Tratamiento de aguas residuales

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Curso de Tratamiento de Aguas residuales para la carrera de Ing. Ambiental.

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Tratamiento de aguas residuales

  1. 1. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Enero – Junio 2012 6º Semestre Ingeniería Ambiental Desarrollado por: IBQ. Erick R. López Almanza.
  2. 2. TEMARIO
  3. 3. 1. INTRODUCCIÓN1.1 DISPONIBILIDAD Y DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA DELAGUA EN EL PLANETA El agua es uno de los compuestos químicos de mayor abundancia en el planeta, ya que cubre aproximadamente tres cuartas partes del planeta. La cantidad de agua en el planeta a permanecido estable desde la formación de la tierra misma, el agua de lluvia que vemos caer se ha precipitado millones de veces antes y lo seguirá haciendo corriendo de la tierra al mar, evaporándose para formar nubes y volver a caer en un ciclo sin fin conocido como ciclo del agua.
  4. 4.  Sin embargo a pesar de esta aparente disponibilidad existen factores que limitan la cantidad de agua disponible para consumo humano. Constantemente pensamos en el agua como un recurso natural abundante e infinito pero esto no es así, de toda el agua que existe en el planeta solo una fracción mínima es agua directamente utilizable, y esta se encuentra distribuida de forma poco uniforme.
  5. 5.  El 97% del agua del planeta es agua salada y se encuentra en los océanos, el 3% restante es agua dulce. De esa cantidad el 77.6% esta concentrada en los casquetes polares y en los glaciares, en el subsuelo o se encuentra en la atmosfera, y el agua que se utiliza para consumo humano comprende solo un 0.6% del total.
  6. 6.  De acuerdo con la ONU, un país con escasez de agua es aquel que cuenta con menos de 1000 m3 disponibles por habitante por año, lo que no es suficiente para proporcionar un adecuado sustento o para respaldar el progreso económico y es además una causa potencial de severos daños al ambiente. Aquellos países que cuentan con 1000 a 1700 m3 por persona por año, poseen dificultades hídricas.
  7. 7.  México esta considerado como un país que sufre de problemas hídricos, incluso la ciudad de México esta considerada como una cuenca con escasez de agua.
  8. 8.  Un ejemplo de escasez de agua en México es el Lago de Chápala, el cual tiene “un déficit permanente en cuanto al promedio anual de recarga (3980 millones de m3) y el promedio anual de extracción (4621 millones de m3), lo cual es independiente de las lluvias o las variaciones en los escurrimientos y de la fuerte evaporación en un lago que sólo tiene 7.2 m de máxima profundidad.
  9. 9.  En México existen enormes diferencias regionales con respecto a la disponibilidad del agua, esto debido al aumento de la población y a las actividades industriales lo que ha determinado su disminución. Con respecto a la geografía y al clima destacan dos grandes zonas de disponibilidad natural de agua, la primera comprende el sur y sureste y la segunda el norte, centro y noroeste del país. La disponibilidad natural en la primera de ellas es 7 veces mayor que en el resto del territorio nacional.
  10. 10.  En el Valle de México corresponde un nivel de estrés hídrico al registrar menos de 900 m3 de agua por habitante al año; en las regiones de la Península de Baja California y Río Bravo se encuentran en estado de dificultades hídricas al tener menos de 1700 m3 por habitante al año. La mayor presión sobre el recurso hídrico se encuentra en el norte y en el centro del país, especialmente en el Valle de México donde la presión llega a 120%, Baja California con 86% y Sonora con un 78%
  11. 11.  El crecimiento poblacional es uno de los factores involucrados en la deficiencia de agua en el país. De acuerdo con las proyecciones de crecimiento del Consejo Nacional de Población (CONAPO) que realizaron el 2005, la población del país pasará de 106 millones 451 mil 679 personas que se tenían en el 2005 a 127 millones 205 mil 586 habitantes en el 2025.
  12. 12. MAPA PROYECTADO A 2025
  13. 13. Y COMO ES EL PANORAMA MUNDIAL? Como vimos, uno de los problemas en relación con el agua es que su distribución es muy desigual, además de la condiciones climáticas, la distribución y abundancia de agua en el planeta dependen de la geología, la orografía, el tipo de suelo y el tipo de presencia vegetal. Estos factores imponen variaciones espaciales y temporales con respecto a la abundancia del agua, a tal grado que 7 países (Canadá, Noruega, Brasil, Venezuela, Suecia, Austr alia, y Estados Unidos) concentran el 90% del agua consumible.
  14. 14.  Mientras que otros países como Egipto o Sudáfrica, requieren importar este recurso de otros países. El consumo de agua también es muy diferente, en países en vías de desarrollo los habitantes cuentan con dotaciones de 50 L por día, mientras que en los países desarrollados o de “primer mundo” este valor sobrepasa fácilmente los 400 L por día.
  15. 15. COMO SON LAS PREDICCIONES MUNDIALESCON RESPECTO A LA ESCASEZ DEL AGUA?
  16. 16. 1.2 CAPTACIÓN Y SUMINISTRO De acuerdo con su origen los suministros se clasifican en aguas superficiales, aguas subterráneas y aguas meteorológicas. En el caso de las aguas superficiales, estas comprenden los cauces (ríos, arroyos, riachuelos), océanos, lagos y aguas embalsadas. Las aguas subterráneas comprende toda el agua que se filtra hacia el subsuelos, formando lo que se conoce como mantos freáticos, son resultado del ciclo hidrológico.
  17. 17.  Y las aguas meteorológicas comprenden toda el agua de lluvia, nieve, granizo, agua-nieve, y el agua presente en la atmosfera. Aguas meteorológicasAguas superficiales Aguas subterráneas
  18. 18.  Del total de agua dulce que hay en el planeta, el 80% esta en forma de hielo, en forma liquida 1% se considera agua superficial y en los suelos hay de un 20% a un 40% el cual es utilizable por plantas y moos. Como podemos observar, el agua subterránea es muy importante para los ecosistemas terrestres.
  19. 19. ¿CÓMO SE DISTRIBUYE EL AGUA EN ELPLANETA?
  20. 20. 1.3 USOS DEL AGUA De manera particular, las características de la molécula de agua, dan la pauta para los diferentes usos que se le da. El agua en estado liquido tiene una alta capacidad calorífica, lo que permite absorber una gran cantidad de energía calorífica sin elevar mucho su temperatura, esta propiedad permite que las grandes masas de agua se calienten o enfríen con rapidez, lo que ayuda a los organismos a protegerse de las variaciones de temperatura y mantener constante el clima terrestre.
  21. 21.  Posee la capacidad de disolver una gran cantidad de sustancias sin reaccionar con estas, por lo que el agua se puede utilizar como un disolvente universal. Esta propiedad además permite que el agua transporte nutrientes disueltos a través de los tejidos de los seres vivos y elimine productos de desecho. Además esta propiedad permite que el agua tenga la capacidad no solo de transporte, sino también como sostén de vida, desde vida unicelular hasta peces y mamíferos acuáticos.
  22. 22.  De manera general, podemos mencionar los diferentes tipos de usos para los que se destina el agua:• Agricultura• Pesca• Ganadería• Propagación de vida silvestre• Uso domestico• Uso comercial• Usos recreativos• Generación de energía, etc.
  23. 23.  Entre las opciones de suministro que se manejan actualmente para la distribución del agua tenemos: 1. Presas y embalses: esta forma de suministro de agua es la forma mas antigua para controlar el flujo del agua, la generación de energía eléctrica, el control de crecidas y sequias y la recreación, sin embargo se presentas problemas de azolvamiento de los embalses, mayores perdidas por evaporación, reducción del flujo de los deltas en los ríos.
  24. 24.  2. Desviaciones de corrientes de agua: consisten en desviaciones de ríos o arroyos de un área con mayor cantidad del recurso hídrico a un área con carencias del mismo. La desventaja de este método deriva en el costo, en las perdidas por evaporación y filtración en el subsuelo, la acumulación de sales y deterioro de los suelos por un drenaje inadecuado de los proyectos de irrigación.
  25. 25.  3. Aguas subterráneas: esta fuente agua es por lo general de mejor calidad que el agua superficial, y se puede extraer para uso en áreas alejadas de las redes de distribución. La limitante de la extracción de las aguas subterráneas, radica en el tiempo de recarga de las mismas, de los contrario el nivel de las aguas subterráneas disminuirá, se reducirá la cantidad disponible, y aumentara el costo de su extracción.
  26. 26.  4. Desalinización: con el uso de la técnica de Osmosis Inversa, se hace pasar el agua través de una membrana semipermeable que deja pasara el agua pero retiene la sales disueltas, este es uno de los métodos mas prácticos de desalinización, además de la destilación normal. La limitantes de este método radica en que las unidades de OI son muy costosas y consumen grandes cantidades de energía.
  27. 27.  5. Uso de glaciares: este método, el cual se ha planteado durante muchísimo tiempo solventaría las carencias de agua que se poseen en el mundo. Entre los problemas aun no resueltos se cuentan los efectos ambientales, la fusión del hielo durante su transito, los métodos para fundir el hielo y llevar el agua a tierra.
  28. 28.  6. Reubicación de las poblaciones: esta propuesta consiste en reubicar al total de una población de una zona donde hay escasez del liquido a una zona donde hay mayor disponibilidad del agua. En otras palabras se pretende que el ser humano vuelva a ser nómada.
  29. 29. 1.4 AGUAS RESIDUALES Las aguas residuales resultan de la acumulación de contaminantes en el agua, una vez que esta fue utilizada por el ser humano para actividades del tipo agrícola, industriales y domesticas. El tratamiento que se le debe de dar a las aguas residuales es bastante complejo debido a la gran variedad y cantidad de contaminantes que es muy alta.
