Tarea ambiental PTAR

8/20/2019 Tarea ambiental PTAR

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INGENIERIA QUIMICA5TO SEMESTRE

ASIGNATURAINGENIERIA AMBIENTAL

DOCENTESANDOVAL ROBLES JOSE GUILLERMO

TRABAJO TAREA

ALUMNOSALAS HERNANDEZ EDUARDO ALFONSO 13071267

FECHA DE ENTREGA03 DE NOVIEMBRE DEL 2015

COAGULACION


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La coagulación consiste en desestabilizar los coloides por neutralización de sus

cargas, dando lugar a la formación de un floculo.

La coagulación de las partículas coloidales se consigue aadi!ndole al agua un

producto "uímico #electrolito$ llamado coagulante. Normalmente se utilizan las

sales de %ierro#cloruro f!rrico$ & aluminio.

'e pueden considerar dos mecanismos b(sicos en este proceso )

a$ Neutralización de la carga del coloidal

*l electrolito al solubilizarse en agua libera iones positi+os con la suficiente

densidad de carga para atraer a las partículas coloidales & neutralizar su carga.

'e %a obser+ado "ue el efecto aumenta marcadamente con el nmero de cargas

del ión coagulante. Así pues, para materias coloidales con cargas negati+as, los

iones -a#bario$ & g#magnesio$, bi+alentes, son en primera apro/imación 01

+eces m(s efecti+os "ue el Na#sodio$, mono+alente2 &, a su +ez, el 3e#%ierro$ &

Al#aluminio$, tri+alentes, unas 01 +eces superiores a los di+alentes.

4ara los coloides con cargas positi+as, la misma relación apro/imada e/iste entre

el ión cloruro, Cl5, mono+alente, el sulfato, #'O6$57, di+alente, & el fosfato, #4O6$5

0, tri+alente.

b$ Inmersión en un precipitado o flóculo de barrido.

Los coagulantes forman en el agua ciertos productos de ba8a solubilidad "ue

precipitan. Las partículas coloidales sir+en como ncleo de precipitación "uedando

inmersas dentro del precipitado.

Los factores "ue influ&en en el proceso de coagulación)

a) pH *L p9 es un factor crítico en el proceso de coagulación. 'iempre %a& un

inter+alo de p9 en el "ue un coagulante específico traba8a me8or, "ue coincide con

el mínimo de solubilidad de los iones met(licos del coagulante utilizado.

'iempre "ue sea posible, la coagulación se debe efectuar dentro de esta zona

óptima de p9, &a "ue de lo contrario se podría dar un desperdicio de productos

"uímicos & un descenso del rendimiento de la planta.

'i el p9 del agua no fuera el adecuado, se puede modificar mediante el uso de

coad&u+antes o a&udantes de la coagulación, entre los "ue se encuentran)

• Cal +i+a.


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• Cal apagada.

• Carbonato sódico.

• 'osa C(ustica.

• :cidos minerales.

b) Agitación rápida de la mezcla.

4ara "ue la coagulación sea óptima, es necesario "ue la neutralización de los

coloides sea total antes de "ue comience a formarse el flóculo o precipitado.

4or lo tanto, al ser la neutralización de los coloides el principal ob8eti+o "ue se

pretende en el momento de la introducción del coagulante, es necesario "ue el

reacti+o empleado se difunda con la ma&or rapidez posible, &a "ue el tiempo de

coagulación es mu& corto #;sg$.

c) Tipo y cantidad de coagulante.

Los coagulantes principalmente utilizados son las sales de aluminio & de %ierro.

3LOCULACIONLa floculación trata la unión entre los flóculos &a formados con el fin aumentar su +olumen &

peso de forma "ue pueden decantar Consiste en la captación mec(nica de las partículas

neutralizadas dando lugar a un entramado de sólidos de ma&or +olumen.


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• 4or el propio mo+imiento de las partículas #difusión bro=niana$. *n este caso se %abla

de 3loculación pericin!tica o por con+ección natural. *s mu& lenta.

• 4or el mo+imiento del fluido "ue contiene a las partículas, "ue induce a un mo+imiento

de !stas. *sto se consigue mediante agitación de la mezcla. A este mecanismo se le

denomina 3loculación ortocin!tica o por con+ección forzada.

*/isten adem(s ciertos productos "uímicos llamados floculantes "ue a&udan en el proceso de

floculación. Un floculante acta reuniendo las partículas indi+iduales en aglomerados,

aumentando la calidad del flóculo #flóculo m(s pesado & +oluminoso$.

