precipitación química del fósforo mediante la adición de sulfato de
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precipitación química del fósforo mediante la adición de sulfato de
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO INGENIERÍA QUÍMICA PRECIPITACIÓN QUÍMICA DEL FÓSFORO MEDIANTE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS MAURICIO JAVIER OYARZO VARGAS 2007 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO INGENIERÍA QUÍMICA PRECIPITACIÓN QUÍMICA DEL FÓSFORO MEDIANTE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS “Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para la obtención del título de Ingeniero en Ejecución Química, mención en Industria y Medioambiente” MAURICIO JAVIER OYARZO VARGAS PROFESOR GUIA: CLAUDIO GOMEZ FUENTES 2007 Agradecimientos a: Mi Madre, por ser el pilar fundamental en mi educación y en mi vida, gracias por darme la fuerza y el valor para conseguir un sueño. A las demás personas que siempre me apoyaron, muchas gracias… i RESÚMEN La eliminación del fósforo es un parámetro de importancia en la depuración de aguas residuales, esto se debe principalmente a su efecto nocivo en el medio ambiente, principalmente produciendo la eutrofización de masas de agua. El presente trabajo de tesis consistió en la generación de curvas de precipitación para el fósforo, mediante la adición de sulfato de aluminio en aguas residuales con distintos grados de tratamiento. Con respecto a la metodología y a los análisis realizados en laboratorio, se utilizaron muestras reales provenientes de distintos puntos de la planta de tratamiento de aguas residuales de Puerto Natales, estos son: Agua Bruta, Salida Pre Tratamiento, Licor Mezcla y Salida del Decantador Secundario. Para todas las muestras, se realizaron los siguientes análisis: pH, Sólidos Suspendidos Totales, Demanda Química de Oxígeno, Fósforo libre y Fósforo total, todos estos basados en la NCh 2313, y en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. En cuanto a los resultados, las curvas obtenidas de precipitación de fosforo, son parecidas en tendencia a las curvas de bibliografía, sin embargo se obtienen valores diferentes de fosforo sobrenadante versus dosis aplicadas, requiriéndose dosis mayores en aguas residuales reales, posiblemente por la existencia de compuestos que no precipitan o que consumen Al+3. Para todas las dosis aplicadas se obtuvieron altos rendimientos en la eliminación de materia orgánica y sólidos suspendidos. En cuanto a la eliminación de fósforo con adiciones superiores a 20 mg/L se cumple con la tabla N°4 del DS 90 para el efluente de un sistema biológico. Dosis inferiores ii a 35 mg/L, no cumplieron con los límites de fósforo de la tabla N°3 del citado decreto. Finalmente y debido a los altos rendimientos obtenidos, resulta interesante la evaluación de la precipitación con sulfato de aluminio como sistema único tratamiento en los casos que el sistema tradicional pueda ser poco recomendable. iii TABLA DE CONTENIDOS RESÚMEN _______________________________________________________________________ II TABLA DE CONTENIDOS____________________________________________________________ IV INDICE DE TABLAS ________________________________________________________________ VI INDICE DE FIGURAS ______________________________________________________________ VII CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. ____________________________________________________ 1 CAPÍTULO 2. OBJETIVOS. ________________________________________________________ 3 CAPÍTULO 3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA _____________________________________________ 4 3.1 CARACTERIZACIÓN TÍPICA DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS. ___________________ 5 3.1.1 Constituyentes orgánicos ________________________________________________ 5 3.1.2 Constituyentes inorgánicos ______________________________________________ 6 3.1.3 Contenido sólido de las aguas residuales ____________________________________ 8 3.1.4 Nutrientes____________________________________________________________ 9 3.1.5 Microorganismos ______________________________________________________ 9 3.2 SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES URBANAS. ____________________ 11 3.2.1 Tratamiento Primario y primario avanzado _________________________________ 12 3.2.2 Tratamiento Secundario. _______________________________________________ 13 3.2.3 Tratamiento Terciario. _________________________________________________ 15 3.3 GENERALIDADES DE LA PRECIPITACIÓN QUÍMICA ______________________________________ 17 3.3.1 PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN ____________________________________________ 17 3.3.2 Tamaño de las partículas en Suspensión. ___________________________________ 18 3.3.3 Afinidad de las Partículas Coloidales por el Agua_____________________________ 19 3.3.4 Carga Eléctrica y Doble Capa ____________________________________________ 19 3.3.5 Factores de Estabilidad e Inestabilidad ____________________________________ 20 3.3.6 COAGULACIÓN _______________________________________________________ 21 3.3.6.1 3.3.6.2 3.3.6.3 3.3.6.4 3.3.6.5 3.3.6.6 3.3.6.7 3.3.6.8 3.3.6.9 3.3.7 22 24 25 26 26 27 28 28 29 FLOCULACIÓN________________________________________________________ 30 3.3.7.1 3.3.7.2 3.3.7.3 3.3.7.4 3.3.8 Etapas o Fases de la Coagulación ____________________________________________ Tipos de Coagulación _____________________________________________________ Principios básicos en el uso de coagulantes____________________________________ Mecanismo de la Coagulación ______________________________________________ Compresión de la Doble Capa ______________________________________________ Absorción y Neutralización de Cargas ________________________________________ Agrupamiento de Partículas dentro de un Precipitado ___________________________ Adsorción y Puente ______________________________________________________ Zonas de coagulación ____________________________________________________ Objetivo de la Floculación _________________________________________________ Tipos de Floculación. _____________________________________________________ Parámetros de la Floculación _______________________________________________ Floculantes _____________________________________________________________ 30 32 32 33 Factores que Influyen en la Coagulación - Floculación. ________________________ 34 3.3.8.1 3.3.8.2 3.3.8.3 3.3.8.4 3.3.8.5 3.3.8.6 Influencia del pH. ________________________________________________________ Influencia de las Sales Disueltas_____________________________________________ Influencia de la Temperatura del Agua _______________________________________ Influencia de la Dosis del Coagulante ________________________________________ Influencia de Mezcla _____________________________________________________ Influencia de la Turbiedad _________________________________________________ 35 36 36 36 37 38 3.4 ANTECEDENTES BÁSICOS DEL FÓSFORO. _____________________________________ 3.4.1 Efectos del Fósforo sobre la salud ________________________________________ 3.4.2 Efectos Ambientales del Fósforo. _________________________________________ 3.4.3 Eutrofización. ________________________________________________________ 39 40 41 43 3.4.3.1 3.4.3.2 Principales Efectos de la Eutrofización. _______________________________________ 46 Factores que afectan el grado de Eutrofización. ________________________________ 47 iv 3.4.3.3 Medidas para evitar la Eutrofización. ________________________________________ 49 3.5 MÉTODOS DE ELIMINACIÓN DEL FÓSFORO EN AGUAS RESIDUALES. ________________ 3.5.1 El Fósforo en Aguas Residuales. __________________________________________ 3.5.2 Eliminación Biológica del Fósforo. ________________________________________ 3.5.3 Eliminación por precipitación química del fósforo ____________________________ CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA ____________________________________________________ 62 4.1 MUESTREO ______________________________________________________________ 4.1.1 Lugar Físico de Muestreo _______________________________________________ 4.1.2 Esquema Planta Tratamientos ___________________________________________ 4.1.3 Puntos de Muestreo ___________________________________________________ 4.1.4 Fechas de Muestreo ___________________________________________________ 4.1.5 Normativa de Muestreo ________________________________________________ 4.2 ENSAYOS DE LABORATORIO. ___________________________________________________ 4.2.1 Test de Jarras ________________________________________________________ 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.2 63 63 63 64 64 65 65 65 Características del Equipo _________________________________________________ 66 Metodología ocupada en el ensayo __________________________________________ 67 Procedimiento para el ensayo de jarras_______________________________________ 68 Análisis Químicos _____________________________________________________ 69 4.2.2.1 CAPÍTULO 5. 49 49 50 57 Normativa _____________________________________________________________ 70 DATOS OBTENIDOS _________________________________________________ 74 5.1 DATOS INICIALES, SIN APLICACIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO _____________________________ 74 5.1.1 pH. ________________________________________________________________ 74 5.1.2 Sólidos Suspendidos Totales (SST).________________________________________ 74 5.1.3 Demanda Química de Oxigeno (DQO). _____________________________________ 74 5.1.4 Fósforo Total (P total). _________________________________________________ 75 5.1.5 Fósforo Libre (P libre) ___________________________________________________ 75 5.2 ENSAYOS POSTERIORES A LA ADICÓN DE SULFATO DE ALUMINIO ___________________________ 76 5.2.1 Concentraciones de Sólidos Suspendidos Totales en los Cuatro Puntos de Muestreo después del test de jarras._____________________________________________________ 76 5.2.2 Concentración de la Demanda Química de Oxigeno en los Cuatro Puntos de Muestreo después del test de jarras._____________________________________________________ 78 5.2.3 Concentraciones de Fósforo Total en los Cuatro Puntos de Muestreo después del test de jarras. __________________________________________________________________ 79 5.2.4 Concentración de Fósforo Libre en los Cuatro Puntos de Muestreo después del test de jarras. 81 CAPÍTULO 6. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ______________________________________ 83 CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES ____________________________________________________ 91 CAPÍTULO 8. BIBLIOGRAFIA _____________________________________________________ 93 GLOSARIO ______________________________________________________________________ 1 ANEXO: RESULTADOS DE LABORATORIO _____________________________________________ 17 v INDICE DE TABLAS TABLA Nº 1. PARÁMETROS COMUNES EMPLEADOS EN LA CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES URBANAS. ___ TABLA Nº 2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES URBANAS. ____________ TABLA Nº 3. TIEMPOS DE DECANTACIÓN DE PARTÍCULAS. ______________________________________ TABLA Nº 4.CLASIFICACIÓN DEL AGUA, SEGÚN SU COMPORTAMIENTO EN LA COAGULACIÓN _______________ TABLA Nº 5. RANGOS DE PH PARA EL ALUMINIO Y EL HIERRO. ___________________________________ TABLA Nº 6. DOSIS OPTIMAS PARA EL ALUMINIO Y EL HIERRO. ___________________________________ TABLA Nº 7. PRINCIPALES PROCESOS BIOLÓGICOS EMPLEADOS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. _____ TABLA Nº 8. SISTEMAS BIOLÓGICOS UTILIZADOS EN LA ELIMINACIÓN DE NUTRIENTES (NITRÓGENO Y FOSFORO). __ TABLA Nº 9. TIPOS DE REACTIVOS QUÍMICOS EMPLEADOS EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL.