Humedales artificiales

Quito, 1 de Noviembre de 2016

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL CARRERA DE INGENIERíA CIVIL

ASIGNATURA:

DEPURACIÓN (CIV753)

Profesor: Cristina Alejandra Villamar Ayala

CAPíTULO 2 2.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

MUNICIPALES

GENERACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

Vidal (2001)

MUNICIPALES Precipitaciones y lavado de calles

Infiltración aguas subterráneas

Desechos de los procesos productivos

Desechos humanos (fecal)

Desperdicios domésticos: lavado ropa, utensilios, alimentos.

DOMÉSTICAS

INDUSTRIALES

Diferenciar entre la carga contaminante: “Unidad de Población Equivalente o PE”

60 g DBO5/d Alemania

77 g DBO5/d USA

120 - 500 L/hab día Negras

Grises

Desechos vegetales y animales AGROPECUARIOS

1 - 120 L/animal día

2 - 2000 m3/unidad

GENERACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

Vidal (2001)

Industria Unidad de producción

Carga gDBO5/d/unidad)

PE

Frutas en conserva

1 ton 12000 - 30000 200 - 500

Cervecería 100 L 6000 - 21000 100 - 350

Mataderos Animal faenado

1200 - 12000 20 - 200

Curtiembre 1 ton 60000 - 84000 1000 - 1400

Papel 1 ton 12000 - 54000 200 - 900

Plásticos 1 ton 6000 - 54000 100 - 900

Siderúrgica 1 ton 450 7,5

Metcal & Eddy (2003), Oliveira et al. (2005), Ponds et al. (2004), Tandukar et al. (2007), Hernandez et al. (2000), Essbio (2008)

Parámetro RESIDUOS LIQUIDOS URBANOS (mg /L)

USA Brasil U.E. Japón España Ecuador

Sólidos en Suspensión (SST)

100-350 200-450 236-426 333 100-500 -

DBO5 110-400 200-500 155-285 290,8 100-300 58,8-468

DQO 250-1.000 400-800 455-634 599,6 160-800 125- 889

Nitrógeno Total 20-85 35-70 36-52 40,6 25-86 12,1-126

Fósforo Total 4-15 4 -15 5,5-9,3 - 2 - 17 1,4- 19,5

Coliformes Fecales

- 4,9x104 -5,5x109

- 3,9x104 - -

CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS MUNICIPALES

VARIACIONES ESPACIALES

Parámetro Unidad

RESIDUOS LIQUIDOS INDUSTRIALES

A B C D E

DBO mg/L 22.500 386 10.500 280 261-300

DQO mg/L 41.000 679 22.400 100-1.700 558-654

SST mg/L 2.500 567 650 - 4.720 – 4.760

NTK mg/L 2.300 - - - < 0.5

Fosfatos mg/L 10 21 - - 0,9 – 1,0 (*)

Xavier and Vidal (2003), Escamilla (2006)

(*) Indica Fósforo Total

CARACTEÍSTICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS INDUSTRIALES

A = Relleno sanitario B = Galvanoplastia C = Farmacéutica D = Celulosa E = Papelera (p)

VARIACIONES POR TIPO DE ACTIVIDAD PRODUCTIVA

[1] Moral et al. (2005), [2] Provolo et al. (2008), [3] Mosset et al. (2008)

