“DIPLOMADO EN ECOLOGÍA Y PROTECCIÓN AMBIENTAL” PRIMERA PARTE CARACTERIZACIÓN DEL AGUA...

““DIPLOMADO EN ECOLOGÍA Y DIPLOMADO EN ECOLOGÍA Y PROTECCIÓN AMBIENTAL”PROTECCIÓN AMBIENTAL”

PRIMERA PARTE

CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL

Dr. Hugo A. Guillén Trujillo

Dra. Daisy Escobar Castillejos

LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA Aguas residuales y otros residuos

que demandan oxígeno (en su mayor parte materia orgánica, cuya descomposición produce la desoxigenación del agua).

Agentes infecciosos.

Nutrientes vegetales que pueden estimular el crecimiento de las plantas acuáticas. Éstas, a su vez, interfieren con los usos a los que se destina el agua y, al descomponerse, agotan el oxígeno disuelto y producen olores desagradables.

Productos químicos, incluyendo los pesticidas, diversos productos industriales, las sustancias tensoactivas contenidas en los detergentes, y los productos de la descomposición de otros compuestos orgánicos.

Petróleo, especialmente el procedente de los vertidos accidentales.

Minerales inorgánicos y compuestos químicos

LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA

LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA

Sedimentos formados por partículas del suelo y minerales arrastrados por las tormentas y escorrentías desde las tierras de cultivo, los suelos sin protección, las explotaciones mineras, las carreteras y los derribos urbanos.

Sustancias radioactivas procedentes de los residuos producidos por la minería y el refinado del uranio y el torio, las centrales nucleares y el uso industrial, médico y científico de materiales radiactivos.

El calor también puede ser considerado un contaminante cuando el vertido del agua empleada para la refrigeración de las fábricas y las centrales energéticas hace subir la temperatura del agua de la que se abastecen.

¿QUÉ SON LAS AGUAS RESIDUALES?

Se denomina agua residual a un agua que, durante su utilización de tipo doméstico, industrial u otra, ha sufrido modificaciones de calidad.

Contaminantes importantes más Contaminantes importantes más preocupantes en el agua residualpreocupantes en el agua residual

Los sólidos en suspensión. Estos pueden dar lugar a depósitos de lodo que contribuyan a crear condiciones anaerobias en los medios acuáticos

Materia orgánica biodegradable. Al ser descargadas las aguas residuales sin tratar, su estabilización biológica puede llevar a un agotamiento de las fuentes de oxígeno natural y desarrollar condiciones sépticas

Patógenos. Transmisión de enfermedades. Nutrientes. Nitrógeno y fósforo, junto con el

carbono pueden contaminar mantos freáticos. Contaminantes prioritarios. Aquellos cuyas

propiedades conocidas o presumibles, cancerígenas, mutagénicas, o con alta toxicidad.

Materia orgánica refractaria. Aquellos que resisten los métodos convencionales de tratamiento. Ejemplo: pesticidas agrícolas, fenoles


Metales pesados. Estos pueden ser tóxicos a los tratamiento biológicos y son usualmente añadidos al agua residual por actividades comerciales e industriales.

Sólidos inorgánicos disueltos. Calcio, sodio y los sulfatos añadidos al agua como consecuencia del uso de agua y que deben ser eliminados si se va a reutilizar el agua residual


EFECTOS SOBRE LA EFECTOS SOBRE LA SALUDSALUD

Salud: Es un estado de completo bienestar físico, mental y social y no solamente la ausencia de enfermedades.

Salubridad: Es la ciencia y el arte de organizar y dirigir los esfuerzos colectivos para proteger, fomentar y reparar la salud.

Higiene: Es el conjunto de normas de vida que aseguran al individuo el ejercicio pleno de todas sus funciones.

Saneamiento: Es la rama de la salubridad destinada a eliminar los riesgos del ambiente natural, sobre todo los resultantes de la vida en común y crear y promover en él las condiciones óptimas para la salud, es decir preservar el medio ambiente, sobre todo los recursos húmedos y los suelos evitando la contaminación.

Enfermedades infecciosas Enfermedades infecciosas entéricas de origen hídricoentéricas de origen hídrico

Cólera, hepatitis infecciosa, leptospirosis, Tifoidea, Paratifoidea ( transmitidas por el agua), Disenteria bacilar, amibiana, gastroenteritis ( por el agua o por el agua para aseo personal), ascariasis, conjuntivitis, enfermedades diarreicas, lepra, sarna, tiña, tracoma (en el agua para el aseo), Gusano de Guinea, esquistosomiasis ( desarrollados en el agua), paludismo, oncocercosis, enfermedad del sueño, fiebre amarilla ( insectos vectores relacionados)

Los factores de control son:abastecimiento de agua disposición de excretas disposición de basura control de roedores, insectos, etc. protección de los alimentos

Composición típica del agua Composición típica del agua residual en Méxicoresidual en México

FUENTE: Ingeniería Ambiental. Tratamiento de las aguas residuales municipales. Ing. Enrique Mejía Maravilla

CONTAMINANTES CONCENTRACIÓN (mg/l)

Sólidos Totales, ST 1,200

Sólidos Disueltos Totales, SDT 850

Sólidos Disueltos Fijos 525

Sólidos Disueltos Volátiles 325

Sólidos Suspendidos, SST 350

Sólidos Suspendidos Fijos 75

Sólidos Suspendidos Volátiles 275

Sólidos Sedimentables 20

DBO5 400

Carbón Orgánico Total (COT) 290

Composición típica del Composición típica del agua residual en Méxicoagua residual en México



DQO 1,000

Nitrógeno Total (como N) 290

Nitrógeno Orgánico 35

Amoniaco Libre 50

Nitritos 0

Nitratos 0

Fósforo 15

Fósforo Orgánico 5

Fósforo Inorgánico 10

Cloruros 100

Composición típica del agua Composición típica del agua residual en Méxicoresidual en México



Sulfatos 50

Alcalinidad (como CaCO3) 200

Grasas 150

Compuestos orgánicos volátiles > 400

Coliformes Totales 107-109 NMP

Término de interésTérmino de interés

agua pluvial, es el agua de lluvia o derretimiento de nieves que corre por las superficies con revestimiento o por las superficies que no lo tienen.

