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Gestin y Tratamiento deaguas residuales
Presentado por Lic. Qum.Dra. Heloina Berroa
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TEMA.QUIMICA DE LAS
AGUAS NATURALES
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El Agua
Todas las formas de vida requieren agua. Se encuentra en los tres estados de agregacin
Slido Lquido
Gaseoso Presenta
Capacidad disolvente Capacidad reactiva
Potencial erosivo Acta como fuente de oxgenoH2O + hu 2H + O H2+ O2CO2 + H2O CH2O + O2
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QUIMICA DE LAS AGUASNATURALES
EL AGUAReacciones cido baseQumica de los procesos de oxidacin
y reduccinLos gases en el aguaOxgeno disuelto
Transformacin de las sustancias enel agua
Compuestos de azufre en el agua
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La Qumica de las AguasNaturales
Reacciones cido-Base
Controlan las concentraciones de inorgnicosEjemplo: carbonato en las aguas.
El pH y las concentraciones de los iones principalesestn
controladas por la disolucin de CO2 atmosfrico, y porlos
iones carbonato unidos al suelo.
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2. Reacciones de oxidacin y reduccin(REDOX)
Controlan el contenido orgnico en elagua
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Qumica de los procesos cido- Base
CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+(ac) + 2HCO3- (ac)
Ca3-(PO4)3(OH) + 4CO2+H2O Ca2+(ac) + 3PO4H2-
ac+4HCO3-
7NaAlSi3O8+6CO2+26H2O3Na33Al2.33Si3.66O10(OH)2(s)+Na+(ac)+6(HCO3-(ac)+10H4SiO4(ac)
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Reacciones de OxidacinReduccin
Determina su comportamiento ypropiedades: toxicidad, complejacin,pp
Depende del potencial qumico
]oxidada[
]reducida[ln
Forma
Forma
nF
RTEE =
]oxidada[]reducida[log059,0
nEE =
E = Potencial estndar del electrodo
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Qumica de los procesos deoxidacin-reduccin
El oxgeno molecular disuelto O2es el agente oxidante msimportante
En medio cidoO2 + 4H+ + 4e- 2H2O
O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
Concentracin de oxgeno disueltoen agua:
O2(g) O2(ac)
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Potencial redox del agua
El oxidante es eloxgeno en aguasnaturales
OHeHO 222
1
4
1++
+
][
4
1
1log
1
059,0
2
+
=
H
EE
O
E = 1,23
P O2= 0,21
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El potencial redoxdel agua sera:
pHHpE =++= + 68,20]log[)21,0log(059,023,1 4
1
pE + pH = 20,68
A pH = 7 el pE ser 20,68 7 = 13,68
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A valores de pE < 20,68 menor poderoxidante
A > oxgeno > poder oxidante > pE >
20,68 A baja [ ] de oxgeno > materia orgnica
biodegradable el pE del agua puede estardeterminado por iones NO
3
-, SO4
2-
OHNHeHNO 24383
81
45
81 +++ ++
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En condiciones anaerbicas
Fermentacin de la materia orgnica.Valores de pE son bajos (-)
El agua puede experimentar proceso
de reduccin
++ OHHeOH 222
1
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Potencial redox de un agua: capacidadoxidante o reductora de la misma comoresultado de las respectivas conc. de
especies oxidantes y reductoraspresentes
Oxidantes del agua: N2, NO3-, SO42-, CO2,
MnO2, Fe(OH)3
Reductores del agua: M. orgnicas, iones
amonio
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Reacciones en mediooxidante
)()(32)(2)(4
)(22)(2)(2
)(2)(2)(2
6
221
844
acacacac
acacac
sacac
HNOOHONH
HMnOOHOMn
HFeOOHOHOFe
++
++
++
+++
+++
+++
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Reacciones en zonasanaerbicas y anxicas
osheterogne
Procesos324CH
cacinDesnitrifi47
21
45
45
nFermentaci23
2)(2
)(2)(2(ac)2
2)(223)(2
3)(22)(2
OHMnCOHMnOO
OHNCOHNOOCH
OHCHCOOHOCH
acacs
acac
acac
++++
++++
++
++
+
Procesos oxidacin-reduccin aceleradores de microorganismos
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Solubilidad de los gases en elagua y la temperatura
Por lo general disminuye alaumentar la temperatura
moles/L
C
0 20 40 60 80 100
0,001
0,002
Gases CO2, O2, N2, Ar, NH3, He, CH4, H2SGases CO2, O2, N2, Ar, NH3, He, CH4, H2S
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Contaminacin trmica.Disminucin de solubilidad del oxgeno molecular en agua caliente.
Efecto de la presin en la solubilidad de los gases.Ley de Henry La solubilidad de un gas en un lquido es
proporcional a la presin del gas sobre la disolucinC P C= kPc = mol/LP = atmK = mol/L atm.
P l l
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Protocolo para laDeterminacin de Oxgeno
Disuelto en AguasGeneralidades
Los niveles de oxgeno
disuelto, OD, en aguasnaturalesy residuales dependen de la
actividad fsica, qumica ybiolgica en el cuerpo de
agua. El anlisis para ODes unensayo clave en el control de
la contaminacin del aguay
de su proceso de tratamiento.
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Mtodo volumtrico - Winkler
Preciso y confiable para analizar OD. Se basa en la adicin de una solucin
de manganeso divalente, seguida porlcali fuerte. Produciendo precipitados
de hidrxido de altos estados devalencia. En presencia de iones yoduro en una
solucin cida, el manganeso oxidado
para al estado divalente, con laliberacin del yodo equivalente alcontenido de OD, el cual se titula conuna solucin estndar de tiosulfato de
sodio.