Fase de crecimiento

Parámetro Unidad Mezclado Reproducción Destete Engorde

pH 7,441 – 7,552 7,77 1,3 6,881 – 7,283 7,541 - 7,412 - 7.573

CE mS/cm 17,91 – 14,62 15,61 – 17,63 14.21 – 15.53 25.21 – 15.32 – 25,73

Densidad g/mL 1,0061 1,0141 – 0,973 1,0131 – 1,013 1,0221 – 1,013

DBO5 g/L 14,21 11,71 – 9,13 251 – 16,63 21,61 – 26,33

NT g/L 2,61 – 1,92 2,41 – 2,73 2,31 – 3,63 3,41 – 2,82 – 6,03

NH4+ g/L 2,011 – 1,62 1,91 – 1,83 1,51 – 1,93 2,71 – 2,032 – 3,83

PT g/L 0,81 – 0,52 0,81 0,61 1,071 – 1,392

K g/L 2,261 – 1,582 1,71 1,751 3,461 – 2,292

Fase de crecimiento

CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS AGROPECUARIOS

VARIACIONES EN UNA MISMA ACTIVIDAD PRODUCTIVA

MUESTREO DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

NTE INEN 2169 (1998)

Variaciones en la descarga Composición

Cantidad

MUESTREO NTE INEN 2169:98

Compuesto 8 – 10 L muestra

Puntual 1 – 2 L muestra

•Se toman en periodos < 15 min •No variaciones Q •Características similares en el t. •Variaciones de un parámetro. •Parámetros que pueden medir así: pH, T, OD. •Diseño de planes de monitoreo de plantas de tratamiento.

•Se toman periodo > 15 min •Variaciones Q y características •Conjunto muestras puntuales •Determinar concentraciones promedio de un contaminante •Diseño de plantas de tratamiento.

En el tiempo

V cte y t cte

En el espacio

t cte y V a Qi V cte y t 1/a Qi

MUESTREO DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

NTE INEN 2169 (1998)

t = cte y V a Qi

t1 t2 t3 = =

V = cte y t a 1/TQi

t3 t1 t2 ≠ ≠

Cada 2 h por 24 h

Vmuestra = aV1 + bV2 + ….. Vi a Qi

1 L a 1h……….1L a 2h

Vmuestra = aV1 + bV2 + ….. ti a 1/TQi

MUESTRAS COMPUESTAS 8 a 10 L

CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÍMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

CARACTERIZACION DE LOS RESIDUOS LIQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÍMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

Zaror (2006)

TIEMPO (hrs)

FL

UJ

O

0 6 12 18 24 30

PATRON

CÍCLICO

FL

UJO

TIEMPO (hrs) 0 6 12 18 24 30

PATRON

ALEATORIO

FL

UJO

TIEMPO (MES) 0 6 12 18

PATRON

ESTACIONAL

¿OTRO FLUJO CONVENIENTE?

¿EL FLUJO PROMEDIO?

¿EL FLUJO MÁXIMO?

CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

Zaror (2006)

TIEMPO (h)

FLU

JO

(m

3/h

)

FLUJO PROMEDIO

FLUJO DE SALIDA CONSTANTE = VALOR PROMEDIO

CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

Zaror (2006)

TIEMPO FLUJO F- FMEDIO Dif. Acumul.

h m3/h m3 m3

1 180 25 25

2 165 10 35

3 170 15 50

4 122 -33 17

5 132 -23 -6

6 122 -33 -39

7 135 -20 -59

8 120 -35 -94

9 180 25 -69

10 190 35 -34

11 210 55 21

12 215 60 81

13 165 10 91

14 170 15 106

15 144 -11 95

16 123 -32 63

17 170 15 78

18 142 -13 65

19 117 -38 27

20 120 -35 -8

21 140 -15 -23

22 168 13 -10

23 180 25 15

24 140 -15 0

Promedio= 155

CARACTERÍSTICAS HIDRAÚLICAS DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

Zaror (2006)

FLUJO DE SALIDA CTE

VALOR MEDIO = 155 m3/h

FLUJO DE ENTRADA VARIABLE

VOLUMEN DEL ESTANQUE = 155 + 106

= 260 m3

CAUDALES HORARIOS

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

TIEMPO (h)

FLUJ

O H

ORA

RIO

(m3/

h)

CARACTERIZACION DE LOS RESIDUOS LIQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÍMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

Evalúan cambios temporales

No miden cambios en el tiempo

CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÍMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)

