Visita a la plan de tratamiento de tratamiento de aguas residuales de Totorilla




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fecha de publicación16.08.2016
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA
Asignatura: Practica de Química Analítica Cuantitativa

Alumnos:

  • Bautista Núñez Roly Iván

  • Perez Durand Monica

--------------------------------------------------------------------------------------------------Visita a la plan de tratamiento de tratamiento de aguas residuales de Totorilla
I.- OBJETIVOS:

  1. Tener conocimiento del proceso de tratamiento de agua residual de TOTORILLA.

  2. Determinación la aplicación de química analítica cuantitativa en el proceso del tratamiento

  3. Determinar la tecnología para el tratamiento de aguas residuales.

  4. Observar cuales son los impactos ambientales generados por las aguas residuales.


II. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TOTORILLA

El tratamiento de aguas residuales (o agua residual, doméstica o industrial, etc.) incorpora procesos físicos químicos y biológicos, los cuales tratan y remueven contaminantes físicos, químicos y biológicos introducidos por el uso humano cotidiano del agua.

Características de las aguas residuales

Sustancias químicas (composición)

Las aguas servidas están formadas por un 99% de agua y un 1% de sólidos en suspensión y solución. Estos sólidos pueden clasificarse en orgánicos e inorgánicos. Los sólidos inorgánicos están formados principalmente por nitrógeno, fósforo, cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y algunas sustancias tóxicas como arsénico, cianuro, cadmio, cromo, cobre, mercurio, plomo y zinc. Los sólidos orgánicos se pueden clasificar en nitrogenados y no nitrogenados. Los nitrogenados, es decir, los que contienen nitrógeno en su molécula, son proteínas, ureas, aminas y aminoácidos. Los no nitrogenados son principalmente celulosa, grasas y jabones. La concentración de orgánicos en el agua se determina a través de la DBO5, la cual mide material orgánico carbonáceo principalmente, mientras que la DBO20 mide material orgánico carbonáceo y nitrogenado DBO2.

Características bacteriológicas: Una de las razones más importantes para tratar las aguas residuales o servidas es la eliminación de todos los agentes patógenos de origen humano presentes en las excretas con el propósito de cortar el ciclo epidemiológico de transmisión. Estos son, entre otros:

Principales parámetros

Los parámetros característicos, mencionados en la Directiva, son:

  • Temperatura(un promedio de21ºC) no menor de 15 ni mayor de35ºC

  • pH(debe ser de 6,5 a 8,5)un pH mucho mas mayor que estos dado no seria apto para la población microbiana

  • Sólidos en suspensión totales (SST) o

  • Materia orgánica valorada como DQO y DBO (a veces TOC)

  • Nitrógeno total Kjeldahl (NTK)

  • Nitrógeno amoniacal y nitratos

También hay otros parámetros a tener en cuenta como fósforo total, nitritos, sulfuros, sólidos disueltos.

  1. Valor pH

El valor ph puede influir a todos los procesos de tratamiento. Valores bajos (pH< 5) así como altos (pH>8,2) tienen impactos negativos a los procesos biológicos de la planta de tratamiento esencialmente en los Filtros Percoladores y las Lagunas.

Altos o bajos valores pH en la entrada indican el ingreso de efluentes industriales al alcantarillado municipal.

El instrumento de medición pierde su graduación rápidamente, por eso hay que calibrar frecuentemente. Para la calibración véase el manual del Medidor de pH de banco o mesa.

Los puntos de muestreo son: 1, 2, 3 y 4, las mediciones deberán efectuarse tres veces al día 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 según la necesidad

  1. Contenido de oxígeno

El contenido de oxígeno es de gran importancia para la vida biológica en el agua y respectivamente en los elementos de tratamiento biológico. El contenido de oxígeno se determinará directamente en el flujo, preferiblemente en una zona turbulenta, p.e. detrás de las rejas o detrás del Aforador Parshall o en el canal después de los filtros percoladores y lagunas. Alternativamente se puede también analizar el grado de saturación con oxígeno en el agua.

  1. Turbiedad del agua

La turbiedad del agua se analizará en las diferentes unidades, ingreso a la

PTAS, lagunas de sedimentación así como en las lagunas de maduración para determinar la calidad del tratamiento. Alta turbiedad es decir poca transferencia combinado con el descenso del color verde indica problemas en el sistema de tratamiento como por ejemplo sobrecarga.Para la medición se empleará un turbidímetro portátil.