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NaIOSNaOSNaI
MnSOSOKIKISOMn
OHSOMnSOHOHMn
OHMnOOHOHMn
SOKOHMnKOHMnSO
22
22)(
6)(3)(2
)(42)(4
)(
6423222
4422342
2342423
3222
4224
++
+++
++
++
++
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Interferencias en ladeterminacin de OD
Materiales oxidantes y reductores
Altas cantidades de material orgnicose oxidan parcialmente cuando elprecipitado de manganeso oxidado seacidifica, causando errores negativos.
La adicin de azida elimina lainterferencia causada por nitrito.
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Procedimiento para determinar OD Colectar la muestra en una botella de
250-300 mL, adicionar 1 mL de sulfatomanganeso, seguido por 1 mL de lcali-yoduro-acida.
Adicionar 1,0 mL de cido sulfrico
concentrado Titular con sodio tiosulfato hasta un coloramarillo plido.
Adicionar 10 gotas de almidn y
continuar la titulacin hasta desaparicindel color azul.
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ClculosPara la titulacin de 200 mL de muestra,1 mL de Na2S2O3 0,025 M = 1 mg OD/L
ppm OD = (mL 0,025 Na2S2O3 x 0,2/200) x 1 000
Manejo ambiental de desechosElimine los residuos de la titulacin hacia un
recipienteque contenga residuos cidos.
BibliografaStandard Methods for the examination of water and
wastewater. Method 4500 C. 20TH edition, 1998.
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Solubilizacin y transformacinde sustancias
A. DisolucinSales Aniones: Cl-, HCO3-, SO42-, NO3-, etc
Cationes: Na+, Ca2+, Mg2+, K+, Fe2+ , etcB. Otros procesos fisicoqumicos
Hidrlisis, complejacin,
solubilizacin-precipitacin,fotoqumicos, biolgicos.
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Hidrlisis
a) Mg2SiO4(s)+H2O 2Mg(OH)2(ac) + H4SiO4(ac)
b) R COO R+H2OR COOH+R NH2Ox
steresc) ROPO-R+H2OROH+HO-P-OR
| |
FosfatosOR OR
a) RCONHR+H2ORCOOH+RNH2
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Precipitacin - Solubilizacin
Aniones que dan sales insolubles con cationes
CO32-, PO43- : Todos los cationes (menos los metalesalcalinos y NH4+)
Cl-: Ag+ Pb2+ Hg22+ Cu2+
OH-: Todos menos alcalinos, Ba2+ Sr2+y NH4+
SO42-: Ca2+, Sr2+ Ba2+ Pb2+
S2-
: Todos menos alcalinotrreos y NH4+
Condicin: la conc de iones en el agua debe superarel llamado producto de solubilidad.
Ejm. CaCO3Ca2+ + CO33- Ks = [Ca2+][CO32-]=5,0x10-9
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Otros factores que afectan lasolubilidad:
efecto del ion comn, efecto salino, pH,
formacin de complejos.
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Compuestos de azufre enlas aguas
Estado deoxidacin
-2 H2S HS- S2- H2S
-1 S22-
Molculas orgnicasaminocidos: H2S, CH3SH,CH3SCH3
0 S8
+4 H2SO3 HSO3-
SO32-
SO2+6 H2SO4 HSO4- SO42- SO3
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El H2S se oxida en el aire a (H2SO4)S porbacterias SO4 H2SO5
OHCOSHOCHSO
SOHOSHbacterias
222
2
4
4222
532432
2
++ ++
+
+
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Tema.Protocolo de
monitoreo de
aguas
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Protocolo de monitoreo
PROGRAMA DE MONITOREOAMBIENTAL Son las acciones de
observacin, muestreo, medicin y anlisis de datos tcnicos y
ambientales,que se toman para: definir las caractersticas del medio, identificar los impactos ambientales, y conocer su variacin durante el tiempo.
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PROGRAMA DE MONITOREOAMBIENTAL
Diseo Cada programa debe elaborarse para cada
situacin en particular.
Es sumamente importante asegurar: el resultado de las muestras representativas, seleccionar adecuadamente las estaciones de muestreo, el tipo de muestras y la frecuencia de recoleccin.
Los resultados analticos pueden ser sumamenteexactos y precisos, pero carecern de validez siel muestreo no se efectu adecuadamente.
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Objetivos del programa demonitoreo
De acuerdo a los objetivosespecficos, sedeterminarn:
los parmetros a medir. los puntos de muestreo. la frecuencia de medicin,
etc.
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Seleccin de losparmetros
Depender de los objetivos delPrograma de Monitoreo. Para los Monitoreos preliminares,
cuando no se conocen losparmetros importantes a analizar,se debe utilizar el Cuadro 2.
En monitoreos posteriores, podrn
seleccionarse slo los indicadoresms importantes (Cuadro 1), quevariarn de acuerdo al tipo deactividad industrial, los insumosutilizados y la tecnologa empleada.
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Seleccin de lasEstaciones
En las descargas,provenientes de losprocesos de laplanta, y
En todos los flujosde agua queingresan a laplanta; a fin dedeterminar elbalance de agua ypoder calcular lacarga de los
contaminantes.
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Fuera de la planta, aguasarriba:
Se ubicarn estaciones de muestreoaguas arriba a una distancia de300m. antes de la descarga de
efluentes, es decir, en sitios que noestn bajo la influencia de lasfuentes de contaminacin.
Estas constituyen las muestras enblanco o lnea base.
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Fuera de la planta, aguasabajo:
En la zona de mezcla, como en la zona deaguas abajo a una distancia de 300m. Enel caso de industrias vecinas el muestreodebe hacerse antes de la descarga de laplanta vecina.
Lugares crticos que presentan probableinterferencia de la descarga con el uso delagua, adems de considerarse puntos detoma de agua para abastecimiento pblico
o impactos locales sobre el ecosistemaacutico. Punto de mezcla total en las aguas abajo. Lugares accesibles.
El muestreo debe hacerse siempre en elmismo lugar.
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En la Planta
Es necesario identificar fuentes decontaminacin segn los procesos yoperaciones (segn plano sanitario).