Arcillas, limos, sólidos

específicos

EFECTOS PROCEDENCIA

Interferencia en paso de

luz

Aguas naturales

Aguas municipales e

industriales

SÓLIDOS

PARAMETROS FÍSICOS

Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)

PARÁMETROS FÍSICOS

Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)

Totales 100 %

Suspensión 29

Filtrable 71

Sedimentable 100 (2 hora)

No sedimentable 100

Orgánica 75

Mineral 25

Orgánica 75

Mineral 25

Coloidal 11

Disuelta 89

Orgánica 80

Mineral 20

Orgánica 36

Mineral 64

Cono Imhoff

Pasan Mem. Watman Mem. Watman 0,45

mm

0,001-1 mm

SÓLIDOS

105°C 545°C Totales Volátiles

Métodos gravimétricos (evaporación del agua) mg /L

PARÁMETROS FÍSICOS

Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)

SÓLIDOS

Aguas residuales domésticas

Mercalf & Eddy (2003)

TEMPERATURA

Métodos instrumental (uso de equipo) °C

Aguas calientes

EFECTOS PROCEDENCIA

Acelera las Rx

Reduce solubilidad gases

Olor y sabor

Aguas municipales e

industriales

PARÁMETROS FÍSICOS

COLOR

Compuestos orgánicos

EFECTOS PROCEDENCIA

Turbiedad Aguas municipales e

industriales, degradación de

materia orgánica

Métodos espectrofotométricos Abs

APARENTE VERDADERO

Métodos fotométricos UPCo

Verde = Algas Amarillo o pardo= Fe y Mn Parduzco= Aguas Servidas

PARÁMETROS FÍSICOS

Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)

Mercalf & Eddy (1995), Standard Methods (2005)

Sales inorgánicas (NaCl),

ácidos (HCl) y bases

(NaOH)

EFECTOS PROCEDENCIA

Salinidad Aguas municipales,

industriales y agrícolas

Electrolitos

CONDUCTIVIDAD

Métodos instrumental (electrodo Wheatstone) S/m o mS/cm

STD = Sólidos Totales Disueltos; r = Resistividad

+T hay +a

r

1

Agua pura: 5,5 x 10-6 S/m Agua potable: 0,005- 0,05 S/m Agua de mar: 5 S/m

STDK

PARÁMETROS FÍSICOS

CARACTERIZACIÍN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÍMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

ORGÁNICOS

Materia Orgánica Particulada Materia Orgánica Disuelta

Distribución de la composición de materia orgánica

Shon, 2006

PARÁMETROS QUÍMICOS

Poch, 1999; Trebbut, 2001; Mercalf & Eddy, 1998; Ramalho, 1996

D1 y D2 = Oxígeno de la antes y después; p = Fracción de la muestra; B1 y B2 = Oxígeno del blanco antes y después

DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno)

PDDDBO /)( 215

Sin inóculo

PBBDDDBO /)]()[( 21215

Con inóculo

Incubación 5 días a 20°C

Método químico

(titulación y precipitación)

mg O2/L

Método Analítico

Muestras ajustar pH 6.5 y 7.5

Sustrato Glucosa-ácido Glutamico

Además (Nutrientes)

Medida de Oxígeno (Inicial y Final)

Cálculo de Resultados

PARÁMETROS QUÍMICOS

ORGÁNICOS

5 20

días

DB

O5

(mg

/L)

Lo

DBO5 nitrogenada

99%

70% DBO5 carbonosa

Modelo Matemático

Mercalf & Eddy (2003)

DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno)

PARÁMETROS QUÍMICOS

ORGÁNICOS

Mercalf & Eddy (2003)

DQO (Demanda Química de Oxígeno)

660nm

150°C

Método químico y espectrofotométrico mg O2/L

OHCOCrOCrorgMat 22

3

72.