  30. 30. 1.5 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Existe una gran variedad de métodos para tratar las aguas residuales, dichos métodos se basan en el tratamiento que se le dará a las aguas residuales. METODOS FISICOS METODOS DE METODOS QUIMICOS TRATAMIENTO METODOS BIOLOGICOS
  31. 31.  Métodos físicos: estos métodos no generan sustancias nuevas, sino que concentran los contaminantes al evaporar el agua o filtrar los sólidos de tamaño considerable. Métodos químicos: dan como resultado la formación de nuevas sustancias, se utilizan agentes químicos. Métodos biológicos: utilizan organismos vivos, para provocar cambios químicos, este tipo de tratamiento es visto como una modalidad de los métodos químicos
  32. 32. 2. CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUASRESIDUALES 2.1 Características de las aguas y de las aguas residuales. El agua contiene sustancias químicas, físicas y biológicas disueltas o suspendidas en ella. Desde el momento en que se condensa en forma de lluvia, el agua disuelve los componentes químicos de sus alrededores a medida que cae a través de la atmosfera. Corre sobre la superficie del suelo y se filtra a través del mismo.
  33. 33.  Además el agua contiene organismos vivos que reaccionan con sus elementos físicos y químicos, por esta razón suele ser necesario tratarla a fin de hacerla adecuada para su uso. El agua que contiene ciertas sustancias químicas o moos puede ser perjudicial para determinados procesos industriales y al mismo tiempo perfectamente idónea para otros.
  34. 34.  El agua se evalúa en cuanto a calidad en términos de sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas. Por lo que es necesario que las pruebas que se utilizan para analizarla en relación con cada una de esta propiedades produzcan resultados congruentes y tengan aceptación universal, a fin de que sean posibles las comparaciones significativas con los estándares de calidad del agua.
  35. 35.  Aunque cada país establece los parámetros de calidad del agua, por lo general se basan en los estándares de calidad establecidos en los Standard Methods for the Examination of Water and Wastwater (Métodos estandarizados para la examinación de agua y aguas residuales), estos estándares fijan los limites permisibles que se siguen en EU, Canadá y la OMS.
  36. 36.  Estos parámetros de calidad están generalmente basadas en uno o dos criterios: calidad de las aguas superficiales o normas de limitación de vertidos. Las normas de calidad de aguas superficiales (cauces) incluyen el establecimiento de calidad de agua de los cuerpos receptores Mientras que las normas de limitación de vertidos establecen la calidad de las aguas residuales en su punto de vertido mismo.
  37. 37.  Una de las desventajas de las normas de limitación de vertidos es que no establece controles sobre el total de cargas contaminantes vertidas en los cuerpos receptores. Las normas de calidad seleccionadas dependen de los usos del agua, algunas de estas incluyen, concentración de oxigeno disuelto (OD, mg/L), pH, turbidez, dureza(mg/L), concentrac ión de productos tóxicos (mg/L), olor, temperatura
  38. 38. COMPOSICIÓN DE AGUAS RESIDUALESDOMESTICAS
  39. 39. ¿TODAS LAS AGUAS RESIDUALES POSEENESTOS PARÁMETROS? No, ya que existen diferentes tipos de aguas residuales dependiendo de donde provengan, así por ejemplo podemos tener, en el caso de las aguas residuales generadas por la actividad industrial: Aguas de enfriamiento Agua de proceso Agua de lavado de equipos Aguas servidas
  40. 40. POR EJEMPLO EN LA INDUSTRIA DE LÁCTEOS
  41. 41. O EN LA INDUSTRIA DE PROCESAMIENTO DECARNES
  42. 42. EN LA INDUSTRIA DE RECURSOS MARINOS
  43. 43. Y CUALES SON LOS PARÁMETROS DE CALIDADDEL AGUA DE CONSUMO? En México existe la normatividad NOM-127 establecida por la Secretaria de Salud e indica los parámetros permisibles del agua para consumo humano. Los parámetros del agua son características físicas, químicas, biológicas y radiológicas que permiten detectar cual es el grado de contaminación que presenta el agua
  44. 44. PARÁMETROS DE CALIDADPARÁMETROS FÍSICOS
  45. 45. COLOR El color es la capacidad del agua para absorber ciertas radiaciones del espectro visible. En general, el agua presenta colores inducidos por materiales orgánicos de los suelos como el color amarillento debido a los ácidos húmicos. La presencia de hierro puede darle un color rojizo y la del manganeso, un color negro.
  46. 46. OLOR Y SABOR Estos parámetros son determinaciones organolépticas y subjetivas, para dichas observaciones no existen instrumentos de observación, ni registros, ni unidades de medida Las aguas adquieren un sabor salado a partir de 300 ppm de Cl- y un gusto salado y amargo con más de 450 ppm de SO4-. EL CO2 libre en el agua le da un gusto “picante”. Trazas de fenoles u otros compuestos le confiere un olor y sabor desagradable.
  47. 47. PARÁMETROS QUÍMICOS
  48. 48. SULFATOS El ión sulfato (SO4=), corresponde a sales moderadamente solubles a muy solubles. Las aguas dulces entre 2 y 250 ppm y el agua de mar alrededor de 3000 ppm. El agua pura se satura de SO4Ca a unas 1500 ppm. En cantidades bajas no perjudica seriamente
  49. 49. NITRATOS Las aguas normales tienen menos de 10 ppm y el agua de mar hasta 1 ppm. Aguas de riego con contaminación por fertilizantes pueden tener hasta centenares de ppm. Su presencia junto con fosfatos en aguas superficiales provocan la aparición de un excesivo crecimiento de algas (eutrofización).
  50. 50. FOSFATOS El ión fosfato (PO4-3) en general forma sales muy poco solubles y precipita fácilmente como fosfato cálcico. Como procede de un ácido débil contribuye a la alcalinidad del agua. No suele haber en el agua más de 1 ppm, salvo en los casos de contaminación por fertilizantes fosfatados.
  51. 51. 2.2 PARÁMETROS DE CARACTERIZACIÓN DELAS AGUAS Y AGUAS RESIDUALES Los contaminantes en las agua residuales son normalmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni practico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas residuales. Las aguas residuales, también llamadas aguas negras, son una mezcla compleja que contiene agua mezclada con contaminantes orgánicos e inorgánicos, tanto en suspensión como disueltos. La concentración de estos contaminantes normalmente es muy pequeña y se expresa en mg/L
  52. 52.  Esta relación se utiliza para expresar concentraciones de componentes en agua, aguas residuales, desperdicios industriales y otras soluciones diluidas. Debido a la dificultad que representa analizar cada uno de los componentes presentes en las aguas residuales se han desarrollado una serie de métodos empíricos para la evaluación de la concentración de contaminantes en aguas residuales, cuya aplicación no requiere un conocimiento completo de la composición química especifica de las aguas residuales consideradas.
  53. 53. ¿QUÉ PARÁMETROS PODEMOS DEFINIR ENLAS AGUAS RESIDUALES? Microorganismos: las aguas residuales proporciona un ambiente ideal para una gran variedad de moos, sobre todo bacterias, algunos virus y protozoarios. La mayor parte de los moos de las aguas residuales son inofensivos y se pueden emplear en procesos biológicos para transformar materia orgánica en productos finales estables. Sin embargo también pueden contener patógenos provenientes de excrementos humanos (cólera, tifoidea, tuberculosis, hepatitis infecciosa, disentería, etc.)
  54. 54.  Materia Inorgánica: aunque constituye solo el 10% de la materia disuelta en las aguas residuales, la presencia de compuestos inorgánicos representa el mayor problema de contaminación por la dificultad que representa su eliminación y a la variedad de estos, los parámetros de medición están dados en base a diferentes propiedades de los compuestos inorgánicos, pH, DQO, conductividad, presencia de sales, etc.
  55. 55.  Materia orgánica: las proteínas y carbohidratos constituyen el 90% de la materia orgánica de las aguas residuales. Las fuentes de estos contaminantes biodegradables incluyen los excrementos y orina humana, los residuos de alimentos, el polvo y suciedad procedente del baño y del lavado de ropa, además de detergentes, jabones y otros productos de limpieza. Se utilizan varios parámetros de medida de la concentración orgánica de las aguas residuales.
  56. 56.  Uno de estos métodos se basa en la cantidad de carbono (cantidad de carbono orgánico total) presente en los residuos. Este se determina midiendo la cantidad de CO2 que se produce cuando el carbono orgánico de la muestra se oxida por medio de un oxidante fuerte y comparándolo con la cantidad que generan un estándar de COT conocido. En su mayoría los otros métodos comunes se basan en la cantidad de oxigeno que se necesita para convertir el material oxidable en productos finales estables.
  57. 57.  Puesto que el oxigeno que se consume es proporcional al material oxidable presente, sirve como una medida relativa de la concentración de las aguas residuales. Los dos métodos de uso mas frecuente para determinar las necesidades de oxigeno de las aguas residuales son las pruebas de DQO y DBO.
  58. 58.  El DQO (demanda química de oxigeno) se define como la cantidad de oxigeno necesario para oxidar químicamente las sustancias orgánicas presentes. El DBO (demanda bioquímica de oxigeno) se define como la cantidad de oxigeno que requieren los moos para degradar biológicamente la materia orgánica de las aguas residuales. De estos dos, el DBO es el parámetro mas importante en el control de la contaminación del agua.
  59. 59. 2.3 MUESTREO Y PRESERVACIÓN El objetivo del muestreo es obtener una parte representativa del material bajo estudio (cuerpo de agua, efluente industrial, agua residual, etc.) para la cual se analizaran las variables fisicoquímicas de interés. En algunos casos, el objetivo del muestreo es demostrar que se cumplen las normas especificadas por la legislación (resoluciones de las autoridades ambientales).
  60. 60.  La calidad de los datos obtenidos con el muestreo dependerá de las siguientes actividades:• Formular los objetivos particulares del programa de muestreo.• Colectar muestras representativas.• Desarrollar un manejo adecuado y preservación de las muestras.• Llevar a cabo un programa adecuado de análisis.
  61. 61.  El diseño del muestreo dependerá de los objetivos específicos y de si el programa es de:• Rutina.• Caracterización.• Intensivo.• Establecimiento de una estación de monitoreo.• Parte de una red de monitoreo.• Especial.
  62. 62.  El muestreo también está condicionado por la finalidad de los exámenes que se pretende realizar, como son:a) Examen de aguas naturales y tratadas que no estén muy contaminadasb) Aguas negras industriales que están fuertemente contaminadas, que pueden afectar a su utilización posterior Con base a estos conocimientos se establece el tipo de muestreo que se va a realizar
  63. 63. TIPOS DE MUESTREO Muestra Simple, Puntual o Instantánea: Es la muestra recolectada en un sitio específico durante un periodo corto, de minutos a segundos. Representa un instante en el tiempo y un punto en el espacio del área de muestreo. Sólo representa la composición del agua para ese tiempo y lugar específicos. Muestras compuestas: En la mayoría de los casos, el término "muestra compuesta" se refiere a una combinación de muestras sencillas o puntuales tomadas en el mismo sitio durante diferentes tiempos.