Punto final de la descarga de los efluentes
de la planta. Si existieran varios emisores, se ubicarnestaciones en cada uno de ellos.
Las estaciones de muestreo deben
identificarse y ser incluidas en el Registrode Monitoreo mediante una descripcindetallada, indicando las coordenadasgeogrficas correspondientes a cada
estacin.
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Tipos de muestra
Muestras tomadas al azar puntuales La muestra se colecta en determinado
momento y lugar en el recorrido del flujo deagua.
Muestras compuestas. En un intervalo de tiempo discreto. Puede ser
recoleccin continua.
Mezclando volmenes recolectados aintervalos mayores sobre un periodo de tiempo(24 hrs.)
No es aceptable juntar muestras compuestas
de dos lugares distintos.
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Toma de muestras Las muestras a ser tomadas sern
a mxima carga y de tipocompuesto. La muestracompuesta debe prepararse conmuestras tomadas cada cuatro
horas durante la jornada detrabajo. Ellas indican lascaractersticas promedio delambiente sujeto a muestreo.Problema.
Para aguas superficiales, las muestras deben ser
tomadas a media profundidad del cuerpo de agua;cuando se trate de alcantarillas o canales profundos, elmuestreo debe ubicarse en un punto situado a un terciode la profundidad media; en los canales anchos, elpunto de recoleccin deber variar de acuerdo al anchodel canal.
http://../TALLER.dochttp://../TALLER.doc7/28/2019 Agus Residuales
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Rotulado de las muestras
Al nmero o cdigo de la muestradebe corresponder un registro quecontenga: Nombre de quien toma la muestra Nmero o cdigo de la muestra Ubicacin / nombre del punto de
muestreo Fecha y hora de recoleccin Nombre de la fuente de agua Datos tcnicos:
caudal - aspecto del agua - nivel del
agua - olor y color - temperatura pH -resultados de las mediciones in situ Condiciones meteorolgicas (antes y
durante la toma de la muestra). Otras observaciones
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Rotulado de las muestras
Los frascos y contenedores debern ser rotuladoscorrectamente; Cada etiqueta deber contener la siguiente
informacin: nombre de la planta,
fecha de muestreo, estacin y nmero de muestreo, preservacin y cdigo del anlisis.
Cada contenedor deber contener una lista deembarque en la que debe figurar:
los nmeros de las muestras, parmetro o parmetros por analizar, el tipo de muestra, tcnica de preservacin, la fecha de embarque y
nombre del laboratorio o compaa y/o nombre de lapersona que se encargar del anlisis.
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Conservacin y preservacin de la muestraLa preservacin ms utilizada es la refrigeracin
de la muestra a 4 C, sin olvidar la preservacinqumica. Transporte y Almacenamiento
El transporte de los envases puede hacerse encajas trmicas aislantes, refrigeradoras elctricaso en cajas de madera cubiertas internamente pormaterial aislante, conteniendo hielo o materialrefrigerante. Cabe mencionar, que el uso de material esponjoso
ayudar en la prevencin de rupturas. Las muestras debern ser remitidas al Laboratorio lo
ms pronto posible. Debern mantenerse en el contenedor fresco y oscuro,
en posicin vertical, en la que debern sertransportados; a su vez, la recepcin de las muestras
por el laboratorio deber ser chequeada con la lista deembarque.
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Precauciones durante elmuestreo Cuando se preparan los preservantes y
durante el manejo de las muestras, sedeber tener cuidado con el manejo de
los reactivos (NaOH, HNO3, H2SO4) queson altamente txicos y corrosivos. Debido a esta caracterstica, debe
tenerse especial cuidado en lamanipulacin de las muestras quepueden contener cianuro.
A ti id d d t
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Actividades de postmuestreo
Calibracin de Equipos Se deber chequear que los equipos
mantengan la calibracin establecida.
Anlisis qumicos En los mtodos de anlisis que se seleccionendeben considerarse: lmites de sensibilidad,deteccin y selectividad en los anlisis;
requisitos de exactitud y precisin; ladesviacin estndar (DS); y el coeficiente devariacin (CV).
En los anlisis deber intercalarse los blancosentre cada grupo de muestras, normalmentese intercala un blanco por cada 10 muestras.
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Garanta de Calidad La garanta de calidad significa
garantizar la precisin y exactitud de losdatos del muestreo, mientras que elcontrol de calidad se refiere a la
aplicacin rutinaria de losprocedimientos para controlar losprocesos de medicin.
Con el fin de garantizar la calidad de los
resultados se debe: Observar los requisitos para la recoleccin
de las muestras, su preservacin, transportey almacenamiento.
Seguir los procedimientos analticosestndares de:
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Tema.Aguas
residualesDefinicinClasificacinParmetros de calidad del aguaParmetros indicativos de contaminacinorgnicaDrenaje cido de minaNitratos y nitritosMetales pesados
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Aguas residuales
Pueden definirse como las aguas queprovienen del sistema deabastecimiento de agua de una
poblacin despus de haber sidomodificado por diversos usosenactividades domsticas, industriales
y comunitarias siendo recogidas porla red de alcantarillado que lasconducir a un destino apropiado.
(COELHO, L. 2002)
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Aguas residuales
De acuerdo a su origen las aguas residuales puedenclasificarse como:
DOMSTICASSon aquellas aguas utilizadas con fines higinicos
(sanitarios, cocinas, lavanderas, etc.) y residuos originadosen establecimiento comerciales, pblicos y similares.
INDUSTRIALESSon residuos lquidos generados en los procesosindustriales, poseen caractersticas especficas
dependiendo del tipo de industria.
INFILTRACIN Y CAUDALES ADICIONALES PLUVIALES
P t d lid d d l
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Parmetros de calidad de lasaguas
Parmetros fsicos1.Sabor y olor.- Determinacin Organolptica, det.
subjetiva Adquieren sabor salado a partir de 300mg/L de Cl- Sabor salado con mas de 450 mg/L de SO42-
El CO2 libre da un gusto picante Sabor y color desagradable: fenoles y comp. orgnica.
