clarificador debe ingresar por el otro extremo para ser tratada2. En forma manual, acoplamos el sedimen- nuevamente, hasta que se cumpla el tiempo tador primario de acrílico. seleccionado para la cámara de aireación; a partir de esto, la planta entra en régimen y el3. También manualmente, acoplamos el difu- efluente de salida es agua tratada. sor a la cámara de aireación de acrílico integrada con el clarificador. Montamos en El agua se bombea o se aplica en forma manual la estructura portante. al sedimentador primario, en donde permane- ce en reposo durante dos horas o el tiempo que4. Montamos las cañerías de entrada y salida se estime necesa- de afluente a cada dispositivo. Conectamos rio, intervalo en el el difusor al compresor. cual efectuamos la Para esta tarea, nos purga de barros en basamos en la guía incluida en la segunda5. Adosamos la cañería de retorno de lodos; el decantador. parte del libro. un extremo se integra al conducto de sali- da de lodos del clarificador y éste a la El agua decantada ingresa a la cámara de bomba de lodos –si se dispone–; la salida aireación en donde se somete al proceso de de la bomba se adosa a la tubería de enta- aireación durante el tiempo seleccionado. da de agua y a la cámara de aireación. El agua pasa al sedimentador secundario o6. Conectamos las salidas de lodos del sedi- clarificador donde permanece por otra hora y mentador primario y el excedente de lodos media. Luego de este tiempo, los lodos retor- del clarificador a un recipiente plástico, nan a la cámara de aireación en el volumen para su posterior disposición. seleccionado.El ensayo y el control Este barro de retorno aporta los microorga- nismos necesarios para llevar a cabo la depu-Para que las experiencias puedan realizarse ración del agua. Ingresa en el mismo puntocon éxito, es necesario que verifiquemos la que el agua a tratar entra a la cámara de aire-estanqueidad de los dispositivos, de las cañe- ación, puesto que, en este punto, tiene larías y de sus conexiones, lo que va a posibili- mayor cantidad de carga orgánica (sustrato);tar contar con un flujo continuo, una vez que por lo tanto, son necesarios más microorga-la planta se deja en régimen. nismos para su depuración.¿Cómo logramos poner la planta en régimen? Finalmente, el agua sale por el extremo opuesto, como agua tratada. 95
    • Considere la siguiente guía: obturaciones en • Es necesario mantener el contenido de oxígeno los circuitos de la Si no se dispone de la planta; esto tam- bomba dosificadora, la disuelto en la cámara de aireación por encima de bién puede hacer- operación puede las 2 ppm, excepto en las inmediaciones de la ali- hacerse mediante un mentación. se mediante la uti- bidón de suficiente • Los lodos activados deben recircularse continua- lización de una capacidad –no menor mente, conforme al porcentaje determinado; si no bomba dosificado- de 25 litros– con salida se puede realizar en forma continua, es necesario ra, adicional al en su base inferior. A hacerlo en intervalos de cada 15 minutos. equipo. este bidón se adiciona • El contenido de sólidos en el tanque de aireación un tubo de látex. puede variar considerablemente; pero, usualmen- La purga de barros Mediante una pinza de se puede hacer de laboratorio, se regula el te, lo hace entre 1000 y 2500 ppm. igual modo, adi- caudal en función del • Es necesario un IVL cercano a 100 y edad de lodos tiempo, procurando de 3 a 4 días. cionando un tubo agitar continuamente, • Las sobrecargas orgánicas periódicas o repetiti- flexible y utilizan- en forma manual, para vas, y sustancias toxicas causarán dificultades en do una pinza de evitar sedimentos. la operación, por lo que deben evitarse. laboratorio. La formación de sobrenadantes o espumas en Cuando la planta está en régimen, observa- los sedimentadores puede retirarse en forma mos que, en la cámara de aireación, se han manual, con un colador metálico. formado flóculos de apariencia granulosa, bien delimitados, de color pardo dorado y Si no se dispone de una bomba, el retorno de con olor a moho; este rasgo indica un buen lodos a la cámara de aireación puede hacerse funcionamiento. cada hora y media, drenando el volumen necesario y retornándolo –en forma manual– La superación de dificul- al ingreso de la cámara de aireación. tades Debe tenerse cuidado con la higiene personal de los alumnos operadores. Es necesario tener en cuenta La alimentación de agua tratada –previa al que, según su procedencia, el líquido residual a tra- ingreso al sedimentador primario– debe pasar- tar puede presentar alta contaminación y contener se a través de un tamiz o malla metálica con bacterias patógenas, por lo que deben tomarse todos los resguardos que hemos establecido. aberturas próximas a los 5 mm, para evitar96
    • 4. EL EQUIPO EN EL AULAEl equipo que le proponemos desarrollar permite integrar conocimientos altratamiento de aguas residuales domésticas e industriales, mediante la utilizaciónde tecnología de lodos activados. Contaminación ambiental Microbiología aplicada Áreas de conoci- Química y bioquímica mientos integrados al tratamiento de aguas Hidráulica aplicada residuales Procesos biotecnológicos CostosConsideremos, inicialmente, algunas posibi- instituciones dedicadas a la investigación ylidades didácticas de la Planta depuradora de a la transferencia de conocimientos- vincu-aguas residuales: lados a la contaminación de aguas (conta- minación de la cuenca del Matanza-• Capacidad del equipo. Se trata de un dis- Riachuelo, instalación de fábricas de pasta positivo que guarda relación geométrica de celulosa y papel en Fray Bentos, –en cuanto a dimensiones– respecto de los República Oriental del Uruguay, que supo- distintos dispositivos; por esto, se puede ne la contaminación del río Uruguay, etc.). obtener una buena interpretación del pro- ceso a través de la medición de variables • Experiencias de hidráulica aplicada. La tales como caudales, tiempos de retención medición de caudales, la velocidad de flujo hidráulica y de aireación. y la sedimentación natural de partículas en un líquido en movimiento, son aspectos• Aspectos ambientales que involucra. Es que se pueden comprobar. importante que los alumnos se concienti- cen sobre los aspectos ambientales que • Conocimientos de microbiología, química y implica la contaminación de las aguas y bioquímica de las aguas residuales. Los cuáles son las alternativas de tratamiento. alumnos pueden estudiar los cambios físico- Para esto, además del diseño y la construc- químicos de las aguas residuales durante su ción del equipo, recomendamos búsque- tratamiento y relacionarlos con los aspectos das en Internet de artículos -avalados por microbiológicos. 97