__________ TABLA Nº 10. PRODUCTOS QUÍMICOS EMPLEADOS EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL ______________ TABLA Nº 11. LUGARES DE MUESTREO PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS _________________________ TABLA Nº 12. FECHAS DE REALIZACIÓN DE MUESTREO ________________________________________ TABLA Nº 13. CARACTERÍSTICAS EQUIPO TEST DE JARRAS _____________________________________ TABLA Nº 14. CONCENTRACIONES TÍPICAS PARA SOLUCIONES COAGULANTES _________________________ TABLA Nº 15. DOSIS DE COAGULANTE ADICIONADAS PARA ENSAYO DE JARRAS ________________________ TABLA Nº 16. DATOS PARA LA CONFECCIÓN DE CURVA DE CALIBRACIÓN DEL FÓSFORO ___________________ TABLA Nº 17. DATOS PARA LA CONFECCIÓN DE CURVA DE CALIBRACIÓN DEL DQO _____________________ TABLA Nº 18. DATOS PARA LOS VALORES DE PH ____________________________________________ TABLA Nº 19. DATOS PARA LOS VALORES DE SST. ___________________________________________ TABLA Nº 20. DATOS PARA LOS VALORES DE DQO.__________________________________________ TABLA Nº 21. DATOS PARA LOS VALORES DE P TOTAL. ________________________________________ TABLA Nº 22. DATOS INICIALES PARA LOS VALORES DE P LIBRE. __________________________________ TABLA Nº 23. CONCENTRACIONES DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES DESPUÉS DEL TEST DE JARRAS. ________ TABLA Nº 24. CONCENTRACIONES DE DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO DESPUÉS DEL TEST DE JARRAS. ________ TABLA Nº 25. CONCENTRACIONES DE FÓSFORO TOTAL DESPUÉS DEL TEST DE JARRAS. ___________________ TABLA Nº 26. CONCENTRACIONES DE FÓSFORO LIBRE DESPUÉS DEL TEST DE JARRAS. ____________________ TABLA Nº 27.DATOS INICIALES PARA EL AGUA BRUTA EN CADA UNA DE LAS MUESTRAS REALIZADAS. _________ TABLA Nº 28. COMPOSICIÓN TÍPICA DEL AGUA RESIDUAL DOMESTICA BRUTA. (METCALF Y EDDY, 1995) ______ TABLA Nº 29.COMPARACION DE RESULTADOS DE ANÁLISIS CON TABLAS DEL DS90._____________________ 10 11 18 29 35 37 51 54 60 61 64 64 66 67 68 71 73 74 74 75 75 75 76 78 79 81 83 84 85 vi INDICE DE FIGURAS FIG. N° 1.- DOBLE CAPA DE UNA PARTÍCULA COLOIDAL. _______________________________________ 20 FIG. N° 2.- ESTABILIDAD DE COLOIDES. __________________________________________________ 21 FIG. N° 3.- ANULACIÓN DE CARGAS ELÉCTRICAS. ___________________________________________ 22 FIG. N° 4.- PRIMERA Y SEGUNDA FASE DE LA COAGULACIÓN ____________________________________ 23 FIG. N° 5.- TERCERA Y CUARTA FASE DE LA COAGULACIÓN _____________________________________ 23 FIG. N°6.- COAGULACIÓN POR ADSORCIÓN _______________________________________________ 24 FIG. N° 7.- COAGULACIÓN POR BARRIDO _________________________________________________ 25 FIG. N° 8.- FUERZA DE ATRACCIÓN Y REPULSIÓN. ___________________________________________ 27 FIG. N° 9.- AGRUPAMIENTO DE PARTÍCULAS EN UN FLOC. _____________________________________ 28 FIG. N° 10.- ETAPAS EN LA ADICIÓN DE COAGULANTE. ________________________________________ 30 FIG. N° 11.- ESQUEMA DE UN FLOCULANTE. ______________________________________________ 31 FIG. Nº 12. ESTRUCTURA TÍPICA DEL GRUPO FOSFATO. _______________________________________ 40 FIG. Nº 13.- SISTEMA BIOLÓGICO AO___________________________________________________ 54 FIG. Nº 14.- SISTEMA BIOLÓGICO A2/O _________________________________________________ 55 FIG. Nº 15.- SISTEMA BIOLÓGICO BARDENPHO. ____________________________________________ 55 FIG. Nº 16.- SISTEMA BIOLÓGICO UCT. _________________________________________________ 56 FIG. Nº 17.- SISTEMA BIOLÓGICO UCT MODIFICADO. ________________________________________ 56 FIG. Nº 18.- SISTEMA BIOLÓGICO UCT VIP. ______________________________________________ 57 FIG. Nº 19.- DIAGRAMA DE FLUJO PRE PRECIPITACIÓN PARA LA ELIMINACIÓN DEL FÓSFORO. _______________ 58 FIG. Nº20.- DIAGRAMA DE FLUJO CO PRECIPITACIÓN PARA LA ELIMINACIÓN DEL FÓSFORO. ________________ 59 FIG. Nº 21.- DIAGRAMA DE FLUJO POST PRECIPITACIÓN PARA LA ELIMINACIÓN DEL FÓSFORO. ______________ 59 FIG. Nº 22.- DIAGRAMA DE FLUJO SIMPLIFICADO PLANTA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PUERTO NATALES. 63 FIG. Nº 23.- EQUIPO PARA EL ENSAYO DEL TEST DE JARRAS ____________________________________ 66 FIG. Nº 24.- CURVA CALIBRACIÓN FÓSFORO A 400 (NM) ______________________________________ 71 FIG. Nº 25.- CURVA CALIBRACIÓN FÓSFORO A 420 (NM) ______________________________________ 72 FIG. Nº 26.- CURVA CALIBRACIÓN FÓSFORO A 470 (NM) ______________________________________ 72 FIG. Nº 27.- CURVA CALIBRACIÓN DQO A 600 (NM) ________________________________________ 73 FIG. Nº 28.- CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO. ____________________________________________________________________ 77 FIG. Nº 29.- CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO EN EL LICOR MEZCLA. _____________________________________________________________ 77 FIG. Nº 30.- CONCENTRACIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO. ____________________________________________________________________ 78 FIG. Nº 31.- CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO EN LICOR MEZCLA. _______________________________________________________________ 79 FIG. Nº 32.- CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO. ____________________________________________________________________ 80 FIG. Nº 33.- CONCENTRACIÓN DE FÓSFORO TOTAL DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO EN LICOR MEZCLA. ______________________________________________________________________ 80 FIG. Nº 34.- CONCENTRACIÓN DE FÓSFORO LIBRE DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO. _______ 81 FIG. Nº 35.- CONCENTRACIÓN DE FÓSFORO LIBRE DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO EN LICOR MEZCLA. ______________________________________________________________________ 82 FIG. Nº 36.- CONCENTRACIÓN DE FÓSFORO LIBRE EN RELACIÓN A LA ADICIÓN DE AL2(SO)4._______________ 87 FIG. Nº 37.- CONCENTRACIÓN DE FÓSFORO LIBRE DESPUÉS DE LA ADICIÓN DE AL2(SO)4._________________ 87 FIG. Nº 38.- PORCENTAJE DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES EN AGUA BRUTA. ______________________ 88 vii INTRODUCCIÓN. CAPÍTULO 1. Los sistemas INTRODUCCIÓN. de tratamientos de aguas, se han desarrollado considerablemente a lo largo de las últimas décadas con el fin de remover contaminantes presentes en las aguas de desecho. Estos inicialmente se crearon con la finalidad de separar solamente los residuos sólidos de las Aguas Residuales, aunque con su desarrollo también se incluyeron otros procesos para la remoción de otros contaminantes, dividiéndose un proceso tradicional en tratamiento primario, secundario y terciario. El tratamiento de aguas residuales, incorpora procesos físicos, químicos y biológicos, siendo este último uno de los más utilizados para tratar tanto la materia orgánica como compuestos difíciles de depurar tales como el Nitrógeno y el Fósforo. Producto de la necesidad de eliminar nutrientes del agua, para evitar fenómenos de eutrofización, se implementaron procesos de precipitación Química, con sales metálicas y coagulantes de origen orgánico o polímeros para la eliminación de fósforo principalmente. La precipitación química en la región sólo se ha ocupado para la purificación del agua potable, y en ningún caso conocido, para el tratamiento de aguas residuales. En la precipitación química, la sal metálica más utilizada es el Sulfato de Aluminio. Este se utiliza debido al bajo costo que tiene frente a otras sales tales como el Cloruro Férrico o los polímeros y ha sido ampliamente utilizado en la eliminación de fósforo. Este trabajo estudia la precipitación de fósforo en aguas residuales reales mediante la adición de sulfato de aluminio. Este estudio tiene entre sus objetivos comparar las curvas teóricas de precipitación, generalmente 1 INTRODUCCIÓN. obtenidas con aguas residuales sintéticas, con aquellas obtenidas en condiciones reales, de forma de aportar datos para el diseño de futuras plantas que requieran incorporar la eliminación de fósforo. Adicionalmente se debe notar que en la actualidad no existen datos a nivel nacional ni mucho menos a nivel regional acerca de las dosis necesarias para la eliminación de fósforo en aguas residuales reales. 2 OBJETIVOS. CAPÍTULO 2. OBJETIVOS. Objetivo General: El objetivo general de este trabajo de tesis, es la precipitación química del fósforo para la eliminación de este compuesto, mediante la adición de sulfato de aluminio en plantas de tratamiento de aguas Objetivos Específicos: 1. Caracterizar el agua residual real en sus distintos grados del tratamiento. 2. Agregar distintas concentraciones de sulfato de aluminio como agente precipitante, en distintos puntos del tratamiento. 3. Determinar curvas de eliminación de contaminantes para: sólidos suspendidos totales, demanda química de oxigeno, fósforo libre y fósforo total. 4. Comparar los datos obtenidos en laboratorio con aguas residuales reales, versus los que se indican por bibliografía con aguas residuales sintéticas 3 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA CAPÍTULO 3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Agua residual es el término genérico utilizado para designar el residuo líquido recogido mediante la red de alcantarillado para su envío a una planta de depuración. Existen definiciones más específicas que distinguen entre los diferentes tipos de agua residual, las que se presentan en la bibliografía, y vienen definidas generalmente en función de su origen. De esta manera, se consideran Aguas Residuales Domésticas (ARD), las aguas provenientes de las zonas habitacionales y que son generadas principalmente por el metabolismo humano y por las actividades comerciales o domésticas de limpieza y alimentación. Las Aguas Residuales Urbanas (ARU) son generadas cuando, dentro de la misma red de alcantarillado que transporta las aguas residuales domésticas, se vierten aguas residuales de origen industrial. El agua residual de origen industrial proviene de las instalaciones de manufacturado y elaboración de alimentos. Asimismo, las aguas residuales urbanas pueden contener agua de escorrentía que accede a la red de alcantarillado a través de los pozos de registro y agua subterránea que se infiltra en la red a través de uniones deterioradas o de grietas en los conductos que transportan dichas aguas. La presente revisión bibliográfica se divide en dos partes principales, la primera consiste en la caracterización típica de las Aguas Residuales Urbanas y en los sistemas de depuración de estas, con sus respectivos ítems, y una segunda parte correspondiente a los métodos de eliminación de nutrientes, específicamente el fósforo. 