TEMA 1: Procesos de Oxidación Biológica

La oxidación biológica mecanismo mediante el cual los microorganismos degradan la materia orgánica contaminante del agua residual. 

Materia orgánica + Microorganismos + Nutrientes + 02 >>> Productos Finales + Nuevos microorganismos + Energía

Objetivos sistemas aerobicos

Transformación de la materia orgánica

Coagulación y eliminación de sólidos coloidales no sedimentables

PROCESOS Biológicos

Lagunas Aireadas Y Lodos Activados

El oxígeno requerido por los microorganismos para la degradación de la materia orgánica, se provee artificialmente a través de aireadores mecánicos superficiales.

Lagunas Aireadas Y Lodos Activados

El oxígeno requerido por los microorganismos para la degradación de la materia orgánica, se provee artificialmente a través de aireadores mecánicos superficiales. 

Proceso De Fangos Activados sistema de tratamiento de las aguas residuales en el que se mantiene un cultivo biológico formado por diversos tipos de microorganismos y el agua residual a tratar.

Un filtro percolador es una cama de grava o un medio plástico sobre el cual se rocían las aguas negras pretratadas.

Los microorganismos se apegan al medio del lecho y forman una capa biológica sobre éste.  Las aguas negras se percolan y los microorganismos digieren y eliminan los contaminantes del agua.

Unidades De Contactos Biológico Rotatorio o Biodiscos

Su funcionamiento se basa en la rotación de un disco semisumergido en el agua a tratar. Lo que provoca la transferencia de oxígeno a la flora microbiana aeróbica. Esta, a través de procesos bioquímicos, degrada y elimina la materia orgánica, consiguiendo la depuración del agua.

Lagunas Facultativas Aireadas o Fotosintética saquellas que poseen una zona aerobia y una zona anaerobia, situadas respectivamente en superficie y fondo. Podemos encontrar microorganismos anaerobios estrictos en el fango del fondo hasta aerobios estrictos en la superficie

Lagunas Anaeróbicas

Las lagunas anaerobias se utilizan normalmente como primera fase en el tratamiento de aguas residuales urbanas o industriales con alto contenido en materia orgánica biodegradable.

Objetivo es reducción de contenido en sólidos y materia orgánica del agua residual, y la obtención de un efluente de alta calidad.

Reactores Anaeróbicos De Flujo Ascensional (PAMLA, UASB, RAFA)

Se caracterizan por realizar en una sola unidad las operaciones de decantación primaria, reactor biológico y digestión anaerobia del lodo.

TEMA 2: TRATAMIENTO AGUAS RESIDUALES

El lodo activado tratamiento por el cual el agua residual y microorganismos son mezclados y aireados en un tanque denominado reactor. 

En el proceso  los microorganismos son mezclados con la materia orgánica, ésta les sirve de sustrato alimenticio.  La mezlca se efectúa por medios mecánicos superficiales o sopladores sumergidos, los cuales tiene doble función

1) producir mezcla completa y 2) agregar oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle

Tratamiento de Lodos

Espesado de Fangos:

  Reducción del volumen de fangos activados en proceso de declive. • Homogeneización de los lodos procedentes de los decantadores. • Ahorro de medios técnicos.

Digestión aerobia:

eliminación en presencia del aire de la parte fermentable (biomasa) de los lodos activados.

Digestión anaerobia:

proceso en ausencia de aire, por el cual, la biomasa se descompone en metano y CO2

Deshidratación de fangos:

eliminación del mayor porcentaje posible del agua contenida en los lodos.

El proceso se puede dar por alguna de las siguientes operaciones unitarias:

Lechos de secado • Lagunas de fangos • Filtración al vacío • Centrifugación • Filtro banda • Filtro prensa • Secado: directo o indirecto

Los humedales artificiales zonas construidas por el hombre en las que, de forma controlada, se reproducen mecanismos de eliminación de contaminantes presentes en aguas residuales, que se dan en los humedales naturales mediante procesos físicos, biológicos y químicos.

Los mecanismos involucrados:

1)Eliminación de sólidos en suspensión mediantesedimentación, floculación y filtración

2) Eliminación de patógenos mediante adsorción, filtración o depredación

El biogás es un combustible que se genera con la degradación de la materia orgánica.  No puede ser emitido a la atmósfera, ya que contiene un elevadísimo porcentaje de metano , que es un gas altamente inflammable y que también puede provocar asfixia.