  64. 64.  La mayor parte de las muestras compuestas en el tiempo se emplean para observar concentraciones promedio, usadas para calcular las respectivas cargas o la eficiencia de una planta de tratamiento de aguas residuales. El uso de muestras compuestas representa un ahorro sustancial en costo y esfuerzo del laboratorio comparativamente con el análisis por separado de un gran número de muestras y su consecuente cálculo de promedios.
  65. 65.  Muestra Integrada: Consisten en el análisis de muestras instantáneas tomadas en diferentes puntos simultáneamente o tan cerca como sea posible. La integración debe hacerse de manera proporcional a los caudales medidos al tomar la muestra.
  66. 66. SELECCIÓN DEL SITIO DEMUESTREO En un río, torrente, lago, depósito, manantial o pozo superficial, para que la muestra sea representativa, el punto de muestreo no debe estar muy próximo a la orilla o excesivamente alejado en superficie o profundidad del lugar de captación. En los torrentes, se evitarán las zonas de estancamiento. Estos puntos de muestreos deben señalarse por mapas o con piquetes, o boyas, de modo que en cualquier momento sean identificables.
  67. 67.  En las plantas de tratamiento, los puntos de muestreo requeridos están situados: antes de la planta (agua cruda), en la planta (control) y después de la planta (rendimiento del tratamiento).
  68. 68.  ¿Cuánta muestra se debe tomar? Parala mayoría de los análisis fisicoquímicos se debe tomar 2 L de muestra ya que para determinados análisis puede ser necesario un mayor volumen de muestra. Se debe de colectar siempre un volumen de muestra suficiente en el recipiente adecuado que permita hacer las mediciones de acuerdo con los requerimientos de manejo, almacenamiento y preservación.
  69. 69. PRESERVACIÓN Los recipientes para tomas de muestras dependen del tipo de análisis a realizar: Análisis Químico: se recomiendan botellas de borosilicatos (Pírex), goma dura o polietileno, es decir, materiales inertes. Los envases de vidrios no son aconsejables para muestras con sodio, metales alcalinos o silicatos. Los tapones de vidrios no son deseables para líquidos alcalinos, así como los de goma no lo son para disolventes orgánicos. La capacidad mínima de los envases es de 2 a 3 litros
  70. 70.  Análisis Bacteriológico: Frascos de vidrios de borosilicatos de boca ancha, esterilizados, con tapón de vidrio esmerilado, protegido éste y es cuello con cubierta de papel o estaño. La capacidad mínima es de 250 ml. Análisis Biológico: Frasco limpio (neutro), con capacidad mínima de 2 litros. No es preciso que esté esterilizado.
  71. 71. 2.4 MÉTODOS FÍSICO-QUÍMICOS Volumen de agua a extraer: No es posible fijar de una manera general el volumen de agua a extraer para el análisis químico, pues variara según las determinaciones a efectuar entre 1 a 5 litros. Color: El color de las aguas naturales se debe a la presencia de sustancias orgánicas disueltas o coloidales, de origen vegetal y, a veces, sustancias minerales (sales de hierro, manganeso, etc.). Como el color se aprecia sobre agua filtrada, el dato analítico no corresponde a la coloración comunicada por cierta materia en suspensión
  72. 72.  El color de las aguas se determina por comparación con una escala de patrones preparada con una solución de cloruro de platino y cloruro de cobalto. El número que expresa el color de un agua es igual al número de miligramos de platino que contiene un litro patrón cuyo color es igual al del agua examinada. Se acepta como mínimo 0.2 y como máximo 12 mg de platino por litro de agua.
  73. 73.  Olor: Está dado por diversas causas. Sin embargo los casos más frecuentes son:• Debido al desarrollo de microorganismos.• A la descomposición de restos vegetales.•Olor debido a contaminación con líquidos cloacales industriales.•Olor debido a la formación de compuestos resultantes del tratamiento químico del agua.
  74. 74.  Las aguas destinadas a la bebida no deben tener olor perceptible. Se entiende por valor umbral de olor a la dilución máxima que es necesario efectuar con agua libre de olor para que el olor del agua original sea apenas perceptible. Se aceptan como valores máximos para un agua optima 2 a 10 unidades.
  75. 75.  Sabor: Está dado por sales disueltas en ella. Los sulfatos de hierro y manganeso dan sabor amargo. En las calificaciones de un agua desempeña un papel importante, pudiendo ser agradable u objetable. Determinación de pH: El pH óptimo de las aguas debe estar entre 6,5 y 8,5, es decir, entre neutra y ligeramente alcalina, el máximo aceptado es 9. Para determinarlo usamos métodos colorimétricos o potenciométricos.
  76. 76.  Conductividad: La medida se basa en el principio del puente de Wheatstone, utilizándose un aparato diseñado a tal efecto, el conductímetro. Se debe tener en cuenta la temperatura de la muestra ya que la conductividad está estrechamente relacionada con la temperatura. Se introduce la célula de conductividad en la muestra y se espera hasta que la lectura se estabilice (pocos segundos). Si se utiliza un conductímetro de lectura digital, la medida directa de la conductividad de la muestra aparece en la pantalla.
  77. 77.  Sólidos totales en suspensión: Se filtra una muestra previamente homogeneizada, mediante un filtro estándar de fibra de vidrio (Whatman 934-AH; tamaño de retención de partículas de 1.5 μm), previamente tarado en seco. El residuo retenido en el filtro se seca a peso constante a 103 - 105º C. El aumento de peso del filtro representa los sólidos totales en suspensión.
  78. 78.  Se taran individualmente en placas de vidrio los filtros estándar necesarios y se anota el peso inicial seco, determinado a 103-105ºC. Se filtra un volumen determinado de muestra homogeneizada a través de un filtro tarado, con una bomba de vacío. Se seca en estufa a 103-105º C hasta peso constante, se usa la siguiente formula:Sólidos totales (mg/litro) = [(A-B)*1000]/Volumen de muestra (ml)A: peso de residuo seco + filtro (mg)B: tara del filtro (mg) B A Filtros antes y después del filtrado
  79. 79.  Sólidos sedimentables: Se llena un cono de Imhoff con la muestra bien homogeneizada, hasta la marca de 1 litro. Se deja sedimentar durante 45 minutos, removiendo a continuación suavemente las paredes del cono con una varilla de vidrio o mediante rotación. Se mantiene en reposo durante 15 minutos más. Se registra el volumen de sólidos sedimentados en la parte inferior del cono. La determinación se expresa en mililitros de partículas sedimentadas por litro de muestra.
  80. 80.  Demanda química de oxígeno en aguas residuales (DQO): La demanda química de oxígeno (DQO) es la cantidad de oxígeno consumido por las materias existentes en el agua, que son oxidables en condiciones operatorias definidas. La medida corresponde a una estimación de las materias oxidables presentes en el agua, ya sea su origen orgánico o inorgánico. La determinación de DQO debe realizarse rápidamente después de la toma de muestras, para evitar la oxidación natural. En caso contrario, la muestra podría conservarse un cierto tiempo si se acidifica con ácido sulfúrico hasta pH = 2-3. Sin embargo, esta opción deja de ser fiable en presencia de cloruros.
  81. 81.  Demanda biológica de oxígeno en aguas residuales (DBO5): Esta prueba determina los requerimientos relativos de oxígeno de aguas residuales, efluentes y aguas contaminadas, para su degradación biológica. Expresa el grado de contaminación de un agua residual por materia orgánica degradable por oxidación biológica
  82. 82.  El agua residual contiene una cierta flora bacteriana, que tras un tiempo de incubación, actúa degradando la materia orgánica contenida en el agua residual. Si cierta cantidad del agua a analizar se introduce en un recipiente, y éste se cierra herméticamente, se crea un sistema que contiene el agua a analizar, con su flora bacteriana y aire, el cual contiene un 21% de oxígeno.
  83. 83.  En un tiempo determinado, los moos consumen todo o parte del oxígeno contenido en el sistema al degradar la materia orgánica, liberando una cierta cantidad de anhídrido carbónico gaseoso. Suponiendo que se inhibe la nitrificación y que se retira del sistema el CO2 gaseoso producido, la depresión que se registra en el sistema se deberá exclusivamente al descenso de la presión parcial del oxígeno, como consecuencia del consumo de oxígeno en la oxidación biológica de la materia orgánica.
  84. 84.  Aunque de forma tradicional la demanda bioquímica de oxigeno se abrevia como DBO, en diferentes literaturas y artículos científicos también se le puede encontrar como DBO5, esto es para describir la determinación de DBO con un periodo de incubación de cinco días
  85. 85.  Determinación de Nitrógeno total: El principio de este procedimiento, se basa en una combustión inmediata de la muestra, que finalmente resulta en la liberación de todo el nitrógeno contenido en la muestra (N orgánico e inorgánico) en forma de nitrógeno gaseoso. El nitrógeno gaseoso se separa de otros compuestos gaseosos por cromatografía de gases, para proceder a su cuantificación.
  86. 86.  Nitrógeno nítrico: El procedimiento se basa en el uso de electrodos selectivos acoplados a un potenciómetro. El principio del proceso se basa en la generación de un potencial eléctrico cuando el electrodo de medida se pone en contacto con la muestra conteniendo nitratos. El rango de trabajo se sitúa entre 0,14 mg/l y 1400 mg/l. Los cloruros y los bicarbonatos pueden interferir en el análisis, así como otros aniones más infrecuentes en aguas.
  87. 87.  Se requiere de un electrodo selectivo de nitratos. El electrodo se ajusta a las condiciones de temperatura, pH y fuerza iónica de la muestra y de los patrones usados en la calibración para conseguir que las lecturas sean fiables.