    • • Experiencias vinculadas a procesos bio - • Determinación de los costos de tratamiento. tecnológicos. En el tratamiento secun- Los estudiantes pueden indagar en cómo dario, se puede comprobar la eficiencia impacta en la economía -en particular, de del tratamiento biológico, mediante la quien origina la contaminación y, en gene- modificación de las variables del proce- ral, la contaminación de las aguas-, relacio- so y las condiciones del medio (agua nando los costos de tratamiento con el cau- residual). dal a tratar y su grado de contaminación. Actividades a desarrollar Vamos a presentar guías de actividades de Actividad 1. Tratamiento de trabajo prácticos centrados en la planta de desagües cloacales tratamiento, que van a permitir a los alumnos realizar en el aula-taller la simulación y la observación del proceso de tratamiento de Permite desarrollar un proyecto tecnológico líquidos residuales de distintas procedencia, para simular y establecer las condiciones desarrollar experiencias comparativas de aná- recomendables en el tratamiento de desagües lisis de resultados de las distintas etapas de cloacales. tratamiento y evaluar, a través de la modifica- ción de las distintas variables del proceso, Las tareas a encarar por los alumnos, son: cómo influyen en la eficiencia del tratamien- to final. • Establecer la importancia ambiental del tratamiento de los desagües cloacales. • Evaluar el tratamiento de desagües cloaca- les mediante la aplicación de tecnologías de ACTIVIDADES A DESARROLLAR lodos activados. • Establecer la importancia de los tiempos de retención hidráulica y la aireación median- 1. Tratamiento de desagües cloacales. te la difusión de aire, para la calidad del producto final. 2. Tratamiento de líquidos residuales • Establecer, mediante la evaluación del IVL, generados en la industria láctea. las características de los microorganismos en la cámara de aireación y las cualidades 3. Evaluación del tratamiento primario del afluente final. del afluente de un establecimiento de • Establecer la importancia del nivel de oxi- elaboración de cerámicos destinados a geno disuelto y el valor del pH en la cáma- la construcción. ra de aireación. • Determinar los costos unitarios del trata- 4. Evaluación del tratamiento de aflu- miento. entes generados en la industria cárnica. Las variables seleccionadas:98
    • VARIABLES INDEPENDIENTES VARIABLES DEPENDIENTES Temperatura Tiempo de residencia hidráulica Caudal afluente Densidad del afluente Cantidad de materia orgánica (DBO) Viscosidad Cantidad de sólidos suspendidos totales Olor, color, formación de espuma, etc. VARIABLES CONTROLADAS pH Concentración de oxigeno disuelto Concentración o volumen de sustrato, cantidad de materia orgánica (DBO)Materiales: cantidad de oxigeno disuelto a intervalos de tiempo preestablecidos.• Afluente del alcantarillado cloacal.• Recipientes recolectores. 6. Obtienen muestras cada hora, para medir• Vaso volumétrico o probeta. el oxígeno disuelto y el pH.• Planta de tratamiento de lodos activados 7. Determinan IVL, cada hora.Los alumnos: 8. Clasifican el proceso de barros activados1. Ensamblan el dispositivo. definidos por el rango de cargas o la materia orgánica disponible para los microorganismos:2. Acoplan la bomba de alimentación deafluente y ajustan el caudal de alimentación. • alta carga, • convencional y3. Insertan el dispositivo de aireación y • baja carga.conectan el compresor. 9. Para cada rango de carga y calidad del pro-4. Acoplan la bomba al conducto de retorno ducto final, concretan: el tiempo de residen-de lodos del clarificador. cia hidráulico, la cantidad de aire a suminis- trar y el porcentaje de lodos que tiene que5. Para la obten- retornar a la cámara de aireación.ción de datos de Le recomendamos rea-proceso, realizan: lizar distintas pruebas 10. Para cada pro-medición de cau- con sus alumnos, para ceso en régimen,dales, lecturas de establecer las condi- determinan DBO Le recomendamos par- ciones ideales: empe- tir de una cantidad detemperatura, en la entrada y en 15 a 20 % de lodos que zando desde 3 horas detiempo de resi- aireación, hasta una la salida de cada retornan del clarifica-dencia hidráulica, aireación continua y operación. dor a la cámara decaudal de aire creciente, aumentando aireación.suministrado y los tiempos de residen- cia hidráulica. 99
    • 11. Determinan la cantidad de barros genera- 15. Desarrollan propuestas de mejora en el dos en el sedimentador primario y el clarifi- proceso. cador, estableciendo un protocolo de dispo- sición final. 16. Valoran las ventajas y las desventajas, al cambiar de una escala de laboratorio a una 12. Presentan resultados a partir de: de proceso industrial masivo. • Tablas: Tablas de resultado de DBO y SST 17. Evalúan la ecoeficiencia de las operacio- para las distintas etapas, comparando valo- nes realizadas. res iniciales y finales, y obteniendo rendi- mientos. • Gráficos: Variación de la disminución de la Actividad 2. Tratamiento de DBO en función de las distintas variables líquidos residuales generados en de proceso: tiempo de residencia hidráuli- ca, pH y cantidad de aire suministrado, en la industria láctea función de la temperatura de proceso y de la cantidad de lodo que retorna a la cáma- Esta segunda actividad tiene como objetivo ra de aireación. evaluar el tratamiento secundario del afluen- • Construcción de datos que relacionan la te de una industria láctea. cantidad de afluente tratado y el costo insumido en todo el proceso, a efectos de Materiales: obtener el costo unitario de tratamiento. • Afluente de la industria láctea. 13. Establecen comparaciones de costos en • Recipientes recolectores. relación con el valor del m3 de agua potabili- • Vaso volumétrico o probeta. zada y el obtenido en la planta de tratamien- • Planta de tratamiento de lodos activados to; obtienen conclusiones. Los alumnos: 14. Establecen conclusiones respecto de la influencia en la calidad de producto final, 1. Ensamblan el dispositivo. según: 2. Acoplan la bomba de alimentación de • calidad del afluente inicial, afluente y ajustan el caudal de alimentación. • propiedades del efluente final, • rendimiento, 3. Insertan el dispositivo de aireación y • validez de los principios microbiológicos conectan el compresor. clásicos, • validez de los principios básicos de hidráu- 4. Acoplan la bomba al conducto de retorno lica aplicada, de lodos. • calibración de las condiciones óptimas de operación, 5. Para la obtención de datos de proceso, rea- • importancia y nivel de aireación durante el lizan lecturas de temperatura, tiempo de resi- proceso, obtención y variación de la calidad dencia hidráulica, caudal de aire suministra- del efluente final en función de los tiempos do y cantidad de oxígeno disuelto, a interva- de retención hidráulica y aireación, etc. los de tiempo preestablecidos.100