El agua pluvial se mezcla con el agua residual bruta en las canalizaciones (alcantarillado) de sistema combinado, lo que incrementa los flujos y serán tratados en la planta de tratamiento, además de que favorece la introducción de contaminantes al sistema.

Composición del agua residual Composición del agua residual urbanaurbana

El agua residual urbana está formada por la unión de las aguas residuales procedentes del alcantarillado municipal, de las industrias asentadas en el casco urbano y en la mayor parte de los casos de las aguas de lluvia que son recogidas por el alcantarillado.

La mezcla de las aguas residuales con las aguas pluviales suelen producir problemas en una planta de tratamiento de aguas residuales (P.T.A.R), sobre todo en caso de tormentas, por lo que se sugiere que se separen las redes de aguas residuales de las pluviales.

GERENCIA REGIONAL FRONTERA SUR

SU

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CACA

LUTA

DESPOBLADO

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CUXTEPEQUES

STO. DOMINGO

SABINAL

GRIJALVA

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CA

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CA

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LAGUNA CHAC CHAC

C.H. LA ANGOSTURA

C.H. NETZAHUALCOYOTL

R. USUMACINTA

R. S. PEDRO

Y S.

PABLO

R. G

RIJA

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R. CARRIZAL

R. P

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R.

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LA

L. EL LIMON

R. S. FELIPE

R. NARANJEÑO

R. B

LASI

LLO

EXCELENTEACEPTABLEPOCO CONTAMINADOCONTAMINADOALTAMENTE CONTAMINADOSIN DATO

Plano de Calidad del Agua 2001

RESIDUOS SÓLIDOSRESIDUOS SÓLIDOS Es la materia orgánica u inorgánica contenida en el agua que puede encontrarse disuelta o suspendida, la cual afecta negativamente la calidad del agua. Permite asegurar el reúso potencial de agua residual y para determinar los procesos empleados para su tratamiento; la prueba de SDT

prevé la disponibilidad de una fuente de agua para uso público, industrial y agrícola. Se expresa en mg/l o ppm.

Sólidos totales (ST):Disueltos (SDT) Suspendidos(SST)

Ambas clasificaciones presentan:Fijos (SSF de naturaleza inorgánica) Volátiles (SSV de naturaleza orgánica)

Los sólidos sedimentables (Ssed.) se determinan para los cálculos de diseño de sedimentadores.

TURBIEDADTURBIEDAD

Indica la presencia de partículas en suspensión. La Turbiedad puede ser orgánica proveniente de las aguas residuales y desechos, e inorgánica producida por partículas coloidales como las arcillas, compuestos de silicatos y aluminatos, por ejemplo: caolita, montrenita, muscovita; estos componentes impiden el paso de la luz a través del agua. La determinación se utiliza con fines de asegurar la claridad del agua. Se expresa en NTU.

Las partículas que imparten turbiedad al agua constituyen

defensas para los microorganismos ya que éstos pueden escudarse contra los agentes desinfectantes, especialmente contra el cloro, por lo que puede ser necesario un mayor tiempo de contacto para producir la reducción bacterial deseada.

COLOR Y TEMPERATURACOLOR Y TEMPERATURA

El color se utiliza para determinar la presencia de agentes colorantes sintéticos y naturales en el agua, define la condición del agua residual, como se mencionó anteriormente (fresca o séptica). Se expresa UPT (unidades platino-cobalto)

La temperatura es el nivel térmico de un cuerpo o

sustancia, desempeña un papel importante en el tratamiento y ciclo del agua. Se expresa en ºC.

Temperaturas elevadas favorecen la proliferación de microorganismos y agrava el problema de olor, sabor y corrosión. Determina la concentración de saturación de gases.

OLOROLOR

Puede ser causado por microorganismos, algas, gases y residuos industriales.

Dentro de los métodos de detección del olor está la dilución de la muestra hasta que el olor desaparezca. Se expresa en LMCO (límite mínimo de concentración de olor

detectado)

pHpH

La medida del pH es una de las pruebas más importantes y frecuentes utilizada en el análisis químico del agua. Prácticamente en todas las fases del tratamiento del agua para suministro y residual, como la neutralización ácido-base, ablandamiento, precipitación, coagulación, desinfección y control de corrosión, dependen del pH. Este parámetro mide la concentración o actividad del ión hidrógeno presente en el agua. Indican lo ácido o alcalino de una muestra.

ALCALINIDADALCALINIDAD

Es la capacidad que presenta la muestra para neutralizar ácidos (reaccionar con los iones hidrógeno), es un parámetro de poca importancia sanitaria.

La alcalinidad de muchas aguas depende primordialmente

de su contenido en carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos, por lo que suele tomarse como una indicación de la concentración de éstos componentes, los valores determinados pueden incluir en menor proporción los boratos, silicato, fosfatos y ácidos orgánicos.

Se expresa en términos de CaCO3

ACIDEZACIDEZ Capacidad para neutralizar bases o iones OH -, a un pH determinado. Los

principales iones causantes de la acidez en las aguas son: el dióxido de carbono y el ácido sulfhídrico.

CO2 + OH- HCO3- (sistema de amortiguación)

H2S + OH- HS - + H2O

El ácido carbónico H2CO3 no se neutraliza totalmente hasta un pH de 8.2 y no disminuye el pH por debajo de 4.5 a 8.2, mientras que la acidez mineral libre se debe a la presencia de ácidos fuertes tales como el ácido sulfúrico y el ácido clorhídrico, se presenta por debajo de un pH de 4.5.

Los ácidos contribuyen a la corrosividad del agua e influyen en las

velocidades de reacción química, la especificidad química y los procesos biológicos.

OXÍGENO DISUELTOOXÍGENO DISUELTO

La habilidad del agua para reoxigenarse por contacto con la atmósfera es un parámetro importante de la calidad del agua.