2.Color.- Amarillo cidos hmicos. Color rojizo por hierro.
La medida se hace por comparacin con un estndarCaCl3, K2PtCl2. Segn el origen la eliminacin puede ser: coagulacin y
filtracin o la adsorcin (carbn activo)
P t d lid d d l
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Parmetros de calidad de lasaguas
3. TurbidezDebido a materiales insolubles en suspensin,coloidales o muy finos.
Mediciones por comparacin con la turbidezinducida (SiO2)
Turbidmetro de Jackson (JTU). Nefelmetro(UNF,NTU)
La turbidez se elimina por coagulacin, decantaciny filtracin.
4. Conductividad(microsiemens s/cm a 25C)
Capacidad del agua para conducir la electricidad. Indicativo de la materia ionizable total presente. La medida de la conductividad es una buena forma
de control de calidad de agua siempre que:a) No se trate de contaminacin orgnicab) Medidas a la misma temperatura
c) Composicin constante
P t d lid d d l
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Parmetros de calidad de lasaguas
Parmetrosqumicos1.pH: Medida de la
concentracin deiones hidrgeno. Es una medida de la
naturaleza cida oalcalina de la solucin.
Medicin pHmetro El pH se corrige por
neutralizacin
P t d lid d d l
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Parmetros de calidad de lasaguas
2. Dureza: mg/L CaCO3Complexometra EDTA.
Presencia de sales de Ca y Mg. Mide lacapacidad de un agua para producir
incrustaciones.a)Dureza total.- Iones Ca2+ y Mg2+b)Dureza permanente o no carbonatada.-
Contenido de iones Ca2+ y Mg2+ despus desometer el agua a ebullicin (media hora),filtracin y recuperacin del volumen inicialcon agua destilada.
c)Dureza temporal o carbonatada Mide la dureza asociada a iones HCO3-
Es la diferencia entre la dureza total y lapermanente.
P t d lid d d l
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Parmetros de calidad de lasaguas
3. Alcalinidad Medida de la capacidad para
neutralizar cidos Contribuyen iones HCO3-, CO32- y OH-
(cidos dbiles)
Alcalinidad, m pH 4,4 3,1 Alcalinidad, p pH 9,8 8,2
4.Coloides 10-4 10-6 mm. Macromolculas de
origen vegetal o inorgnico Se salva con un proceso de
coagulacin floculacin ysedimentacin
Si se debe a DBO se tratanbiolgicamente.
Parmetros de calidad de las
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Parmetros de calidad de lasaguas
5. Acidez mineral Capacidad para
neutralizar bases Se mide mediante
adicin de base. Se
corrige porneutralizacin
6.Slidos disueltos o salinidad total
Medida de la cantidad de materia disuelta en agua Se determina por evaporacin de un volumen de agua
previamente filtrada Tratamiento: precipitacin, intercambio inico, destilacin,
electrodilisis, y smosis inversa.
Parmetros de calidad de las
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Parmetros de calidad de lasaguas
7. Slidos en suspensin, ss Medida de los slidos no
disueltos que pueden serretenidos en un filtro.
Pueden causar depsitos Se determina pesando elresiduo que queda en el filtrodespus de secado
Se separan por filtracin y
decantacin
8. Slidos totales Suma de slidos disueltos y
slidos en suspensin
PARMETROS INDICATIVOS DE
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PARMETROS INDICATIVOS DECONTAMINACIN ORGNICA Y
BIOLGICA La descomposicin de materia
animal y vegetal da lugar a c.Hmico y flvico y a materiascolorantes.
Residuos domsticos generanM.O. en descomposicin
DetergentesMicroorganismos
Residuos industriales generancompuestos orgnicos (aceites,disolventes)
R. agrcolas herbicidas ypesticidas
[ ] variable
PARMETROS DE
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PARMETROS DECONTAMINACIN ORGNICA
1. Demanda Bioqumica de Oxgeno Mide la cantidad de oxgeno consumido en la
eliminacin de la materia orgnica del agua(mg/L O2)
Se elimina por procesos fisicoqumicos ybiolgicos aerbicos y anaerbicos.
1. Demanda Qumica de Oxgeno Mide la capacidad de consumo de un oxidante
qumico (dicromato o permanganato) por lasmaterias reductoras contenidas en el agua (mg/L
O2) Relacin
a) vertido inorgnico
b) vertido orgnico
2,0
DQO
DBO
http://../comunidades/PRESENTACION/demanda%20bioquimica%20de%20oxigeno%20DBO5.dochttp://../comunidades/PRESENTACION/demanda%20bioquimica%20de%20oxigeno%20DBO5.doc7/28/2019 Agus Residuales
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Drenaje cido de mina
De todos los drenajes de los cursos deagua quiz el drenaje cido de mina seauno de los ms graves por su naturaleza,
extensin y dificultad de resolucin. Losros y acuferos afectados por este tipo decontaminacin se caracterizan por suacidez, alto contenido de sulfatos y
metales pesados de sus aguas y por elcontenido metlico de sus sedimentos.
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Contaminacin por el filtrado de mina: aguaacidificada y cido
El cido puede liberar metales txicos de susminerales en la mina o minas abandonadas, elfenmeno de drenado es de particularimportancia.
La previsin de drenaje cido: Prueba BritishColumbia para drenaje cido.
Proceso de formacin de
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Proceso de formacin dedrenaje cido
42342222
23
22
2
422
2
2
3222
222154
2444
4272
4824
)(
)(
SOHSOFeOHOFeS
OHFeHOFe
SOOHOS
OHFeOHOHOFe
bacterias
+++
+ ++
+++
+++
+++
+
+
4H
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Drenaje cido en la mina abandonada de San Quintn, Ciudad Real (Espaa)
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Nitratos y Nitritos
Estados de oxidacin comunes del nitrgeno
-3: NH4+ NH3 0:N2 +1:N2O +2:NO
+3:NO2- +4:NO2 +5:NO3-
Cond. Aerbicas CO2, H2CO3, HCO3-, SO42-, NO3-, Fe(OH)3
Cond. Anaerbicas CH4, H2S, NH3, NH4+, Fe2+(ac), NO2-
Contaminacin por nitratos : NH4NO3 no absorbido,estircol, fertilizantes a base de nitrgeno.