TEMA 3: TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE

Secuencia Mas Habitual De Tratamiento

Preoxidación:

introducción en el agua de un agente químico oxidante, capaz de eliminar cualquier materia que pueda oxidarse, tanto orgánica como inorgánica.

Pre oxidación y desinfección inicial con cloro, dióxido de cloro u ozono, o permanganato potásico

Coagulación y floculación:

mediante este proceso, se facilita la agrupación de las partículas responsables del color y la turbidez del agua.

Pruebas de Jarra:

procedimiento para determinar las condiciones óptimas de funcionamiento para el agua o el tratamiento de aguas residuales.

Permite realizar ajustes en el pH, las variaciones en la dosis de coagulante o polímero, alternando velocidades de mezclado, o la prueba de coagulante o diferentes tipos de polímeros, a pequeña escala con el fin de predecir el funcionamiento de una operación a gran escala de tratamiento

Decantación:

con el agua casi en reposo y a través de la acción de la gravedad, se depositan en el fondo las partículas y agrupaciones formadas en el proceso anterior, formando un fango que se extrae posteriormente.

Filtración:

retención de las partículas que no pudieron ser extraídas en el proceso anterior haciendo pasar el agua por unos filtros.

• Filtración sobre arena, o sobre lecho mixto (arena y antracita) y en determinados casos sobre lecho de carbón en grano.

Desinfección final

Con la adición de reactivos, normalmente cloro y amoniaco para formar cloraminas, se consigue eliminar los microorganismos que hayan podido sobrevivir a los procesos anteriores y se garantiza la calidad del agua durante todo el recorrido por la red de distribución.

Unidades que componen una PTAP

Obra de toma:

conjunto de estructuras que se construyen con el objeto de extraer el agua de forma controlada y poder utilizarla con el fin para el cual fue proyectado su aprovechamiento.

Caja de entrada:

  recibe el agua

Mezcla Rápida

Donde se agrega al agua productos químicos. Los principales son los coagulantes (sulfato de alúmina), alcalinizantes (cal)

Floculadores:

El proceso de floculación es precedido por la coagulación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de las partículas coloidales

La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí.

La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores. Floculadores mecánico e Hidráulicos.

Decantadores:

El agua llega velozmente a una sección muy amplia donde se reposa, permitiendo que se depositen las impurezas en el fondo.

Filtros:

El agua decantada llega hasta un filtro donde pasa a través de sucesivas capas de arena de distinto grosor. Sale prácticamente potable

Cámara de desinfección

Para asegurar aún más la potabilidad del agua, se le agrega cloro que elimina el exceso de bacterias y lo que es muy importante, su desarrollo en el recorrido hasta las viviendas.

TEMA 4: Desinfección

La cloración del agua puede regularse para obtener varios grados de acción:

1.Bacteriostática:

Inhibe el crecimiento, sin causar la muerte del organismo, como resultado de productos de reacción del cloro, las cloraminas

2.Desinfectante:
Destruye los microorganismos que causan infección o enfermedad

3.Esterilizante:

Cuando, infrecuentemente, el cloro se aplica en tales cantidades que destruye todos los microorganismos

Desinfección:

Se define como el proceso de destruir microorganismos patógenos mediante procesos físicos y químicos

Bacterias:

unicelular y procariota(sin núcleo),  ( colera, fiebre tifoidea). Las bacterias fueron descubiertas en 1680.

Las bacterias patógenas ligadas al agua son clasificadas como entero-bacterias.

Virus:

no están formado por células. Son llamados parásitos obligados. A su enfermedad se le dice virosis (poliomelitis, hepatitis infecciosa)

Protozoos:

eucariotas y unicelulares (tuberculosis,huevos de gusano)

Hongos:

eucariotas y se reproducen por esporas. Pueden ser pluricelulares y unicelulares. Sus enfermedades son llamadas micosis

La desinfección del agua se refiere a la inactivación de los microorganismos especialmente los patógenos que son causantes de enfermedades, que pueden

causar daños en los consumidores de agua.

Métodos de desinfección:

Químico:

cloro y sus derivados, bromo y sus derivados, peróxido de hidrógeno.

Físico:

radiaccion ultravioleta, calor, radiación gamma.