Agente oxidante

Catalizador (AgSO4)

Objetivo: Oxidar M. O. mediante un oxidante

químico (Máximo 900 mg/L)

1. Agregar muestra+ solución digestora+ solución catalítica

2. Calentar por espacio de 2 horas

3. Medir Absorbancia y calcular con curva patrón

Método Analítico

ORGÁNICOS

PARÁMETROS QUÍMICOS

Mercalf & Eddy (2003), Zaror (2006)

ORGÁNICOS

PARÁMETROS QUÍMICOS

Mercalf & Eddy (2003)

Neutro

INORGANICOS pH (Potencial Hidrógeno)

Compuestos ácidos o básicos

EFECTOS PROCEDENCIA

La vida acuática pH de 6-8 Dificultad de tratamiento

Aguas municipales e industriales

]log[ HpH

Método instrumental (electrodo) - Método Colorimétrico (poco preciso)

Acido Básico

Acido Base

PARÁMETROS QUÍMICOS

Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)

Método químico (titulación) mg CaCO3/L

pH = 4,5 Alcalinidad total

pH = 8,3 Alcalinidad incompleta

3222 COHOHCO pKa = 4,5

OHHCOOHCOH 33232pKa1 = 8,3

OHCOOHHCO 3

2

323pKa2 = 12

CO2, HCO3-, CO3

2-

EFECTOS PROCEDENCIA

Agua con poca capacidad tampón ( < 75 mg CaCO3/L)

Presencia de AOV

Aguas municipales e industriales

Titulación sol. H2SO4 Propiedad Tampón

Alcalinidad INORGÁNICOS

PARÁMETROS QUÍMICOS

Mercalf & Eddy (2003), Standard Methods (2005)

Nutrientes

NTOTAL

NORGANICO NINORGANICO NH4+

NO3- NO2

- NTOTAL Kjendhal

Espectrofotométrico

Instrumental (Ión selectivo)

Químico

42442 )( SONHSOHN

343333424 )()( NHBOBOHNHNaOHSONH

Nessler

20 mmg/L-5 mg/L

Titulométrico

> 5mg/L

425 nm

PARÁMETROS QUÍMICOS

ORGÁNICOS – INORGÁNICOS

NT, NO3-, NO2

-,

Norgánico, NH4+

EFECTOS PROCEDENCIA

Eutrificación Aguas municipales,

industriales,

agropecuarias

NO3-

N2 NO2-

N org

animal

Heces

Orina

NH4+

N org

vegetal

Poch, 1999; Trebbut, 2001; Mercalf & Eddy, 1995

INORGÁNICOS Metales

Cu, Zn, Fe, Pb, entre otros

EFECTOS PROCEDENCIA

En grandes

concentraciones tóxicos

(bioacumulables)

Aguas industriales y

agropecuarias

Método instrumental (absorción atómica) mg/L

Atomización del metal

Nebulizador

PARÁMETROS QUÍMICOS

CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÓMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÍMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

Standard Methods (2005)

PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS

Bacterias (E. coli)

Virus (Rotavirus)

Protozoa (Giardia)

Standard Methods (2005)

PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS

Coliformes totales: -Bacilos gram-negativos aerobios o facultativos. -Fermentan lactosa – gas en 48 h a 35°C.

Causan enfermedades

Enterobacter, Escherichia, Citrobacter y Klebsiella.

Coliformes fecales: -Bacilos gram-negativos. -Fermentan lactosa - gas a las 48 h a 44.5°C.