9a& di+ersos factores "ue influ&en en la floculación)

a) Coagulación previa lo más perfecta posible.

b) Agitación lenta y homogénea.

La floculación es estimulada por una agitación lenta de la mezcla puesto "ue así se fa+orece

la unión entre los flóculos. Un mezclado demasiado intenso no interesa por"ue rompería los

flóculos &a formados.

c) Temperatura del agua.

La influencia principal de la temperatura en la floculación es su efecto sobre el tiempo

re"uerido para una buena formación de flóculos.

Generalmente, temperaturas ba8as dificultan la clarificación del agua, por lo "ue se re"uieren

periodos de floculación m(s largos o ma&ores dosis de floculante.

d) Caractersticas del agua.

Un agua "ue contiene poca turbiedad coloidal es, frecuentemente, de floculación m(s difícil,

&a "ue las partículas sólidas en suspensión actan como ncleos para la formación inicial de

flóculos.

e) Tipos de floculantes 'egn su naturaleza, los floculantes pueden ser)

• inerales) por e8emplo la sílice acti+ada. 'e le %a considerado como el me8or

floculante capaz de asociarse a las sales de aluminio. 'e utiliza sobre todo en el

tratamiento de agua potable.

• Org(nicos) son macromol!culas de cadena larga & alto peso molecular, de origen

natural o sint!tico.


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Los floculantes org(nicos de origen natural se obtienen a partir de productos naturales como

alginatos #e/tractos de algas$, almidones #e/tractos de granos +egetales$ & deri+ados de la

celulosa. 'u eficacia es relati+amente pe"uea.

Los de origen sint!tico, son macromol!culas de cadena larga, solubles en agua, conseguidas

por asociación de monómeros simples sint!ticos, alguno de los cuales poseen cargasel!ctricas o grupos ionizables por lo "ue se le denominan polielectrolitos.

'egn el car(cter iónico de estos grupos acti+os, se distinguen)

• 4olielectrolitos no iónicos) son poliacrilamidas de masa molecular comprendida entre ;

& 01 millones.

• 4olielectrolitos aniónicos) Caracterizados por tener grupos ionizados negati+amente

#grupos carbo/ílicos$.

• 4olielectrolitos catiónicos) caracterizados por tener en sus cadenas una carga el!ctrica

positi+a, debida a la presencia de grupos amino.

La selección del polielectrolito adecuado se %ar( mediante ensa&os 8artest.

*n general, la acción de los polielectrolitos puede di+idirse en tres categorías)

*n la primera, los polielectrolitos actan como coagulantes reba8ando la carga de las

partículas. 4uesto "ue las partículas del agua residual est(n cargadas negati+amente, se

utilizan a tal fin los polielectrolitos catiónicos.

La segunda forma de acción de los polielectrolitos es la formación de puentes entre las

partículas. *l puente se forma entre las partículas "ue son adsorbidas por un mismo polímero,

las cuales se entrelazan entre sí pro+ocando su crecimiento.

La tercera forma de actuar se clasifica como una acción de coagulaciónformación de puentes,

"ue resulta al utilizar polielectrolitos catiónicos de alto peso molecular. Adem(s de disminuir la

carga, estos polielectrolitos formar(n tambi!n puentes entre las partículas.

'*ACION*n t!rminos de tratamiento de aguas residuales la sedimentación consiste en laseparación, por la acción de la gra+edad, de las partículas suspendidas cu&o pesoespecífico es ma&or "ue el dell agua. *s una de las operaciones unitarias m(sutilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Los t!rminos sedimentación,clarificación & decantación se utilizan indistintamente en Latinoam!rica.


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*sta operación se emplea para la eliminación de arenas, de la materia ensuspensión en flóculo biológico en los sdimentadores secundarios en los procesosde lodos acti+ados, sedimentadores primarios, de los flóculos "uímicos cuando seemplea la coagulación "uímica, & para la concentración de sólidos en losespesadores de lodos.

*n la ma&oría de los casos, el ob8eti+o principal es la obtención de un efluenteclarificado, pero tambi!n es necesario producir un lodo cu&a concentración desólidos permita su f(cil tratamiento & mane8o. *n el pro&ecto de diseo desedimentadores, es preciso prestar atención tanto a la obtención de un efluente

clarificado como a la producción de un lodo concentrado.

*n función de la concentración & de la tendencia a la interacción de las partículas,se pueden producir cuatro tipos de sedimentación) discreta, floculenta, retardada#tambi!n llamada zonal$, & por compresión. *s frecuente "ue durante el procesode sedimentación, !sta se produzca por diferentes mecanismos en cada fase, &tambi!n es posible "ue los cuatro mecanismos de sedimentación se lle+en a cabosimult(neamente.