4 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1 CARACTERIZACIÓN TÍPICA DE LAS AGUAS RESIDUALES URBANAS. La composición de un agua residual urbana, muestra con frecuencia un amplio margen de variación entre diferentes poblaciones ya que, además de las influencias de origen industrial, comercial y pluvial, los usos públicos del agua varían en función de la naturaleza de la población residente. Por lo tanto, la composición de un agua residual urbana se define por las cantidades reales de sus componentes físicos, químicos y biológicos. En términos generales, la mayor parte de los componentes presentes en un agua residual urbana son materia orgánica, nutrientes, metales, materia inorgánica y microorganismos. Una considerable parte de estos componentes se encuentra en forma particulada. 3.1.1 CONSTITUYENTES ORGÁNICOS Los compuestos orgánicos están formados normalmente por combinaciones de carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en determinados casos, de nitrógeno. La composición del residuo orgánico de un agua residual depende de su naturaleza y origen, no obstante se puede afirmar que típicamente el material orgánico de un agua residual está compuesto por proteínas (40-60 %), hidratos de carbono (25-50%), grasas y aceites (10%) Otro compuesto orgánico con importante presencia en las aguas residuales urbanas es la urea, principal constituyente de la orina. Sin embargo, debido a su velocidad de descomposición, la urea raramente está presente en aguas residuales que no sean muy recientes (Metcalf y Eddy, 1995). Las más importantes consecuencias de la contaminación orgánica se ven reflejadas en sus efectos sobre la concentración de oxígeno disuelto (OD) en las aguas receptoras. Cuando la velocidad de consumo de oxígeno excede 5 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA la velocidad de aireación atmosférica del agua, la concentración de oxígeno cae hasta provocar la muerte de algunas especies acuáticas que serán remplazadas por otras cuyos requerimientos de oxígeno sean menores (Abel, 1996). Los ensayos más empleados mundialmente para la determinación del contenido orgánico de las aguas residuales en concentraciones mayores de 1mg/l, son los siguientes: 1) demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), 2) demanda química de oxígeno (DQO), y 3) carbono orgánico total (COT). 3.1.2 CONSTITUYENTES INORGÁNICOS Las concentraciones de los diferentes constituyentes inorgánicos pueden afectar mucho a los usos del agua, por ello conviene examinar la naturaleza de algunos de ellos, especialmente aquellos que han sido incorporados al agua superficial durante su ciclo de uso. Dentro de la materia inorgánica de un agua residual sin tratar, el contenido de sustancias minerales disueltas viene determinado por el contenido correspondiente del agua de abastecimiento público y por el aumento producido durante la utilización del agua para usos domésticos (Mujeriego, 1990). Dentro de los componentes inorgánicos que tienen más importancia para el control de la calidad de las aguas residuales se mencionan los siguientes: pH: La concentración del ion hidrógeno es un parámetro de gran importancia tanto para el caso de aguas naturales como residuales. Para la adecuada proliferación y desarrollo de la mayor parte de la vida biológica existe un intervalo idóneo que es bastante estrecho y crítico. El agua residual con concentraciones inadecuadas de pH presenta dificultades de tratamiento con procesos biológicos, y el 6 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA efluente puede modificar la concentración del ion hidrógeno en las aguas naturales. Cloruros: Otro parámetro de calidad importante es la concentración de cloruros, las heces humanas, por ejemplo, suponen unos 6 g de cloruros por persona al día. En lugares donde la dureza del agua es elevada, los compuestos utilizados para reducir la dureza también son fuentes importantes de cloruros. La infiltración de agua subterránea en las alcantarillas constituye también una considerable fuente de cloruros y sulfatos. Azufre. El ion sulfato se encuentra de forma natural en las aguas residuales. Para la síntesis de proteínas es necesario disponer de azufre, elemento que posteriormente será liberado en el proceso de degradación de las mismas. Los sulfatos se reducen químicamente a sulfuros y a sulfuros de hidrógeno (H2S) bajo la acción bacteriana en condiciones anaerobias. Compuestos tóxicos. Dentro de estos se encuentran pesticidas, insecticidas y metales pesados comúnmente usados en agricultura e industria. El cobre, el plomo, la plata, el cromo, el arsénico y el boro son tóxicos en mayor o menor grado para los microorganismos. Por ejemplo, el cobre es tóxico a concentraciones de 100 mg/l en los digestores de fango, y el níquel y el cromo lo son al alcanzar valores de 500 mg/l (Metcalf y Eddy, 1995). Alcalinidad. La alcalinidad de un agua residual está provocada por la presencia de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos como el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio o el amoniaco. De entre ellos los más comunes son el bicarbonato de calcio y el 7 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA bicarbonato de magnesio. La alcalinidad ayuda a regular los cambios de pH producidos por la adición de ácidos. Gases. Los gases que con mayor frecuencia se encuentran en las aguas residuales brutas son el nitrógeno (N2), el oxígeno (O2), el dióxido de carbono (CO2), el sulfuro de hidrógeno (H2S), el amoníaco (NH3) y el metano (CH4). Los tres primeros gases son de común presencia en la atmósfera y se encuentran en todas las aguas en contacto con la misma. Los tres últimos proceden de la descomposición de la materia orgánica. 3.1.3 CONTENIDO SÓLIDO DE LAS AGUAS RESIDUALES Los componentes orgánicos e inorgánicos están presentes en el agua residual en forma soluble e insoluble. En la bibliografía se definen principalmente tres tipos de sólidos: la materia en suspensión, la materia disuelta total y la materia en suspensión volátil. A la suma de materia en suspensión y materia disuelta total se le conoce como sólidos totales (ST). El límite entre los sólidos suspendidos y los sólidos disueltos se determina basándose en el tamaño de las partículas que les constituyen. De manera específica, la bibliografía menciona los siguientes cuatro tipos de fracciones de sólidos basándose en el tamaño de sus partículas: sedimentables (> de 100µm), supra coloidales (1-100µm), coloidales (1nm1µm) y solubles (< 1nm), (Horan, 1991). Usando este sistema de clasificación, se observa que los sólidos solubles en el agua residual comprenden gran parte del material inorgánico, mientras que el material suspendido es predominantemente orgánico. Los sólidos suspendidos llegan a representar más del 60% de la DBO de un agua residual. 8 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.1.4 NUTRIENTES Los nutrientes como el nitrógeno y el fósforo son, en la mayoría de los casos, los principales elementos nutritivos. Son esenciales para el crecimiento de microorganismos y plantas, razón por la cual también reciben el nombre de bio estimuladores. Debido a lo anterior, cuando el contenido de nutrientes es insuficiente para realizar las funciones metabólicas básicas de los microorganismos, es necesario añadirlos. Por el contrario, cuando se requiere el control de algas en la masa de agua receptora para preservar los usos a los que se destina, puede ser necesaria la eliminación o reducción del nitrógeno y del fósforo. 3.1.5 MICROORGANISMOS Los organismos que integran el ecosistema del agua residual urbana son principalmente: virus, bacterias, hongos, protozoarios y nematodos. El principal objetivo que tiene el examen biológico de un agua residual es determinar la presencia de microorganismos patógenos que representen un peligro para la salud humana. Los microorganismos patógenos encontrados rutinariamente en un agua residual urbana pueden proceder de desechos humanos que estén infectados y sean portadores de enfermedades intestinales como la fiebre tifoidea, la disentería, la diarrea y el cólera. Los organismos patógenos se presentan en las aguas residuales en cantidades muy pequeñas y, además, resultan difíciles de aislar e identificar. Por ello se emplean los Coliformes fecales como organismos indicadores, puesto que su presencia es más numerosa y fácil de comprobar. Las bacterias Coliformes incluyen los géneros Escherichia y Aerobacter y, aparte de otras clases de bacterias, cada ser humano evacua de 100,000 a 9 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 400,000 millones de organismos Coliformes al día. Podemos mencionar a otros géneros de bacterias que se pueden encontrar en el agua residual bruta como Salmonella, Shigella y Vibrio cholerae. Entre los virus más comúnmente encontrados en el agua residual están los siguientes géneros: Adenovirus, Enterovirus y el virus de la Hepatitis A. Por otro lado, podemos mencionar a Crystosporidium, Entamoeba histolytica y Giardia lamblia como los agentes infecciosos más comunes entre los protozoarios. Tabla Nº 1. Parámetros comunes empleados en la caracterización de aguas residuales urbanas. Característica Parámetro Sólidos totales (ST), mg/l Físico Suspendidos volátiles Temperatura, ºC Turbiedad, NTU (a) Materia orgánica, mg O2/l Demanda Bioquímica de Oxigeno, DBO5 Demanda Química de Oxigeno, DQO pH Alcalinidad, mg CaCO3/l Nitrógeno, mg N/l Químico Orgánico Amoniacal, (NH3-N, NH4+-N) Nitritos, (NO --N) Nitratos, (NO3 -N) 2 Fósforo, mg P/l Orgánico Reactivo Soluble, (PO4-3 -P) Organismos Patógenos Biológico Coliformes, numero/100 ml Virus, ufc/100 ml (b) (a) , unidades nefelométricas de turbiedad (b) , unidades formadoras de colonias. 10 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.2 SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES URBANAS. El tratamiento de aguas residuales urbanas incorpora procesos físicos, químicos y biológicos los cuales tratan y remueven contaminantes producidos por la actividad diaria del hombre en el uso cotidiano del agua. El objetivo del tratamiento es producir agua residual limpia con el propósito de ser reutilizada o de ser descargada a cuerpos de aguas sin afectar el medioambiente. Como ya se dijo, las aguas residuales urbanas son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales. Las aguas residuales pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual se generan o también, recogidas y llevadas mediante una red de alcantarillado hasta una planta de tratamiento de agua. En la actualidad la clasificación que se puede dar a los procesos de depuración de aguas residuales urbanas es: Tabla Nº 2. Clasificación de los sistemas de depuración de aguas residuales urbanas. Nivel de Tratamiento Pre Tratamiento Descripción del proceso Remoción de materia flotante de gran tamaño. Primario Remoción de una porción de sólidos suspendidos y materia orgánica. Primario Avanzado Remoción de sólidos suspendidos y materia orgánica generalmente adicionando químicos o por filtración. Secundario Remoción de materia orgánica biodegradable y de sólidos suspendidos. Proceso de desinfección son típicamente incluidos en esta definición. Secundario con remoción de Nutrientes Remoción de materia orgánica biodegradable, sólidos suspendidos y nutrientes (nitrógeno y fósforo). Terciario Remoción de sólidos suspendidos residuales (después del tratamiento secundario) usando filtración granular media y de micro mallas. La desinfección es un proceso típico que forma parte del tratamiento terciario. Remoción de nutrientes se llega a incluir en esta definición. Avanzado Remoción de material suspendido y disuelto que permanece después de un tratamiento normal biológico, cuando se requiere para diversas aplicaciones de reutilización de agua. 11 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Sin embargo los tratamientos típicamente conocidos son: Tratamiento primario. Tratamiento secundario. Tratamiento terciario. 