    • 6. Obtienen mues- 13. Establecen conclusiones respecto de latras cada hora, Para la tarea 5, le reco- influencia en la calidad de producto final,para medir el oxí- mendamos realizar según:geno disuelto y el distintas pruebas conpH. sus alumnos, para • calidad del afluente inicial, establecer las condi- • propiedades del efluente final, ciones ideales: empe-7. Determinan IVL, zando desde 3 horas • rendimiento,cada hora. de aireación, hasta • validez de los principios microbiológicos una aireación continua clásicos,8. Concretan el y creciente. • validez de los principios básicos de hidráu-producto final, lica aplicada,determinando la cantidad de aire a suminis- • calibración de las condiciones óptimas detrar y el tiempo de residencia hidráulico final operación,necesario. •importancia y nivel de aireación durante el proceso, obtención y variación de la calidad9. Determinan y calibran el porcentaje de del efluente final en función de los tiemposlodos que tiene que retornar a la cámara de de retención hidráulica y aireación,aireación. • etc.10. Para cada proceso en régimen, determi- 14. Desarrollan propuestas de mejora en elnan DBO en la entrada y en la salida de cada proceso.operación. 15. Valoran las ventajas y las desventajas, al11. Determinan la cantidad de barros genera- cambiar de una escala de laboratorio a unados en el sedimentador primario y en el cla- de proceso industrial masivo.rificador, estableciendo un protocolo de dis-posición final. 16. Evalúan la ecoeficiencia de las operacio- nes realizadas.12. Presentan resultados a partir de:• Tablas: Tablas de resultado de DBO y SST Actividad 3. Evaluación del trata- para las distintas etapas, comparando valo- miento primario del afluente de res iniciales y finales, y obteniendo rendi- mientos. un establecimiento de elabora-• Gráficos: Variación de la disminución de la ción de cerámicos destinados a la DBO en función de las distintas variables de proceso: tiempo de residencia hidráuli- construcción ca, pH y cantidad de aire suministrado, en función de la temperatura de proceso y de Este tercer proyecto tecnológico permite, la cantidad de lodo que retorna a la cáma- mediante la utilización del tratamiento pri- ra de aireación. mario de la planta:• Construcción de datos que relacionan la cantidad de afluente tratado y el costo • Simular y establecer las condiciones ópti- insumido en todo el proceso, a efectos de mas para la remoción de sólidos sedimen- obtener el costo unitario de tratamiento. tables provenientes de una industria ela- 101
    • boradora de cerámicos. 6. Determinan el porcentaje de sedimento • Realizar y controlar el proceso de sedimen- que acumula el sedimentador al cabo de las tación primaria, para obtener la reducción dos horas de operación, y establecen un pro- de sólidos sedimentables. tocolo de purgas y limpieza del dispositivo. • Desarrollar el control de proceso para la recuperación de sólidos y retornarlos como 7. Establecen un protocolo de disposición materia prima para la elaboración de cerá- final de los sedimentos. micos. 8. Presentan resultados, a partir de: Materiales: • Tablas: Tablas de resultado de SST compa- • Afluente de una industria elaboradora de rando valor iniciales y finales, y obteniendo cerámicos o mosaicos para la construcción. rendimientos. • Recipientes recolectores. • Gráficos: Variación de la disminución de la • Vaso volumétrico o probeta. DBO o DQO, en función de los distintos • Planta de tratamiento (sedimentador pri- tiempos de residencia hidráulica. mario). • Construcción de datos que relacionan la cantidad de afluente tratado y el costo Los alumnos: insumido en todo el proceso, a efectos de obtener el costo unitario de tratamiento. 1. Ensamblan el dispositivo. 9. Establecen conclusiones respecto de la 2. Acoplan la bomba de alimentación de influencia en la calidad de producto final, afluente y ajustan el caudal de alimentación. según: 3. Para la obtención de datos de proceso, rea- • calidad del afluente inicial, lizan lecturas de • propiedades del efluente final, temperatura y • rendimiento o eficiencia del sedimentador, tiempo de resi- Le recomendamos rea- • validez de los principios básicos de hidráu- dencia hidráulica, lizar distintas pruebas lica aplicada, a intervalos de con sus alumnos, para • calibración de las condiciones óptimas de tiempo preestable- establecer las condi- operación, ciones ideales: empe- cidos. zando con variaciones • importancia de las temperaturas en el sedi- de caudales que per- mentador a distintos niveles y obtención de 4. Obtienen mues- mitan acotar los tiem- la variación de la calidad del efluente final, tras cada 10 minu- pos de retención hi- en función de los tiempos de retención tos, para medir dráulica de 1 a 3 horas, hidráulica. SST y turbiedad. variando la temperatu- • etc. ra del afluente y calen- 5. Determinan tándolo –si es necesa- 10. Desarrollan propuestas de mejora en el DBO o DQO a la rio–, a efectos de com- proceso. probar cómo incide entrada y a la sali- sobre la calidad del da del sedimenta- efluente final. 11. Valoran las ventajas y las desventajas, al dor primario. cambiar de una escala de laboratorio a una de proceso industrial masivo.102