4?OC*'O' A*?O-IO'

?ealizados por determinado grupo de microorganismos #principalmente bacterias& protozoos$ "ue en presencia de O/ígeno, actan sobre la .O. e inorg(nica

disuelta, suspendida & coloidal e/istente en el agua residual, transform(ndola en

gases & materia celular, "ue puede separarse f(cilmente mediante sedimentación.


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La unión de materia org(nica, bacterias & sustancias minerales forma los flóculos &el con8unto de flóculos es lo "ue todos conocemos como fango biológico.

Ob8eti+os)

@ >ransformación de la .O.

@ Coagulación & eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables.

*n el caso de algunas aguas residuales urbanas)

@ La eliminación de N7 & de 4.


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*l mecanismo mediante el cual los microorganismos degradan la materia org(nicacontaminante del agua residual) O/idación biológicaB


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3actores "ue inter+ienen en la o/idación biológica

Las características del sustrato

las características físico5"uímicas del agua residual, determinan el me8or o peor

desarrollo de los microorganismos en este sistema, e/istiendo compuestos

contaminantes "ue son degradables biológicamente & otros "ue no lo son.

Los nutrientes

*l interior celular, aparte de C, 9 & O, elementos característicos de la materiaorg(nica, contiene otros elementos como son el N, 4, ', Ca, g e.t.c.,

denominados nutrientes & "ue a pesar de "ue muc%os de ellos se encuentran en

el organismo sólo en pe"ueas cantidades, son fundamentales para el desarrollo

de la síntesis biológica.

'e %a determinado a ni+el medio "ue los microorganismos para sobre+i+ir

necesitan por cada ;111 g. de C, 60 de N & F de 4, & "ue en las aguas residuales

urbanas e/isten por cada ;111 g. de C, 711 g. de N & ;F g. de 4.

'i comparamos lo "ue necesitan los microorganismos para sobre+i+ir, con lascantidades e/istentes de dic%os elementos en el agua residual, podemos concluir

"ue a título general dic%os microorganismos pueden desarrollarse en el agua

residual perfectamente.

*s interesante comentar "ue en el caso de determinadas aguas con +ertidos

industriales, las proporciones de dic%os elementos no est(n e"uilibradas, siendo

necesario a +eces dosificar N & 4 en el agua, para "ue pueda darse el desarrollo

bacteriano & e/ista depuración biológica.

HHAportación de O/ígeno)

Como %emos +isto, para el desarrollo de las reacciones biológicas es necesario un

medio aerobio, es decir, con o/ígeno suficiente "ue permita el desarrollo & la

respiración de los microorganismos aerobios.


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HH>emperatura)

A medida "ue aumenta la >emperatura, aumenta la +elocidad con "ue los

microorganismos degradan la materia org(nica, pero a partir de los 0EoC, dic%os

organismos mueren. Nuestras temperaturas son ideales para el desarrollo óptimo

de los procesos de depuración biológica.

HH'alinidad)

*l contenido en sales disueltas no suele ser problem(tico para el desarrollo

bacteriano en el proceso de fangos acti+os %asta concentraciones de 0 a 6 gL. *n

los procesos de culti+os fi8os #lec%os bacterianos$, la influencia es an menor, no

afectando +alores "ue no superen los ;D gL. 'in embargo, e/isten multitud de

grupos bacterianos capaces de +i+ir en aguas saladas, de forma "ue si a tu

sistema de depuración le das tiempo de adaptación, pueden desarrollarsebastante bien dic%os grupos microbianos a concentraciones salinas superiores. *n

este sentido, la *.


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4?OC*'O' ANA*?O-IO'La


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permanece intacta en el metano producido. *n +ista de "ue no %a& o/idación, setiene "ue la


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transportados a tra+!s de la membrana celular2 posteriormente son fermentados a(cidos grasos con ba8o nmero de carbonos como los (cidos ac!tico, fórmico,propiónico & butírico, así compuestos reducidos como el etanol, adem(s de 97 &CO7. Los productos de fermentación son con+ertidos a acetato, %idrógeno &dió/ido de carbono por la acción de las bacterias del Grupo II, las cuales son

conocidas como bacterias acetog!nicas productoras de %idrógenoB. 3inalmentelas bacterias del Grupo III o metanog!nicas con+ierten el acetato a metano & CO7,o reducen el CO7 a metano #+er 3igura D$. *stas >ransformaciones in+olucran dosgrupos metanog!nicos "ue son los encargados de lle+ar a cabo lastransformaciones mencionadas anteriormente) acetotróficas e %idrogenotróficas.*n menor proporción, compuestos como el metanol, las metilaminas & el (cidofórmico pueden tambi!n ser usados como sustratos de el grupo metanog!nico.