3.2.1 TRATAMIENTO PRIMARIO Y PRIMARIO AVANZADO El tratamiento primario se ocupa principalmente en la reducción de aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos. Este tipo de tratamiento se maneja de forma mecánica. Alguna de las principales partes del tratamiento primario son las siguientes: Remoción de Sólidos: En el tratamiento mecánico, el afluente es filtrado en cámaras de rejas para remover todos los objetos grandes que son depositados en el sistema de alcantarillado, tales como, trapos, maderas, latas, frutas, papel higiénico, etc. En la remoción de estos sólidos, se usa más comúnmente, una pantalla rastrillada automatizada mecánicamente. Este tipo de basura es removida debido a que puede dañar equipos más sensibles en la planta de tratamiento de aguas residuales, además los tratamientos biológicos no están diseñados para tratar sólidos. Remoción de arena: Esta etapa incluye un canal de desarenado donde la velocidad de las aguas residuales es cuidadosamente controlada para permitir que las arenas sedimenten de forma natural. La arena y las piedras necesitan ser quitadas a tiempo en el proceso con el fin de prevenir daño en las bombas y otros equipos en las etapas restantes del tratamiento. 12 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Sedimentación: Muchas plantas tienen una etapa de sedimentación donde el agua residual se pasa a través de grandes estanques circulares o rectangulares. Estos estanques son comúnmente llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios. El propósito generalmente principal un del líquido tratamiento homogéneo primario capaz de es ser producir tratado biológicamente y de un lodo que puede ser tratado separadamente. 3.2.2 TRATAMIENTO SECUNDARIO. El tratamiento secundario es designado para degradar el contenido orgánico de las aguas residuales que se derivan de los desechos humanos, basura de comida, jabones y detergentes. La mayoría de las plantas municipales e industriales trata las aguas residuales usando procesos biológicos aeróbicos. Para que sea efectivo el proceso biótico, requiere oxígeno y un substrato en el cual vivir. En todos estos métodos, las bacterias y los protozoarios consumen contaminantes orgánicos solubles biodegradables (por ejemplo: azúcares, grasas, moléculas de carbón orgánico, etc.) y unen muchas de las pocas fracciones solubles en partículas llamadas flóculos. Los sistemas de tratamiento secundario son clasificados como de película fija o de crecimiento suspendido. En los sistemas fijos de película (como los filtros de roca) la biomasa crece en un medio sólido y el agua residual pasa a través de él. En el sistema de crecimiento suspendido (como lodos activados) la biomasa está bien combinada con las aguas residuales. Típicamente, los sistemas fijos de película requieren espacios más pequeños que para un sistema suspendido equivalente del crecimiento, sin embargo, los sistemas de crecimiento 13 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA suspendido son más capaces de recibir gran carga orgánica y a su vez generan cantidades más altas de retiro para de la DBO y los sólidos suspendidos que sistemas fijados de película. Algunos de los principales sistemas del tratamiento secundario son los siguientes: Filtros de desbaste o biofiltros: Los filtros de desbaste son utilizados para tratar particularmente cargas orgánicas fuertes o variables, típicamente industriales, para permitirles ser tratados por procesos de tratamiento secundario. Son filtros típicamente altos, filtros circulares llenados con un filtro abierto sintético en el cual las aguas residuales son aplicadas en una cantidad relativamente alta. El diseño de los filtros permite una alta descarga hidráulica y un alto flujo de aire. En instalaciones más grandes, el aire es forzado a través del medio usando sopladores. El líquido resultante está usualmente con el rango normal para los procesos convencionales de tratamiento. Lodos activados: Las plantas de lodos activados usan una variedad de mecanismos y procesos para proporcionar oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica. También pueden atrapar partículas de material y pueden, bajo condiciones ideales, convertir amoniaco en nitrito y nitrato, y en última instancia a gas nitrógeno. Sedimentación secundaria: El paso final de la etapa secundaria del tratamiento es retirar los flóculos biológicos y producir agua tratada con bajos niveles de materia orgánica y materia suspendida. 14 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.2.3 TRATAMIENTO TERCIARIO. El tratamiento terciario proporciona una etapa final para aumentar la calidad del efluente al estándar requerido antes de que éste sea descargado al ambiente receptor (mar, río, lago, campo, etc.) Más de un proceso terciario del tratamiento puede ser usado en una planta de tratamiento. Algunas de las alternativas más importantes en el tratamiento terciario son: Filtración: Los sistemas de filtración pueden ir desde la utilización de carbón activado hasta la utilización de micro membranas o por medio de osmosis inversa. Estos métodos de filtración retiran en gran parte y de forma eficiente sólidos que pueden haber quedado después del tratamiento secundario. Remoción de nutrientes: Las aguas residuales también pueden contener altos niveles de nutrientes (nitrógeno y fósforo) que en ciertas formas pueden ser tóxicos para peces e invertebrados debido a que altas cantidades de estos producen lo que se llama Eutrofización. El retiro del nitrógeno o del fósforo de las aguas residuales se puede alcanzar mediante la precipitación química o por acción biológica. La remoción del nitrógeno se efectúa con la oxidación biológica del nitrógeno del amoníaco a nitrato (nitrificación que implica bacterias de los géneros, Nitrobacter y Nitrosomonas), y posteriormente mediante la reducción el nitrato es convertido al gas del nitrógeno (desnitrificación), que se lanza a la atmósfera. Estas conversiones requieren condiciones cuidadosamente controladas para permitir la formación adecuada de comunidades biológicas. Los filtros de arena, las lagunas y las camas de lámina se pueden utilizar para reducir el nitrógeno. 15 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA El retiro del fósforo se puede efectuar biológicamente en un proceso llamado retiro biológico realzado del fósforo. En este proceso específicamente bacteriano, cuando la biomasa enriquecida se separa del agua tratada, los bio sólidos bacterianos tienen un alto valor fertilizante. El retiro del fósforo se puede alcanzar también, por la precipitación química con las sales del hierro (por ejemplo: cloruro férrico) o del aluminio (por ejemplo: alumbre). El lodo químico que resulta, sin embargo, es difícil de operar, pero en comparación del retiro biológico la precipitación química es más práctica. Desinfección: El propósito de la desinfección en el tratamiento de las aguas residuales es reducir sustancialmente el número de organismos vivos en el agua que se descargará nuevamente dentro del ambiente. La efectividad de la desinfección depende de la calidad del agua que es tratada (por ejemplo: turbiedad, pH, etc.), del tipo de desinfección que es utilizada, además de la dosis de desinfectante (concentración y tiempo), y de otras variables ambientales. El agua turbia será tratada con menor éxito puesto que la materia sólida puede blindar organismos, especialmente de la luz ultravioleta y principalmente si los tiempos del contacto son bajos. Generalmente, tiempos de contacto cortos, dosis bajas y altos flujos influyen en contra de una desinfección eficaz. Los métodos comunes de desinfección incluyen el ozono, el cloro y la luz ultravioleta (UV). Dentro de la desinfección, el método más usado es el de la cloración del efluente que sale de la planta de tratamiento, principalmente debido al bajo costo que éste tiene y al nivel de eficacia que presenta, sin embargo el cloro al contacto con material orgánico puede producir compuestos organoclorados que son muy peligrosos. 16 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.3 GENERALIDADES DE LA PRECIPITACIÓN QUÍMICA La precipitación química en el tratamiento de las aguas residuales lleva consigo la adición de productos químicos con la finalidad de alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en suspensión, y de facilitar su eliminación por sedimentación. En algunos casos, la alteración es pequeña, y la eliminación se logra al quedar atrapado dentro de un precipitado voluminoso constituido, principalmente, por el propio coagulante. Otra consecuencia directa de la adición de químicos es el incremento neto en los constituyentes disueltos del agua residual. Los procesos químicos, junto con algunas de las operaciones físicas unitarias, se han desarrollado para proporcionar un tratamiento secundario completo a las aguas residuales no tratadas, incluyendo la eliminación del nitrógeno, del fósforo, o de ambos a la vez. También se han desarrollado otros procesos químicos para la eliminación del fósforo por precipitación química, y están pensados para su utilización en combinación con procesos de tratamiento biológico. En el pasado, la precipitación química se empleaba para mejorar el grado de eliminación de sólidos en suspensión y de la DBO en los siguientes casos: (1) cuando se producían variaciones estacionales en la concentración de agua residual; (2) cuando se requería un tratamiento intermedio y (3) como ayuda en el proceso de sedimentación, (Metcalf y Eddy, 1995). 3.3.1 PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN Las partículas en suspensión de una fuente de agua superficial provienen de la erosión de suelos, de la disolución de sustancias minerales y de la descomposición de sustancias orgánicas. A este aporte natural se debe adicionar las descargas de desagües domésticos, industriales y agrícolas. En general la turbiedad del agua es causada por las partículas de materias 17 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA inorgánicas (arcillas, partículas de lodo), en tanto que el color está formado por las partículas de materias orgánicas e hidróxidos de metal como por ejemplo de hierro. 