    • 12. Evalúan la ecoeficiencia de las operacio- nomizar agua, ensayar tratamientos previosnes realizadas. y/o primarios para la reducción de carga contaminante y evaluar la recuperación deActividad 4. Evaluación del trata- subproductos en la calidad del afluentemiento de afluentes generados en final. - Etapa 3. Evaluar, con y sin reducción dela industria cárnica carga contaminante, las variables de proce- so de tratamiento y determinar los costosPermite desarrollar un proyecto tecnológico de unitarios de tratamientos en cada caso.para simular y establecer las condicionesrecomendables en el tratamiento de afluentesen la industria cárnica. Etapa 1. Evaluar la importancia ambiental del tratamiento de afluentes en la industriaLas tareas a encarar por los alumnos, son: frigorífica• Establecer la importancia ambiental del Los alumnos: tratamiento de los desagües residuales de la industria frigorífica. 1. Mediante revisión bibliográfica, establecen• Evaluar el tratamiento de afluentes, la importancia ambiental del tratamiento de mediante la aplicación de técnicas de afluentes de la industria frigorífica. reducción de contaminantes en su fuente de generación. 2. Mediante revisión bibliográfica, caracteri-• Establecer la importancia de la recupera- zan los efluentes líquidos producidos en la ción de subproductos en la calidad del industria frigorífica, separando líneas verdes afluente final. y rojas.• Mediante la evaluación de los distintos pro- cesos utilizados en la industria frigorífica, 3. Determinan DQO y sólidos suspendidos establecer un modelo para economizar totales para cada afluente de proceso, y selec- agua en las etapas de producción y lavado. cionan aquellos que aportan mayor carga• Ensayar tratamientos de afluentes con y sin contaminante, a efectos de efectuar las accio- reducción previa de contaminantes. nes de reducción sobre éstos.• Determinar los costos unitarios del trata- miento. Etapa 2. Ensayar acciones de minimizaciónPor tratarse de un proyecto más complejo de carga contaminanteque el anterior, vamos a plantear tres etapasde trabajo, a los fines de secuenciar apropia- 4. Mediante la revisión de los distintos pro-damente los pasos y las variables a controlar cesos, establecen los porcentajes de reduc-en cada caso: ción de agua de lavado.• Etapa 1. Evaluar la importancia ambiental 5. Seleccionan procesos a través de los cuales del tratamiento de afluentes en la industria se pueda realizar la recuperación de subpro- frigorífica. ductos, mediante la utilización de tratamien-- Etapa 2. Ajustar, considerando las distintas tos previos y/o primarios (elaboración de etapas de producción, un modelo para eco- harina de sangre y/o de huesos, grasa, etc.) 103
    • utilizando el sedimentador primario; recupe- 13. Ensayan la ran materias primas. sedimentación pri- Para determinar la maria con y sin el dosis de coagulante, le 6. Ensayan métodos de sedimentación con el agregado de coa- recomendamos pro- agregado de coagulantes químicos. gulante, utilizando bar, para establecer las condiciones idea- sulfato de alumi- les, empezando desde nio -Al2 (SO3)2; en 10 ppm y continuando Materiales: este caso, conside- con dosis crecientes ran que los sólidos de 10 hasta 60 ppm, • Muestras de afluentes de distintos procesos. sedimentados ya con agitación fuerte • Recipientes recolectores. no pueden utili- durante los primeros • Vaso volumétrico o probeta. zarse como mate- 20 segundos y, luego, • Cronómetro. ria prima para continuar por 10 minu- • Filtro de malla, de alambre o tela. reprocesarlos, por tos a baja velocidad. • Centrífuga de laboratorio. la oclusión del coagulante en el sedimento. 14. Mediante lecturas de temperatura, esti- 7. Extraen muestras de los distintos procesos, mación de velocidad de flujo en el sedimen- en forma manual y puntual, establecen tem- tador y tiempo de residencias, obtienen peraturas mediante estimación o determi- muestras para medir temperaturas, densidad, nando el tiempo de llenado de un volumen pH y DBO. de un recipiente colector por el caudal de afluente originado por cada proceso. 15. Presentan re-sultados a partir de: 8. Para cada operación de lavado, determi- • Tablas: Valores de muestras a lo largo del nan: tiempos y formas de lavado, y los cauda- proceso (agitación, temperatura, densidad, les utilizados. Estiman las reducciones por- pH) y eficiencia para cada ensayo. centuales de volúmenes de agua de lavado. • Gráficos: Variación de turbiedad en función 9. Con una malla de alambre, filtran los resi- del tiempo de proceso y agitación, cambio duos más voluminosos (restos de carnes, vís- en las propiedades de producto final en fun- ceras, etc.). ción de la temperatura de proceso, y gráficos de rendimiento en función del tiempo y de 10. Utilizan una centrífuga de laboratorio la disminución de sólidos y de la DBO. para efectuar la reducción de sólidos en el efluente; establecen tiempo y velocidad 16. Evalúan y establecen conclusiones respec- (rpm) en la operación. to de la influencia de implementar acciones de minimización de carga previa y de disminu- 11. Pesan estos residuos y determinan si es ción del agua utilizada en la calidad del afluen- posible reprocesarlos. te final, según los parámetros analizados. 12. Utilizan este afluente lo más pronto posible, 17. Desarrollan propuestas de mejoras en el para iniciar la segunda etapa; en su defecto, proceso de producción. almacenan a menos de 4 ºC, sin llegar al con- gelamiento, para procesarlo posteriormente. 18. Discuten acerca de las ventajas y de las des-104
    • ventajas de utilizar procedimientos de mini- Etapa 3. Evaluar el proceso de tratamiento finalmización de carga mediante acciones previas y determinar los costos unitarios en cada casode tamizado, centrifugación o sedimentacióncon el agregado de coagulantes; incluyen pará- 22. Efectúan el tratamiento del afluente con ymetros que acotan cada uno de estos procesos. sin minimización de carga contaminante, utili- zando el método convencional de lodos activa-19. Discuten respecto de establecer un dos; determinan los costos directos de opera-modelo continuo por el agregado de materias ción y establecen las diferencias para cada caso.primas durante el ciclo de procesos, proyec-tando dicha operación en un modelo a esca- 23. Para cada una de las operaciones dela industrial. minimización de carga contaminante, deter- minan los costos directos.20. Postulan un modelo de proceso mejora-do, a partir de las experiencias efectuadas. 24. Comparan los costos con y sin minimiza- ción de carga, y establecen conclusiones con21. Valoran las ventajas y las desventajas, al respecto a la conveniencia de llevarlas a cabo.cambiar de una escala de laboratorio a unade proceso industrial masivo. 105