El oxígeno elemental en el agua viene de la atmósfera; sin oxígeno disuelto muchos organismos acuáticos no podrían existir en el agua.

El oxígeno en el agua también es producido por el proceso fotosintético de las algas, pero también es consumido por éstas en su proceso metabólico.

OXÍGENO DISUELTOOXÍGENO DISUELTO

La solubilidad del oxígeno en el agua depende de:

Su temperatura De la presión atmosférica Contenido de sales del agua Profundidad

Temperatura ºC 0 10 20 30

OD, mg/l 14.6 11.3 9.1 7.6

DEMANDA DE OXÍGENODEMANDA DE OXÍGENO

Los compuestos orgánicos por lo regular son inestables y pueden oxidarse biológica o químicamente para obtener productos finales estables, relativamente inertes, tales como, CO2,

NO3, H2O. La cantidad del contenido orgánico de

un desecho se obtiene al medir la cantidad de oxígeno que se requiere para su estabilización.

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). Mide la cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos en la transformación de la materia orgánica en CO2 y el nuevo material celular. Asimismo, incluye la cantidad de oxígeno requerido para llevar a cabo la nitrificación.

Demanda Química de Oxígeno (DQO). Es el oxígeno consumido por una muestra de agua residual de dicromato de potasio después de 2 o 3 h de reflujo con ácido sulfúrico concentrado. Casi todas las sustancias orgánicas se oxidan en su totalidad, con excepción de compuestos como la piridina, el benceno o el tolueno. El valor de la DQO da una idea del contenido de materia oxidable (orgánica e inorgánica). La magnitud de los resultados obtenidos normalmente es DBO<DQO

DEMANDA DE OXÍGENODEMANDA DE OXÍGENO

NITRÓGENONITRÓGENO

Se le considera como un parámetro de contaminación del agua. Los compuestos de nitrógeno son de interés ambiental, debido a la importancia de sus componentes en la atmósfera y en los procesos de vida de todas las plantas y animales.


El Nitrógeno puede existir en 7 estados de oxidación:

NH3-3 N2

0 N2O1 NO2 N2O3

3 NO24 N2O5

5

Los compuestos de nitrógeno en estado de

oxidación I, II, IV tienen poca importancia en los procesos biológicos. Las otras formas de nitrógeno son importantes y de gran interés en ingeniería ambiental.

Nitrógeno Total (Kjeldahl) se compone del nitrógeno orgánico y del nitrógeno amoniacal. NTOTAL – NAMONIACAL = NORGÁNICO.

Nitrógeno amoniacal. Como sales de amoníaco. Nitrógeno orgánico. En la forma de proteínas,

aminoácidos y urea Nitrógeno de nitritos. Etapa intermedia de

oxidación que normalmente no se presenta en grandes cantidades.

Nitrógeno de nitratos. Producto final de la oxidación del nitrógeno (nitrificación)


NitrificaciónNitrificación

La oxidación de los compuestos de nitrógeno, llamada nitrificación , se expresa de la siguiente forma:

Norg + O2 Namo + O2 NO2-N + O2 NO3-N

La conversión de nitrógeno amoniacal a nitrato toma lugar si existe aireación y se lleva a cabo mediante dos grupos de bacterias las Nitrosomas y Nitrobacter.

Las Nitrosomas dan lugar a la transición de amonio a nitrato,

NH3 + 3/2 O2 H+ + NO2- + H2O

Las Nitrobacter mediante la oxidación de nitrito a nitrato,

NO2 + 1/2 O2 NO3-


DesnitrificaciónDesnitrificación

La desnitrificación se lleva a cabo en condiciones anaerobias, durante este proceso los nitratos se transforman a nitritos y de ahí son reducidos a nitrógeno gas, el cual va a la atmósfera.

NO3- + sustrato N2 + CO2 + H2O + OH + Células.

FÓSFOROFÓSFORO

El fósforo es requerido para la reproducción y síntesis de nuevos tejidos celulares y su presencia es necesaria para el tratamiento biológico. El agua residual doméstica es relativamente rica en fósforo (como fosfatos), debido a su alto contenido de desechos humanos y detergentes sintéticos (estos últimos pueden ser medidos como SAAM, sustancias activas al azul de metileno), por lo que el contenido del elemento es tal que permite llevar a cabo el tratamiento biológico.

SULFATOSSULFATOS Los sulfatos son considerados responsables indirectamente de

dos problemas asociados con el tratamiento de aguas residuales: el olor, debido a que al ser reducidos por las bacterias reductoras dan origen al ácido sulfhídrico (H2S) y los problemas de corrosión en las tuberías de concreto que transportan las aguas residuales.

Las reacciones que se llevan acabo son:

SO42- + materia orgánica S2- + H2O + CO2

S2- + H+ HS-

HS- + H+ H2S

SULFATOSSULFATOS

En ausencia de oxígeno disuelto y nitratos, los sulfatos sirven como fuente de oxigeno para las oxidaciones bioquímicas ocasionadas por bacterias anaerobias; en estas condiciones el oxígeno disuelto tiene la capacidad de oxidar los sulfitos (SO3

2-) a sulfatos en un rango de pH

superior a 8.

CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICASCARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS

El agua residual cruda es un medio excelente para el crecimiento de microorganismos de interés como:

Coliformes totales 100-1,000 millones NMPColiformes fecales 10-100 millones NMPVirus totales 1,000-10,000 unidades

infecciosas/l


CALIDAD DEL AGUASEGUNDA PARTE

ANÁLISIS DEL AGUA RESIDUAL



MUESTREO MUESTREO

La recolección de una muestra representativa de una fuente de calidad uniforme representa pocos problemas y la toma de una sola muestra es suficiente. También lo es una muestra aislada si el propósito es simplemente saber de inmediato si se ha cumplido con ciertos límites particulares.