3.3.2 TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN. Las partículas se clasifican de acuerdo a su tamaño; así las partículas con diámetro inferior a 1 micrómetro (µm) que corresponden a partículas de materias orgánicas o inorgánicas, se depositan muy lentamente. La tabla N° 3, indica los tiempos de decantación de las diferentes partículas en función de: sus dimensiones; densidad y de la temperatura del agua. Tabla Nº 3. Tiempos de decantación de partículas. Tipo de Partículas Grava Arena Gruesa Arena Fina Lodo Fino Bacterias Coloides Diámetro (mm) 10 1.0 0.1 0.01 0.001 0.0001 Tiempo de Caída Densidad 2.65 0.013 seg 1.266 seg 126.66 seg 3.52 hrs 14.65 d 4.12 a Densidad 1.1 0.2 seg 20.9 seg 34.83 min 58 hrs 249.1 d 66.59 d Se observa fácilmente que a la misma densidad, las partículas más pequeñas tienen un tiempo de duración de caída más grande, esto imposibilita la decantación sin la adición de un factor externo. Los Coloides son suspensiones estables, por lo que es imposible su sedimentación natural, son sustancias responsables de la turbiedad y del color del agua. Los sistemas coloidales presentan una superficie de contacto inmensa entre la fase sólida y la fase líquida, por ejemplo 1 cubo de 1 cm3, tiene una superficie total de 6 cm2; si está dividido en pequeños cubos elementales, la superficie total de todos aquellos es mucho más grande. 18 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.3.3 AFINIDAD DE LAS PARTÍCULAS COLOIDALES POR EL AGUA Las partículas coloidales se caracterizan por ser hidrofílicos (tienen afinidad por el agua) e hidrófobos (es decir que rechazan al agua), los primeros se dispersan espontáneamente dentro del agua y son rodeados de moléculas de agua que previenen todo contacto posterior entre estas partículas; las partículas hidrofóbicas no son rodeados de moléculas de agua, su dispersión dentro del agua no es espontáneo por lo que requiere de la ayuda de medios químicos y físicos. Las partículas hidrófobas son en general partículas de materias inorgánicas mientras que las hidrofílicas son materias orgánicas; en realidad solo una fracción de las partículas son exclusivamente hidrofílicas o hidrofóbicas; se obtienen más bien partículas hidratadas a los diferentes grados. La carga eléctrica y la capa de agua que rodean las partículas hidrófilas tienden a desplazar las partículas unas de otras y, en consecuencia los estabiliza entro de la solución. 3.3.4 CARGA ELÉCTRICA Y DOBLE CAPA Dentro del Agua Superficial, las partículas coloidales, son las causantes de la turbiedad y del color por lo que el tratamiento del agua está orientado a la remoción de estas partículas; estas poseen normalmente una carga eléctrica negativa situada sobre su superficie. Estas cargas llamadas cargas primarias, atraen los iones positivos del agua, los cuales se adhieren fuertemente a las partículas y atraen a su alrededor iones negativos acompañados de una débil cantidad de iones positivos. 19 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Fig. N° 1.- Doble capa de una partícula Coloidal. Los iones que se adhieren fuertemente a la partícula y se desplazan con ella, forman la capa adherida o comprimida, mientras que los iones que se adhieren débilmente constituyen la capa difusa, por lo tanto hay un gradiente o potencial electrostático entre la superficie de la partícula y la solución, llamado Potencial Zeta. 3.3.5 FACTORES DE ESTABILIDAD E INESTABILIDAD Las partículas coloidales están sometidas a dos grandes de fuerzas: Fuerzas de atracción de Van der Waals: Ea (factores de Inestabilidad); son fuerzas de atracción producidas por el movimiento continuo de las partículas. Fuerzas de repulsión electrostáticas: Eb (factor de estabilidad); son fuerzas que impiden la aglomeración de las partículas cuando estas se acercan unas a otras; por ejemplo 2 partículas de igual signo no se pueden aproximar, estas se rechazan. 20 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Fig. N° 2.- Estabilidad de Coloides. El equilibrio de una suspensión coloidal dependen de la fuerza resultante entre la fuerza de atracción y la fuerza de repulsión es igual a Er: Er = Ea + Eb 3.3.6 COAGULACIÓN El objetivo principal de la coagulación es desestabilizar las partículas coloidales que se encuentran en suspensión, para favorecer su aglomeración; en consecuencia se eliminan las materias en suspensión estables; la coagulación no sólo elimina la turbiedad sino también la concentración de las materias orgánicas y los microorganismos. La coagulación es un proceso de desestabilización química de las partículas coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen separados, por medio de la adición de los coagulantes químicos y la aplicación de la energía de mezclado. En la siguiente figura se muestra como las sustancias químicas anulan las cargas eléctricas de la superficie del coloide permitiendo que las partículas coloidales se aglomeren formando flóculos. 21 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Fig. N° 3.- Anulación de Cargas Eléctricas. La coagulación es el tratamiento más eficaz pero también es el que representa un gasto elevado cuando no está bien realizado. Es igualmente un método universal porque elimina una gran cantidad de sustancias de diversa naturaleza y peso. El proceso de coagulación mal realizado también puede conducir a una degradación rápida de la calidad del agua y representa gastos de operación no justificados. Por lo tanto se considera que la dosis del coagulante condiciona el funcionamiento de las unidades de decantación y que es imposible de realizar una clarificación, si la cantidad de coagulante está mal ajustada. La adición de un coagulante neutraliza las cargas, produciendo el colapso de la "nube de iones" que rodean los coloides de modo que puedan aglomerarse, esta forma de aglomeración es llamada floculación. 3.3.6.1 Etapas o Fases de la Coagulación El proceso de coagulación se desarrolla en un tiempo muy corto (casi instantáneo), en el que se presenta las siguientes etapas. Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas en suspensión. Formación de Compuestos químicos poliméricos. Adsorción de cadenas poliméricas por los coloides. 22 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Adsorción mutua de coloides. Acción de barrido. Fig. N° 4.- Primera y Segunda fase de la coagulación Fig. N° 5.- Tercera y cuarta fase de la coagulación 23 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.3.6.2 Tipos de Coagulación Se presentan dos tipos básicos de coagulación: Por Adsorción y Por Barrido. 1. Coagulación Por Adsorción: Se presenta cuando el agua presenta una alta concentración de partículas al estado coloidal; cuando el coagulante es adicionado al agua turbia los productos solubles de los coagulantes son absorbidos por los coloides y forman los flóculos en forma casi instantánea. Fig. N°6.- Coagulación por adsorción 2. Coagulación por Barrido.- Este tipo de coagulación se presenta cuando el agua es clara (presenta baja turbiedad) y la cantidad de partículas coloides es pequeña; en este caso las partículas son entrampadas al producirse una sobresaturación de precipitado de sulfato de aluminio o cloruro férrico. 24 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Fig. N° 7.- Coagulación por barrido 3.3.6.3 Principios básicos en el uso de coagulantes La turbiedad y el color del agua son principalmente causados por partículas muy pequeñas, llamadas partículas coloidales. Estas partículas permanecen en suspensión en el agua por tiempo prolongado y pueden atravesar un medio filtrante muy fino. Por otro lado aunque su concentración es muy estable, no presentan la tendencia de aproximarse unas a otras. Para eliminar estas partículas se recurre a los procesos de coagulación y floculación, la coagulación tiene por objeto desestabilizar las partículas en suspensión es decir facilitar su aglomeración. En la práctica este procedimiento es caracterizado por la inyección y dispersión rápida de productos químicos. La floculación tiene por objetivo favorecer con la ayuda de la mezcla lenta el contacto entre las partículas desestabilizadas. Estas partículas se aglutinan para formar un floc que pueda ser fácilmente eliminado por los procedimientos de decantación y filtración. Es muy importante que los procedimientos de coagulación y floculación sean utilizados correctamente, ya que la producción de un floc muy pequeño o muy ligero produce una decantación insuficiente; mientras que el agua que llega a los 25 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA filtros contienen una gran cantidad de partículas de floc que rápidamente ensucian los filtros y necesitan lavados frecuentes. Por otro lado cuando el floc es frágil, este se rompe en pequeñas partículas que pueden atravesar el filtro y alterar la calidad del agua producida. 3.3.6.4 Mecanismo de la Coagulación La desestabilización se puede obtener por los siguientes mecanismos fisicoquímicos: Compresión de la doble capa. Adsorción y neutralización de cargas. Agrupamiento de partículas en un precipitado. Adsorción y puente. 3.3.6.5 Compresión de la Doble Capa Cuando se aproximan dos partículas semejantes, sus capas difusas interactúan y generan una fuerza de repulsión, cuyo potencial de repulsión está en función de la distancia que los separa y cae rápidamente con el incremento de iones de carga opuesta al de las partículas, esto se consigue sólo con los iones del coagulante, como se muestra en la figura N° 8. Existe por otro lado un potencial de atracción o fuerzas de atracción Ea, entre las partículas llamadas fuerzas de Van der Walls, que dependen de los átomos que constituyen las partículas y de la densidad de estos últimos. 26 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Fig. N° 8.- Fuerza de Atracción y Repulsión. Si la distancia que separa a las partículas es superior a “L”, entonces las partículas, no se atraen. E es la energía que los mantiene separados. Contrariamente a las fuerzas de repulsión, las fuerzas de Van der Walls no son afectados por las características de la solución. 3.3.6.6 Absorción y Neutralización de Cargas Las partículas coloidales poseen carga negativa en su superficie, estas cargas llamadas primarias atraen los iones positivos que se encuentran en solución dentro del agua y forman la primera capa adherida al coloide. El potencial en la superficie del plano de cizallamiento es el potencial electrocinético o potencial ZETA, este potencial rige el desplazamiento de coloides y su interacción mutua. Después de la teoría de la doble capa la coagulación es considerada como la anulación del potencial obtenido por adición de productos de coagulación floculación, en la que la fuerza natural de mezcla debido al movimiento browniano no es suficiente requiriéndose una energía complementaria necesaria; por ejemplo realizar la agitación mecánica o hidráulica. Cuando se adiciona un exceso de coagulante al agua a tratar, se produce a la re estabilización de la carga de la partícula; esto se puede explicar debido 27 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA a que el exceso de coagulante son absorbidos en la superficie de la partícula, produciendo una carga invertida a la carga original. 