4ar(metros ambientales & operacionales

Los par(metros ambientales "ue %a& "ue controlar %acen referencia a condiciones"ue deben mantenerse o asegurarse para el desarrollo del proceso. *stos son)

p9, "ue debe mantenerse cercano a la neutralidad.

Alcalinidad, para asegurar la capacidad tampón & e+itar la acidificación. *srecomendable una alcalinidad superior a ;,D gl CaCO0.


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4otencial redo/, con +alores recomendables inferiores a 50D1 m.

Nutrientes, con +alores "ue aseguren el crecimiento de los microorganismos.

>ó/icos e in%ibidores, cu&a concentración %a de ser la mínima posible. Lospar(metros operacionales %acen referencia a las condiciones de traba8o de losreactores)

>emperatura. 4odr( operarse en los rangos psicrofílico #temperatura ambiente$,mesofílico #temperaturas en torno a los 0D oC$ o termofílico #temperaturas en tornoa los DD oC$. Las tasas de crecimiento & reacción aumentan conforme lo %ace elrango de temperatura, pero tambi!n la sensibilidad a algunos in%ibidores, como elamoníaco. *n el rango termofílico se aseguran tasas superiores de destrucción depatógenos.

Agitación. *n función de la tipología de reactor debe transferirse al sistema el

ni+el de energía necesario para fa+orecer la transferencia de substrato a cadapoblación o agregados de bacterias, así como %omogeneizar para mantenerconcentraciones medias ba8as de in%ibidores.

>iempo de retención. *s el cociente entre el +olumen & el caudal de tratamiento,es decir, el tiempo medio de permanencia del influente en el reactor, sometido a laacción de los microorganismos. *n la 3igura D se indica la tendencia general delos índices de eliminación de materia org(nica #e/presada en forma de sólidos+ol(tiles, '$ & de producción específica de gas, por unidad de +olumen dereactor, en función del tiempo de retención. Notar "ue e/iste un tiempo mínimo por

deba8o del cual el reactor no presenta acti+idad, "ue la eliminación de materiaorg(nica sigue una tendencia asintótica, con una eliminación completa a tiempoinfinito, & una producción de gas por unidad de +olumen de reactor con un m(/imopara un tiempo de retención correspondiente a una eliminación de substrato entreel 61 & el F1.

Los diseos utilizados para digestión anaerobia pueden clasificarse en función desu capacidad para mantener altas concentraciones de microorganismos en elreactor, siguiendo diferentes m!todos. *l reactor m(s simple es el de mezclacompleta #?C, C'>? en ingl!s$, & es el m(s utilizado para residuos.

?eactor de mezcla completa sin recirculación

Consiste en un reactor en el "ue se mantiene una distribución uniforme deconcentraciones, tanto de substrato como de microorganismos.

*sto se consigue mediante un sistema de agitación. Psta puede ser mec(nica#agitador de %!lice o palas, de e8e +ertical u %orizontal$ o neum(tica #recirculación


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de biog(s a presión$, & nunca +iolenta. *sta tipología de reactor no ofreceproblemas de diseo & es el m(s utilizado para residuos. Comparati+amente aotros reactores, el tiempo de retención necesario es alto, debido a "ue laconcentración de cual"uier especie, "ue se mantiene en el reactor en r!gimenestacionario, es la misma "ue la "ue se pretende en el efluente. 'i la +elocidad de

reacción depende de la concentración, como es el caso de los procesosbiológicos, la +elocidad ser( ba8a, & la forma de compensarla es aumentando eltiempo de reacción.

?eactor de mezcla completa con recirculación

*ste sistema tiene el nombre de reactor anaerobio de contacto & sería e"ui+alenteal sistema de fangos acti+os aerobios para el tratamiento de aguas residuales. 7F-iomasa)


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?eactor con retención de biomasa, sin recirculación

'i se consigue retener bacterias en el interior del reactor, e+itando la configuraciónde reactor de mezcla completa, es posible reducir el tiempo de retención pordeba8o del reactor ?C tomado como referencia. Los m!todos de retención debiomasa son b(sicamente dos)

a$ inmo+ilización sobre un soporte #filtros anaerobios & lec%os fluidizados$2

b$ agregación o floculación de biomasa & su retención por gra+edad #reactores>ecnologías de digestión anaerobia 7E de lec%o de lodos$.