MUESTRA COMPUESTAMUESTRA COMPUESTA

Para evaluar exactamente una muestra de agua residual, la cual tiene fluctuaciones en calidad y cantidad se toma una muestra compuesta. La cual consiste en muestra simples tomadas a intervalos conocidos durante cierto período y en proporción al caudal.

Los datos recolectados deben Los datos recolectados deben ser:ser:

RepresentativosReproduciblesSustentadosÚtiles

Programa de muestreoPrograma de muestreo

Los cambios que ocurren al transcurrir el tiempo en la composición de la muestra se pueden retardar si se realiza correctamente el muestreo y la preservación de la muestra. Cuanto más contaminada esté la muestra, más corto es el tiempo disponible para la toma de muestras y el análisis, si se quiere evitar errores significativos.

Programa de muestreoPrograma de muestreo

Plan de muestreo Clase de tamaño de la muestra Rotulado y cuidado de la muestra Métodos de muestreo Almacenamiento y preservación de

la muestra Constituyentes de la muestra Métodos analíticos

Selección de estaciones Selección de estaciones potenciales de muestreo de potenciales de muestreo de

calidad del aguacalidad del agua

Las estaciones de muestreo son seleccionadas durante el desarrollo del plan de muestreo. Cuando se elija las estaciones, se debe considerar los objetivos de muestreo, los análisis de laboratorio, los análisis estadísticos así como los requisitos para el manejo de datos.

Muestreos en Yajalón, Chiapas

PLANTA PILOTO Fosa séptica-sedimentador-humedal

ANÁLISIS DE LABORATORIOANÁLISIS DE LABORATORIO

Debido a las características de las aguas residuales los análisis físicos y químicos aplicables se pueden clasificar en 5 categorías:

Análisis que miden la concentración, estado de

los sólidos y apariencia de las aguas negras (S.T., S.S., Ssed., color y turbiedad ).

Análisis que miden la concentración, estado y condición de la materia orgánica (S.V., S.S., Ssed., DBO, Norg., olor y oxígeno).

ANÁLISIS DE ANÁLISIS DE LABORATORIOLABORATORIO

Análisis que determinan la presencia de sustancias específicas o tipos de sustancias en las aguas negras (N, oxígeno, grasas, sulfatos, acidez y alcalinidad).

Análisis que ayudan a conocer el proceso de la descomposición de las aguas negras ( DBO, oxígeno, N, olor, sulfuro, Temp., pH).

Análisis para determinar organismos vivos, los cuales dan información relacionada con la eficiencia de purificación bacteriana y el grado de contaminación bacteriana esperado en la fuente de agua receptora.

MÉTODOS DE MEDICIÓNMÉTODOS DE MEDICIÓN

El análisis de las sustancias o muestras depende del tipo de información que se busque, es decir qué o cuánto está presente de una especie dada. Los métodos y las técnicas que se emplean para determinar la composición de la materia se dividen en análisis cualitativo y cuantitativo.

Análisis cualitativo y cuantitativoAnálisis cualitativo y cuantitativo

Análisis cualitativo. Identifica los compuestos presentes en la muestra dada o los detalles estructurales de la misma.

Análisis cuantitativo. Determina la cantidad del componente presente en la muestra. El análisis cuantitativo puede ser directo o indirecto dependiendo de la forma en que se realice la medición final a partir de la cual se deduce la cantidad de la especie en cuestión.

Análisis de Calidad del AguaAnálisis de Calidad del Agua

Los análisis comunes para el control de la calidad del agua comprenden métodos gravimétricos, volumétricos y colorimétricos.

Se debe saber que el trabajo de laboratorio frecuentemente es de naturaleza microanalítica y requiere de procedimientos cuidadosos

Clasificación de los métodos Clasificación de los métodos analíticos comunesanalíticos comunes

Clasificación Subclasificación (Método)

Magnitud que se mide

Gravimétricos Directo

Indirecto

Peso del compuesto que contiene a la especie buscada. Pérdida de peso debida a la volatilización de la especie.




Volumétricos De valoración

De gases

Volumen de solución que equivales químicamente a la especie buscada.

Volumen de especie gaseosa producido o consumido

Métodos ópticosMétodos ópticos




Ópticos Espectroscopía de emisión

Espectroscopía de adsorción

Colorimetría

Radiación emitida por la especie

Radiación adsorbida por la especie

Rotación del plano de la luz polarizada debida a la especie




Ópticos Polarimetría

Refractometría

Turbidimetría y nefelometría

Rotación del plano de la luz polarizada debida a la especie

Índice de refracción de una solución de la especie

Dispersión de la luz por la especie


CALIDAD DEL AGUATERCERA PARTE

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS Y BACTERIOLÓGICOS



TURBIEDADTURBIEDAD

Agitar la muestra Determinar la

turbiedad, de acuerdo a las especificaciones del equipo

TEMPERATURATEMPERATURA

Se requiere que la temperatura de la muestra sea determinada in situ.

En laboratorio los análisis se deberán realizar a temperatura ambiente (25°C)

SÓLIDOS EN TODAS SUS FORMASSÓLIDOS EN TODAS SUS FORMAS

Por lo general, las aguas residuales contienen la mayoría de los constituyentes del agua suministrada, más las impurezas adicionales provenientes del proceso productor de desechos. En promedio el agua residual cruda contiene alrededor de 1,000 mg/l de sólidos en solución y suspensión, lo que equivale a decir que cerca del 99.9% es agua pura.


99.9 % agua (sirve como vehículo de transporte de los sólidos)

0.1% sólidos, los cuales se clasifican en:

Orgánicos 70% (proteínas, carbohidratos, grasas, materia muerta)

Inorgánicos 30% (arena, sales y metales).