Cultivo intensivo facilita la oxidacin de N2
NO3-
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Contaminacin del agua por metales pe
Tema
http://../contaminaci%C3%B3n%20del%20agua%20por%20metales%20pesados-%20r-rojas.dochttp://../contaminaci%C3%B3n%20del%20agua%20por%20metales%20pesados-%20r-rojas.doc7/28/2019 Agus Residuales
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Tema.
Tratamiento deefluentes
industrialesGeneralidadesCriterios para seleccin de untratamiento de aguasAguas residualesTratamiento de aguas residuales
Reacciones de precipitacinDecantacinCoagulacin floculacinFiltracinMicrofiltracinUltrafiltracin
TRATAMIENTO DE
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TRATAMIENTO DEEFLUENTES INDUSTRIALES
Deber basarse en: Conocimiento de los diversos
contaminantes
Caracterizacin de los efluentes Organizacin de los desages y separacin
de efluentes
Eleccin entre los diversos mtodos dedepuracin fsica qumica y/o biolgica
Factores especficos de
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Factores especficos decontaminacin
Insolubles separables fsicamente con osin floculacin Materias grasas, flotantes (grasas,HC, aceites
orgnicos, etc) Materias slidas en suspensin (arena, xido,
hirxido, pigmentos, azufre, coloidal, latex,fibras, etc)
Orgnicos separables por adsorcin Colorantes, detergentes, macromoleculares,fenolados
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Separables por pp Fe, Zn, Be, Ni, Ti, Al, Pb, Hg, Cr (pH)
SO32-, PO43-, SO42-, F- (con Ca2+) Precipitables como sales insolubles de
hierro o complejos Separables por desgasificacin Reaccin Redox cidos y bases Por intercambio inico a osmosis inversa
I*, Mo*, Cs* sales de cidos y bases fuertes Orgnicos ionizables (intercambio iones) Orgnicos no ionizables osmosis inversa
CRITERIOS GENERALES EN LA
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AGUAS DE PROCESO Rara vez se encuentran en condiciones de ser
utilizadas directamente en los procesosindustriales
Calidad de agua disponible y exigida en elproceso
Grado de pureza requerido en el agua tratada Criterios financieros, inversiones, amortizacin,
consumos de productos qumicos, energa,mano de obra, rendimiento o prdidas deagua.
La energa, componente importante enosmosis inversa
CRITERIOS GENERALES EN LASELECCIN DE UN
TRATAMIENTO DE AGUAS
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AGUAS RESIDUALES
Legislaciones distintas para proteger enlas causes naturales de aguas
Aguas residuales costos de produccin
Tratamiento de aguas se inicia pora) Un anlisis del inventario de vertidos y suposible reduccin (caudales instantneos ymedios)
b) Potencial reciclado de aguas despus de su
depuracin (reutilizacin)c) Reduccin de vertidos de contaminantesd) Segregar volmenese) Ensayar previos de laboratorio o planta pilotof) Neutralizacin qumica
TRATAMIENTO DE AGUAS
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Naturaleza de las aguas residualesindustriales Agua usada como medio de transporte
Lavado y enjuagueTransformaciones qumica disolvente Filtracin destilacin
Medio de transporte de calor
TRATAMIENTO DE AGUASRESIDUALES
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Encontramos: Materia orgnica soluble medida comoDBO, DQO, COT
Aceites, grasas y material flotante
Nutrientes Slidos en suspensin y materia coloidal Color, turbidez y olor
Metales pesados Contaminantes orgnicos especiales
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Seleccin de un tratamientoFactores
Caudal (volumen diario, horario
mximo y mnimo) Composicin y concentraciones Calidad requerida del efluente
Posibilidad de reutilizacin
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Tratamientos separados
Aislar ciertos efluentes y someterlos a untratamiento especfico
(elevada [ ] de DQO y DBO5, H2S y NH4 otoxinas)
Ej.a)Galvapoplastab)Licoles de sales o de cidos pp con sal de calcioc) Aceites, tratamiento trmico, membranas
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TRATAMIENTOS PRELIMINARES
1. Desbaste automtico (papeleraagroalimentaria) tamices rejas
2. Desarenado (fundiciones,
laminacin)3. Desaceitado, separadores4. Depsitos derivados
5. Depsitos de homogenizacin(uniformizar caudales)6. Operaciones previas de
neutralizacin
PROCESOS UNITARIOS DE
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PROCESOS UNITARIOS DETRATAMIENTO DE AGUA
TRATAMIENTOS PRIMARIOS Decantacin, precipitacin,
cristalizacin, adsorcin
Reactores decantadores (primarios) Proceso de sedimentacin
i d i i i
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Reacciones de precipitacin
Se caracterizan por la formacin de unproducto insoluble o precipitado que sesepara de la disolucin.
Se produce siempre que el producto inicosobrepase el valor del producto desolubilidad, Kps de la sustancia.
El Kps indica la solubilidad de uncompuesto inico, mientras menor sea suvalor menos soluble ser el compuesto.
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Reglas de solubilidad para compuestosinicos Compuestos solubles. Que contengan iones
de metales alcalinos (Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+)ion amonio.
Nitratos, bicarbonatos y cloratos.Haluros excepto haluro de Ag, Hg y Pb.Sulfatos excepto sulfato de Ag, Ca, Sr, Ba y Pb.