    • Sus estrategias para el trabajo en el aula106
    • 107
    • 5. LA PUESTA EN PRÁCTICA Esta parte final de nuestro módulo de capa- gantes o dificultades específicas con relación citación contiene un cuadernillo para la eva- a la construcción del recurso didáctico, a las luación del recurso didáctico que le presen- actividades de aula, a los contenidos científi- tamos y, de las experiencias didácticas y con- cos y tecnológicos, a la metodología de tenidos propuestos a partir de él: enseñanza, a los procedimientos incluidos, a la información sobre materiales y a otros Esta evaluación tiene dos finalidades: aspectos. • Brindarle a usted, como docente que uti- Dada la importancia que esta información de liza este material, la oportunidad de do- retorno tiene para nuestro trabajo de cumentar el seguimiento de las activi- seguimiento, mejora y actualización, le dades que realice con sus alumnos, a par- agradecemos que nos remita el cuadernillo tir de nuestras propuestas y, en función con todas las observaciones, comentarios o de esta memoria de acciones, propiciar sugerencias adicionales que nos quiera hacer una reflexión acerca de los cambios, llegar. Para ello puede remitirnos una copia, mejoras o enriquecimiento de su propia a través de correo postal, a tarea de enseñanza. Área de Monitoreo y Evaluación –CeNET– • Obtener de su parte, como usuario de Oficina 112 este material, información sobre todos Saavedra 789. C1229ACE. los aspectos en torno a los cuales gira la Ciudad Autónoma de Buenos Aires. propuesta. República Argentina. Para este relevamiento de información, usted O, si lo prefiere, solicitarnos el archivo elec- encontrará, a continuación, una serie de trónico de las páginas que siguen a cuestionarios organizados básicamente en evcenet@inet.edu.ar, enviándonos la versión tablas o matrices para completar. Con los digitalizada de sus respuestas a través del datos que usted exprese en ellos esperamos mismo correo electrónico. tener una realimentación que nos permita mejorar todos los componentes de la serie de publicaciones “Recursos didácticos” y enriquecerla con propuestas o docu- mentación complementaria para aquellos docentes que planteen iniciativas, interro- Desde ya, muchas gracias.108
    • Identificación del material:Las dimensiones que se consideran para la evaluación del módulo de capacitación y delrecurso didáctico son:1. Nivel educativo 5. Documentación2. Contenidos científicos y tecnológicos 6. Otras características del recurso didáctico3. Componentes didácticos 7. Otras características del material teórico4. Recurso didáctico 8. Propuestas o nuevas ideas1. Nivel educativo en el que trabajó el material: Nivel educativo EGB EGB Polimodal Escuela técnica (*) Trayecto técnico- Formación Otra (*) 2 3 (*) profesional (*) profesional (*) 1 2 3 1 2 3 4 5 6 Nivel en el que usted lo utilizó Asignatura/espacio curricular en el que usted lo utilizó: (*) Por favor, indique la modalidad, la orientación, la especialidad, etc.2. Contenidos científicos y tecnológicos trabajados: La puesta en práctica I
    • 3. Componentes didácticos: 3.1. Testimonios (situaciones problemáticas) presentados en el material Sí No Otro1 a. ¿Le resultaron motivadores para iniciar las actividades propuestas? b. ¿Le facilitaron el desarrollo de contenidos curriculares que usted tenía previstos? c. A su criterio, ¿están vinculados con el recurso didáctico que se le propone desarrollar? d. ¿Le facilitan la organización de situaciones didácticas para el tra- bajo de los contenidos científicos y tecnológicos propuestos? e. El nivel de las situaciones problemáticas que se plantean, ¿es el adecuado al nivel educativo para el que está previsto? f. En caso negativo, ¿permiten adecuaciones para ser trabajados en el nivel educativo de sus alumnos o en otro nivel educativo? g. Los testimonios iniciales, ¿permiten generar diferentes soluciones (soluciones tecnológicas o didácticas)? En caso que su respuesta sea negativa (en cualquier ítem), le pedimos que nos indique por qué (señale el número del ítem a que corresponde su comentario) Otro (indique el ítem al que corresponde el comentario): 1 Utilice esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la matriz.II La puesta en práctica
    • 3.2. EstrategiasA partir de la utilización de las propuestas de trabajo en el aula contenidas en el material ydel recurso didáctico con el que se asocian, le solicitamos que nos indique (tomando comoreferencia su forma de trabajo anterior a disponer del material), cómo resolvió las activida-des consignadas en la tabla siguiente: Incorporado3 No aplicado2 3.2.1. Contextualización de la estrategia didáctica Mejor Igual Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró: a. Determinar las capacidades, habilidades, conocimientos previos necesarios para iniciar las actividades propuestas. b. Organizar, asociar, relacionar los conocimientos científicos y tec- nológicos para resolver un problema tecnológico. c. Recortar (identificar) los contenidos científicos y tecnológicos a trabajar con sus alumnos para el desarrollo de un sistema/produc- to tecnológico como el propuesto por el material. d. Vincular estos conocimientos con los saberes previos de los alum- nos. e. Establecer la secuencia adecuada de los contenidos científicos y tecnológicos, y de los procedimientos para generar una solución tecnológica (la propuesta por el material u otra diferente). f. Organizar una experiencia didáctica integrando conocimientos científicos y tecnológicos, metodología de resolución de problemas y procedimientos propios del trabajo tecnológico. g. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).2 No aplicado: No lo hizo antes ni ahora con este recurso didáctico.3 Incorporado: Integró la estrategia a sus clases a partir de la utilización del recurso didáctico propuesto. La puesta en práctica III