Sólidos son los materiales suspendidos o disueltos en aguas residuales. Se llaman SÓLIDOS TOTALES (ST) a los residuos de material que quedan en un recipiente después de la evaporación de una muestra y su consecutivo secado en estufa a temperatura definida. Los sólidos totales incluyen los SÓLIDOS TOTALES SUSPENDIDOS (SST), o porción de sólidos totales retenida por un filtro, y los SÓLIDOS DISUELTOS TOTALES (SDT), o parte de sólidos totales que atraviesa el filtro


Se conoce como SÓLIDOS FIJOS al residuo que se queda después de calcinar en mufla a los sólidos totales suspendidos o disueltos: STF, SSF o SDF. A la parte perdida durante la calcinación se le lama SÓLIDOS VOLATILES: STV, SSV o SDV


En la determinación de sólidos fijos y sólidos volátiles, no hay distinción entre materia orgánica e inorgánica, porque la pérdida de peso por calcinación incluye también pérdida por descomposición o volatilización de algunas sales minerales


Los SÓLIDOS SEDIMENTABLES (Ssed) es el material que se desprende de la suspensión en un período determinado.

Los análisis de sólidos en general son importantes en el control de procesos de tratamiento biológico y físico de aguas residuales, y para evaluar el cumplimiento de las normas ecológicas o de las condiciones especiales de descarga


Sólidos sedimentables (Ssed): Sólidos suspendidos, expresados como mililitros por litros, que se sedimentarán por fuera de la suspensión dentro de un periodo de tiempo específico.

DETERMINACIÓN DE SÓLIDOSDETERMINACIÓN DE SÓLIDOS

SÓLIDOS ENCONTRADOS SÓLIDOS ENCONTRADOS EN AGUA RESIDUALEN AGUA RESIDUAL

Sólidos totales (ST): Residuo remanente después que la muestra ha sido evaporada y secada a una temperatura específica (103 a 105°C)

Mg/l de ST= (mg de ST x1000)/ ml de muestra

Mg de ST = peso de la cápsula después de 60 min. en la estufa – peso de la cápsula vacía


Sólidos volátiles totales (SVT): Sólidos que pueden ser volatilizados e incinerados cuando los ST son calcinados (500 ± 50°C)

Mg/lt de SVT= (A-B) x 1000 / ml de muestra

A= peso del residuo + cápsula antes de la ignición en mgB= peso del residuo + cápsula después de la ignición en

mg

SÓLIDOS ENCONTRADOS SÓLIDOS ENCONTRADOS EN AGUA RESIDUALEN AGUA RESIDUAL

Sólidos fijos totales (SFT):Residuo que permanece después de incinerar los ST (500 ± 50°C)

Mg/lt de SFT = (B-C) x 1000 / ml de muestra

B= peso del residuo + cápsula después de la ignición en mg

C= peso de la cápsula en mg


Sólidos suspendidos totales (SST): Fracción de ST retenido sobre un filtro con un tamaño de poro específico medido después de que ha sido secado a una temperatura específica. El filtro más usado para la determinación de SST es el filtro Whatman de fibra de vidrio que tiene un tamaño nominal de poros de aprox. 1.58 m


Mg/l de SST = (A-B) x 1000 / ml de la muestra

A= peso de Gooch + residuo seco en mg

B= peso del Gooch en mg


Sólidos suspendidos volátiles (SSV): Estos sólidos pueden ser volatilizados e incinerados cuando los SST son calcinados (500 ± 50°C)

Sólidos suspendidos fijos (SSF): Residuo remanente después de calcinar SST (500 ± 50°C)


Mg/lt de SSV= (A-B) x 1000 / ml de muestra

A= peso del Gooch + residuo antes de la igniciónB= peso del Gooch + residuo después de la ignición en mg.

Mg/lt de SSV= (B-C) x 1000 / ml de muestra

B= peso del Gooch + residuo después de la ignición en mg.C= peso del Gooch en mg


Sólidos disueltos totales (SDT) (ST-SST): Sólidos que pasan a través del filtro y luego son evaporados y secados a una temperatura específica. La medida de SDT comprende coloides y sólidos disueltos. Los coloides son de tamaño 0.001 a m


Sólidos disueltos volátiles (SDV) (SVT-SSV): Sólidos que pueden ser volatilizados e incinerados cuando los SDT son calcinados (500 ± 50°C)

Sólidos disueltos fijos (SDF) (SVT- SSV): Residuo remanente después de calcinar los SDT (500 ± 50°C)

POTENCIAL DE HIDRÓGENO, pHPOTENCIAL DE HIDRÓGENO, pH

Esté parámetro debe ser, al igual que la temperatura, determinado en campo debido a que el valor de pH tiene marcada influencia en ciertas reacciones químicas y biológicas.


La alcalinidad de las aguas depende primordialmente de su contenido en carbonato, bicarbonatos e hidróxidos, por lo que suele tomarse como una indicación de la concentración de estos componentes. Los valores determinados pueden incluir también boratos, fosfatos, silicatos y otras bases, cuando se hallan presentes.


Alcalinidades bajas pueden resultar insuficientes en ciertos procesos de tratamiento de aguas.

Los procesos biológicos deben mantenerse entre un pH de 6 y 9.5 por lo que la acidez y alcalinidad deben ser controladas.

ACIDEZACIDEZ Se puede deber a la presencia de CO2, ácidos

minerales o sales de ácidos fuertes y bases débiles Los ácidos influyen en las velocidades de reacción

química y la efectividad de los procesos biológicos. El método volumétrico se basa en la reacción de los

iones hidrógeno presentes en la muestra que reaccionan con un álcali de concentración conocida. Tradicionalmente se identifica la acidez total como “acidez a la fenoftaleína” (pH=8.3) y la “acidez al anaranjado de metilo” alcanzada a un pH= 4.5

ACIDEZACIDEZ

La acidez se puede determinar por titulación con un indicador o por titulación potenciométrica. La acidez mineral se mide por titulación a un pH de 4.5 y recibe ese nombre porque cuantifica principalmente ácidos fuertes. La titulación al punto final de la fenoftaleína (pH=8.3) mide tanto la acidez mineral como la debida a ácidos débiles.

TITULACIÓNTITULACIÓN

Es el proceso por el cual se determina la cantidad de solución de concentración conocida que se necesita para reaccionar completamente con cierta cantidad de muestra que será analizada.Solución patrón o estándar.Solución problema.