  88. 88.  Nitrógeno amoniacal: El procedimiento propuesto es mediante electrodos selectivos acoplados a un potenciómetro igual que el caso de los nitratos; pero en este caso se utiliza un electrodo selectivo de amonio. Fósforo total: El fósforo puede encontrarse en las aguas residuales disuelto o en partículas, ya sea en compuestos orgánicos o inorgánicos. Para liberar el fósforo que está combinado en la materia orgánica, es preciso someter la muestra de agua a un proceso de digestión ácida. Tras la digestión, el fósforo está en forma de ortofosfatos, que se determinan por métodos colorimétricos.
  89. 89.  Análisis microbiológico: El análisis microbiológico de las aguas residuales comprende, como determinaciones básicas, los microorganismos totales, coliformes totales y coliformes fecales. Existen en el mercado medios de cultivo específicos para cada una de estas determinaciones.
  90. 90.  El siguiente link conduce a los protocolos que se siguen en laboratorio para cada una de estas determinaciones:http://es.scribd.com/doc/81335343/PROTOCOLOS-DET
  91. 91. 3. TRATAMIENTO FÍSICO DE AGUAS Y AGUASRESIDUALES. Dependiendo de lo que se desee eliminar será el tipo de tratamiento que se le dé a las aguas residuales. Se le llama tratamiento primario al proceso que se usa para eliminar los sólidos de las aguas contaminadas; secundario, al que se usa para reducir la cantidad de materia orgánica por la acción de bacterias (disminuir la demanda bioquímica de oxígeno) y terciario, al proceso que se usa para eliminar los productos químicos
  92. 92.  El tratamiento primario es un proceso mecánico que consiste en la remoción de sólidos insolubles como arena, y materiales como grasas y espuma. El primer paso es la sedimentación y filtración de sólidos a través de rejillas, .
  93. 93. OBJETIVOS Principalmente se pretende la reducción de los sólidos en suspensión del agua residual. Dentro de estos sólidos en suspensión pueden distinguirse: Los sólidos sedimentables: son los que sedimentan al dejar el agua residual. en condiciones de reposo durante una hora, este tiempo también depende del tamaño del sedimentador Los sólidos flotantes: definibles por contraposición a los sedimentables. Los sólidos coloidales son aquellos que poseen tamaño entre 10-3-10-6 micras.
  94. 94.  Como en general, parte de los sólidos en suspensión están constituidos por materia orgánica, una consecuencia del tratamiento primario, suele ser la reducción de la DBO. El grado de reducción de éstos índices de contaminación depende del proceso utilizado y de las características del agua residual.
  95. 95.  Los siguientes temas sobre los diferentes procesos del tratamiento primario fueron desarrollados y expuestos por los alumnos del curso de Tratamiento de aguas residuales, el link de sus presentaciones es el siguiente:http://www.slideshare.net/lobezno81/tratamiento-primarioprocesos
  96. 96. 4. TRATAMIENTO QUÍMICO DE AGUASRESIDUALES. Una vez que el agua ha pasado a través del proceso primario, la materia en suspensión ha sido removida quedando la materia disuelta. Aligual que en el caso de la materia en suspensión, la materia disuelta puede tener características y concentraciones muy diversas.
  97. 97.  Desde grandes cantidades de sales inorgánicas disueltas (salmueras), orgánicas (materia orgánica biodegradable en industria de alimentación) hasta cantidades extremadamente pequeñas de inorgánicos (metales pesados) y orgánicos (pesticidas) pero aun así es necesaria su eliminación dado su carácter peligroso. Para tal efecto se tienen los siguientes métodos de eliminación: Neutralización, Coagulación, Precipitación, Desinfe cción.
  98. 98.  Aunque estos procesos por lo general en la bibliografía se clasifican como tratamientos terciarios, aquí los veremos antes de los tratamientos secundarios, ya que estos procesos a pesar de usar agentes químicos para remover o separar la materia orgánica e inorgánica disuelta, hacen uso de procesos directamente relacionados con el tratamiento primario.
  99. 99.  Este tipo de tratamiento es el procedimiento más completo para tratar el contenido de las aguas residuales, pero no ha sido ampliamente adoptado por ser muy caro Este tratamiento consiste en un proceso físico- químico para reducir drásticamente los niveles de nutrientes inorgánicos, especialmente los fosfatos y nitratos del efluente final. El agua residual que recibe un tratamiento terciario adecuado no permite un desarrollo microbiano considerable.
  100. 100.  Además de los ya mencionados, algunos otros de estos tratamientos son los siguientes: Adsorción: Propiedad de algunos materiales de fijar en su superficie moléculas orgánicas extraídas de la fase líquida en la que se encuentran.
  101. 101.  Cambio iónico: Consiste en la sustitución de uno o varios iones presentes en el agua a tratar por otros que forman parte de una fase sólida finamente dividida, sin alterar su estructura física. Debido a su alto precio, el proceso de intercambio iónico se utiliza únicamente en aquellos casos en los que la eliminación del contaminante venga impuesta por su toxicidad o que se recupere un producto de alto valor. Procesos de separación por membranas: tanto mediante membranas semipermeables (procesos de ultrafiltración y ósmosis inversa) como mediante membranas de electrodiálisis
  102. 102.  Las aguas residuales con tratamiento secundario, y posteriormente desinfectadas, como ya se ha mencionado, pueden descargarse a ríos o al medio ambiente sin riesgo alguno, pero existen algunas restricciones Si el cuerpo receptor es un acuífero estancado, abierto al aire libre, como puede ser un lago, un estanque o una laguna, existe el riesgo de causar eutrofización en el acuífero, si en el agua residual tratada que se vierte en el cuerpo receptor, el contenido de nitrógeno y fósforo excede ciertos límites establecidos.
  103. 103.  El nitrógeno y el fósforo, aunados al CO2 y al agua, causan la eutrofización o sea el crecimiento descontrolado de lirio, algas y otras plantas acuáticas que exterminan otros seres vivos que conviven en el acuífero, y que inicialmente se encuentran en equilibrio ecológico. Como prácticamente todas las aguas residuales sobrepasan los niveles de nitrógeno y fósforo, la integración de las aguas residuales con tratamiento secundario a un acuífero de este tipo, causarán la eutrofización del mismo, con la consecuente extinción de otras especies a las cuales no les favorece el exceso de nutrientes.
  104. 104.  Un tratamiento terciario implica además de la disminución de la DBO a niveles tolerables, la disminución del contenido de fósforo y nitrógeno, para evitar este problema. Si las aguas residuales tratadas se emplean en riego o en industrias, no es necesario un tratamiento terciario. Si las aguas tratadas se vierten sobre cuerpos receptores donde potencialmente existe el problema de eutrofización, el tratamiento terciario es recomendable y necesario.
  105. 105.  Este tipo de proceso implica un tratamiento terciario y posteriormente una serie de tratamientos que tienen como finalidad el elevar la calidad del agua hasta alcanzar y a veces sobrepasar las normas de calidad de aguas potables. Las aguas con tratamiento terciario contienen un residual de DBO que es necesario disminuir a un valor de cero. También, los procesos de tratamiento que se dan al agua tienen como finalidad el remover las trazas de metales tóxicos y de substancias orgánicas que el agua pueda contener.
  106. 106. 4.1 NEUTRALIZACIÓN El tratamiento de neutralización se utiliza normalmente en los siguientes casos que se presentan en la depuración de las aguas residuales: 1.- Antes de la descarga de aguas residuales en un medio receptor: La razón para la neutralización es que la vida acuática es muy sensible a variaciones de pH fuera de un intervalo cercano a 7.
  107. 107.  2.- Antes de la descarga de aguas residuales industriales al alcantarillado municipal: La determinación del pH de las descargas industriales en las alcantarillas se hace de forma frecuente. Es mas económico hacer una neutralización de las corrientes de aguas residuales industriales antes de descargar en el alcantarillado municipal que intentar hacer una neutralización de volúmenes mayores de aguas residuales mixtas combinadas (domesticas e industriales).
  108. 108.  3.- Antes del tratamiento químico o biológico: Para los tratamientos biológicos el pH del sistema se mantiene en un intervalo comprendido entre 6.5 y 8.5 para asegurar una actividad biológica optima. El proceso biológico en si mismo puede conseguir una neutralización y en cualquier caso tiene una capacidad tampón como resultado de la producción de CO2 que de lugar a la formación de carbonatos y bicarbonatos en la solución.
  109. 109.  El grado de pre-neutralización requerido para el tratamiento biológico depende de dos factores:a) la alcalinidad o acidez presente en las aguas residualesb) los mg/L de DBO que deben eliminarse en el tratamiento biológico. Este ultimo aspecto esta muy relacionado con la producción de CO2 que puede dar lugar a una pequeña neutralización de los residuos alcalinos.
  110. 110. MÉTODOS PARA LA NEUTRALIZACIÓN DEAGUAS RESIDUALES Los métodos para neutralizar las aguas residuales comprenden: La homogeneización; que consiste en mezclar las corrientes disponibles en las plantas de tratamiento, algunas de la cuales son acidas y otras alcalinas Métodos de control directo de pH; consisten en la adición de ácidos (o bases) para neutralizar las corrientes alcalinas o acidas.
  111. 111. HOMOGENEIZACIÓN La homogeneización consiste en la mezcla de las corrientes de aguas residuales, acidas y alcalinas en un tanque, al que se le conoce como tanque de homogeneización.. La homogeneización se utiliza a menudo para otros objetivos aparte de la neutralización como son: 1) aminorar las variaciones de ciertas corrientes de aguas residuales, intentando conseguir una corriente mezclada con un caudal relativamente constante que sea el que llegue a la planta de tratamiento
  112. 112.  2) aminorar las variaciones del DBO del afluente a los sistemas de tratamiento. Con este propósito se utilizan tanques de homogeneización de nivel constante o variable Deposito de homogeneización a nivel constante
  113. 113.  En estos tanques, el nivel de deposito de homogeneización se mantiene constante, en consecuencia si el caudal de entrada varia, varia también el caudal de salida. Por lo tanto no se trata de una técnica de homogeneización de caudal sino solamente de neutralización.
  114. 114.  En los depósitos de homogenización de nivel variable, el efluente sale con un caudal constante y teniendo en cuenta que el caudal de entrada varia con el tiempo, el nivel del estanque debe de hacerse variable.