*stos sistemas se es"uematizan en la 3igura K & se comentan a continuación. Aun"ue los reactores de flu8o pistón no estarían encuadrados en este apartado, el%ec%o de "ue la tasa de crecimiento de microorganismos sea m(s ele+ada a laentrada del reactor, donde la concentración de sustrato tambi!n es m(s ele+ada,


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%ace "ue la concentración media en el reactor sea superior a la correspondiente amezcla completa, o en todo caso superior a la de salida, con lo cual el tiempo deretención ser( inferior.

*ste tipo de reactor %a sido aplicado a diferentes tipos de residuos org(nicos,

como fracción org(nica de residuos municipales #configuración +ertical & flu8oascedente$, residuos de porcino & bo+ino, & una de las dificultades es la debida ala falta de %omogenización en la sección trans+ersal a la dirección del flu8o, en lasconfiguraciones %orizontales, lo cual se puede e+itar mediante un sistema deagitación trans+ersal #reintroducción de biog(s a presión en la base del digestor siel reactor es %orizontal, por e8emplo$. *l filtro anaerobio. *n este sistema lasbacterias anaerobias est(n fi8adas a la superficie de un soporte inerte QformandobiopelículasQ, columna de relleno, o atrapadas en los intersticios de !ste, conflu8o +ertical. *l soporte puede ser de material cer(mico o pl(stico. 'u distribuciónpuede ser irregular #filtro anaerobio propiamente dic%o, con flu8o ascendente, & en

este caso las bacterias se encuentran ma&oritariamente atrapadas en losintersticios, o regular & orientado +erticalmente, & en este caso la acti+idad esdebida b(sicamente a las bacterias fi8adas, recibiendo el nombre de lec%o fi8o conflu8o descendente. *n caso de utilizar un soporte orientado +erticalmente con flu8oascendente & un sustrato lentamente degradable, con ele+ado tiempo deretención, la retención por sedimentación de los fragmentos de biopelículadesprendidos ad"uiere un efecto de importancia en la acti+idad del reactor.


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*ste sistema %a sido e/tensamente aplicado para el tratamiento de aguasresiduales de industria agroalimentaria, & e/isten e/periencias piloto para lafracción lí"uida de residuos ganaderos. *l coste de in+ersión es un limitante

importante para su implantación. *l lec%o fluidizado. *n este sistema las bacteriasse encuentran fi8adas, formando una biopelícula, sobre pe"ueas partículas dematerial inerte "ue se mantienen fluidizadas mediante el flu8o ascendenteadecuado del fluido. 4ara mantener el caudal adecuado, "ue permita la e/pansión& fluidización del lec%o, se recurre a la recirculación #3igura K.d$. Igual "ue el filtro,puede ser aplicado a aguas residuales, especialmente de la industriaagroalimentaria, & a fracciones lí"uidas o sobrenadante de residuos ganaderos,aun"ue las e/periencias en este (mbito son mu& limitadas. *l reactor de lec%o delodos.

*n este sistema se fa+orece la floculación o agregación de bacterias entre ellas,formando gr(nulos o consorcios, de forma "ue por sedimentación se mantienen enel interior del reactor, con la +elocidad >ecnologías de digestión anaerobia 7Kascendente adecuada del fluido, siempre "ue en la parte superior e/ista un buenseparador sólido#biomasa$lí"uidogas.


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*l diseo m(s comn es el Upflo= Anaerobic 'ludge -lanRet #UA'-$, el cual est(siendo e/tensamente aplicado al tratamiento de aguas residuales de la industriaagroalimentaria. *s el diseo m(s simple de entre los sistemas con retención debiomasa & el nico limitante para su aplicación es "ue la biomasa acti+a granule,esto es, "ue forma agregados de alta densidad. 4ara ello es determinante la

composición del agua a tratar & mantener una operación adecuada.

'istemas discontinuos

*n un sistema discontinuo, la cur+a de e+olución temporal de la producción debiog(s sigue la misma tendencia "ue la cur+a típica del crecimiento demicroorganismos #latencia, crecimiento e/ponencial, estacionalidad &decrecimiento$. A"uí el concepto de tiempo de retención no tiene sentido & se%ablaría de tiempo de digestión. 4ara conseguir una producción de biog(s cercanaa la continuidad deben combinarse +arios reactores discontinuos con puestas en

marc%a intercaladas en el tiempo. *stos reactores %an sido aplicados a residuoscon una alta concentración de só lidos "ue dificultan la adopción de sistemas debombeo, tales como residuos de ganado +acuno con lec%o de pa8a.

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