  1. DQO Demanda Química de Oxígeno) (mg/l)

Con el análisis del DQO se determina todo el material oxidable de una muestra incluyendo también del DBO5 y tiene que estar por esta razón siempre más bajo que el DQO. La relación DQO: DBO5 varía, dependiendo de la calidad de las aguas servidas entre 2:1 hasta 5:4. Una relación de 2:1 significa contaminaciones altas de materia no-biodegradable indicando afluentes industriales.

  1. Nitrógeno Amoniacal (NH4) (mg/l)

El parámetro Nitrógeno amoniacal es parte del ciclo metabolismo de nitrógeno. Nitrógeno amoniacal está presente en las aguas servidas crudas en altas concentraciones porque es un producto final del metabolismo humano. Durante el proceso de tratamiento el NH4 está nitrificado por bacterias nitrificantes vía un compuesto intermedio NO2 que es tóxico) al producto NO3 (Nitrito).

Nitrógeno amoniacal es un fertilizante para plantas acuáticas igual como terrestres.

La importancia de su reducción en el proceso de tratamiento debe depender de la destilación de las aguas servidas purificadas así como de los objetivos del tratamiento. Si las aguas son utilizadas sería preferible tener el Nitrógeno como Nitrógeno amoniacal.
Parámetros microbiológicos

  1. Coliformes totales

El organismo coliforme es empleado como organismo indicador, puesto que su presencia es más numerosa y más fácil de comprobar. Los coliformes indican la posible presencia de patógenos como bacterias, virus, protozoos y helmintos del origen del tracto intestinal humano. Para el uso de riego el análisis de los coliformes totales es recomendado.

  1. Coliformes fecales

Si la desinfección de las aguas residuales está previsto (por ejemplo en el caso que los efluentes serán descargados a un cuerpo receptor que servirá para bañarse) el análisis de los coliformes fecales es requerido por su relación con el patógeno Estreptococos fecal.

Para el análisis de los Coliformes fecales en NMP/100 ml están recomendados los métodos de la Estimación de las densidades de coliformes con la utilización de medios líquidos o sólidos
IV. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE TRATAMIENTO

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Principales Procesos De Tratamiento De Las Aguas Servidas.

El tratamiento de las aguas servidas es una combinación de operaciones físicas de procesos químicos y biológicos que remueven el material suspendido o disuelto de dichas aguas. La tecnología del tratamiento en mixto compuestos por filtros perculadores y lagunas de maduración.
a.- Tratamiento Primario (sección de rejas).

El tratamiento primario de las aguas servidas es un proceso mecánico, en este proceso las aguas reciben un tratamiento preliminar o físico; donde el tratamiento físico es mayor (80%) que el tratamiento biológico (20%), y la cantidad de caudal recibido esta comprendido entre 338L/s a 600L/s dependiendo al horario. Los materiales flotantes y pesados son removidos utilizando rejillas, desarenadores para la remoción de arena, sedimentación para la remoción de materiales sedimentables. El 45 – 65 % de los sólidos en suspensión se eliminan en este proceso, utilizando las operaciones de: filtración, sedimentación, flotación. También se puede dar la digestión parcial de la materia orgánica disuelta y lodos residuales si tiene un tiempo de retención largo.
b.- Tratamiento Secundario: se produce la biodegradación de la materia orgánica por medio de la combinación de procesos anaerobios y aerobios para que se generen las bacterias responsables de realizar la descomposición y asimilación de los nutrientes provenientes del agua residual y la reducción de la contaminación (medida como DBO y DQO).

c.- Tratamiento Terciario:

Diseñada esencialmente para eliminar toda la DBO, el nitrógeno y el fósforo. El tratamiento terciario proporciona agua potable pero es un proceso caro, en este tratamiento se añade cloro al agua para matar o inhibir cualquier microorganismo, y oxidar sustancias productoras de olor.

Entre las operaciones que se utilizan en el tratamiento terciario de aguas contaminadas están:

- Microfiltración

- Adsorción por carbón activado

- Intercambio iónico

- Osmosis inversa

- Electrodiálisis

- Remoción de nutrientes

- Cloración

- Ozonización.
ROCIADORES ROTATIVOS

d.- Lagunas de Oxidación:

Son construcciones poco profundas que normalmente recibe agua residual cruda y que la tratan con procesos de estabilización natural en condiciones climáticas adecuadas.