    • Incorporado No aplicado 3.2.2. Desarrollo de la estrategia didáctica Mejor Igual Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró: h. Encuadrar la tarea a partir de la formulación de uno (o varios) problemas. i. Explicitar consignas de trabajo que plantean una situación pro- blemática. j. Organizar las actividades de aprendizaje atendiendo a las etapas propias de la resolución de problemas. k. Utilizar técnicas de trabajo grupal. l. Promover el trabajo colaborativo y cooperativo. m. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso). Incorporado No aplicado 3.2.3. Aspectos cognitivos (proceso de aprendizaje de sus alumnos) Mejor Igual Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró: n. Estimular a sus alumnos en la búsqueda de información e investi- gación en torno al problema eje del material. o. Promover la consulta a variadas fuentes de información. p. Rescatar, incorporar los aportes del grupo para identificar aspectos o variables críticas del problema. q. Evaluar los conflictos cognitivos propios del proceso de aprendizaje. r. Detectar, evaluar, la comprensión asociativa. s. Promover la reflexión sobre las actividades realizadas y las estrate- gias utilizadas en cada parte del proceso. t. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).IV La puesta en práctica
    • 4. Recurso didáctico:4.1. Construcción del recurso didácticoTomando en cuenta la finalidad prevista en el material para el recurso didáctico (equipamien-to o software), le pedimos que nos indique si, a partir de la propuesta contenida en el mate-rial:4.1.1. Utilizó: a. Un equipo ya construido, según la b. Un software. propuesta del material. c. Otro que ya tenía disponible d. Ninguno. (de características similares).Si su respuesta fue “d.” indíquenos la razón, por favor: La puesta en práctica V
    • 4.1.2. ¿Realizó todo el proceso de construcción del recurso didáctico con sus Sí No alumnos? (Conteste este apartado en caso de que haya construido un equipo igual al propuesto. En caso contrario, pase al apartado 5 “Documentación”) 4.1.3. En caso de que su respuesta sea afirmativa, le pedimos que nos indique: Sí No a. ¿Pudo seguir sin dificultades los procedimientos indicados en el “Manual de construcción”? b. La secuencia indicada, ¿fue la adecuada para la construcción? c. El grado de complejidad, ¿fue el apropiado para el nivel educativo a que se dirige el recurso? d. Los contenidos científicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo del recurso propuesto? e. Los contenidos tecnológicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo del recurso propuesto? f. Con sus alumnos, ¿construyó el recurso didáctico siguiendo el proceso y la metodología de resolución de problemas? g. ¿Siguió todos los procedimientos propuestos para la construcción pero incorporó sus propios contenidos científicos y tecnológicos? h. Por el contrario, ¿hizo adaptaciones en los procedimientos de construcción pero mantuvo los mismos contenidos? i. ¿Realizó la construcción siguiendo las actividades de aula propuestas en el material? j. ¿Diseñó sus propias experiencias en función de su grupo de alumnos? Sí No ¿Completó todas las etapas del proceso de construcción propuesta? En caso negativo, indíquenos a qué fase llegó: a. Planificación. b. Diseño en dos dimensiones. c. Construcción, armado. d. Ensayo y control. e. Superación de dificultades (evaluación del funcionamiento, siguiendo las indica- ciones y la lista de control que brinda el material). f. Construcción de otro equipo que se adapta más a sus necesidades curriculares (Si marcó esta alternativa, lo invitamos a responder, directamente, el apartado 4.1.5.).VI La puesta en práctica
    • 4.1.4. Complete este ítem sólo si realizó el proceso de construcción del equipo siguiendo los procedimientos indicados en el Manual. Si no fue así, lo invitamos a responder el apartado 4.1.5.Acerca de los materiales, herramientas e instrumentos: Sí No a. La especificación de los materiales para la construcción, ¿fue suficiente para conseguirlos? b. ¿Utilizó los mismos materiales (en calidad y tipificación) indicados en la documentación? c. ¿Reemplazó materiales, instrumentos, componentes, piezas, etc., sin alterar el resultado final previsto en el material? d. La especificación de las herramientas a utilizar, ¿le resultó adecuada? e. La cantidad de herramientas indicadas, ¿fue la necesaria? f. Los instrumentos, ¿estuvieron bien especificados? g. El tipo y cantidad de instrumentos, ¿fueron los adecuados para armar el recurso didáctico?4.1.5. En caso de que usted haya construido un recurso didáctico diferente al propuesto por el material de capacitación, le pedimos que nos indique si la razón fue: a. El propuesto no se ajustaba a sus b. No pudo conseguir los materi- necesidades curriculares. ales o instrumentos indicados. c. No pudo interpretar el manual de d. Otra (Por favor, especifíquela). construcción. La puesta en práctica VII
    • 4.1.6. ¿Qué características específicas destacaría en este recurso didáctico diferente al pro- puesto por el material, que sus alumnos han construido. (Marque todas las opciones que considere necesarias): a. Se ajusta mejor a los contenidos b. Es más económico. curriculares que necesita trabajar. c. Permite su reutilización d. Es más adaptable (mediante el desarme y armado, en (a diversos usos). función de necesidades didácticas). e. Otra (Por favor, especifique): f. Descripción del recurso didáctico construido: g. Indique las principales diferencias con el equipo propuesto (estructurales, funcionales, didácticas):VIII La puesta en práctica
    • 4.2. Utilización del recurso didáctico4.2.1. ¿Cómo utilizó el recurso didáctico (hecho por usted o ya construido), en las experien- cias didácticas que concretó? (Puede marcar todas las opciones que crea necesarias) a. Aprovechando todo el proceso y la b. Aplicándolo (como algo ya comple- secuencia de construcción pro- to) a la solución de problemas dife- puestos en el material. rentes al propuesto en el material. c. Utilizándolo como un sistema tecnológico (ya construido) en las funciones para las que está pensado (manejo de las variables, control de operaciones, etc.). d. Otra (Por favor, especifique): La puesta en práctica IX