  115. 115.  Este método se utiliza con el objetivo no solo de conseguir una neutralización sino de conseguir un caudal de salida constante. Otro método de homogeneización consiste en liberar el “exceso” de la corriente de entrada o caudal de alimentación a un deposito de retención, del cual sale una pequeña purga que va alimentando al tanque de homogeneización. Este método no se utiliza con objetivos de neutralización sino solamente para el mantenimiento del DBO o caudal.
  116. 116. 4.2 COAGULACIÓN La coagulación consiste en la adición de ciertos reactivos químicos para favorecer el aumento del tamaño y densidad de las partículas. En muchos casos parte de la materia en suspensión puede estar formada por partículas de muy pequeño tamaño (10-6 µm – 10-9 nm), lo que conforma una suspensión coloidal o coloides.
  117. 117.  Un porcentaje significativo de partículas en suspensión en el agua es tan pequeño que su sedimentación hasta el fondo del tanque tomaría días o semanas. Estas partículas coloidales nunca se asentarían por sedimentación simple. La adición de coagulantes químicos facilita la coalescencia de las partículas coloidales y mejora su posterior filtración o sedimentación
  118. 118.  La coagulación es una operación que se utiliza a menudo, tanto en el tratamiento de aguas residuales urbanas y potables como en industriales (industria de la alimentación, pasta de papel, textiles, etc.) A este proceso también se le conoce como precipitación química, su mecanismo consiste en aglomerar los sólidos pequeños y formar partículas grandes que se asientan rápidamente en los tanques normales de sedimentación.
  119. 119.  Los coagulantes suelen ser productos químicos que en solución aportan carga eléctrica contraria a la del coloide. El agente químico que se agrega aporta iones con carga positiva al agua residual en tratamiento que contiene colides con carga negativa. Las reacciones que se generan entre el agente químico y los colides reducen la tendencia de los coloides a repelerse entre si.
  120. 120.  Una vez agregado el agente coagulante se requiere de un mezclado rápido alrededor de unos 30 segundos para poder dispersar el coagulante. Posteriormente se realiza un mezclado suave (alrededor de 20 minutos) para favorecer la floculación y así favorecer el contacto entre partículas, todo esto se hace antes de enviarse al tanque de sedimentación. Estos tiempos pueden variar dependiendo de las dimensiones del tanque y del volumen a tratar, así por ejemplo para tanques de 3 – 4m de profundidad los tiempo de retención están entre 20 y 40 min.
  121. 121.  Para hacer este mezclado se usan procedimientos mecánicos mediante el uso de paleta que giran lentamente dentro del tanque de coagulación/floculación. También se puede hacer por mezclado hidráulico el cual se produce cuando el flujo se dirige por encima y alrededor de los deflectores del tanque.
  122. 122.  En tanques rectangulares de sedimentación las unidades de mezclado rápido y sedimentación se colocan antes del tanque
  123. 123.  En tanques circulares, las unidades de mezclado rápido y mezclado suave (floculación), se incorporan dentro del tanque.
  124. 124.  Habitualmente se utilizan sales con cationes de alta relación carga/masa (Fe3+, Al3+) junto con polielectrolitos orgánicos, cuyo objetivo también debe ser favorecer la floculación. El sulfato de aluminio [Al2(SO4)3], también conocido como alumbre es el coagulante mas común pero se pueden utilizar también polímero orgánicos solos o en combinación con el alumbre para mejorar el proceso posterior de floculación.
  125. 125.  Sales de Fe3+: Pueden ser Cl3Fe o Fe2(SO4)3, con eficacia semejante. Se pueden utilizar tanto en estado sólido como en disoluciones. La utilización de una u otra está en función del anión, si no se desea la presencia de cloruros o sulfatos.
  126. 126.  Sales de Al3+: Suele ser Al2(SO4)3 o policloruro de aluminio. En el primer caso es más manejable en disolución, mientras que en el segundo presenta la ventaja de mayor porcentaje en peso de aluminio por kg dosificado.
  127. 127.  Polielectrolitos: Pueden ser polímeros naturales o sintéticos, no iónicos (poliacrilamidas) aniónicos (ácidos poliacrílicos) o catiónicos (polivinilaminas). Las cantidades a dosificar son mucho menores que para las sales, pero tanto la eficacia como el coste es mucho mayor.
  128. 128.  No hay reglas generales en cuanto a qué coagulante es más eficaz en cada caso. Normalmente, para un agua residual concreta, se hace un denominado “ensayo de jarras” (jar test) donde se analiza la eficacia de los distintos productos (o mezclas de los mismos) así como el pH y dosificación óptima
  129. 129.  La química de la coagulación es compleja pero el proceso se puede ilustra por medio de ecuaciones simplificadas. Los cationes con carga positiva que se necesitan para coagular los coloides con carga negativa pueden ser aportados por Al2(SO4)3 o Fe2(SO4)3. Se considera que el proceso de coagulación con alumbre se verifica en tres etapas.
  130. 130.  1.- El alumbre se ioniza en el agua y produce iones Al+3 y SO4-2 2.- La mayor parte de los iones Al+3 se combinan con los iones OH- del agua para formar Al(OH)3 coloidal.
  131. 131.  3.- Entonces el Al(OH)3, en solución con carga positiva ayuda a neutralizar los coloides negativos y el exceso es neutralizado por el SO-4 para producir un precipitado de Al(OH)3 y sulfatos adsorbidos. Durante la segunda etapa se formo un exceso de iones H+ , lo cual provoca una disminución en el pH del agua residual, esto detendría la formación del Al(OH)3 puesto que depende el pH.
  132. 132.  Posteriormente el exceso de iones H+ es neutralizado por la alcalinidad del agua (por la presencia de HCO3-). El efecto químico global entonces es una disminución del pH, una conversión de parte de la dureza de calcio [Ca(HCO3)2] en dureza de sulfato (CaSO4) y la producción de CO2.
  133. 133. PRECIPITACIÓN QUÍMICA Este proceso consiste en la eliminación de una sustancia disuelta (indeseable) en las aguas residuales, por adición de un reactivo que forme un compuesto insoluble en el agua, facilitando así su eliminación por cualquier método físico de separación.
  134. 134.  A este tipo de tratamiento también se le conoce como Precipitación química – coagulación para referirse al proceso de precipitación química en donde se agregan compuestos químicos con el fin de remover los sólidos, valiéndose del proceso de coagulación. Este tipo de tratamiento es de mayor uso en los tratamientos terciarios con el fin de remover fósforo, reducir la turbiedad y otros compuestos orgánicos.
  135. 135.  De forma general, el término precipitación se utiliza mas comúnmente para describir procesos como la formación de sales insolubles, o la transformación química de un ión en otro con mayor o menor estado de oxidación que provoque la formación de un compuesto insoluble en las aguas residuales.
  136. 136.  Mediante la precipitación química, es posible eliminar del 80 al 90% de los sólidos en suspensión, del 70 al 80% de la DBO, y del 80 al 90% de las bacterias. Si lo comparamos con el proceso de sedimentación del tratamiento primario, la eliminación sin adición de reactivos está entre el 50 y el 70% para los sólidos suspendidos, del 25 al 40% de la DBO, y del 25 al 75% para las bacterias.
  137. 137.  Un reactivo de muy frecuente uso en este tipo de operaciones es el Ca2+, dada la gran cantidad de sales insolubles que forma, por ejemplo es el método utilizado para la eliminación de fosfatos. Además posee cierta capacidad coagulante, lo que hace su uso sea masivo en tratamientos de aguas residuales urbanas y aguas industriales de características parecidas.
  138. 138.  Los procesos que se emplean mas corrientemente en tratamiento de aguas son, en el primer caso, el de la precipitación de los iones Ca2+ y Mg2+ y, en el segundo caso, la precipitación de hidróxidos metálicos El tratamiento de precipitación más utilizado es el de la descarbonatación con cal. Su misión es la de eliminar la dureza bicarbonatada
  139. 139.  El tratamiento de descarbonatación con cal únicamente conduce a una eliminación parcial de la suma de los iones de calcio y magnesio, puesto que no ejerce acción alguna sobre la dureza permanente. Las reacciones químicas de descarbonatación son las siguientes: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 + 2H2O Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 → MgCO3 + 2H2O
  140. 140.  Sin embargo, el carbonato de magnesio es relativamente soluble, así que un exceso de cal conducirá a la reacción: Ca(OH)2 + MgCO3 → CaCO3 + Mg(OH)2
  141. 141.  En el caso del empleo de carbonato sódico, este tipo de procedimiento se ha ido sustituyendo paulatinamente por los procedimientos más modernos como el anterior. Sin embargo, todavía se procede, en ocasiones, a la eliminación de la dureza permanente mediante carbonato sódico, asociada a la precipitación de los bicarbonatos de calcio y magnesio con cal.
  142. 142.  Esta eliminación se obtiene según las reacciones: CaSO4 + Na2CO3 → Na2SO4 + CaCO3 CaCl2 + Na2CO3 → 2NaCl + CaCO3 Este procedimiento presenta algunos problemas, en especial el de no poder reducir la dureza total.
  143. 143.  En el caso de la precipitación con sosa cáustica, la eliminación de los iones de calcio y magnesio por precipitación con sosa cáustica es una variante del proceso de tratamiento conjunto, mediante cal y carbonato sódico La reacción básica es la siguiente: Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O
  144. 144. 4.4 DESINFECCIÓN En los países en desarrollo, se estima que el 80% de las enfermedades y más de un tercio de las muertes están asociadas a la utilización y consumo de aguas contaminadas. Las enfermedades infecciosas son transmitidas primariamente por la contaminación de las fuentes de agua con deposiciones de animales, las cuales pueden ser agentes muy activos para el transporte de enfermedades.
  145. 145.  El uso de tales aguas para beber o cocinar, el contacto con la misma durante baños, o la inhalación de pequeñas gotitas (aerosoles) pueden resultar en infecciones. La hepatitis infecciosa, el cólera, la disentería y la fiebre tifoidea son ejemplos de enfermedades de transmisión hídrica, que representan un serio problema de salud pública.
  146. 146.  Una alternativa para sanear este problema en las aguas residuales, consiste en utilizar el proceso conocido como desinfección, que también forma parte de los tratamientos químicos.