Una laguna de estabilización contiene algas y bacterias en suspensión. El oxigeno liberado por las algas a través del metabolismo fotosintético, es usado por las bacterias en la descomposición aeróbica de la materia orgánica. A la vez, los nutrientes y el dióxido de carbono producido por la actividad bacteriana son usados por las algas. La Construcción de estas lagunas es barata y su operación es simple y se puede lograr buena remoción de materia orgánica y microorganismos patógenos. La mayoría de estas lagunas se diseñan como un sistema continuo. TEBBUTT (1997). La combinación de la actividad bacterial aeróbica y anaeróbica, da origen al tipo de lagunas más comunes en el tratamiento de aguas residuales conocidas como laguna de estabilización facultativa. Es común que la laguna facultativa tenga una profundidad de 1 a 2 metros y tiempo de retención de 5 a 30 días. Cuanto mayor es el tiempo de retención hay una remoción considerable de bacterias por respiración endógena y por sedimentación. Las bacterias y el fitoplancton son presa de los ciliados, los rotíferos y los crustáceos, es posible remover del 70 al 85 % de DBO, aunque las algas en el efluente pueden afectar estos valores en forma significativa.

Entre el tratamiento primario y secundario de las aguas eliminan cerca del 90 % de los sólidos en suspensión y cerca del 90 % de la materia orgánica (90 % de la demanda bioquímica de oxígeno).

e.- Proceso de cloración:

El método de cloración es el más utilizado, pero como el cloro reacciona con la materia orgánica en las aguas de desecho y en el agua superficial produce pequeñas cantidades de hidrocarburos cancerígenos. Otros desinfectantes como el ozono, el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) y luz ultravioleta empiezan a ser empleados en algunos lugares, pero son más costosos que el de cloración.

El proceso más utilizado para la desinfección del agua es la cloración porque se puede aplicar a grandes cantidades de agua y es relativamente barato. El cloro proporciona al agua sabor desagradable en concentraciones mayores de 0.2 ppm aunque elimina otros sabores y olores desagradables que le proporcionan diferentes materiales que se encuentran en el agua.

Aunque el cloro elemental o en forma atómica se puede usar para la desinfección del agua, son más utilizados algunos de los compuestos de cloro como el ácido hipocloroso, el hipoclorito de sodio, el hipoclorito de calcio y el peróxido de cloro.

3.3.5 Filtros Percoladores

El concepto del filtro percolador nació del uso de los filtros de contacto, que eran estanques impermeables rellenos con piedra machacada. En su funcionamiento, el lecho de contacto se llenaba con el agua residual desde la parte superior y se dejaba que se pusiese en contacto con el medio durante un corto período de tiempo. El lecho se vaciaba a continuación y se le permitía que reposase antes de que se repitiese el ciclo. Un ciclo típico exigía 12 horas de las cuales había 6 horas de reposo. Las limitaciones del filtro de contacto incluyen una posibilidad relativamente alta de obturaciones, el prolongado período de tiempo de reposos necesario, y la carga relativamente baja que podía utilizarse.

En el filtro percolador el agua residual es roseada sobre la piedra y se deja que se filtre a través del lecho, este filtro consiste en un lecho formado por un medio sumamente permeable al que los microorganismos se adhieren y a través del cual se filtra el agua residual. El tamaño de las piedras de que consta el medio filtrante está entre 2.5 – 10cm de diámetro, la profundidad de estas varía de acuerdo al diseño particular, generalmente de 0.9 – 2.4m con un promedio de profundidad de 1.8m.

Ciertos filtros percoladores usan medios filtrantes plásticos con profundidades de 9 –

12m. Actualmente el lecho del filtro es circular y el residuo líquido se distribuye por encima del lecho mediante un distribuidor giratorio, antes el lecho era rectangular y el agua residual se distribuía mediante boquillas rociadoras fijas cada uno de los filtros posee un sistema de desagüe inferior el cual recoge el agua tratada y los sólidos biológicos que se han separado del medio, este sistema de desagüe es importante tanto como instalación de recogida como por su estructura porosa a través de la que el aire puede circular.

La materia orgánica que se halla presente en le agua residual es degradada por la población de microorganismos adherida al medio, esta materia es absorbida sobre una capa viscosa (película biológica), en cuyas capas externas es degradada por los microorganismos aerobios, a medida que los microorganismos crecen el espesor de la película aumenta y el oxígeno es consumido antes de que pueda penetrar todo el espesor de la película, por lo que se establece un medio ambiente anaerobio, cerca de la superficie del medio, conforme esto ocurre las materia orgánica absorbida es metabolizada antes de que pueda alcanzar los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante. Como resultado de no disponer de una fuente orgánica externa de carbón celular, los microorganismos situados cerca de la superficie del medio filtrante se hallan en la fase endógena de crecimiento, en la que pierden la capacidad de adherirse a la superficie del medio. En estas condiciones el líquido a su paso a través del medio filtrante arrastra la película y comienza el crecimiento de una nueva, esta pérdida de la película es función de la carga hidráulica y orgánica del filtro, donde la carga hidráulica origina las velocidades de arrastre y la orgánica influye en las velocidades del metabolismo de la película biológica, en base a estas cargas hidráulica y orgánica los filtros pueden dividirse en dos tipos: de baja y alta carga.