Compuestos insolubles.Carbonatos excepto carbonatos de metalesalcalinos y el ion amonio.Fosfatos, cromatos y sulfuros.HidrxidosExcepto compuestos que contengan iones de
metales alcalinos y el ion bario.
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En las reacciones de precipitacinnormalmente participan compuestosinicos.
Ejemplo: cuando se agrega unadisolucin acuosa de nitrato de plomo auna disolucin acuosa de yoduro desodio se forma un precipitado amarillode yoduro de plomo.
Secuencia para calcular la
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Secuencia para calcular lasolubilidad a partir del valor de
la Kps
Kps delcompuesto
Concentracionesde cationes y
aniones
Solubilidadmolar del
compuesto
Solubilidaddel
compuesto
Separacin de una muestra con los siguientes
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Separacin de una muestra con los siguientescationes
Catin Reactivo Compuesto
Ag+
Hg22+
Pb2HCl AgClHg2Cl2
PbCl2
Bi3+Cd2+
Cu2+
Sn2+
H2S(disolucin
cida)
Bi2S3CdSCuSSnS
Al3+
Co2+
Cr3+
Fe2+
Mn2+
Ni2+
Zn2+
H2S(disolucin
bsica)
Al(OH)3CoSCr(OH)3FeSMnSNiSZnS
Ba2+
Ca2+
Sr2+
Na2CO3 BaCO3CaCO3SrCO3
K+
Na+
NH4
+
Sin reactivo No pp
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Eliminacin de hierro y manganeso Iones ferrosos y manganoso son solubles en
agua y dejan residuo en ciertos procesosindustriales
Su eliminacin previa implica oxidacin forzadacon inyeccin de aire, agitacin, aireadores ocloro.
En el caso del hierro a pH 7 despus de 15
min. se aireacin se elimina el 99% luego sedecanta o se filtra.
D t i
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Decantacin
Aprovecha la fuerza de gravedad. La velocidad depende de:
la densidad y viscosidad del lquido. tamao, forma y densidad de partcula
Favorece la sedimentacin:partculas pesadas y grandes
D t d
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Decantadores
Rectangular Circular Cnico Laminar
a) Recogida de slidos y flotantesb) De cadena y barrederasc) De puente deslizanted) Reactor decantador incorporando
coagulacin y floculacindecantadores recirculacin de fangos
COAGULACIN FLOCULACIN
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COAGULACIN - FLOCULACIN
Turbidez y color causadas por partculascoloidales
Dimetro de
partcula (mm)
Tiempo de
sedimentacin
10 grava 1 s1 arena 10 s
0.1 arena fina 2 min
0.01 arcilla 2 h
0.001 bacteria 8 d
0.0001 coloidal 2 aos
0.00001 coloidal 20 aos
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Doble capa elctricaDiferencia de potencial zeta Coagulantes: sales de hierro o
aluminio Floculantes: slice activada
Polmeros orgnicos (polielectrolitos) Polmeros no inicos (poliacrilamidas)
ilib i d l bilid d f
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El mnimo de solubilidad del Fe(OH)3se presenta a pH alcalino y delAl(OH)3 a pH ligeramente cido
Equilibrio de solubilidad frente
al pH para hidrxido de hierroy del aluminio
Mecanismo de coagulacin -
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eca s o de coagu ac floculacin
Cargas electrostticasCoagulacin neutralizacin de cargas
Coagulantes ms comunes
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Coagulantes ms comunes
Coagulantes FrmulaDosi
s mg
Sulfato dealuminio Al2(SO4)3 . 14H2O
potab 30-150
Sulfato frrico Fe2(SO4)3 . 3H2O resid100-
300
Fe2(SO4) . 7H2Opota
b 20-60
pota
b 20-60
Cloruro frrico40% FeCl3 . 6H2O resid
200-400
pota
b 5-150
Cal Ca(OH)2 resid100-
500
Policloruro 100-
Floculantes ms comunes
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Floculantes ms comunes
Polielectrolitos catinicos copolmeros abase de acrilamida conpeso mol > 1 000 000
Polielectrolitos no inicos poliacrilamidas Polielectrolitos aninicos poliacrilatos Slice activa diluida al 0,1% como SiO2 Polielectrolitosnaturales: almidones,
taninos, alginatos, etc.
Filtracin
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Filtracin
Rejas barrras metlicas de 6 o mas mmde espesor. Se utilizan en desbastesprevios.
Paralelas y espaciadas de 10 1 100mm.Manuales o automticas Tamizado: autolimpiantes, mallas
dispuestas en una inclinacin que dejapasar el agua y la materia slida cae por ssola.
Microfiltracin
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Microfiltracin
Trabajan a baja carga, poco desnivel Se basan en malla de acero giratoria o plstico A travs de la cual circula el agua Separan algas, depuracin de aguas residuales Mallas de acero 30 micras, poliester 6 micrasPARMETROS Velocidad de filtracin Presin disponible Modo de filtrar
Tamao del medio y la altura del lechoFiltros de arena antracita (Multicapas) Materiales de densidades diferentes
ULTRAFILTRACIN
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ULTRAFILTRACIN
Membranas tamao de poro 0,001 a 0,02micras.
Flujo poroso y viscoso
Fenmeno de polarizacin. Aumenta laresistencia al flujo. Se fabrican de Acetato de celulosa, PVC,
poliacrilonitrilo, policarbonatopolisulfona
(93C pH 0,5 13) y agentes qumicos. Separa material coloidal, cidos hmicos yflvico, materia orgnica de alto pesomolecular y microorganismos
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Tema.Separaciones deslidos y gases
disueltosIntercambio inicoDescarbonatacin
Ablandamiento delagua
Desmineralizacin
INTERCAMBIO INICO
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INTERCAMBIO INICO
Elimina slidos disueltos, soluciones diluidas conconcentraciones de 1000 a 2000 ppm.
Caractersticas1. Actan selectivamente. Los grupos reactivos estan unidos
a un polmero insoluble.