En la desinfección por cloro se emplean los siguientes agentes: desinfección con dióxido de cloro clo2, hipoclorito de sodio naocl:, cloro gaseoso cl2 y hipoclorito de calcio ca(ocl)2.

El peróxido de Hidrógeno H2O2:

se utiliza como un agente efectivo dedesinfección, debido a su fuerte efecto de oxidación degradando en H2O

(agua) formando radicales libres O, degradando complejos químicos orgánicos.

Es similar al agua     Altamente oxidante    Oxidación mayor que el cloro

Factores que afectan la eficiencia de un desinfectante químico

Temperatura, tiempo de contacto, concentración ,tipo de bactericida, numero de microorganismos, ph

Ozono: Ozonificación:

Reactivo   Destruye o Inactiva las enzimas de microorganismos    No tiene efecto residual

Radiación Ultravioleta

1901, Invención lámpara de Mercurio   

Intensidad de radiación mínima 10,000 watts-seg/cm²     Vida de la lámpara 6-12 meses

Por Calor

Antiguamente empleada    Causa muerte de todo tipo de agentes microbianos

TEMA 5: Filtración DEL AGUA

Filtración acción de pasar un líquido, accidental o voluntariamente a través de un filtro, o pasar un líquido a través de un sólido.

El objetivo básico de la filtración es separar las partículas y microorganismos objetables, que no han quedado retenidos en los procesos de coagulación y sedimentación

Distintas Formas de Filtración

1. Con baja carga superficial (filtros lentos)

2. Con alta carga superficial (filtros rápidos),

3. En medios porosos (pastas arcillosas, papel de filtro)

4. Medios granulares (arena, antracita, granate o combinados), con flujo ascendente; descendente y mixto (parte ascendente y parte descendente).

Filtros de Acción Lenta

el agua pasa por gravedad a través de la arena a baja velocidad. La separación de las materias sólidas, se efectúa al pasar el agua por los poros de la capa filtrante adhiriéndose las partículas sólidas a los granos de arena.

Filtros de Arena de Acción Rápida

agua desciende por gravedad a través de la arena a alta velocidad. Se utilizan para efluentes de aguas residuales provenientes de un tratamiento secundario.

Operaciones de Filtración Continua

En el funcionamiento continuo, las fases de filtración y lavado ocurren simultáneamente. Cuando utilizamos estos filtros no existen los conceptos de turbidez límite del efluente ni la pérdida de carga máxima admisible en la circulación a través del lecho

Operaciones de Filtración Semicontinuas la filtración y el lavado son fases que se dan una a continuación de la otra. La fase de filtración, en la que se eliminan las partículas sólidas, se lleva a cabo haciendo circular el agua a través de un lecho granular, con o sin adición de reactivos químicos.

El final del ciclo de filtrado se alcanza cuando empieza a aumentar el contenido en sólidos en el efluente hasta alcanzar un nivel máximo aceptable,

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE FILTRACIÓN

1-Tipo de Funcionamiento los filtros pueden clasificarse en continuos y semicontinuos. Los filtros semicontinuos se mantienen en funcionamiento hasta que se empiece a deteriorar la calidad del efluente o hasta que se produce una pérdida de carga excesiva en el filtro. 

2-Tipos de medios filtrantes y sentido del flujo durante la fase de filtración

Los principales tipos de configuración de los lechos se clasifican en función del número de capas de material filtrante, lo cual da lugar a los filtros de una única capa, los de doble capa y los filtros multicapa.

3-Presión actuante en la filtración

Debido a que tanto la fuerza de la gravedad, como la creada por una presión aplicada, se pueden emplear para vencer la resistencia por fricción creada por el flujo que circular a través del lecho filtrante, los filtros pueden ser de gravedad o a presión.

3.1 Filtros de gravedad

Tanto la fuerza de la gravedad, como la creada por una presión aplicada, se pueden emplear para vencer la resistencia por fricción creada por el flujo que circula porel lecho filtrante. Los filtros de gravedad se emplean en plantas de gran tamaño

3.2 Filtros a presión

Los filtros a presión funcionan igual que los de gravedad y se emplean en plantas pequeñas.  La única diferencia entre ambos consiste en que, en los filtros a presión, la operación de filtrado se lleva a cabo en un depósito cerrado, bajo condiciones de presión conseguidas mediante bombeo. Los filtros a presión suelen funcionar con mayores pérdidas de carga máximas admisibles, lo cual conduce a ciclos de filtración más largos y menores necesidades de lavado.