  147. 147.  La desinfección de aguas residuales se define como el proceso integrante que tiene como objetivo la inactivación de microorganismos presentes en el medio, minimizando la probabilidad de transmisión hídrica de enfermedades y el manejo del agua tratada
  148. 148. ¿QUÉ SE REQUIERE PARA QUE SE PRODUZCAUNA ENFERMEDAD? Organismo hospedero (ser humano, animales, plantas). Agente patógeno virulento. Condiciones ambientales adecuados para el desarrollo de la enfermedad.
  149. 149. COMPLEJO CAUSAL DE UNA ENFERMEDAD
  150. 150.  Múltiples factores influyen en la aparición de enfermedades por patógenos: Patógeno y huésped en un lugar y tiempo Genética del patógeno y del huésped Condiciones ambientales y microambientales Parte del organismo al que llega patógeno Tiempo durante el cual existen condiciones favorables la patógeno
  151. 151.  Con respecto al patógeno distinguimos los siguientes componentes: inoculo, fuente de inoculo y patogénesis. En el caso del inoculo este es la estructura del patógeno capaz de llegar al organismo y producir infección, por ejemplo: Hongos: esporas sexuales o asexuales, micelio Bacterias: célula bacteriana Virus: partículas virales Nematodos: juveniles, adultos, huevos
  152. 152.  La fuente de inoculo es el lugar donde se produce el inóculo. Por ejemplo, en el caso de animales y del ser humano: Sangre Piel Órganos internos O en el caso de plantas: Planta enferma Rastrojo Suelo Semilla
  153. 153.  Lapatogénesis es el proceso mediante el cual el agente patogénico provoca la enfermedad en su huésped. Este proceso implica una interacción huésped – patógeno durante un período de tiempo determinado.
  154. 154.  ¿Cómo se produce la patogénesis? El patógeno penetra en el organismo Interactúa con las células del huésped ⇒ infecta al organismo (se establece) Se multiplica o crece dentro del tejido ⇒ lo coloniza La interacción patógeno-huésped hace que éste se modifique ⇒ aparecen los síntomas El patógeno se reproduce y se disemina para poder llegar a nuevos organismos ⇒ aparece el signo
  155. 155.  Entonces….
  156. 156.  PENETRACIÓN INFECCIÓN Interacción microscópica (celular) COLONIZACIÓN APARICIÓN DE SINTOMAS APARICIÓN DE SIGNO
  157. 157. CELULA
  158. 158.  El proceso de infección es un proceso muy complejo de interacción patógeno-huésped: Patógeno: puede producir enzimas, toxinas, sustancias que afectan la fisiología celular del huésped. Huésped: puede reconocer algo del patógeno y producir cambios bioquímicos que lo afectan y que a veces impiden la infección.
  159. 159.  El patógeno puede colonizar intercelularmente o intracelularmente. La infección puede ser localizada o sistémica Los síntomas se pueden presentar a los pocos días o incluso tardar años.
  160. 160.  ¿Un solo patógeno pueden infectar a la vez? No, en ocasiones se puede producir un inoculo secundario y generar un ciclo secundario en el mismo organismo.
  161. 161. CELULA
  162. 162.  Ahorabien, el diagnóstico de enfermedades no puede hacerse basándose solamente en los síntomas, aunque pueden hacerse algunas generalizaciones. Los síntomas causados por agentes infecciosos (hongos, bacterias, virus, nemátodos) y no infecciosos (deficiencias nutricionales, toxicidades, exceso o escasez de agua, contaminantes ambientales, acidez o alcalinidad del suelo) son similares.
  163. 163.  Un diagnóstico preciso solo puede hacerse luego de evaluar el organismo afectado por observación directa o cultivar los patógenos en medios específicos. El diagnóstico se basa principalmente en lo siguiente: Percepción del problema Determinación de la causa Planificación de una solución para el problema
  164. 164.  En el caso de las aguas residuales, la solución consiste en el uso del proceso de desinfección. Este tratamiento se define como el proceso de destruir microorganismos patógenos mediante procesos físicos y químicos. Sus objetivos son prevenir la aparición de enfermedades a causa del agua y proteger los abastecimientos de agua potable, playas, zonas recreativas y viveros.
  165. 165. ¿QUÉ TIPOS DE MICROORGANISMOS ESTÁNPRESENTES EN LAS AGUAS RESIDUALES? En las aguas residuales están presentes tres principales tipos de microorganismos, los cuales deben preocuparnos: Bacterias, virus y protozoos. Las bacterias patógenas ligadas al agua son clasificadas como enterobacterias
  166. 166. ENTERO-BACTERIASEcherichia coli u otros coliformes ( algunas diarreas ) Salmonella typhosa ( fiebre tifoidea ) Vibrio cholerae ( cólera ) Salmonella sp. ( paratíficas, diarreas ) Shigella sp. ( disentería bacilar) VIRUS Poliomelitis Hepatitis infecciosa Echovirus Coxsackie virus Adeno virus PROTOZOOS Y OTROS Endamoeba histolytica ( disentería amebiana ) Microbacterium tuberculosis Schistosoma sp. Leptospira icterohemosh Leishmania sp. Huevos de gusanos
  167. 167.  La presencia de coliformes en una muestra no siempre indica que el agua está contaminada con microorganismos patógenos, sino que, en términos estadísticos, su concentración puede y debe servir como parámetro para alertar sobre la existencia de contaminación fecal y de microorganismos patógenos. ¿Podríamos hacer una esterilización?, ¿es lo mismo esterilización que desinfección?
  168. 168.  La esterilización de un material implica que se realizó un proceso de eliminación de todas las formas de vida en ese medio, es decir que está completamente libre de gérmenes vivos. La esterilización es importante en aplicaciones medicinales, industriales y agrícolas. Por su parte, el proceso de desinfección se usa sólo para destruir microorganismos patógenos (infecciosos), sin que necesariamente se hayan destruido todos los microorganismos.
  169. 169. ENTONCES… Puede haber destrucción de las formas vegetativas, pero no obligatoriamente de las esporuladas. Por lo tanto, la esterilización es un caso particular de la desinfección.
  170. 170.  La esterilización se realiza utilizando, principalmente, agentes físicos (calor seco o húmedo) y, en algunos casos, membranas de filtración. Puede usarse también irradiación UV directa, oxidación electroquímica y fotocatálisis heterogénea con TiO2.
  171. 171.  El calor y la luz UV, si bien son efectivas, pueden dañar también a animales y plantas presentes junto a las bacterias. El método electroquímico es lento, y por su parte el uso de TiO2 en los últimos años ha sido objeto de evaluaciones para determinar su eficiencia comparándolo con otras técnicas. En contraposición, en un proceso de desinfección normalmente se utilizan sustancias químicas, denominadas desinfectantes.
  172. 172.  Entre los agentes químicos de desinfección más utilizados, se destacan el cloro molecular (Cl2), el hipoclorito (ClO-), la mezcla de cloro con amoníaco (Cl2/NH3) que forman cloramina, el dióxido de cloro (ClO2), el ozono (O3) y el permanganato de potasio (KMnO4). También se utiliza extensamente la luz ultravioleta
  173. 173. EFECTO BACTERICIDA Y REMANENTE DE ALGUNOS DE LOSTRATAMIENTOS COMUNES DE AGUAS.
  174. 174. CLORO El cloro molecular se disocia en agua formando ácido hipocloroso (HClO) o anión hipoclorito (ClO- ). Cl2(g) + H2O  HClO (ac) + Cl- + H+ Cl2(g) + 2OH-(ac)  ClO-(ac) + Cl- + H2O
  175. 175.  La disociación ocurre en mayor grado en medio alcalino, pero el cloro posee un poder de desinfección mayor en medio ácido. Su uso está muy extendido porque tiene varios aspectos positivos: logra la inactivación efectiva de una gran gama de patógenos comúnmente encontrados en las aguas su costo es bajo tiene un efecto residual fácilmente controlado y monitorizado que protege al agua de una reinfección
  176. 176.  Una de las desventajas de la utilización del cloro es la posible formación de compuestos orgánicos clorados, como triclorometano por reacción con los contaminantes orgánicos.
  177. 177. CLORAMINAS Por otra parte, la mezcla cloro/amoníaco provee un efecto residual que la hace útil como desinfectante secundario, para evitar el crecimiento biológico en los tanques de almacenamiento y puntos finales de redes. En sistemas donde se utiliza la cloroaminación, la presencia de triclorometano es muy baja.
  178. 178. DIÓXIDO DE CLORO El dióxido de cloro también es un oxidante eficiente. Se obtiene normalmente por reacción del Cl2, HClO ó HCl con el clorito de sodio. Puede obtenerse también por reacción de clorato de sodio, NaClO3 con HCl. Debe producirse in situ, ya que el gas es explosivo y no puede comprimirse ni transportarse. No produce triclorometano, pero genera como subproducto ClO2- y ClO3-, iones sospechosos de causar anemia. El ClO2 es efectivo en la destrucción de patógenos como Giardia y Cryptosporidiun
  179. 179. OZONO El ozono, al igual que el dióxido de cloro, es inestable y no puede ser transportado ni almacenado y por lo tanto, debe ser producido in situ. Es muy eficiente en bajas concentraciones, y más efectivo en la inactivación de patógenos, incluyendo bacterias, protozoarios y virus, no tiene efecto residual en agua. El O3 no forma subproductos de desinfección organoclorados, pero pueden aparecer compuestos bromados si el agua contuviera bromuros, además de otros productos orgánicos tales como aldehídos o cetonas
  180. 180. OTROS MÉTODOS DE DESINFECCIÓN El permanganato (MnO4-), es utilizado principalmente en el control de olor y sabor, remoción de color y control de crecimiento de microorganismos. Inhibe el crecimiento de bacterias (por ejemplo, coliformes, Vibrio cholerae) y virus (polivirus, bacteriófagos)
  181. 181. RADIACIÓN UV La radiación UV es una alternativa de creciente aplicación en la desinfección de aguas de abastecimiento y residuales. Se ha comprobado que la radiación UV es eficiente en la inactivación de bacterias, virus (colifago, virus de la hepatitis A, polivirus y rotavirus) y protozoarios (por ejemplo, Giardia lambia y Giardia muris, Acanthamoeba rhysodes y Cryptosporidiun). No se forman subproductos durante la desinfección, y para mantener un efecto residual es habitualmente necesaria la adición de otros agentes químicos
  182. 182. FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA En las últimas dos décadas, las leyes ambientales en todo el mundo se han vuelto cada vez más restrictivas sobre todo en materia de aguas residuales. Por este motivo, en los últimos 10 a 15 años, se han realizado diversas investigaciones para el desarrollo de tecnologías de tratamiento de residuos y abatimiento de contaminantes con relaciones costo/beneficio adecuadas
  183. 183.  Una de esas nuevas técnicas es el uso de UV/TiO2 aparece como una técnica muy prometedora, ya que:a) Evita la formación de compuestos halogenados, que pueden ser peligrosos (carcinogénicos o mutagénicos) o malolientes;b) No se requieren grandes equipamientosc) Parece actuar sobre todos los tipos de bacterias, incluyendo Gram (+) y (-), y sobre otros microorganismos
  184. 184.  Esta técnica es particularmente conveniente para instalaciones rurales y remotas (campamentos, instalaciones militares), pero en los últimos años se ha pensado la posibilidad de aplicarlo a la desinfección de aguas municipales
  185. 185.  La variedad de microorganismos tratados hasta el momento, indica la versatilidad de la técnica:I. Bacterias, como Escherichia coli, Lactobacillus acidophilus, Coliformes fecal, Streptococus mutans, Streptococus rattus, Streptococus cricetus, Streptococus sobrinus, Deinococcus radiophilus (que es resistente a los rayos γ), Serratia marcescensII. Levaduras, como Saccharomyces cerevisiaeIII. Algas, como Chlorella vulgarisIV. Virus como MS2 fago, Bacteriófago fragilis y Poliovirus
  186. 186.  Aunque el mecanismo de acción es aún desconocido, se cree que la actividad bactericida se debe a la oxidación directa de la coenzima A.