3.3.6.7 Agrupamiento de Partículas dentro de un Precipitado Las partículas coloidales desestabilizadas, se pueden atrapar dentro de un floc, cuando se adiciona una cantidad suficiente de coagulantes, habitualmente sales de metales trivalente como el sulfato de aluminio Al2(SO4)3, o Cloruro Férrico FeCl3, el floc está formado de moléculas de Al(OH)3 o de Fe(OH)3. La presencia de ciertos aniones y de las partículas coloidales acelera la formación del precipitado. Las partículas coloidales juegan el rol de anillo durante la formación del floc; este fenómeno puede tener una relación inversa entre la turbiedad y la cantidad de coagulante requerida. En otras palabras, una concentración importante de partículas en suspensión puede requerir menor cantidad de coagulante. Fig. N° 9.- Agrupamiento de Partículas en un Floc. 3.3.6.8 Adsorción y Puente En cualquier caso, se obtiene el tratamiento más económico utilizando un polímero aniónico, cuando las partículas están cargadas negativamente. Este fenómeno es explicado por la teoría del “puente”. Las moléculas del 28 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA polímero muy largas contienen grupos químicos que pueden absorber las partículas coloidales. La molécula de polímero puede así absorber una partícula coloidal en una de sus extremidades, mientras que los otros sitios son libres para absorber otras partículas. Por eso se dice que las moléculas de los polímeros forman el “puente” entre las partículas coloidales. Esto puede tener una re estabilización de la suspensión, por una excesiva carga de polímeros. Tabla Nº 4.Clasificación del agua, según su comportamiento en la coagulación Tipo de Agua Tipo de Coagulación Requerimiento Baja concentración de coloides, baja alcalinidad Formación de precipitado Alta dosis de coagulantes. Adición de alcalinidad o partículas, o ambas. Baja concentración de coloides, alta alcalinidad Formación de precipitado Floc de barrido Floc de barrido Alta concentración de coloides, baja alcalinidad Adsorción de polímeros metálicos positivos, en la superficie de los coloides. (pH 4 a 7). Alta concentración de coloides, alta alcalinidad Adsorción de polímeros metálicos positivos, y precipitaciones de hidróxido (pH > 7) 3.3.6.9 Alta dosis de coagulantes. Adición partículas. Dosis de coagulantes incrementa con concentración de partículas, adición de alcalinidad Dosis de coagulantes incrementa con concentración de partículas. Zonas de coagulación La aplicación de una dosis creciente del coagulante al agua presenta diferentes zonas de coagulación: Zona 1: La dosis de coagulante no es suficiente para desestabilizar las partículas y por lo tanto no se produce coagulación. Zona 2: Al incrementar la dosis de coagulantes, se produce una rápida aglutinación de los coloides. 29 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Zona 3: Si se continua incrementando la dosis, llega un momento en que no se produce una buena coagulación, ya que los coloides se re estabilizan. Zona 4: Al aumentar aún más la dosis, hasta producir una súper saturación se produce de nuevo una rápida precipitación de los coagulantes que hace un efecto de barrido, arrastrando en su descenso las partículas que conforman la turbiedad. Fig. N° 10.- Etapas en la adición de coagulante. 3.3.7 3.3.7.1 FLOCULACIÓN Objetivo de la Floculación En la segunda etapa de la mezcla que corresponde a una mezcla lenta tiene por objeto permitir los contactos entre los flóculos, la turbiedad y el color, la mezcla debe ser lo suficiente para crear diferencias de velocidad del agua dentro de la unidad pero no muy grande, ya que los flóculos corren el riesgo de romperse; aún si el tiempo es no más del tiempo óptimo de floculación. La floculación es el proceso que sigue a la coagulación, que consiste en la agitación de la masa coagulada que sirve para permitir el crecimiento y 30 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA aglomeración de los flóculos recién formados con la finalidad de aumentar el tamaño y peso necesarios para sedimentar con facilidad. Estos flóculos inicialmente pequeños, crean al juntarse aglomerados mayores que son capaces de sedimentar. Si, sucede que los flóculos formados por la aglomeración de varios coloides no son lo suficientemente grande como para sedimentar con la rapidez deseada, el uso de un floculante es necesario para reunir los flóculos en forma de red, formando puentes de una superficie a otra enlazando las partículas individuales en aglomerados. Fig. N° 11.- Esquema de un floculante. La floculación es favorecida por el mezclado lento que permite juntar poco a poco los flóculos; un mezclado demasiado intenso los rompe y raramente se vuelven a formar en su tamaño y fuerza óptimos. La floculación no sólo incrementa el tamaño de las partículas del flóculo, sino que también aumenta su peso. La floculación puede ser mejorada por la adición de un reactivo de floculación o ayudante de floculación. 31 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.3.7.2 Tipos de Floculación. Hay 2 tipos de floculación: Floculación Pericinética La floculación Pericinética producido por el movimiento natural de las moléculas del agua y esta inducida por la energía térmica, este movimiento es conocido como el movimiento browniano. Floculación Ortocinética Se basa en las colisiones de las partículas debido al movimiento del agua, el que es inducido por una energía exterior a la masa de agua y que puede ser de origen mecánico o hidráulico. Después que el agua es coagulada es necesario que se produzca la aglomeración de los microflóculos; para que esto suceda se produce primero la floculación Pericinética luego se produce la floculación Ortocinética. 3.3.7.3 Parámetros de la Floculación Los parámetros que caracterizan la floculación son los siguientes: Floculación Ortocinética (Se da por el grado de agitación proporcionada, Mecánica o Hidráulica). Gradiente de Velocidad (energía necesaria para producir la mezcla). Número de colisiones (choque entre microflóculos). Tiempo de retención (tiempo que permanece el agua en la unidad de floculación). Densidad y tamaño de floc. Volumen de lodos (los flóculos formados no deben sedimentar en las unidades de floculación). 32 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.3.7.4 Floculantes Los floculantes son polímeros o poli electrolitos con pesos moleculares muy elevados, moléculas orgánicas solubles en agua formadas por bloques denominados monómeros, repetidos en cadenas larga. Estos floculantes pueden ser de naturaleza: mineral, orgánico natural y orgánico de síntesis. a) Floculantes Minerales: Se encuentra la sílice activada, que es el primer floculante empleado, que debe ser preparado antes de emplear, su preparación es tan delicada y presenta el riesgo de la gelatinización; produce la neutralización parcial de la alcalinidad de silicato de sodio en solución. b) Floculantes Orgánicos Naturales: Son polímeros naturales extraídos de sustancias animales o vegetales. Los alginatos, cuya estructura polimérica son: Los ácidos manuránicos y, Los ácidos glucónico. c) Floculantes Orgánicos de Síntesis.- Son los más utilizados y son macromoléculas de una gran cadena, obtenidos por asociación de monómeros sintéticos con masa molecular elevada de 106 a 107 gr. /mol, estos se clasifican de acuerdo a la ionicidad de los polímeros: Aniónico (generalmente co-polímeros de la acrilamida y del ácido acrílico). Neutros o no iónicos (poli-acrilamidas). Catiónico (co-polímero de acrilamidas + un monómero catiónico). 33 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Por último, como requisito principal para la adición de coagulante y floculante se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: Verificación del caudal de tratamiento. La dosificación de los productos químicos. El manejo de los Equipos / Aparatos de medida y los medios de medición. A pesar de que la floculación normalmente, no suele incluirse en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, vale la pena tener en cuenta el uso de la floculación del agua residual por agitación mecánica o con aire, principalmente cuando los objetivos del tratamiento sea aumentar la eliminación de los sólidos en suspensión y de la DBO en las instalaciones de decantación primaria, de acondicionar el agua que contenga vertidos industriales, y por último la de mejorar la eficacia de los decantadores secundarios, especialmente cuando se trata de tratamientos con lodos activados. 3.3.8 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN. Es necesario tener en cuenta los siguientes factores con la finalidad de optimizar el proceso de precipitación: pH. Turbiedad. Sales disueltas. Temperatura del agua. Tipo de coagulante utilizado. Condiciones de Mezcla. Sistemas de aplicación de los coagulantes. 34 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Tipos de mezcla y el color. La inter relación entre cada uno de ellos permiten predecir cuáles son las cantidades de los precipitantes a adicionar al agua. 3.3.8.1 Influencia del pH. El pH es una medida de la actividad del ion hidrógeno en una solución, y es igual a: pH = - log [H+] El pH es la variable más importante a tener en cuenta al momento de la coagulación, para cada agua existe un rango de pH óptimo para la cual la coagulación tiene lugar rápidamente, ello depende de la naturaleza de los iones y de la alcalinidad del agua. El rango de pH es función del tipo de coagulante a ser utilizado y de la naturaleza del agua a tratar; si la coagulación se realiza fuera del rango de pH óptimo entonces se debe aumentar la cantidad del coagulante; por lo tanto la dosis requerida es alta. Para sales de aluminio el rango de pH para la coagulación es de 6.5 a 8.0 y para las sales de hierro, el rango de pH óptimo es de 5.5 a 8.5 unidades. Tabla Nº 5. Rangos de pH para el aluminio y el hierro. Catión Grado optimo de pH para la coagulación - Floculación Al +3 6,5 – 8,0 Fe +3 5,5 – 8,5 35 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 3.3.8.2 Influencia de las Sales Disueltas Las sales contenidas dentro del agua ejercen las siguientes influencias sobre la coagulación y floculación: Modificación del rango de pH óptimo. Modificación del tiempo requerido para la floculación. Modificación de la cantidad de coagulantes requeridos. Modificación de la cantidad residual del coagulante dentro del efluente. 3.3.8.3 Influencia de la Temperatura del Agua La variación de 1°C en la temperatura del agua conduce a la formación de corrientes de densidad (variación de la densidad del agua) de diferentes grados que afectan a la energía cinética de las partículas en suspensión, por lo que la coagulación se hace más lenta; temperaturas muy elevadas desfavorecen igualmente a la coagulación. Una disminución de la temperatura del agua en una unidad de decantación conlleva a un aumento de su viscosidad; esto explica las dificultades de la sedimentación de un floc. 3.3.8.4 Influencia de la Dosis del Coagulante La cantidad del coagulante a utilizar tiene influencia directa en la eficiencia de la coagulación, así: Poca cantidad del coagulante, no neutraliza totalmente la carga de la partícula, la formación de los microflóculos es muy escaso, por lo tanto la turbiedad residual es elevada. 