La comunidad biológica presente en un filtro se compone principalmente de protistas, incluyendo bacterias facultativas, aerobias y anaerobias, hongos, algas y protozoos.

Suelen también encontrarse algunos animales superiores como gusanos, larvas de insectos y caracoles.

Los microorganismos predominantes en el filtro percolador son las bacterias facultativas, las que con las bacterias anaerobias y aerobias, descomponen la materia orgánica del agua residual, los hongos son los causantes de la estabilización del agua residual, pero su contribución es importante solo a un pH bajo o con ciertas aguas residuales industriales, las algas crecen únicamente en las capas superiores del filtro a donde llega la luz solar, esta es la razón por la que las algas no toman parte directa en la degradación de residuos, pero durante el día añaden oxígeno al agua residual que se está filtrando, sin embargo, desde el punto de vista operacional las algas pueden causar el taponamiento de la superficie del filtro por lo que se consideran un estorbo. De los protozoos que se encuentran en el filtro los del grupo ciliata son los predominantes su función no es estabilizar el agua residual sino controlar la población bacteriana. Los animales superiores se alimentan de las capas biológicas del filtro, ayudando así a mantener la población bacteriana en estado de gran crecimiento o rápida utilización del alimento.

Las poblaciones individuales de la comunidad biológica sufrirán variaciones en toda la profundidad del filtro en función de los cambios en la carga orgánica hidráulica, composición del agua residual afluente, disponibilidad del aire, temperatura, pH y otros.

La instalación de sedimentación es muy importante en el proceso del filtro percolador, pues es necesaria para eliminar los sólidos suspendidos que se desprenden durante los períodos de descarga en los filtros, si se utiliza recirculación una parte de estos sólidos sedimentados podría ser reciclado y el resto debe desecharse, pero la recirculación de los sólidos sedimentados no es tan importante en este proceso, la mayoría de los microorganismos se adhieren al medio filtrante, la recirculación podría ayudar a la inoculación del filtro, sin embargo, los objetivos principales de ésta son disminuir las aguas residuales ya hacer que el efluente del filtro se ponga en contacto de nuevo con la población para el tratamiento adicional, la recirculación casi siempre forma parte de los sistemas de filtros percoladores de alta carga.

Otras veces es necesario eliminar selectivamente ciertos componentes, como el fósforo, para evitar la eutrofización del cauce donde irán las aguas; esto se consigue mediante la combinación de reactivos químicos y el paso de las aguas a través de filtros de arena, o incluso de carbón activo.  

El lagunaje. Este sistema consiste en la depuración biológica en estanques de estabilización. Una laguna de estabilización es un estanque excavado en la tierra que depura el agua residual que recoge; en él tienen lugar una serie de procesos:

  • El efecto estanque permite absorber las variaciones de caudal del agua residual que llega a la laguna.

  • Las partículas en suspensión sufren una sedimentación primaria.

  • Los residuos orgánicos son eliminados por oxidación bacteriana aerobia (en la superficie del estanque) y digestión anaerobia (en las capas de agua más profundas).

 

El proceso biológico, las lagunas que se clasifican en:
Lagunas facultativas

Dos unidades alargadas que remueven parte de la carga orgánica y coliformes.

Lagunas de maduración

Dos unidades alargadas que complementan la depuración de las aguas servidas.

Lagunas de maduración final

Complementa el tratamiento de las aguas provenientes de las lagunas facultativas y de maduración, las mismas que se vertirán al río Alameda.

Lechos de secado

Doce (12) unidades con material filtrante, para la deshidratación de lodos provenientes de los tanques Imhoff.

 

Lagunas aerobias

Los procesos que tienen lugar son la fotosíntesis y la respiración, llevados a cabo por algas verdes y bacterias aerobias. Para facilitar el proceso, los estanques son amplios y poco profundos. Al mismo tiempo, en estas lagunas tienen lugar procesos de desinfección por la acción de los rayos ultravioletas procedentes de la luz solar.  
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Lagunas anaerobias

La fermentación de la materia orgánica tiene lugar mediante la acción de las bacterias anaerobias, y produce gases como el metano y el ácido sulfhídrico. El estanque debe ser profundo y de pequeña superficie, carente de oxígeno, salvo en una delgada capa superficial, que evita la propagación de los malos olores.