  187. 187.  Eficiencia del poder de inactivación de la Fotocatálisis Heterogénea para varios microorganismos.
  188. 188. ENTONCES… Los desinfectantes más frecuentemente usados, como O3, Cl2, ClO2 y cloraminas pueden conducir a la formación de compuestos residuales nocivos, mas sin embargo no tienen efecto residual. La fotocatálisis heterogénea muestra una serie de ventajas, sin embargo, puede observarse que la materia orgánica interfiere con el método además de que se requieren tiempos de irradiación prolongados.
  189. 189.  ¿Cómo saber que método de desinfección es mejor? ¿Cuál es mas conveniente? Una forma de seleccionar el método de desinfección, además del costo; consiste en el uso de organismos indicadores. ¿Y que es un organismo indicador?
  190. 190. ORGANISMOS INDICADORES Un organismo indicador, es un microorganismo que esta presente en las aguas residuales, mas no es patógeno, y que podemos evidenciar su presencia aun después del proceso de desinfección, Para decir que es un organismo indicador, no debe de haber presencia de organismos patógenos después de la desinfección, pero si del indicador (y en bajo número) para poder decidir que método de desinfección es el mas adecuado.
  191. 191. PARÁMETROS DE LOS ORGANISMOSINDICADORES. El principal parámetro para probar la eficacia de la desinfección es la resistencia del organismo indicador. Para que un grupo de microorganismos sea indicador ideal, debe ocurrir que:a) Debe estar presente en la muestra siempre que lo estén los patógenos, en mayor número y ser más resistentes que aquellos al agente desinfectante.b) Debe estar aleatoriamente distribuido y poderse enumerar mediante un procedimiento simple, rápido y no ambiguo.
  192. 192. c) Su crecimiento no debe estar inhibido por la presencia de otros organismos, y su número en el medio acuático no deberá aumentar después de la desinfección.d) No deberá ser patógeno para el hombre.e) El grupo de los coliformes, que es el más utilizado; no da el suficiente margen de seguridad.
  193. 193.  ¿Cómo podemos determinar si la presencia de coliformes en el agua residual proviene de heces humanas o animales? ¿De que no sirve conocer este dato? ¿Es importante saber esto?
  194. 194.  La relación entre los coliformes fecales ( CF) y los estreptococos fecales (EF) de una muestra, puede usarse para demostrar si la contaminación sospechada procede de residuos humanos o animales, ya que: para animales domésticos CF/EF < 1 para seres humanos CF/EF > 4
  195. 195.  Es importante conocer este dato, ya que la presencia de coliformes cuyo origen proviene de heces humanas, son del tipo patógeno, por lo que de su eliminación y/o destrucción dependerá el proceso de desinfección a utilizar.
  196. 196. ENTONCES,…¿CÓMO SELECCIONAMOS ELMEJOR MÉTODO DE DESINFECCIÓN? El método que predomine será aquel que:a) Realice el trabajo adecuadamenteb) Tenga los mínimos riesgos para la salud y seguridadc) Sea fácil de aplicar, medir y controlard) Los equipos sean fáciles de operar De acuerdo con estos aspectos, la cloración parece que será por algún tiempo, el método más popular para la desinfección de las aguas residuales.
  197. 197. ¿Y CUANTO CLORO SE DEBE DE AGREGAR? La dosis de cloro necesaria variará con la calidad del efluente a tratar. La dosis seleccionada en combinación con el tiempo de contacto, dará la reducción de coliformes deseada, en base a esta formula: N/No = ( 1 + 0.23Ct)-3 Donde:N= concentración de microorganismosNo=concentración inicial de microorganismosC=dosis del desinfectante (mg/l),t = tiempo
  198. 198.  Así por ejemplo:I. Efluente primario: 18-25 mg/l Cl2II. Efluente 2º: Lechos bacterianos 15 mg/l Cl2III. Lodos activados 6-12 mg/l Cl2IV. Efluente 2º + lagunas: 6 mg/l Cl2V. Efluente 3º ( sin nitrificación): 4-5 mg/l Cl2
  199. 199. V. TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS YAGUAS RESIDUALES5.1 Generalidades En las últimas décadas se han desarrollado una gran variedad de procesos físicos, químicos y biológicos para el tratamiento de aguas residuales. Los tratamientos físicos como la precipitación, la adsorción o el arrastre por corriente de gas, entre otros, transfieren los contaminantes del agua a una segunda fase, pero sin eliminarlos solo removiéndolos. Son, por tanto, procesos no destructivos.
  200. 200.  Los tratamientos químicos tales como la oxidación, la ozonización, la radiación UV, o el empleo de agentes químicos oxidantes (cloro, permanganato potásico, peróxido de hidrógeno, etc.)actúan sobre aquellas moléculas susceptibles de oxidación. Son, por tanto, procesos no selectivos, lo que eleva considerablemente los costes de implementación y de oxidante.
  201. 201.  Los tratamientos biológicos (o tratamientos secundarios) son preferidos siempre que sea posible, ya que tienen mayores rendimientos con menores costes económicos de explotación y mantenimiento, y destruyen completamente los contaminantes, transformándolos en sustancias inocuas. La expresión tratamiento secundario se refiere a todos los procesos de tratamiento biológico de las aguas residuales tanto aerobios como anaerobios.
  202. 202.  Segúnsea el tipo de compuesto a eliminar, podemos distinguir tratamientos biológicos que eliminan compuestos carbonados, compuestos nitrogenados o fosforados.
  203. 203.  La mineralización de compuestos contaminantes mediante microorganismos es, por tanto, un proceso destructivo completo. Los costes de inversión de los procesos biológicos son del orden de 5 a 20 veces menores que los químicos. A su vez, los costes de tratamiento son de 3 a 10 veces menores
  204. 204.  Sin embargo, los tratamientos biológicos no son totalmente efectivos, estarán limitados cuando los efluentes a tratar contengan moléculas xenobióticas, inhibitorias, o tóxicas para el cultivo biológico. Pero esto se puede solucionar, el enriquecimiento en cultivos específicos o aclimatados y los tratamientos integrados son algunas de las estrategias posibles en estos casos
  205. 205.  Ahora bien, como su nombre indica, los tratamientos biológicos de aguas residuales se basan en el empleo de microorganismos, fundamentalmente bacterias, para la depuración de las mismas. La contaminación del agua constituye el sustrato de la biocenosis o comunidad de microorganismos, la cual es mantenida en reactores biológicos. En estos reactores deben mantenerse las condiciones ambientales para permitir el desarrollo óptimo de la biocenosis.
  206. 206.  Para el tratamiento biológico se deben de tomar en cuenta las siguientes características del agua residual: Los principales grupos de microorganismos presentes, tanto en aguas superficiales como en residuales, así como aquellos que interviene en los tratamientos biológicos, Los organismos patógenos presentes en las aguas residuales
  207. 207.  Organismos usados como indicadores de contaminación y su importancia Métodos empleados para determinar los organismos indicadores. Métodos empleados para determinar toxicidad de las aguas tratadas.
  208. 208.  Los principales grupos de organismos presentes tanto en las aguas residuales como superficiales se clasifican en organismos eucariotas, bacterias y arqueobacterias. Estructura Miembros Grupo Características celular representativasEucariotas Eucariota Multicelular con gran Plantas (plantas de diferenciación de las células semilla, musgos, y el tejido. helechos). Animales (vertebrados e Unicelular, con escasa o invertebrados) nula diferenciación de Protistas (algas, hongos tejidos y protozoarios)Bacterias Procariota Química celular parecida a La mayoría de las las eucariotas bacteriasArqueobacterias Procariota Química celular distintiva Metanógenas, halófilos, termacidófilos
  209. 209.  Las bacterias desempeñan un papel amplio y de gran importancia en los procesos de descomposición y estabilización de la materia orgánica, tanto de manera natural como en las plantas de tratamiento. Por ello resultan imprescindibles las funciones metabólicas (tanto anabólicas como catabólicas).
  210. 210.  Como ya mencionamos, la mayor parte de los componentes orgánicos de las aguas residuales sirven como sustrato que proporciona energía para el crecimiento microbiano. Este es el principio que se utiliza en el tratamiento biológico de los residuos, en donde ciertos moos, transforman ese sustrato orgánico en CO2, H2O y células nuevas.
  211. 211.  Los moos pueden ser aerobios (necesitan oxigeno libre), anaerobios (no requieren oxigeno libre) o facultativos (crecen con o sin oxigeno libre). Los procesos en los cuales los moos utilizan oxigeno combinado (del NO3 para la desnitrificacion por ejemplo) suelen describirse como anóxicos.
