Kit 30 planta de tratamiento

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Kit 30 planta de tratamiento

  1. 1. Serie: Recursos didácticosTapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.
  2. 2. 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
  3. 3. Planta de tratamientode aguas residualesEduardo Antonio Schiappacasse
  4. 4. 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
  5. 5. 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.
  6. 6. 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
  7. 7. 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
  8. 8. 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
  9. 9. • 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
  10. 10. 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
  11. 11. XIII
  12. 12. 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
  13. 13. 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
  14. 14. 30. Planta de tratamiento de aguas residuales
  15. 15. 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
  16. 16. 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
  17. 17. 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
  18. 18. 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
  19. 19. 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
  20. 20. 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
  21. 21. 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
  22. 22. • 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
  23. 23. 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
  24. 24. 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
  25. 25. 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
  26. 26. 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
  27. 27. 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
  28. 28. 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
  29. 29. 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
  30. 30. 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
  31. 31. 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
  32. 32. 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
  33. 33. 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
  34. 34. 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
  35. 35. 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
  36. 36. 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

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