SULFATOSSULFATOS

La determinación de este parámetro se basa en el hecho de que el Ion sulfato se precipita con el cloruro de bario en un medio ácido para formar un precipitado de sulfato de bario de tamaño uniforme. Se mide la transmitancia (420 nm) de la suspensión por medio de un espectrofotómetro y se determina la concentración comparando con una curva patrón.

FOSFATOSFOSFATOS

El fósforo se encuentra en las aguas residuales casi exclusivamente en forma de fosfatos, clasificados en ortofosfatos, fosfatos condensados, piro, meta y otros polifosfatos y los ligados orgánicamente

En los drenajes domésticos sin tratar el fosfato se distribuye aproximadamente de la siguiente forma: ortofosfatos 5 mg/l como fósforo, tripolifosfato 3 mg/l como fosfato, pirofosfato 1 mg/l como fósforo y fosfato orgánico menor que 1 mg/l como fósforo.

FOSFATOSFOSFATOS

En solución el ortofosfato, el molibdato de amonio reacciona bajo condiciones ácidas para formar un heteropoliácido, el ácido molibdo fosfórico. En presencia de vanadio se forma el ácido vanadomolibdofosfórico de color amarillo. La intensidad del color es proporcional a la concentración de fosfatos medida a 470 nm de absorbancia.

NITRATOSNITRATOS

La reacción con la brucina y el nitratos produce un color amarillo que es utilizado para la estimación colorimétrica del nitrato. La intensidad del color es medida a 410 nm. El control del calor en el procedimeinto es logrado por la secuencia de adición de reactivos e incubación de la mezcla en un intervalo de tiempo y temperatura.

NITRITOSNITRITOS

La concentración de nitritos se determina por la formación de un colorante púrpura rojizo, que se produce a un pH de 2.0 a 2.5 por la unión del ácido sulfanílico diazotado con el clorhidrato de naftilamina. El color producido es directamente proporcional a la cantidad de nitritos presentes. (520nm)

NITRÓGENO TOTALNITRÓGENO TOTAL En presencia de ácido sulfúrico, sulfato de potasio y sulfato

mercúrico como catalizador, el nitrógeno amino de muchos compuestos orgánicos es convertido a sulfato de amonio. Después el complejo de mercurio en la digestión es descompuesto por el tiosulfato de amonio, el amonio es destilado de un medio alcalino y absorbido en ácido bórico. El amonio es determinado por titulación con un ácido mineral estándar.

Mg/lt de N-total = (A-B) x 280 / ml de muestra

Donde:A = ml de ácido usados en la muestraB= ml de ácido usados en el blanco

El factor 280 se calcula a partir del PM de ácido sulfúrico x la normalidad del mismo en la prueba

DBODBO

Es el método usado con mayor frecuencia en el campo de tratamiento de aguas residuales. Si existe suficiente oxígeno disponible , la descomposición biológica aerobia de un desecho orgánico continuará hasta que el desecho se haya consumido.

Conversión del residuo orgánico a productos Conversión del residuo orgánico a productos finales y tejido celular residualfinales y tejido celular residual

DBODBO55

Un muestra pequeña o diluida de agua residual se coloca en una botella de DBO (vol. 300 ml). La botella se completa a volumen usando agua saturada de oxígeno y con los nutrientes requeridos para el crecimiento biológico.

Antes de tapar la botella se mide la concentración de oxígeno. Después de incubar por cinco días a 20ºC, la concentración de oxígeno disuelto se mide de nuevo.

La DBO es la diferencia entre los valores de conc. De oxígeno disuelto, expresado en mg/l, dividido por la fracción decimal del volumen de muestra usada. El valor calculado se denomina DBO5

Prueba de DBOPrueba de DBO

Prueba de DBOPrueba de DBO55

DQODQO

La prueba de DQO es utilizada para medir el material orgánico presente en las aguas residuales, susceptibles de ser oxidado químicamente con una solución de dicromato en medio ácido

Materia orgánica (CaHbOc) +Cr2O7=+ H+ Cr3+ +CO2+ H2O

MICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIA

Las aguas naturales contienen una amplia variedad de microorganismos (m.o) los cuales forman un sistema ecológico balanceado. Las características biológicas de éste se relacionan principalmente con la población residente de m.o y su impacto directo en la calidad del agua.

FUNDAMENTOSFUNDAMENTOS

Generalmente, todos los microorganismos requieren un ambiente húmedo para su crecimiento, pero aparte de esta característica común, hay muchos tipos con diferente metabolismo.


Para garantizar el crecimiento adecuado de un organismo, éste debe tener una fuente de carbono y de energía (nutrientes). De esta forma, los elementos como nitrógeno, fósforo y elementos trazas como sulfuro,potasio, calcio y magnesio deben estar disponibles en el agua.

Conversión del residuo orgánico a productos Conversión del residuo orgánico a productos finales y tejido celular residualfinales y tejido celular residual


Las dos fuentes de carbón para la síntesis de tejido celular son el dióxido de carbono y el carbón presente en la materia orgánica.

Si un organismo toma el carbón a partir del dióxido de carbono, es llamado Autótrofo.

Si usa carbón orgánico, Heterótrofo


Los organismos autótrofos son capaces de sintetizar sus requerimientos orgánicos a partir de materia inorgánica y pueden crecer independientemente de las sustancias orgánicas externas. Emplean dos métodos para alcanzar este fin.


Fotosíntesis

Luz 6CO2 +6H2O C6H12O6 +6O2

Quimiosíntesis

2NH3 +3O2 2HNO2 +energía

MICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIA Por su parte, los organismos heterótrofos

requieren una fuente externa de materia orgánica; los tres tipos principales son:

Los saprófobos, obtienen la materia orgánica soluble directamente del ambiente circundante o por la digestión extracelular de compuestos insolubles.

Los fagótrofos, algunas veces llamados formas holozoicas, utilizan partículas orgánicas sólidas

Los parátrofos, obtienen la materia orgánica a partir de los tejidos de otros organismos vivos, por lo que se denominan parásitos.


