TecnologíA Para  Tratamiento De Aguas Residuales
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    TecnologíA Para  Tratamiento De Aguas Residuales TecnologíA Para Tratamiento De Aguas Residuales Presentation Transcript

    • TECNOLOGÍA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Dra. Rosemary Vela Cardich [email_address] I Seminario Internacional “ Desarrollo Sostenible, Gestión y Educación Ambiental”
    • Aguas residuales
      • Son aguas alteradas en su composición por el uso al que han sido sometidas, lo que supone:
      • pérdida de calidad y
      • necesidad de tratamiento
      • Clasificándolas en función de su origen tenemos los siguientes tipos:
      • domésticas, industriales y agrarias
    • Características de las Aguas residuales Materia Orgánica Metales Sólidos en suspensión Muy variable Orgánico Inorgánico Mixto Industriales Grasas y aceites Materia Orgánica Gérmenes Patógenos Residuos orgánicos Productos de lavado Domésticas Sólidos macroscópicos Materias en suspensión Materias disueltas Estiercol Restos abonos Restos de aditivos Agrarias MATERIAS CONTAMINANTES CONTENIDO ORIGEN
    • Tecnología anaerobia
      • El tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales utilizando tecnología anaerobia de alta velocidad se ha desarrollado a escala mundial en los últimos años.
      • Esta tecnología es atractiva en los países en desarrollo, ya que la energía necesaria para la operación de los sistemas anaerobios es mínima comparada con los sistemas convencionales de tratamiento aerobio.
      • El gas metano que se genera puede transformarse en energía aprovechable en la planta de tratamiento.
    • Ventajas del Tratamiento anaerobio
      • Bajos costos de inversión y operación.
      • Alta eficiencia de tratamiento
      • Producción de una fuente de energía que puede servir calentar el agua residual hasta la temperatura de operación.
      • Necesidad de espacio relativamente pequeño para las instalaciones debido a la aplicación de altas velocidades de carga orgánica.
      • Baja producción de lodo en exceso.
    • Desventajas del Tratamiento anaerobio
      • Algunas posibles desventajas de la tecnología Anaerobia que en ocasiones pueden conducir a la elección de otro tipo de tratamiento, son:
      • Insuficiente generación de alcalinidad y metano cuando se depuran aguas residuales muy diluidas.
      • Cinética lenta a bajas temperaturas.
      • Ciertos compuestos como NH 4 + , PO 4 3- y S 2- quedan en disolución. Por este motivo, si es necesario, se tiene que usar un tratamiento posterior.
    • ¿Qué es el tratamiento anaerobio de aguas residuales?
      • Es el tratamiento biológico del agua residual sin el uso de aire u oxígeno.
      • Se aplica en la eliminación de la contaminación orgánica de las aguas residuales.
      • En el proceso de degradación anaerobia:
      Contaminantes Orgánicos Microorganismos anaerobios
      • CO 2 + CH 4
      • (Biogás)
      • Materia degrada- da en disolución
      • Nuevos microor- ganismos
    • Degradación anaerobia Adaptado de Jim A. Field y Reyes Sierra
      • Es posible por medio de reacciones asociadas al metabolismo de distintos microorganismos.
      Enzimas hidrolíticas Bacterias Acetogénicas Bacterias Fermentativas Bacterias Metanogénicas agua particulada compleja: Proteínas, polisacáridos Aminoácidos, azúcares, péptidos propionato, butirato acetato CO 2 , H 2 CH 4 , CO 2
    • Balance de DQO en procesos anaerobios
      • La DQO del agua residual es convertida principalmente a metano y en una menor proporción en nuevos microorganismos.
      • DQO: es la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar químicamente la contaminación orgánica, y por lo tanto, una medida de su contenido o concentración.
      Adaptado de Jim A. Field y Reyes Sierra DQO en el agua residual CH 4 Nuevos microorganismos 90% 10%
    • Factores que afectan el proceso anaerobio
      • pH: entre 6.5 - 8.2. En este intervalo los distintos microorganismos tienen buenos niveles de actividad.
      • Alcalinidad: Debe ser suficiente para mantener el pH dentro del rango óptimo. Se precisan valores de alcalinidad  que 1000mg/L.
      • Temperatura: Influye decisivamente en la actividad de los microorganismos. A nivel industrial, la mayor parte de los reactores operan a temperaturas de 30-37ºC. También se puede trabajar a menores temperaturas. En este caso, el tiempo de tratamiento debe ser mayor.
    • Factores que afectan el proceso anaerobio
      • Nutrientes: Para sistemas muy cargados la relación DQO/N/P mínima es 350/7/1. Las bacterias metanogénicas también precisan para estimular su metabolismo de S entre 0.001 y 1.0 mg/L y metales (Fe, Ni, Co, Mg...) a nivel de trazas.
      • Tóxicos: Según su concentración los mismos elementos indicados antes pueden convertirse en tóxicos o inhibidores.
      • Iones que provocan la formación de precipitados: altas concentraciones de Ca 2+ Y Mg 2+ , pueden conducir a la anulación de la actividad microbiana.
    • Aplicaciones de la tecnología anaerobia de alta velocidad
      • Aguas residuales de:
      • Industria cervecera y de bebidas
      • Industria de alimentos
      • Industria papelera
      • Destilerías de alcohol e industria de fermentación
    • Nuevas aplicaciones de la tecnología anaerobia de alta velocidad
      • Aguas residuales de:
      • Industria textil
      • Industria química y petroquímica
      • En lugares de climas cálidos, pueden utilizarse para el tratamiento de agua residual doméstica.