4-Velocidad de filtración

Según la velocidad de filtración los filtros pueden ser rápidos (120-360 m3/m2 día),ó lentos (7-14 m3/m2día), siendo estos últimos poco usados en la actualidad en el tratamiento terciario, utilizándolos en tratamientos biológicos para depuración.

Carácterísticas del Medio Filtrante

La carácterística del medio filtrante que más afecta al proceso de filtración es el tamaño del grano.

Carácterísticas Físicas

Granulometría:

se caracteriza por una curva representativa de los porcentajes en peso de los granos que pasan a través de las mallas de una sucesión de tamices normalizados.

Diámetro efectivo (DE):

corresponde al 10% en peso en un diagrama granulométrico acumulativo (Anexo III) y determina, en gran parte, la calidad del filtrado, juntamente con los dos factores siguientes.

Coeficiente de uniformidad:

relación de los tamaños correspondientes a los porcentajes 60 y 10. 

Forma de los granos:

angulosos (material triturado) o redondos (arena de río o de mar). Se obtienen calidades de agua filtrada similares, con un material anguloso de Diámetro efectivo menor que el de un material de granos redondos.

TEMA 6: Purificación AGUA

Purificación serie de procesos al cual el agua se somete para eliminar organismos y residuos a fin de que el agua sea de mayor pureza y calidad consumible ,y se pueda beber sin peligro.

un filtro típico consiste en un tanque, los medios de filtro y un regulador para permitir la expulsión.

Pantallas:

la filtración a través de las pantallas se hace generalmente al principio del proceso de la purificación del agua. La forma de las pantallas depende de las partículas que tienen que ser eliminadas.

La filtración con arena:

es un método usado con frecuencia, muy robusto para quitar los sólidos suspendidos del agua. El medio de filtro consiste en una capa múltiple de arena con una variedad de tamaño y gravedad específica.

filtración de flujo cruzado la filtración de membrana con flujo cruzado quita las sales y materia orgánica disuelta, usando una membrana permeable que impregne solamente los contaminantes.

micro filtración La micro filtración es una técnica de separación con membrana en la cual las partículas muy finas u otras materias suspendidas, con acción en partículas de radio de 0,1 a 1,5 micras, se separan de un líquido. Es capaz de quitar los sólidos suspendidos, las bacterias u otras impurezas.

Ultrafiltración

La ultrafiltración es una técnica de separación con membrana en la cual las partículas muy finas u otras materias suspendidas, con acción en partículas de radio de 0,005 a 0,1 micras, se separan de un líquido. Es capaz de quitar las sales, las proteínas y otras impurezas dentro de su gama.

Nano filtración

Nanofiltration es una técnica de separación con membrana en la cual las partículas muy finas u otras materias suspendidas, con un tamaño de partícula en la gama de aproximadamente 0,0001 a 0,005 micras, se separan de un líquido. Es capaz de quitar virus, pesticidas y herbicidas.

Ósmosis inversa (Oí):

Es conocida como ultra purificación en la cual se hace pasar al agua a altas presiones a través de una membrana semipermeable que separa el agua más alta en sales y el agua baja en sales.

Adición química

Los agentes quelatos se agregan a menudo al agua, para prevenir los efectos negativos de la dureza, causados por la deposición del calcio y del magnesio.

los agentes que oxidan se agregan al agua como biocida, o para neutralizar agentes de reducción.

Los agentes de reducción se agregan para neutralizar agentes que oxidan, tales como ozono y cloro. También ayudan a prevenir la degradación de las membranas de purificación.

clarificación proceso de multipasos para quitar los sólidos suspendidos. Primero, se agregan los coagulantes. Los coagulantes reducen la carga de iones, de modo que acumulan las partículas en formas más grandes llamadas flóculos.

ablandado se procesa comúnmente con intercambio de ion. Los sistemas de intercambio de ion consisten en un tanque con bolas pequeñas de resina sintética, que son tratadas para absorber selectivamente ciertos cationes o aniones

Desionización

También llamada intercambio de iones, se utiliza para producir agua purificada bajo demanda haciéndola pasar a través de capas de resina. La resina con carga negativa (catiónica) elimina los iones positivos, mientras que la resina con carga positiva (aniónica) elimina los iones negativos

Desinfección

La desinfección es uno de los pasos más importantes de la purificación del agua de ciudades y de comunidades. Responde al propósito de matar a los actuales microorganismos indeseados en el agua;

Ejemplos:

desinfección con ozono, desinfección con cloro y desinfección UV.