2. Reversible3. Se mantiene la electroneutralidadVentajas Altas capacidades de intercambio. Estables qumicamente, larga duracin, fcil
regeneracin. Instalaciones automticas o manuales. Se adaptan a las [ ] s de las aguas, son relativamente
bajas
Capacidad de la resina
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Capacidad de la resina Cantidad de grupos inorgnicos por unidad
de peso o volumen Capacidad catinica para Na+ depende de
pH,[ ] Na+ y del nivel de regeneracin ovolumen de regenerante empleado.
Principales tipos de resinas: CF, CD, AF, ADSintticas, basadas en un copolmero de
estireno divinilbenceno
Sulfonacin da lugar a resinas catinicasAminacin da lugar a resinas aninicas
Matriz a) estireno y b) acrlica (epoxi)
1. Resinas catinicas fuertes
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(CF) Eliminan todos los cationes del agua Operan a cualquier pH. Resisten temperaturas >100C
Mxima selectividad para M3+ < M2+ < M+ Ablandamiento en ciclo sdico (NaCl) al
10%
Desmineralizacin en ciclo de inhidrgeno se regenera con cido
2. Resinas catinicas
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dbiles Captan Mg y Ca. No operan a pH
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(AD)
Eliminan aniones SO42-, NO3-, Cl-
No funcionan a pH>6 Capacidad doble de (AF) Resisten ensuciamiento Situarlas despues de CF
Caractersticas de los
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principales tipos de resinas
Equicor Contracor.
CF (abland) 1-1.5 ClNa 10%CF ( desmin) 1-1.5 ClH 4-10% 160-300 120-150
SO4H2 1-8%
CD 1.2-2 4% 105-130
AF (tipo I) 0.4-0.7 0.80% 200-400 130-150
AF (tipo II) 0.5-0.8 3-5% 180-300 125-150
AD 0.8-1.2 1-4% 120-160
Tipo de
resina
Capacidad
til eq/l
Con. % tericoRegenerante
DESCARBONATACIN Y
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ABLANDAMIENTO CON CAL
Procesos con cal reduce alcalinidadbicarbonatada y ablanda el agua de alimentacin
Ventajas:
Utilizacin mas completa de los reactivos frente alexceso empleado en la regeneracin de resinas Fangos menos objecionables Simultaneamente reduce slice Reduccin global de slidos
El hierro soluble puede precipitarse y eliminarse con elfango
Incomodidades Esparce polvo Obstrucciones
Descarbonatacin en
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caliente
Mayor rendimiento qumico Eliminacin de slice pp junto con
Mg(OH)2 + MgO
SEPARACIONES SOLIDO
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LIQUIDO Partculas insolubles: sedimentacin,
filtracin, flotacin Separacin de slidos mediante
hidrociclones o centrfugas
Ablandamiento del agua
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Ablandamiento del agua
Columna con resina catinica fuerte Los iones Ca y Mg se sustituyen por iones
sodio.
Se regenera con una solucin de salcomn. No disminuye la salinidad total. Se emplea para tratar aguas destinadas a
caldera.
Desmineralizacin
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Desmineralizacin
Existen diferentes esquemas. Doble columna CF AF y desgasificador
(D).
Para alta alcalinidad y dureza: CD CF D AF Para el agua con alto porcentaje de sales
de cido fuerte: CF AD NaOH D AF Otra combinacin: CD CF cido AD
NaOH D - AF
Etapas para elegir un sistema
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de desmineralizacin Calidad y volumen de agua diario
requerido Calidad del agua de suministro
Tipo de pretratamiento primario Duracin del ciclo, tipo de regenerante y
almacenamiento. Tipo de resinas. Velocidad de paso y dems caractersticas.
Diseo de los equipos de
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desmineralizacin Dan un flujo de agua estacionario y
tranquilo porque se opera con lechosprofundos de resinas.
Material de construccin debe serresistente a la corrosin.
Altura de lechos de resina entre 70 y150cm.
Placa colectora con boquillas para evitarprdida de resina.
Intercambio y regeneracin
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Intercambio y regeneracin
Velocidad de paso entre 5 y 40 m/h. En lechos mixtos hasta 120 m/h. En sistemas automticos los ciclos son de 8 horas. La regeneracin es previo lavado en contracorriente. Con velocidad de paso en RA de 6 a 8 m/h, en RC de 10 a 18
m/h por 10 a 15 min. Regeneracin de RA con sosa diluida con agua
descationizada, velocidad de paso 2 a 8 m/h. Regeneracin RC con HCl o H2SO4, velocidad de paso de 2 a
8 m/h. Desplazamiento del regenerante residual: agua de dilucin
de reactivo, agua de lavado por 30 a 60 min. Los parmetros de funcionamiento deben corresponder a las
especificaciones del fabricante y la experiencia delsuministrador de la instalacin.
OSMOSIS INVERSA
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OSMOSIS INVERSA
El disolvente pasa a travs de una membrana(semipermeable) los otros componentes o solutosno pueden atravesarla.
Si se sobrepone una presin exterior, el aguacircular en sentido inverso.
El transporte se realiza a travs de los poros de lamembrana. El flujo del agua se expresa por
Qa = Ka (P - )SP: presin, aguas salobres 15 a 40 kg/cm2, agua de mar 55
a 80 kg/cm2.S: superficie de intercambioKa: constante de la membrana.
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La recuperacin se expresa porC = 100 x Qp/QaQp: Caudal de agua del producto
Qa: Caudal de agua de alimentacin. Rechazo de salesR = 100 (Ca Cp/a)Ca: concentracin de sales en el
alimentacinCp: concentracin de sales en elproductop
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El rechazo aumenta con la carga de losiones
Se rechazan las bacterias y virus.
No son rechazados los gases. Compuestos orgnicos de bajo peso
molecular y no polarizados. El paso del agua y de las sales aumenta
con la temperatura.