    • Reactores anaerobios de alta velocidad Dado que los microorganismos involucrados poseen una baja velocidad de crecimiento, la retención de biomasa activa es la clave para una buena operación.
      • Operar con altas concentraciones de biomasa.
      • Aplicar cortos tiempos hidráulicos de residencia.
      • Trabajar con altas velocidades de conversión.
      Estos reactores trabajan con elevados tiempos de retención de biomasa activa. Esto permite
    • Reactor de Contacto anaerobio
      • La retención de la biomasa se realiza por sedimentación externa y recirculación.
      • El reactor se mantiene agitado.
      • Eficacia = reducción de DQO del 90-95% para aguas residuales altamente biodegradables con DQO entre 2000 y 10000 mgDQO/L.
      • Adecuado para tratar aguas residuales con sólidos de lenta digestión.
    • Reactor de Contacto anaerobio
      • Los parámetros de operación son:
      • - Veloc. de carga orgánica= 2000-10000mgDQO/L.d
      • - Tiempo hidráulico de residencia = 1-5 d
      • - Concentración de biomasa = 4000–6000 mg SSV/L
      • Limitación: opera a velocidades de carga orgánica inferiores a las que se pueden alcanzar con otros
      reactores anaerobios.
    • Reactor UASB (Reactor de flujo ascendente en manto de lodos)
      • Sistema desarrollado en los años 70 en Holanda, por el Dr. Gatze Lettinga. Actualmente es el más utilizado para el tratamiento de aguas residuales industriales.
      • En Brasil y Colombia se vienen desarrollando múltiples trabajos de investigación utilizando este tipo de sistema.
      • En este tipo de reactor, la biomasa es retenida en el reactor gracias a la formación de gránulos bacterianos con buenas características de sedimentación.
    • Reactor UASB
      • La correcta distribución del influente
      • su velocidad ascensional constante; y
      • el gas producido
      favorecen
      • la mezcla del sistema
      • la granulación de la biomasa; y
      • el contacto de la biomasa con el agua residual
      Influente Efluente Campana Biogás Burbujas de gas Gránulos de lodo Adaptado de Jim A. Field y Reyes Sierra de gas Sedimen- tador Manto de lodo Separador gas/líquid/sólido
    • Gránulos de lodo anaerobio
      • Son agregados de microorganismos.
      • Tienen diámetros de 0.5 a 2 mm.
      • Presentan altas velocidades de sedimentación (30-80m/h).
      • La etapa de arranque del reactor es crítica para conseguir gránulos adecuados. En esta etapa se su-
      Fuente: Papelera Roermond, Holanda. giere operar aplicando fuertes diluciones al influente, además de trabajar a una velocidad ascensional constante.
    • Reactor UASB
      • Trata principalmente aguas residuales con DQO mayores que 2500 mg/L , con bajas concentraciones de sólidos suspendidos.
      • Los parámetros típicos de operación son:
      • - Veloc. de carga orgánica= 5000-15000mgDQO/L.d
      • - Tiempo hidráulico de residencia = 2-0,2 d
      • - Concentración de biomasa= 30000–40000mg SSV/L
      • - Velocidad ascensional = 0.5 – 1,3 m/h
      • Eficacia = si bien ésta depende mucho del tipo de agua residual que se trata, en general las eficiencias con respecto a la DQO biodegradable está generalmente entre 80 y más de 90% .
    • Reactor de lecho fluidizado
      • La biomasa activa crece adherida a finas partículas de materiales inertes que actúan como soporte.
      • La fluidización de las biopartículas se consigue aplicando una velocidad muy alta al flujo de recircu-
      Adaptado de Jim A. Field y Reyes Sierra
      • lación del efluente.
      • Este proceso se adapta bien al tratamiento de aguas residuales diluidas hasta muy concentradas.
      • Pueden tratarse satisfactoriamente aguas residuales con tóxicos.
      soporte Influente Recirculación Efluente Bio-película Biogás
    • Reactor de lecho fluidizado
      • Los parámetros de operación típicos son:
      • - Veloc. de carga orgánica= 10000-40000mgDQO/L.d
      • - Tiempo hidráulico de residencia = 2-10 horas
      • - Concentración de biomasa= 10000–40000mg SSV/L
      • La principal des-ventaja para su uso a gran escala es su alto consumo de energía en la recirculación.
    • Ventajas y desventajas de los reactores UASB Gran experiencia práctica Fácil construcción No necesita soporte Excesivas cantidades de calcio inhiben la granulación Bajo requerimiento energé-tico Útil para aguas con pocos sólidos suspendidos Alta eficacia de eliminación de DQO Puesta en marcha puede requerir lodo granular Bajo tiempo hidráulico de residencia Proceso de granulación delicado. Elevada capacidad de tratamiento Desventajas Ventajas
    • Ventajas y desventajas de los reactores de lecho fluidizado Elevado coste de relleno Aplicable a aguas con tóxicos Poca experiencia a escala industrial Aplicable a aguas con sólidos Elevado nivel de sólidos suspendidos en el efluente Aplicable a diferentes aguas residuales Dificultad para controlar la expansión del lecho Muy bajo tiempo hidráulico de residencia Alto consumo energético Muy alta capacidad de tratamiento Desventajas Ventajas