 

Lagunas facultativas

En ellas se combinan las condiciones de digestión de las bacterias aerobias y anaerobias; suelen emplearse para depurar las aguas residuales que se han sometido a un pretratamiento.

    Filtros verdes

Consisten en plantaciones de especies de crecimiento rápido (como el chopo) que se alimentan con los nutrientes procedentes de las aguas residuales. Eliminan gran parte de la carga contaminante, pero los árboles no tienen actividad vegetativa durante todo el año. Además, necesitan una gran extensión de terreno.

    Lechos de turba

EI agua residual se conduce a unas balsas, en donde se filtra a través de turba, que retiene buena parte de la carga contaminante.

 



Productos finales de la depuración de aguas residuales: los biosólidos

 

El proceso de depuración de aguas residuales tiene como producto principal el agua depurada que se incorpora a los cauces, pero también conlleva la producción de gran cantidad de subproductos, especialmente los fangos ricos en materia orgánica que se producen en el tratamiento biológico y en las sucesivas decantaciones.

Los fangos o lodos de depuración contienen gran cantidad de humedad (superior a un 95%) y un alto contenido en materia orgánica biodegradable: el proceso más habitual consiste en su espesamiento y deshidratación, reduciendo su contenido en agua para hacerlos más manejables. También se tratan para reducir su contenido en materia orgánica fermentable, mediante procedimientos de digestión (tanto aerobia como anaerobia) o estabilización. En la práctica este proceso se realiza en los digestores de fango.
VI. CONCLUSIONES

  • El proceso de tratamiento de agua residual de TOTORILLA es factible tanto técnico como económico.

  • Las aguas residuales son residuos líquidos provenientes de tocadores, baños, regaderas o duchas, cocinas, etc; que son desechados a las alcantarillas, atarjeas o cloacas. En muchas áreas, las aguas residuales también incluyen algunas aguas sucias provenientes de industrias y comercios. La división del agua casera drenada en aguas grises y aguas negras es más común en el mundo desarrollado, el agua negra es la que procede de inodoros y orinales y el agua gris, procedente de piletas y bañeras.

  • Con relación a la cantidad de coliformes fecales que la dirección de salud de Ayacucho determino por encima de lo permisible cabe indicar que existe dentro del horizonte 2014, la implementación de una caseta de cloración permanente, lo que hace difícil que esto sea una realidad es el excesivo costo de operación y mantenimiento (Por el Insumo CLORO).

  • Cabe Indicar que técnicamente, la construcción de un filtro percolador es mucho mas sencilla y económica en comparación al Tanque Imhoff, lo que encarece la estructura es el tipo de equipo mecánico que requiere esta estructura (Rociador Rotativo), en cuanto al relleno cabe indicar que dicho material es propia de la zona (piedra pómez).

VII.- RECOMENDACIONES:

  • Las aguas servidas, es el producto del uso del agua potable en los domicilios, comercios, mercados, ya sea en el aseo personal, preparación de alimentos, lavado de ropa, limpieza, evacuación de desechos y otros. la empresa se debe dedicar a concientizar en el uso del agua manejo para evitar mucha contaminación que se produce ya sean metales u otros inorgánicos.

  • Se recomienda que para el suministro de los equipos importados se requiere la asesoria de personal especializado en cuando a su instalación y puesta en marcha.

  • Se recomienda a la EPSASA en base a la visita realizada realizar un análisis más somero de los problemas que se advierten para proponer la mejor alternativa de solución.

  • Se recomienda a la EPSASA, implementar de manera permanente el plan de monitoreo y capacitar permanentemente a los trabajadores.

  • Recomendamos: Realizar el pre tratamiento necesario a sus desagües no domésticos, instalar las rejillas, sedimentadores, atrapadores de grasa y trampas en sus lavaderos y servicio de desagüe.


VII.- BIBLIOGRAFIA


  • Libro de Consulta para Evaluación Ambiental (Volumen I; II y III). Trabajos Técnicos del Departamento de Medio Ambiente del Banco Mundial.

  • Walter Edwin Silva Rodríguez

  • GONZALES J. Seminario taller de aguas servidas. Ayacucho. EPSASA.

  • Fair, G.M., J.C. Geyer, y D.A. Okun. 1966. Water and Wastewater Engineering. 2 Volúmenes. Nueva York: John Wiley and Sons.

  • Feachem, R.G., D.D. Mara, y M.G. McGarry. 1977. Water. Wastes and Health in

  • Feachem, R.G. y otros. 1983. Sanitation and Disease: Health Effects of Excreta and Wastewater Management. Chishester, Reino Unido: John Wiley and Sons.

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