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Tema.Tema.Tratamiento AnaerobioTratamiento Anaerobio
del Agua residualdel Agua residualGeneralidades
Ventajas
Limitaciones
Pasos para la degradacin anaerbica
Mecanismos principales para biodegradar lamasa
Esquema de biodegradacin
Energa de Gibbs
Tratamiento AnaerobioTratamiento Anaerobio
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Tratamiento AnaerobioTratamiento Anaerobio
del Agua residualdel Agua residual
El tratamiento anaerbico de las aguas
residuales supone la descomposicin de lamateria orgnica y/o inorgnica en ausencia
de oxigeno molecular. La mayor aplicacin
se halla en la digestin de los fangos de
aguas residuales una vez concentrados, as
como parte de residuos industriales.
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El modo mas usual de operar una instalacin detratamiento anaerbico de fango concentrado es
la utilizacin de un reactor de mezcla completa y
mnima recirculacin celular cuyo objeto es el
calentamiento contenido en el tanque.
El tiempo de detencin del liquido del reactor
oscila entre los 10 y 30 das, incluso mas, segn
opere el sistema.
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El tratamiento anaerobio deagua residual se limita a
aquellas sustancias orgnicas
propensas al ataque por parte
de organismos facultativos o
inherentes anaerobios.
Se adecua especialmente a
aguas residuales ricas encarbohidratos y grasas.
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La materia se descompone en varias etapas,
hasta las pequeas alteraciones (variaciones enel valor del pH, toxicidad, metales pesados, etc.)
pueden producir un colapso en el proceso de
digestin alcalina, mientras la descomposicin
anaerobia de las sustancias permanece en fase
cida.
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El proceso anaerobio es considerablemente ms
lento con respecto al aerobio.
El tratamiento anaerobio resulta ms econmico
con aguas residuales con alta contaminacin
orgnica, como una DQO superior a 4 000 mg/l
debido a no necesitar aireacin eliminando loscostos correspondientes.
La produccin de gas metano rico en energa, la
baja produccin celular (volumen de lodo
producido) y la estabilizacin del lodo,representan ventajas adicionales.
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El tratamiento anaerobio se lleva a cabo
mediante una amplia variedad de bacteriasclasificadas en dos grupos formadoras de
cidos (acidgenicas) y formadoras de
metano (metanognicas) estos dos
grandes grupos de bacterias actan enforma combinada para garantizar la
conversin del carbono en metano.
El diseo de las lagunas aneaerobias se realiza con
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El diseo de las lagunas aneaerobias se realiza con
base en la tasa de carga orgnica superficial, la tasa
de carga orgnica volumtrica y el tiempo deretencin hidrulico.
En climas donde la temperatura supera los 22 C se
puede alcanzar hasta un 50% de remocin de DBO
usando los siguientes criterios de diseo:
- Profundidad entre 8 y 16 pies (2.5 y 5m).
- Tiempo de retencin hidrulico de 5 das.- Carga orgnica volumtrica superior a 0,0187
lb/pie3.d (0,3 Kg/m3.d).
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Ventajas
- C6H
12O
63CO
2+ 3CH
4
- 90% de energa al final como CH4
- No requiere energa de entrada
-No tenemos emisiones gaseosas.
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Limitaciones
- Produccin marginada desde la
dilucin del agua residual 20mg DBO/l
se degrada al 70%.
- Bajo arranque, lento.
- T > 15C
Las bacterias en el agua estn distribuidas
uniformemente, deben estar lo ms juntos posibles por
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lo tanto el rea de contacto debe ser lo ptimo.
Para optimizar el mejor rendimiento del proceso
anaerobio desde el aspecto microbiolgico, debe ser la
inmovilizacin evitando as las distancias y
aumentando la taza de crecimiento para lo cual sedeben de mover las bacterias un tiempo de retencin
hidrulica.
El flujo Hidrulico depende del crecimiento de la
bacteria que es de 10 das por lo tanto esto influye en
el diseo del tamao del reactor entonces hay que
actuar independientemente del flujo.
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Existen diferentes tipos de reactores flujo ascendente
descendente de lecho fluidizado con las caractersticas
de estar soportadas como grnulos e inmovilizadas,
suspendidas o pegadas en un BIOFILTRO.
El tiempo de retencin hidrulico (HRT) mayor que eltiempo de generacin de bacterias, con mayor biomasa
activa mas la degradacin del sustrato, por lo tanto el
rango de biocatalizadores y las limitaciones del sustrato
ser mejor.
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El arranque se puede optimizar debido a quealgunas especies se establecen ms rpido que
otros por ejemplo metano crece ms rpido que la
metanozaeta (hay que tratar que domine esta
especie).
Por lo tanto la concentracin de acetato debe ir
acorde con el desarrollo del microorganismo.
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Arranque:Acetato > 20 millones
Siempre remover el sustrato manteniendo la
concentracin del microorganismo en crecimiento, no
es bueno hacer una capa gruesa porque no existealimentacin uniforme, por lo que se debe evitar el
exceso de generacin de lodos aunque esto se debe a
un proceso cclico.
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Los microorganismos causantes de la
descomposicin de la materia se dividen en dos
grupos:
Bacterias formadoras de cidos, estas hidrolizan
y fermentan compuestos orgnicos complejos a
cidos simples, de los cuales los mas corrientesson el cido actico y el cido propinico.
Bacterias formadoras de metano, estas
convierten los cidos formados por las bacterias
del primer grupo en gas Metano y CO2.
Las bacterias ms importantes de este grupo
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(las que devoran los cidos Actico y
propinico) tienen tasas lentas de crecimiento y
por ello su metabolismo se considera unalimitante de proceso.
Tabla 2.
APLICACIN
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Tratamiento de lodos
Tratamiento de RSO
Tratamiento de aguas
ASPECTOS IMPORTANTES
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Produccin de metano
Papel del hidrgeno
Relaciones sintrficas
Reduccin de sulfato
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Gestin y Tratamiento deaguas residuales
Muchas gracias.
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