La electro diálisis es una técnica que emplea las membranas actuales y especiales eléctricas, que son semipermeables a los iones, basadas en su carga.

Purificación Biológica DEL AGUA

La purificación de biológica del agua se realiza para bajar la carga orgánica de compuestos orgánicos disueltos. Los microorganismos, principalmente bacterias, hacen la descomposición de estos compuestos.

Destilación

El método de purificación más antiguo. Es un método asequible, pero no puede utilizarse para un proceso bajo demanda. El agua debe destilarse y, a continuación, almacenarse para usarse después, con lo que puede volver a contaminarse si no se almacena correctamente.

Adsorción de carbono activado:

funciona como un imán para el cloro y los compuestos orgánicos.

Radiación ultravioleta:

Se emplea después de que el agua ha pasado por los rayos ultravioleta, es un gas que se inyecta al agua de la forma más directa posible en combinación con el aire que al tener contacto con el agua lleva cabo la oxidación de los compuestos orgánicos e inorgánicos de está, destruyéndolos y evitando la formación de algas.

PROCESOS EN UNA PLANTA DE TRATAMIENTO:

1-Agua residual bruta.   2 tratamiento preliminar (rejillas)

3 tratamiento primario (desarenador)

4 tratamiento secundario (tratamiento biológico aerobio y anaerobio: laguna facultativa, filtro de grava.)

5 salida ( cámara de salida de las lagunas e inyección)

6 tratamiento terciario (tratamiento químico cloración)

7 Efluente: (salida del agua tratada, descarga al arroyo).

PLANTA DE TRATAMIENTO CIUDAD Satélite DUARTE:

Ubicación: Municipio Pedro Brad, Distrito Municipal La Guáyiga, Ciudad Satélite Duarte

Tipo: Reactor anaeróbico de flujo ascendente (RAFA)

Capacidad: 2,399.3 m^3/día

Población: 12,000 habitantes

Caudal de diseño: 6 m^3/seg

Tiempo de diseño: 20 años.

Problemas que ha tenido: Exceso de lluvias y falta de mantenimiento.

Eficiencia: Excelente; 90% de remoción de residuos sólidos.

Tecnología de depuración: Lecho de secado y cloración.

Unidades de tratamiento: Desarenador, tanque RAFA, lecho de secado, caseta de cloración y salida.

Reactor Anaeróbico de Flujo Ascendente (RAFA)

Es un proceso de tanque simple, donde las aguas residuales entran en el reactor por el fondo, y fluyen hacia arriba donde una capa de lodo suspendida filtra las aguas residuales, tratándolas al ir atravesándola. La función principal de este reactor es disminuir la concentración de sólidos suspendidos y de la materia orgánica medida como DBO (Demanda bioquímica de oxigeno).

Filtro Anaeróbico de Flujo de Ascendente (FAFA)

Es de operación similar al RAFA, la diferencia básica es que el tanque es totalmente empacado, el lecho de contacto biológico es fijo (inmóvil). El material de empaque tiene alta porosidad. En el proceso FAFA se incorpora un tratamiento primario que elimine material suspendido del agua, para evitar obstrucciones del filtro.

SISTEMA DE LA PLANTA DE CABALLONA ANTES DE SER OBSOLETO

capacidad: tenía una capacidad de tratar un caudal medio de 2,000 m3/día.

población de diseño: población de 10,000 habitantes.

cuerpo receptor: esta planta descargaba en el arroyo manoguayabo perteneciente al río haina.

sectores beneficiados anteriormente: caballona y hato nuevo.

REHABILITACIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CABALLONA

Cambios de rejilla y reparación de desarenador.

Construcción de dos lagunas facultativas con filtro de roca.

Construcción caseta para operadores.

Construcción verja perimetral.

Nueva Población a beneficiar: 13,000 habitantes

Nuevo cuerpo receptor: Arroyo San Francisco

Nuevos Sectores beneficiados: Caballona, Hato nuevo y Centro correccional de menores.