  212. 212.  La rapidez del crecimiento microbiano varia de manera directa con la cantidad de sustrato disponible. En un cultivo discontinuo y cuando el sustrato no es limitante la población microbiana, después de un periodo de latencia inicial crece con rapidez a una velocidad logarítmica. A medida que el sustrato “desaparece” el crecimiento se retarda hasta que en un punto determinado se detiene y el numero de células que se producen se equilibra con el numero de células que decaen.
  213. 213.  Cuando el sustrato se agota el numero de moos mengua conforme las células viejas se descomponen (se lisan) y liberan sus nutrientes para ser utilizados por moos nuevos. Estas cuatro fases se designan como de latencia, de crecimiento logarítmico o exponencial, de crecimiento menguante o estacionaria y endógena o de decaimiento.
  214. 214.  En los procesos aerobios las bacterias heterótrofas oxidan alrededor de 1/3 de la materia orgánica coloidal y materia disuelta a productos finales estables (CO2 y H2O) y transforman los 2/3 restantes en nuevas células microbianas susceptibles de eliminarse de las aguas residuales por sedimentación.
  215. 215.  En condiciones aerobias ininterrumpidas las bacterias autótrofas convierten entonces el nitrógeno de los compuestos orgánicos en nitratos.
  216. 216.  En los procesos anóxicos, las bacterias heterótrofas transforman los nitratos en nitrógeno gaseoso. En condiciones anóxicas ininterrumpidas, los sulfatos se reducen a sulfuro de hidrogeno gaseoso, de olor característico.
  217. 217.  En los procesos biológicos anaerobios, los grupos de bacterias heterótrofas, en un proceso en dos etapas (de licuefacción/gasificación) convierten mas del 90% de la materia orgánica presente primero en intermediarios y después en metano y CO2 gaseoso.
  218. 218. ¿PARA QUE SE USAN LOS TRATAMIENTOSSECUNDARIOS? El objetivo de este tratamiento es remover la demanda biológica de oxígeno (DBO) soluble que escapa a un tratamiento primario, además de remover cantidades adicionales de sólidos sedimentables. El tratamiento secundario intenta reproducir los fenómenos naturales de estabilización de la materia orgánica, que ocurre en el cuerpo receptor.
  219. 219. ¿CUÁLES SON SUS VENTAJAS? La ventaja es que en este proceso el fenómeno se realiza con más velocidad para facilitar la descomposición de los contaminantes orgánicos en períodos cortos de tiempo. Un tratamiento secundario remueve aproximadamente 85% de la DBO y los SS aunque no remueve cantidades significativas de nitrógeno, fósforo, metales pesados, demanda química de oxígeno (DQO) y bacterias patógenas.
  220. 220. ¿EN CUÁNTO SE REDUCE EL DBO USANDOTRATAMIENTOS SECUNDARIOS? Después del tratamiento, el agua queda con un DBO residual de 10-30 mg/L, lo cual es un valor bastante aceptable, en esas condiciones si el agua se vierte a un río o al medio ambiente, a través de procesos naturales el agua es capaz de autodepurarse y alcanzar los niveles de calidad de las aguas naturales. Si el agua se emplea en riego o en la industria, la DBO residual no causa putrefacción y puede emplearse con toda seguridad para éstos propósitos una vez que ha sido debidamente desinfectada.
  221. 221.  Estas aguas depuradas pueden integrarse al medio ambiente sin daños ecológicos y sin problemas en los habitantes expuestos a esta agua. De hecho pueden emplearse en riego agrícola, en riego de jardines, en la industria de la construcción y otros usos y por eso es el proceso mas convencional de tratamiento de aguas residuales, aunque la tendencia es la implementación de tratamientos adicionales, como es el tratamiento terciario
  222. 222. ¿QUÉ SE REQUIERE PARA LOS TRATAMIENTOSBIOLÓGICOS? Además de estos microorganismos y materia orgánica biodegradable, se necesita un buen contacto entre ellos, la presencia de un buen suministro de oxígeno, aparte de una temperatura adecuada, un rango determinado de pH y un adecuado tiempo de contacto.
  223. 223.  Para que la transformación biológica sea efectiva y de manera eficiente, deben existir condiciones adecuadas para el crecimiento bacteriano, considerando temperatura (30- 40°C), oxígeno disuelto, pH adecuado (6.5- 8.0), salinidad (menor a 3000 ppm). En estos procesos, actúan como sustancias inhibidoras las sustancias tóxicas, como metales pesados Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb y otros, así como cianuros, fenoles y aceites, por este motivo es necesario evitar la presencia de estos.
  224. 224.  La biomasa bacteriana puede estar soportada en un lecho fijo, como superficies inertes (rocas, material cerámico o plástico) o puede estar suspendida en el agua a tratar, siendo estos de lecho móvil o lecho fluidizado. En cada una de estas situaciones la concentración de oxígeno en el agua determina la existencia de bacterias aerobias, facultativas o anaerobias.
  225. 225.  En los procesos anaerobios que consisten en una serie de procesos microbiológicos que ocurren dentro de un recipiente hermético, se realiza la digestión de la materia orgánica con producción de metano. Pueden intervenir diferentes tipos de microorganismos, pero es desarrollado principalmente por bacterias metanogénicas.
  226. 226.  Algunos ejemplos de tratamientos biológicos anaeróbicos son los tanques sépticos y los reactores anaerobios que tratan el agua en un sistema sin luz, oxígeno ni movimiento.
  227. 227.  Las ventajas principales de los tratamientos anaerobios serian que generalmente se requiere de instalaciones menos costosas, ya que no hay necesidad de suministrar oxígeno, por lo que el proceso es más barato y el requerimiento energético es menor. Produce una menor cantidad de lodos (el 20% en comparación con un sistema de lodos activados).
  228. 228.  Por otro lado, sus desventajas es que son más lentos que los tratamientos aerobios, es decir, requiere un mayor tiempo de contacto o retención hidráulica, así como más tiempo de aclimatación, lo que impide el tratamiento de grandes volúmenes de aguas servidas.
  229. 229.  El tratamiento de las aguas residuales en la mayor parte de las ciudades comprende un tratamiento secundario, el cual incluye como operaciones unitarias, además del cribado y desarenado del agua de proceso, una sedimentación primaria y secundaria y un proceso biológico que degrada el material orgánico y lo convierte parcialmente en gases inocuos y material celular que se extrae como lodos de sedimentación
  230. 230.  Lo más común es que las aguas residuales que fluyen del sedimentador primario, reciban un tratamiento posterior para disminuir aún más la cantidad de materia orgánica contenida en el agua, y así incrementar su calidad. Este tratamiento posterior consiste en un digestión biológica de la materia orgánica, en condiciones aeróbicas.
  231. 231. CLASIFICACIÓN DE TRATAMIENTOSSECUNDARIOS Para llevar a efecto el tratamiento biológico o tratamiento secundario, se usan varios mecanismos tales como: Lodos activados Biodiscos Lagunaje Filtros biológicos
  232. 232. 5.2 PROCESO DE LODOS ACTIVADOS El tratamiento de las aguas residuales implica una serie de procesos y operaciones unitarias, que son empleadas frecuentemente en el tratamiento y acondicionamiento de aguas naturales. Estas operaciones unitarias son la sedimentación, filtración, cribado, etc.
  233. 233.  Adicionalmente a estos procesos es necesario un tratamiento biológico, a través del cual el material orgánico presente en el agua residual es convertido parcialmente a material celular o biomasa, y el resto se oxida a metano y productos inorgánicos como: agua, carbonatos, bióxido de carbono, amoniaco, nitratos, etc.
  234. 234.  Un proceso de lodos activados, puede definirse como un tratamiento biológico que consiste básicamente en: la agitación y aireación, de una mezcla de aguas residuales y un lodo de microorganismos seleccionados en un tanque denominado reactor.
  235. 235.  La función de los moos, es para oxidar la materia orgánica presente en el agua de desecho y transformarla a una forma mas estable, disminuyendo de esta forma la carga orgánica contaminante. Para llevar a cabo lo anterior, los moos requieren de un medio adecuado que les proporcione oxigeno y alimento, necesarios para su desarrollo..
  236. 236.  En el proceso de lodos activados los microorganismos son completamente mezclados con la materia orgánica en el agua residual de manera que ésta les sirve de sustrato alimenticio. Estos microorganismos pueden ser: aerobios, anaerobios o facultativos. En presencia de oxígeno, los aerobios y facultativos son los que crecen y se desarrollan, mientras que en ausencia de oxígeno los anaerobios y facultativos predominan.
  237. 237.  Es la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos superficiales o sopladores sumergidos, los cuales tiene doble función: 1) producir mezcla completa. 2) agregar oxígeno al medio para que el proceso se lleve a cabo.
  238. 238.  Aireadores superficiales y aireadores sumergidos o de inyección de aire
  239. 239.  Bajo estas condiciones dichos microorganismo se multiplican rápidamente oxidando los diferentes tipos de materia orgánica presente en las aguas residuales y completan de esta forma el tratamiento biológico.
  240. 240.  Los procesos aerobios son los más convenientes para la conversión del material orgánico en las aguas residuales, y el proceso anaerobio es el más adecuado para la conversión del material orgánico que se tiene en los lodos biológicos producidos en el proceso de tratamiento de las aguas residuales. La digestión aerobia se lleva a efecto en espacios abiertos, con grandes suministros de oxígeno y buena ventilación.
  241. 241.  Por el contrario, la digestión anaerobia se realiza en un recipiente cerrado, y solo es abierto una vez que el material orgánico se ha convertido a productos terminales
  242. 242.  En el metabolismo aerobio, los moos requieren además del oxígeno, de una fuente de carbono orgánico, agua, fósforo, nitrógeno y otros nutrientes. El medio también debe tener una temperatura y un pH adecuado en el cual las bacterias puedan crecer y proliferar, y de esta manera el proceso de digestión sea rápido y altamente efectivo.
  243. 243.  Los microorganismos de las aguas y los suelos son los mismos que actúan en las depuradoras biológicas, constituyendo lo que se denomina fangos o lodos biológicos o fangos o lodos activados.

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