    • 4.2.2. Ya sea que haya desarrollado el recurso didáctico con sus alumnos según las especifi- caciones del material, ya sea que haya construido otro diferente o que haya utilizado un equipo ya construido, en relación con las actividades que usted venía realizando, la utilización del recurso didáctico propuesto por el material le permitió (seleccione la opción que coincida con sus experiencias): No aplicable4 Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso didáctico le Mejor Igual Otro5 permitió a usted, como docente: a. Integrar contenidos científicos y tecnológicos en la solución de situa- ciones problemáticas de carácter tecnológico. b. Diseñar situaciones de enseñanza y de aprendizaje centradas en la resolución de problemas tecnológicos. c. Planificar y promover en sus alumnos la organización del trabajo (planificación y secuenciación de tareas), según el proceso tecnológico. d. Favorecer la identificación de aspectos o variables críticas de una situación problemática. e. Organizar las actividades de manera que facilite la toma de decisiones por parte de los alumnos (determinación y selección de alternativas, opciones de diseño, materiales, etc.). f. Organizar la actividad de sus alumnos en función de soluciones diversas a los problemas planteados. g. Agregue otras que usted considere haber logrado de una mejor manera con este recurso didáctico 4 NA: No aplicable; es una actividad que no realizó antes ni ahora. 5 Otro: Recuerde utilizar esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la tabla.X La puesta en práctica
    • No aplicableCon respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso le permitió a Mejor Igual Otrolos alumnos (habilidades intelectuales):Capacidad de planificarh. Identificar variables o aspectos fundamentales de un problema tec- nológico.i. Organizar su trabajo en etapas (identificar y seguir la secuencia de operaciones de un proceso).j. Ejecutar las actividades en los plazos o etapas previstas.k. Seleccionar materiales, herramientas y piezas, de acuerdo con las necesidades del diseño.l. Anticipar y resolver dificultades que podrían surgir en el proceso.m. Prever puntos críticos de todo el proceso.n. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico La puesta en práctica XI
    • No aplicable Capacidad para tomar decisiones Mejor Igual Otro o. Analizar alternativas en función de un problema. p. Seleccionar alternativas en función de las restricciones planteadas en el problema, o en el contexto de enseñanza y de aprendizaje. q. Adecuar la propuesta para la solución del problema planteado. r. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didácticoXII La puesta en práctica
    • No aplicable Capacidad de aplicar y transferir Mejor Igual Otro s. Interrelacionar los datos, técnicas y procedimientos en el diseño de la solución. t. Utilizar técnicas de representación adecuadas al equipo que se construye o en el ya construido que se utiliza. u. Integrar los conocimientos científicos y tecnológicos en los momentos pertinentes para el diseño de la solución. v. Relacionar, ensamblar componentes en la secuencia adecuada. w. Utilizar de manera correcta la simbología y los lenguajes propios de la tecnología (representación gráfica, simbólica, etc.). x. Transferir conocimientos científicos y tecnológicos en otras activi- dades similares. y. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didácticoOtro (Por favor, exprese aquí los comentarios que tenga, identificando el ítem con la letra quecorresponda): La puesta en práctica XIII
    • 5. Documentación (Material teórico, manual de procedimientos y propuestas didácticas): 5.1. ¿Cómo calificaría los aportes del material recibido (encuadre y desarrollo teórico, y expe- riencias propuestas para el aula)? 6 MV V PV a. Por su potencialidad didáctica (sugerencias, propuestas de trabajo en el aula, papel motivador, etc.). b. Para sus necesidades curriculares (desarrollo de los contenidos y experien- cias previstas en su planificación). c. Para organizar, planificar, concretar experiencias didácticas relacionadas con problemas de Educación Tecnológica. d. Para renovar, actualizar, ampliar (subraye el que se ajusta más a su expe- riencia) los contenidos que desarrolla en su área/ disciplina. e. Para trabajar conocimientos científicos y tecnológicos de manera asociada a un problema tecnológico. f. Para organizar experiencias de aprendizaje en torno a la utilización de recursos didácticos. g. Para utilizar un recurso didáctico en el marco de experiencias didácticas organizadas en función de la resolución de problemas. h. Para integrar mejor contenidos científicos y tecnológicos en la solución de problemas de carácter tecnológico. i. Para estimular la generación creativa de otros recursos didácticos. Otras (Especifíquelas, por favor) 6 Escala= MV: Muy valioso / V: Valioso / PV: Poco valiosoXIV La puesta en práctica
    • 5.2. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamiento del recurso didácticoEn caso de que haya seguido los procedimientos contenidos en el Manual (ya sea para hacerun equipo igual o uno diferente al propuesto), le pedimos nos indique si: Sí No Otro a. ¿Pudo seguir todos los procedimientos descriptos, sin dificultad? b. ¿La secuencia descripta le resultó la adecuada? c. ¿La secuencia establecida le planteó alternativas según algún crite- rio (disponibilidad de los materiales, trabajo de contenidos especí- ficos, etc.)? d. ¿La finalidad (para qué sirve) del equipo está indicada con clari- dad? e. ¿Se establecen cuáles son los contenidos (científicos o tecnológicos) que se asocian al equipo a construir? f. ¿Se determina la relación entre conocimientos implicados, proce- dimientos a seguir, materiales a utilizar y experiencias posibles de realizar? g. ¿Considera que la relación anterior es pertinente (es la que corres- ponde) para la construcción que se propone? h. ¿La descripción de los procedimientos le facilitaron la organización de las experiencias de trabajo con sus alumnos? i. ¿Pudo seguir las indicaciones para la puesta en funcionamiento? j. ¿Todas las indicaciones para el uso son claras?Por favor, fundamente sus respuestas negativas o agregue los comentarios que crea pertinentes(identifique el ítem a que se refiere):Otro (identifique con la letra que corresponda el ítem sobre el que hace observaciones) La puesta en práctica XV
    • 6. Otras características del recurso didáctico: 6.1. Constructivas (Por favor, conteste sólo si realizó el proceso de construcción). Indique si el proceso de construcción reúne las siguientes características: Sí No . a. Simplicidad. Es sencillo de construir por parte de los alumnos. b. Economía. Es posible hacerlo con materiales de bajo costo. c. Compatibilidad. Todos los componentes, bloques y sistemas permiten ser integrados entre sí. d. Acoplabilidad. Puede ser unido o combinado con otros recursos didácticos. e. Sencillez. Permite combinar diferentes tipos de materiales (madera, cartón, plástico, otros similares). f. Facilidad de armado y desarmado. Permite, sencillamente, realizar pruebas, correcciones, incorporación de nuevas funciones, etc. Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué (Por favor, identifique su comentario con la letra del rasgo aludido):XVI La puesta en práctica