Además del carbono y la energía, el oxígeno tiene un papel muy importante en el crecimiento del tejido celular.

Aerobios obligadosAnaerobios obligadosAnaerobios facultativos


En términos de requerimiento de temperatura, hay tres tipos principales de organismos:

Psicrófilos (cercana a 0ºC)Mesófilos (15 y 40 ºC)Termófilos (50 a 70ºC)

TIPOS DE M.OTIPOS DE M.O

Los microorganismos son aquellos organismos muy pequeños que no pueden ser vistos a simple vista.

Los principales grupos de m.o presentes en el agua se clasifican como protistas, plantas y animales

procariotasprocariotas

Estructura celular simple y pequeña (<5m)

Núcleo primitivo de un solo cromosoma circular, sin membrana nuclear

Reproducción por fisión binaria

Bacterias y algas verde-azules

EucariotasEucariotas

Células más grandes (>20m)

Estructura compleja y núcleo verdadero, varios cromosomas con membrana nuclear

Reproducción asexual y sexual

Hongos, mayoría de algas y los protozoarios


El sistema de depuración es en realidad un ecosistema artificial en donde los organismos vivos (biocenosis) están representados con mayor o menor abundancia, por grupos de microorganismos que constituyen comunidades biológicas complejas interrelacionadas entre sí y con el medio físico que les rodea en la planta depuradora.

ESTRUCTURA DEL ESTRUCTURA DEL ECOSISTEMAECOSISTEMA

Componentes Abióticos: constituidos por el medio físico

es decir la planta depuradora y las características tecnológicas de la misma

Bióticos: representados por las comunidades de microorganismos descomponedores (bacterias, hongos y algunos protozoos flagelados) y consumidores (protozoos y metazoos), organismos estos últimos que constituyen la microfauna.

ESTRUCTURA DEL ECOSISTEMAESTRUCTURA DEL ECOSISTEMA BACTERIAS: Son

organismos protistas unicelulares que pueden vivir como autótrofos o como heterótrofos y aprovechar el alimento soluble. Su reproducción es por fisión binaria y el tiempo de generación en algunas especies puede tomar sólo 20 min. en condiciones favorables


Hongos: son protistas eucariotes aerobios, multicelulares, no fotosintéticos y heterótrofos. Algunos son saprófitos.

Junto con las bacterias, los hongos son los principales responsables de la descomposición del carbón en la biosfera

MICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIA Algas: m.o eucariotes,

autotróficas, fotosintéticas, contienen clorofila y actúan como principales productoras de materia orgánica en un ambiente acuático.

Los compuestos inorgánicos tales como el CO2, el amoniaco, el nitrato y el fosfato proporcionan la fuente de alimento para sintetizar nuevas células de algas y para producir oxígeno


En ausencia de luz solar, las algas viven en forma quimiosintética y consumen oxígeno, de modo que en el agua que tiene algas hay una variación diurna de los niveles de OD, teniendo lugar una sobresaturación de oxígeno durante el día y una disminución significativa en la noche

Algas y bacterias crean una relación simbiótica

Protozoos Los protozoos son los microorganismos más

abundantes de la microfauna (son los más comunes en los lodos activos, y pueden llegar a alcanzar valores medios de 50,000 ind/ml en los reactores biológicos constituyendo aproximadamente el 5% del peso seco de los sólidos en suspensión del licor mezcla)

Los protozoos están representados por flagelados, amebas y sobre todo ciliados. Cada uno de estos grupos desempeña una función concreta en el sistema. Su aparición y abundancia reflejan las distintas condiciones físico-químicas existentes en los procesos biológicos, lo que resulta ser un índice muy útil para valorar la eficiencia del proceso de depuración.


Flagelados

Los flagelados no son abundantes cuando el proceso de depuración funciona adecuadamente. Su elevada densidad en los reactores se relaciona con las primeras etapas de la puesta en marcha de la instalación, cuando las poblaciones estables de protozoos ciliados no se han desarrollado todavía. La presencia excesiva en un sistema biológico estable indica una baja oxigenación del mismo o un exceso de carga orgánica.


Amebas

Dentro de las amebas podemos distinguir las amebas desnudas, que suelen estar relacionadas con cargas de entrada en la PTAR alta, y las amebas testáceas que pueden aparecer en instalaciones con buena nitrificación y carga orgánica baja

MICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIA Ciliados

La presencia de protozoos ciliados en los procesos biológicos es de gran importancia, ya que contribuyen directamente a la clarificación del efluente a través de dos actividades: la floculación y la depredación, siendo esta última la más importante.Existen diversos estudios que han demostrado experimentalmente que la presencia de protozoos ciliados en estaciones depuradoras mejora la calidad del efluente.Los ciliados se alimentan también de bacterias patógenas, por lo que contribuyen a la reducción de sus niveles.


Los ciliados se pueden clasificar en dos grandes categorías en función de su relación con el flóculo biológico:

1.- Ciliados asociados al flóculo

Se distinguen dos grupos: los pedunculados y los reptantes. Los pedunculados guardan una estrecha relación con el flóculo por la presencia de un pedúnculo que les sirve de órgano de fijación. Van continuamente asociados a él, incluso en la recirculación y la purga del lodo en los procesos biológicos.


Entre los pedunculados nos encontramos con los suctores, que van a alimentarse de otros protozoos ciliados y con los perítricos, que se alimentan de bacterias libres.Los ciliados reptantes utilizan estructuras de movimiento (cilios o cirros) para moverse en el entorno del flóculo donde se alimentan de las bacterias de la superficie del flóculo.

MICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIA 2.- Ciliados no asociados al flóculo

Son los ciliados nadadores que se encuentran libres en el agua entre los flóculos. Lo habitual es que salgan con el efluente tratado.

Los ciliados pedunculados y reptantes son los más frecuentes cuando el tratamiento funciona correctamente. Su capacidad de fijación supone una ventaja adaptativa en los sistema de tratamiento y los que no la poseen son eliminados en el efluente.