Echerichia coli

Standard Methods (2005)

PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS

Método: Número más probable (nmp)

-Fermentan lactosa - Mide gas a las 48 h a 35°C (totales) y a 45 °C (fecales)

TOTALES

FECALES

CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÍMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

USEPA (1993)

Peces

Microcrustáceos

TOXICIDAD

Macroinvertebrados CALIDAD

Plantas acuáticas CALIDAD/TOXICIDAD

Bacterias

Aguda LC50

Inmovilidad

Mortalidad

Crónica LOEC Efectos

fisiológicos NOEC

•Sean cosmopolitas •Ciclo de vida determinado y conocido •Conocimiento fisiológico del organismo •Alta sensibilidad a los contaminantes

Cómo un organismo es bioindicador

PARÁMETROS ECOTOXICOLÓGICOS

USEPA (1993)

PARÁMETROS ECOTOXICOLÓGICOS

AGUDA CRONICA

- Mortalidad - Movilidad - Germinación

- Crecimiento - Reproducción

LC50

Log dosis

% P

ob

laci

ón

50%

LOEC NOEC

DOSIS RESPUESTA +

-

-

+

ECOSISTEMA

POBLACIONAL

ORGANISMO

TEJIDO

CELULAR

MOLECULAR

RELEVANCIA ECOLOGICA

RELEVANCIA ECOLOGICA

RESPUESTA

RESPUESTA -

CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS LÍQUIDOS

CAUDAL

COMPOSICIÓN

FÍSICO QUÍMICO OTROS

MICRO BIOLÓGICO

ECO TOXICOLÓGICO

OLFATO MÉTRICAS

ASTM E679 (2004 )

PARÁMETROS OLFATOMÉTRICOS

VULVO OLFATIVO

LÓBULO FRONTAL CEREBRO

EPITELIO OLFATIVO

RECEPTORES OLFATIVOS

RESPUESTA NERVIOSA

ODÓTOPOS

-Volatilidad ambiental -Hidrofobicidad -Peso molecular < 300 Da

DETECCIÓN 2 ug/L (1 D-T) IDENTIFICACIÓN 4 ug/L (3 D-T) MOLESTIA 100 ug/L (> 5 D-T) IRRITACIÓN 2000 ug/L

T

Dz

Umbral de olor (D-T)

Vol. Aire puro

Vol. Aire oloroso

Técnicas sensoriales OLFATOMETRÍA

CAMPO

LABORATORIO

Campo Laboratorio0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Um

bral

de

olor

(D

-T, U

O/m

3, O

I)

NH3 AGV Sulfuros Fenoles0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Um

bral

olo

r (m

g/L)

Com

pues

tos

olor

osos

(ug

/m3)

0

1

2

3

4

5

2500

5000

76 veces

ASTM E679 (2004 )

Usa registro de olores específicos

Compuestos orgánicos

en descomposición

EFECTOS PROCEDENCIA

Oposición al uso como

agua potable

Aguas en descomposición y

aguas industriales

Métodos analítico (diluciones) Aceptable o no

Métodos instrumental (narices electrónicas)

PARÁMETROS OLFATOMÉTRICOS

BIBLIOGRAFÍA REFERENCIAL

Metcalf and Eddy. (2003). Wastewater Engineering: Treatment, and Reuse. McGraw-Hill, New York, USA, 1820 pp.

Texto Unificado de Legislación Medio Ambiental. TULMAS (2007).Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes: Recurso agua.

Zaror, C. (2006). Introducción a la ingeniería ambiental para la industria de procesos. Editorial Universidad de Concepción, Concepción-Chile. 611 pp.

APHA (American Public Health Association), (AWWA) American Water Works Association, (WPCF) Pollution Control Federation (2005). Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 16th ed. Washington, DC: APHA, AWWA, WPCF.

United States Environmental Protection Association, USEPA. (1993).

Methods for measuring the acute toxicity of effluents and receiving waters to freshwater and marine organisms. EPA-600/4-90-027F. 4th Ed., Cincinnati-Ohio, USA.

American Society for Testing and Materials ASTM E679 (2004). Standard Practice for Determination of Odor and Taste Thresholds by a Forced-Choice Ascending Concentration Series Method of Limits. American Society for Testing and Material, Philadelphia- United States.

CONSULTAS

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E-MAIL: cristina.villamar@epn.edu.ec OFICINA: 203, Ed. Hidráulica HORARIO: miércoles (13:00 a 16:00) y viernes (13:00

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