    • 6.2. Técnicas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno ya cons- truido) Sí No a. Portabilidad. Puede ser utilizado en el taller, aula, laboratorio. b. Modularidad. Puede ser adaptado a diversos usos; para trabajar diversos con- tenidos curriculares o para realizar diferentes experiencias didácticas; para aprendizaje, demostraciones, análisis, etc. c. Reutilización. Posee partes, componentes, bloques o subsistemas que pueden ser desmontados para volver a su estado original, y usados en sí mismos o en forma independiente. d. Incrementabilidad. Puede complejizarse agregando piezas o completando el sistema para mejorar su funcionalidad, rendimiento, precisión o calidad. e. Aplicabilidad múltiple. Como sistema tecnológico, permite que usted selec- cione las variables con las que desea trabajar (algunas de las que maneja el sis- tema, todas las previstas o agregar otras).Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificando su comentariocon la letra correspondiente: La puesta en práctica XVII
    • 6.3. Didácticas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno ya construido) Sí No a. Congruencia. Tiene relación con los testimonios de realidad incluidos en el módulo de capacitación. b. Pertinencia. Los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuados para el trabajo con los contenidos curriculares de la educación técnico-profe- sional. c. Integración. Posibilita el tratamiento asociado de los conocimientos científicos y tecnológicos propuestos en el material. d. Escalabilidad. Es posible utilizarlo con proyectos o problemas con diferentes niveles de complejidad. e. Complejidad creciente. Las soluciones alcanzadas para una parte del proble- ma, sirven de base para las siguientes o permite que, agregando componentes, sea utilizado como solución a problemas más complejos. f. Adaptabilidad. Permite su adaptación a soluciones diversas en torno a las problemáticas planteadas. Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificándola con la letra correspondiente:XVIII La puesta en práctica
    • 7. Otras características del material teórico:¿Cómo calificaría el diseño del módulo escrito (desarrollo de contenidos científicos y tec-nológicos, y propuestas de experiencias didácticas)? 7 MB B R M a. Formato gráfico del material (distribución del contenido, márgenes, dis- tribución de texto e imágenes, inserción de gráficos, diseño gráfico glo- bal, etc.). b. Lenguaje utilizado (claridad, adecuación al destinatario). c. Organización (secuencia entre cada parte). d. Adecuación al destinatario (evidencia que se toma en cuenta que es un material para ser trabajado en un ámbito escolar). e. Pertinencia de los conocimientos científicos con las problemáticas planteadas. f. Pertinencia de los conocimientos tecnológicos con las problemáticas planteadas. g. Vinculación (pertinencia) del recurso didáctico que propone con las situaciones didácticas planteadas. h. Congruencia (vinculación) de los contenidos propuestos con el recurso didáctico. i. Aporte metodológico para enriquecer sus estrategias didácticas. j. Aporte teórico (en general) para su trabajo docente. k. Valor motivador para el trabajo con sus alumnos. l. Valor orientador para generar sus propios recursos didácticos. m. Concepción innovadora para el trabajo didáctico en la educación técni- co-profesional.Si marcó la opción “Malo”, le pedimos que nos explique por qué:7 Escala= MB: Muy bueno / B: Bueno / R: Regular / M: Malo La puesta en práctica XIX
    • 8. Propuestas o nuevas ideas: Tanto para los autores de este material, como para el CeNET como institución responsable de su elaboración y distribución, una de las finalidades más importantes es suscitar en los educadores nuevas ideas, aplicaciones o propuestas creativas a partir de la lectura o el traba- jo con el módulo. En función de ello, le solicitamos que nos indique: Si a partir del módulo (contenido teórico y recurso didáctico) usted, en su calidad de (marque todas las opciones que correspondan): a. docente a cargo de un grupo de alumnos b. directivo c. responsable de la asignatura: d. lector del material e. otro (especifique): ha generado nuevas ideas o propuestas: Respecto de los contenidos (independientemente del recurso didáctico): Sí No a. Organización de su asignatura. b. Contenidos científicos y tecnológicos (formas de asociarlos, ampliarlos, desarrollarlos, etc.) c. Planificación de las experiencias didácticas. d. Trabajo con resolución de problemas.XX La puesta en práctica
    • Otras (Por favor, especifique en qué ámbitos ligados con los contenidos ha generado estasnuevas ideas o propuestas):Si su respuesta fue afirmativa le pedimos que la amplíe: La puesta en práctica XXI
    • En relación con el recurso didáctico. Le pedimos que nos relate (libremente) las nuevas ideas o propuestas que el trabajo con este material le ha suscitado:XXII La puesta en práctica
    • Sí No¿Puso en práctica alguna de estas ideas o propuestas?¿Cuál/es?En caso negativo, por favor, indíquenos por qué: La puesta en práctica XXIII
    • Títulos en preparación de la serie “Desarrollo de contenidos”. • Colección: Tecnología química en industrias de procesos • El aire como materia prima • El azufre como materia prima • Los minerales como materia prima –bauxita y minerales de hierro • Colección: Construcciones • Construcción de edificios. Cómo enseñarla a través de la resolución de problemas • Construcciones en hormigón armado: tecnología, diseño estructural y dimensionamiento • Colección: Telecomunicaciones • Técnicas de transmisión banda base aplicadas a redes LAN y WAN • Cálculo de enlaces alámbricos • Colección: Materiales • Fundamentos y ensayos en materiales metálicos • Colección: Tecnología en herramientas • Historial de las herramientas de corte • Diseño y fabricación de herramientas de corte • Colección: Electricidad, electrónica y sistemas de control • Instalaciones eléctricas • Familia TTL (Lógica transistor-transistor) • Familia lógica CMOS