36 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Alta cantidad de coagulante produce la inversión de la carga de la partícula, conduce a la formación de gran cantidad de microflóculos con tamaños muy pequeños cuyas velocidades de sedimentación muy bajas, por lo tanto la turbiedad residual es igualmente elevada. La selección del coagulante y la cantidad óptima de aplicación; se determina mediante los ensayos de pruebas de jarra. La selección del coagulante y la dosis juegan un rol muy importante sobre: La buena o mala calidad del agua clarificada. El buen o mal funcionamiento de los decantadores. Los valores teóricos de dosis de coagulantes son diferentes para los diferentes valores de pH y alcalinidad. Tabla Nº 6. Dosis optimas para el aluminio y el hierro. pH (unidades) 3.3.8.5 Alcalinidad Dosis óptima de FeCl3 (soluc.) Dosis óptima de Al(SO4)3 (soluc.) 7.46 91 ppm CaCO3 14 ppm 26 ppm 7.29 85 ppm CaCO3 16 ppm 30 ppm Influencia de Mezcla El grado de agitación que se da a la masa de agua durante la adición del coagulante, determina si la coagulación es completa; turbulencias desiguales hacen que cierta porción de agua tenga mayor concentración de coagulantes y la otra parte tenga poco o casi nada; la agitación debe ser uniforme e intensa en toda la masa de agua, para asegurar que la mezcla entre el agua y el coagulante haya sido bien hecho y que se haya producido la reacción química de neutralización de cargas correspondiente. 37 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA En el transcurso de la coagulación y floculación, se procede a la mezcla de productos químicos en dos etapas. En la primera etapa, la mezcla es enérgica y de corta duración (60 seg., máx.) llamado mezcla rápida; esta mezcla tiene por objeto dispersar la totalidad del coagulante dentro del volumen del agua a tratar, y en la segunda etapa la mezcla es lenta y tiene por objeto desarrollar los microflóculos. La mezcla rápida se efectúa para la inyección de productos químicos dentro de la zona de fuerte turbulencia, una inadecuada mezcla rápida conlleva a un incremento de productos químicos. 3.3.8.6 Influencia de la Turbiedad La turbiedad del agua superficial es gran parte debido a partículas de lodos de sílice de diámetros que varían entre 0.2 a 5 µm. La coagulación de estas partículas es muy fácil de realizar cuando el pH se mantiene dentro del rango óptimo. La variación de la concentración de las partículas permite hacer las siguientes predicciones: Para cada turbiedad existe una cantidad de coagulante, con el que se obtiene la turbiedad residual más baja, que corresponde a la dosis óptima. Cuando la turbiedad aumenta se debe adicionar una dosis menor de coagulante debido a que la probabilidad de colisión entre las partículas es muy elevada; por lo que la coagulación se realiza con facilidad; por el contrario cuando la turbiedad es baja la coagulación se realiza muy difícilmente, y la cantidad del coagulante es igual o mayor que si la turbiedad fuese alta. 38 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Cuando la turbiedad es muy alta, conviene realizar una pre sedimentación natural o forzada, en este caso con el empleo de un polímero aniónico. Es siempre más fácil coagular las aguas de baja turbiedad y aquellas contaminadas por desagües domésticos industriales, por que requieren mayor cantidad de coagulante que los no contaminados. 3.4 ANTECEDENTES BÁSICOS DEL FÓSFORO. El fósforo forma la base de gran número de compuestos, de los cuales los más importantes son los fosfatos. En todas las formas de vida, los fosfatos desempeñan un papel esencial en los procesos de transferencia de energía, como el metabolismo, la fotosíntesis, la función nerviosa y la acción muscular. Los ácidos nucléicos, que entre otras cosas forman el material hereditario (los cromosomas), contienen fosfatos, así como también cierto número de coenzimas. Los esqueletos de los animales están formados por fosfato de calcio. Cerca de tres cuartas partes del fósforo total (en todas sus formas químicas) se emplean como fertilizantes. Otras aplicaciones importantes son en detergentes, nutrientes suplementarios en alimentos para animales, ablandadores de agua, aditivos para alimentos y fármacos, agentes de revestimiento en el tratamiento de superficies metálicas, aditivos en metalurgia, plastificantes, insecticidas y aditivos de productos petroleros. Los fosfatos se basan en átomos de fósforo rodeados en una disposición tetraédrica por átomos de oxígeno, el miembro más pequeño de la familia es el anión simple (el ion ortofosfato). La familia de las cadenas de fosfato se basa en hileras alternadas de átomos de fósforo y oxígeno en que cada 39 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA átomo de fósforo permanece en el centro de un tetraedro de cuatro átomos de oxígeno. Fig. Nº 12. Estructura típica del grupo Fosfato. Casi todo el fósforo utilizado en el comercio está en forma de fosfatos. La mayor parte de los fertilizantes fosfatados constan de ortofosfato di ácido de calcio u ortofosfato ácido de calcio muy impuros, Ca(H2PO4)2 y CaHPO4, estos fosfatos son sales del ácido ortofosfórico. El compuesto de fósforo de mayor importancia biológica es el adenosintrifosfato (ATP), que es un éster de la sal, el tripolifosfato de sodio, muy utilizado en detergentes y ablandadores de agua. Casi todas las reacciones en el metabolismo y la fotosíntesis requieren la hidrólisis de este tripolifosfato hasta su derivado pirofosfato, llamado adenosindifosfato (ADP). 3.4.1 EFECTOS DEL FÓSFORO SOBRE LA SALUD Los fosfatos son substancias importantes en el cuerpo de los humanos porque ellas son parte del material de ADN y forman parte en la distribución de la energía. Los fosfatos también pueden ser encontrados en plantas. Los humanos han cambiado el suministro natural de fósforo radicalmente en sus cultivos, esto debido a la adición en agricultura de abonos ricos en fosfatos. El fosfato era también añadido a un número de alimentos, como quesos, salsas, jamón, etc. Demasiado fosfato puede causar problemas de salud, como es el daño a los riñones y osteoporosis. La disminución de fosfato 40 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA también puede ocurrir. Estas son causadas por uso extensivo de medicinas. Demasiado poco fosfato puede causar también problemas de salud. El Fósforo en su forma pura tiene un color blanco. El fósforo blanco es la forma más peligrosa de fósforo que es conocida. Cuando el fósforo blanco se encuentra en la naturaleza este puede ser un peligro serio para nuestra salud. El fósforo blanco es extremadamente venenoso y en muchos casos la exposición a él sería fatal. En la mayoría de los casos la gente que muere por fósforo blanco ha sido por tragar accidentalmente veneno de rata. Antes de que la gente muera por exposición al fósforo blanco experimentan náuseas, convulsiones en el estómago y desfallecimiento. El fósforo blanco puede causar quemaduras en la piel, dañar el hígado, corazón y riñones. 3.4.2 EFECTOS AMBIENTALES DEL FÓSFORO. La incorporación de fosforo en las masas de agua ha aumentado de forma notable en los últimos tiempos como consecuencia de su uso en abonos agrícolas, en actividades industriales, en detergentes y en productos de usos domésticos. Una baja concentración de fósforo en el medio limitará el crecimiento el crecimiento biológico e impedirá la eliminación del sustrato orgánico (Grady y Lim, 1980). El fósforo presente en las aguas residuales urbanas proviene principalmente de la materia fecal humana (50 – 65%), de los vertidos de residuos alimenticios y de los compuestos de fosfato inorgánico contenido en los detergentes y los productos de limpieza (30 – 50%). Su concentración típica es del orden de 10 – 30 mg P/L. El fósforo se puede encontrar en tres formas distintas: fósforo orgánico (especies particulada), ortofosfatos y polifosfatos (especies disueltas). 41 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA La eliminación de este nutriente también se relaciona con el control de la eutrofización, ya que el fósforo es el nutriente limitante en la mayoría de los sistemas de agua fresca. Tradicionalmente esta reducción de fósforo se realizaba mediante un proceso químico de adicción de sales de aluminio o hierro, pero en la década de los 80´s el éxito de plantas biológicas de remoción de fósforo alentó el uso de esta tecnología, la cual tiene ventajas en la reducción de costos asociados a los químicos y en la reducción de la producción de lodos en comparación con la precipitación química. La finalidad del proceso es remover el fósforo proveniente del agua residual incorporándolo a la biomasa, la cual es removida del proceso como resultado del desecho de lodos. Los organismos acumuladores de fósforo se manipulan para crecer y consumir fósforo en sistemas donde la configuración permite a éstos una ventaja competitiva frente a otras bacterias. Dentro de los compuestos del fósforo, sin duda los que más afectan al medioambiente son los siguientes: Fósforo blanco: El fósforo blanco esta en el ambiente debido a la utilización en industrias para hacer otros productos químicos y en algunos casos cuando el ejército lo usa como munición. A través de la descarga de aguas residuales el fósforo blanco termina en las aguas superficiales cerca de las fábricas donde este es usado. El fósforo blanco reacciona con el oxígeno bastante rápido, lo cual hace que su permanencia en el medio sea corta. Cuando el fósforo termina en el aire a través de los tubos de escape de los automóviles, éste, terminará usualmente reaccionando con el oxígeno al 42 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA instante para convertirse en partículas menos peligrosas. Pero en suelos profundos y en el fondo de los ríos y lagos el fósforo puede permanecer miles de años y más. Fosfatos: Los fosfatos tienen muchos efectos sobre los organismos. Los efectos son mayoritariamente consecuencia de las emisiones de grandes cantidades de fosfatos en el ambiente debido a la minería y los cultivos. Durante la purificación del agua los fosfatos no son a menudo eliminados correctamente, así que pueden expandirse a través de largas distancias cuando se encuentran en la superficie de las aguas. Debido a la constante adición de fosfatos por los humanos y que exceden las concentraciones naturales, el ciclo del fósforo es interrumpido fuertemente. El incremento de la concentración de fósforo en las aguas superficiales aumenta el crecimiento de organismos dependientes del fósforo, como son las algas. El fenómeno es comúnmente conocido como eutrofización. 