Los ciliados nadadores no son constituyentes típicos de las comunidades estables, sino que aparecen durante la fase de colonización del proceso biológico, cuando los flóculos están en vías de formación y no se han establecido aún los ciliados pedunculados y reptantes. En consecuencia la presencia dominante de ciliados nadadores en un lodo bien formado es indicio de anomalías en el proceso, como son una carga excesiva o un lodo poco oxigenado. En ocasiones, también pude estar relacionado con la entrada de vertidos tóxicos, ya que se eliminan las comunidades estables del proceso, presentando los reactores una situación semejante a la puesta en marcha

MetazoosMetazoos Nematodos

La mayor parte de los que aparecen son predadores de bacterias dispersas y protozoos, pero también pueden aparecer algunas formas saprozoicas capaces de alimentarse de la materia orgánica disuelta e incluso de la materia de los flóculos


Rotíferos

Los rotíferos eliminan bacterias dispersas y protozoos. Algunas especies contribuyen a la formación del flóculo por secrección de mucus

Sucesión ecológica de microorganismos Sucesión ecológica de microorganismos

en los sistemas biológicosen los sistemas biológicos Protozooarios

Bacterias

Mastigosporas holozoicas

Ciliados

Rotíferos

DBO alta

DBO bajaBitton (1980)


CUARTA PARTE

NORMATIVIDAD



NORMAS OFICIALES MEXICANASNORMAS OFICIALES MEXICANAS

NOM-001-ECOL-1996, regula las descargas de aguas residuales a aguas y bienes nacionales.

NOM-002-ECOL-1996, regula las descargas de aguas residuales al alcantarillado urbano o municipal

NOM-003-ECOL-1997, regula el reuso de aguas residuales tratadas en servicios públicos

NOM-004-ECOL-1997, aprovechamiento o disposición final de lodos de plantas de tratamiento de aguas, de plantas potabilizadoras y desazolves. (PROYECTO)

NORMAS OFICIALES MEXICANASNORMAS OFICIALES MEXICANAS Comisión Nacional del Agua (CNA) NOM-001-CNA-1995 Sistema de alcantarillado sanitario - Especificaciones

de hermeticidad. NOM-002-CNA-1995 Toma domiciliaria para abastecimiento de agua

potable - Especificaciones y métodos de prueba. NOM-003-CNA-1996 Requisitos durante la construcción de pozos de

extracción de agua para prevenir la contaminación de acuíferos.

NORMAS OFICIALES MEXICANASNORMAS OFICIALES MEXICANAS

NOM-004-CNA-1996 Requisitos para la protección de acuíferos durante

el mantenimiento y rehabilitación de pozos de extracción de agua y para el cierre de pozos en general.

NOM-005-CNA-1996 Fluxómetros especificaciones y métodos de

prueba. NOM-006-CNA-1997 Fosas sépticas - Especificaciones y métodos de

prueba.


QUINTA PARTE

TRATAMIENTO


M.I. Daisy Escobar Castillejos

PTARPTAR Una vez claros los límites de calidad

del vertido y las garantías que éste debe cumplir se tiene en cuenta una amplia gama de variables tales como:

Tamaño de la población servida. Industrias presentes, tipo de contaminación. Oscilaciones de carga y caudal en el tiempo (día, semana, estacionales, etc), equivalencia en habitantes

Que se va ha hacer con los residuos generados: basura y biosólidos (fangos o lodos).

Posible reutilización del efluente (o parte de él)

Nivel de profesionalización del personal requerido

Orografía del terreno Coste del suelo Impacto ambiental

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓNLAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

Lagunas Anaerobias. Remoción de sólidos y carga orgánica

Lagunas Facultativas. Remoción de sólidos y carga orgánica

Lagunas Aerobias. Remoción de sólidos y carga orgánica

Lagunas de Maduración. Remoción de microorganismos patógenos

Lagunas en serieLagunas en serie

Lagunas en paraleloLagunas en paralelo

LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓNLAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN

LAGUNA DE LIXIVIADOS LAGUNA DE LIXIVIADOS “EMILIANO ZAPATA”“EMILIANO ZAPATA”

HumedalesHumedales Los humedales tienen tres funciones básicas

que los hacen tener un atractivo potencial para el tratamiento de aguas residuales:

Fijar físicamente los contaminantes en la superficie del suelo y la materia orgánica.

Utilizar y transformar los elementos por intermedio de los microorganismos.

Lograr niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de energía y bajo mantenimiento.

Plantas de humedalesPlantas de humedales

Humedal Construido con Plantas Acuáticas Flotantes

Humedal Construido de Flujo Superficial

Humedal Natural Orlando, FL.

entrada sistema

celda de tratamiento

Humedal Natural Orlando, FL.

monitoreo

celda de tratamiento

Humedal Construido de Flujo Subsuperficial

Sistema con Humedales, Alabama, U.S.A.

Sistema de Tratamiento Aguas Residuales

Akumal, Quintana Roo

Sistema Integral de

Tratamiento Natural

Casa Albergue,

Yajalón

1) Fosa séptica

2) Sedimentador

3) Humedal

Sistema de Tratamiento Aguas Residuales

Yajalón, Chiapas

REMOCIONES TÍPICAS EN REMOCIONES TÍPICAS EN HUMEDALESHUMEDALES

Remoción de DBO Remoción de sólidos

suspendidos Remoción de

nitrógeno Remoción de fósforo Remoción de metales Remoción de

coliformes fecales

Remoción DBORemoción DBO55 en Yajalón, Chiapas en Yajalón, Chiapas

Fosa séptica-sedimentador-humedalFosa séptica-sedimentador-humedal

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

62.3 66.6

86.9

62.3

20.2

57.7

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

F os a S éptic a

Unida d

% R

emo

ció

n

% Remoc ión Total % Remoc ión Unidad

S edimentador Humedal

Gracias!!!

“DIPLOMADO EN ECOLOGÍA Y PROTECCIÓN AMBIENTAL” PRIMERA PARTE CARACTERIZACIÓN DEL AGUA...

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