3.4.3 EUTROFIZACIÓN. La eutrofización es la respuesta del ecosistema al aumento de la disponibilidad de nutrientes, especialmente de nitrógeno y de fósforo, y puede ocurrir bajo condiciones naturales o provocada por el hombre (antropogénico). La eutrofización antropogénica avanza más rápidamente que el fenómeno natural y es una de las principales formas de contaminación del agua, causando un crecimiento exponencial de algas y el desarrollo incontrolado de una especie, en relación a las demás. Todo ello ocasiona una mala apariencia de las aguas, problemas de olores por descomposición de plantas y un escaso nivel de oxígeno disuelto que afecta 43 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA negativamente a la respiración de los peces, los animales acuáticos y las plantas adheridas en el lecho de los cursos de agua (EPA, 1993; Winkler, 1998; Salgot y Tapias, 1999). Para alcanzar el crecimiento de plantas y algas es necesario que existan cantidades adecuadas de macro nutrientes en forma de nitrógeno y de fósforo, una concentración suficiente de dióxido de carbono y un cierto nivel de energía solar, pues la ausencia de uno de ellos limita el crecimiento. El dióxido de carbono no suele ser un factor limitante. La luz solar se convierte en limitante en aguas profundas porque es absorbida en las capas superiores. Así mismo, en aguas tranquilas o estratificadas, el excesivo crecimiento de algas en la superficie forma una capa protectora evitando el paso de la luz a zonas inferiores. Puesto que el contenido de dióxido de carbono y la luz solar son difícilmente controlables, su manipulación no se considera una forma práctica para limitar la fotosíntesis. Durante el día, cuando ocurre la fotosíntesis, las algas producen grandes cantidades de oxígeno que ayudan a airear la masa de agua; para ello utilizan carbonatos y bicarbonatos como fuentes de carbono celular, lo que puede producir un aumento del pH del agua hasta 10,5 en aguas eutróficas. Por otra parte, durante la noche ocurre la reacción inversa, las algas al respirar consumen oxígeno y liberan CO2. Debido a esta dinámica, el agua experimenta grandes fluctuaciones de pH y, además, si la concentración de algas es elevada, el agua puede alcanzar un completo estado anaeróbico durante la noche. Otra característica de un agua eutrófica es la escasa diversidad de especies. Mientras que en un agua oligotrófica (baja concentración de nutrientes) las algas son escasas en número de individuos, pero muy diversas en especie, 44 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA en las aguas eutróficas las algas alcanzan grandes concentraciones, pero tan sólo dominan ciertas especies. Esta observación permite evaluar rápidamente al microscopio la presencia de nutrientes en una masa de agua mediante la valoración de su diversidad en algas. La eutrofización causa una mayor inquietud en los lagos, ya que los nutrientes que entran a la masa de agua tienden a ser reciclados en el lago y a acumularse con el tiempo. Por el contrario, un río es un sistema que fluye y en el cual los nutrientes siempre entran y salen de cualquier sección; las acumulaciones tienden a ocurrir solamente en los sedimentos o en aguas de flujo muy lento. En estuarios y océanos, las concentraciones de los compuestos del nitrógeno suelen ser muy bajas y pueden limitar la biomasa total y los tipos de especies presentes. Los vertidos de las plantas de tratamientos de aguas residuales, en algunos estuarios pueden aumentar la concentración de nitrógeno hasta niveles capaces de favorecer las floraciones de algas. Sin embargo, la alta dilución provocada en un vertido directo de agua residual al mar probablemente elimina el daño causado por las floraciones de algas. La causa de la eutrofización es siempre el aporte de elementos nutritivos de muy diversa procedencia (residuos urbanos, industriales, agrícolas,…). De estos nutrientes, los más efectivos son aquellos para los que existe una limitación natural, principalmente, el nitrógeno y el fósforo. 45 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Las aguas superficiales reciben cantidades excesivas de nutrientes (nitrógeno y fósforo en forma de NO2 y P2O5), por los vertidos urbanos e industriales y el arrastre de abonos agrícolas. Algunas de las algas que se desarrollan anormalmente, emiten sustancias tóxicas que pueden matar a los mariscos y peces, hacer que estos no sean aptos para el consumo humano o, directamente, dar al agua sabores desagradables o hacerla inadecuada para el consumo. El crecimiento de algas puede afectar también al uso recreativo de embalses y lagos, a la circulación del agua en ríos y canales y obturar los filtros de estaciones de tratamiento del agua. 3.4.3.1 Principales Efectos de la Eutrofización. Los principales efectos que pueden evidenciarse en las masas de agua que se ven afectadas por el fenómeno de la eutrofización son: Aumento de la producción y biomasa de los productores primarios (fitoplancton y macrófitas). Modificación de las características de la masa de agua la cual conlleva una pérdida de calidad de la misma, al no poderse destinar para el uso normal al que estaba destinada. Sustitución de especies piscícolas deseables por otras menos cotizadas. Producción de toxinas por determinadas algas (dinoflageladosmareas rojas). Desoxigenación del agua, ocasionando normalmente mortandad de peces. Aumento de los gastos de operación de los sistemas públicos de abastecimiento de agua por problemas de sabor y olor. 46 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Colmatación y obstrucción de los canales de riego por las malas hierbas acuáticas. Reducción de la posibilidad de utilización del agua para fines recreativos debido a los olores producidos por la descomposición de las algas. Impedimentos a la navegación debido al crecimiento de densas masas de algas. Pérdidas económicas debido a la modificación de las especies piscícolas. 3.4.3.2 Factores que afectan el grado de Eutrofización. Relacionados con la masa de agua. Clima (temperaturas, viento, precipitaciones, disponibilidad de energía solar,…): Afecta la temperatura anual del agua, la dirección y velocidad del viento, cantidad de precipitaciones y estructura térmica de la masa de agua. La disponibilidad de energía solar es muy importante para controlar la producción del fitoplancton durante la estación de crecimiento. Hidrología (transporte de nutrientes por erosión del suelo): Generalmente, a una mayor cantidad de precipitaciones, se transporta mayores cantidades de agua y nutrientes a la masa de agua durante el ciclo anual. La duración de estas precipitaciones es un factor importante por su relación con las entradas de nutrientes por erosión del suelo. Morfología de la cuenca (profundidad): La profundidad media tanto del total de la masa de agua como del fondo pueden afectar 47 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA sustancialmente los impactos de un aumento en la carga de nutrientes al lago o pantano. Fuentes propias de nutrientes (sedimentos como sumidero de nutrientes): El papel de los sedimentos del fondo puede ser de gran interés para el estado trófico de una masa de agua. En los lagos pobres en nutrientes parte de estos nutrientes importados son retenidos en los sedimentos que actúan de sumidero de éstos. Aquellos lagos con sobrecarga en los que los sedimentos se han enriquecido con fósforo a lo largo del tiempo, la liberación de este elemento en dichos sedimentos puede superar el flujo hacia los mismos durante el período estival especialmente si el fondo se vuelve anóxico, provocándose una proliferación masiva de algas, sin necesidad de un aporte externo de nutrientes. Factores Antropogénicos. Vertidos urbanos e industriales: Los vertidos de aguas residuales suelen caracterizarse por su contenido en formas de nitrógeno (nitratos, nitritos y amonio) y fosfatos (principalmente, procedentes de restos de detergentes). Estos, pueden constituir la mayor fuente de carga de nutrientes en la masa de agua, favoreciendo el afloramiento masivo de fitoplancton. Vertidos de origen agrícola y ganadero: Las diferencias en los patrones de utilización de la tierra y del uso de fertilizantes de una cuenca de drenaje puede ocasionar diferencias importantes en la composición química de las aguas de la escorrentía de cada área. La contribución exacta de la agricultura y la ganadería a la eutrofización del agua superficial y a la contaminación de las aguas subterráneas 48 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA es difícil de cuantificar (contaminación difusa). El agua subterránea se contamina fundamentalmente como consecuencia de la lixiviación, sobre todo por nitrato. 3.4.3.3 Medidas para evitar la Eutrofización. Algunas de las medidas más simples para evitar la Eutrofización son las siguientes: Incluir tratamientos de eliminación de Fósforo y Nitrógeno en las plantas de aguas residuales situadas en zonas sensibles, de acuerdo a lo expuesto por Legislación. Limitación en el uso de fertilizantes y optimización de los sistemas de aplicación de los mismos. Adopción de buenas prácticas de agricultura. Control de los focos de contaminación difusa por parte de las Autoridades pertinentes (fiscalización). Reducir las emisiones de NOx y amoniaco a la atmosfera. 3.5 MÉTODOS DE ELIMINACIÓN DEL FÓSFORO EN AGUAS RESIDUALES. 3.5.1 EL FÓSFORO EN AGUAS RESIDUALES. La eliminación de nutrientes (compuestos de fósforo y nitrógeno) de las aguas residuales es una operación importante, debido a que estos productos juegan un papel crítico en la eutrofización. Se ha acentuado el interés en la eliminación del fósforo últimamente por dos razones: (1) el fósforo es el nutriente más crítico, y (2) los procesos de eliminación de nitrógeno son menos eficaces y más caros. La mayoría de los procesos de tratamiento para la eliminación de nutrientes que se encuentran en funcionamiento hoy 49 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA día fueron diseñados para la eliminación del fósforo exclusivamente, (Mujeriego, 1990). El fósforo está presente en el agua residual en forma de ortofosfato PO4-3, polifosfatos P2O7 y formas orgánicas del fósforo. Estos dos últimos términos engloban hasta el 70% del fósforo contenido en el agua residual. Entre el 10 y el 30% del fósforo presente se elimina durante el tratamiento biológico secundario (Metcalf Eddy, 1995). Para conseguir niveles más bajos de fósforo en el efluente, es necesario eliminar más cantidad de la estrictamente necesaria para el mantenimiento y síntesis celular. Bajo ciertas condiciones aerobias, los microorganismos pueden consumir más fósforo del necesario. Las células pueden liberar fósforo en condiciones anóxicas la eliminación biológica del fósforo se consigue generando en los reactores las condiciones ambientales adecuadas de manera secuencial. 3.5.2 ELIMINACIÓN BIOLÓGICA DEL FÓSFORO. Los principales procesos biológicos utilizados en el tratamiento de un agua residual se resumen en la Tabla Nº 7. 50 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Tabla Nº 7. Principales procesos biológicos empleados en el tratamiento de aguas residuales. El fósforo en forma de ortofosfatos es un factor limitante del crecimiento de muchos microorganismos presentes en los fangos activados, que lo incorporan en su tejido celular en forma de compuestos orgánicos fosfatados. La biomasa de los fangos activados contiene entre 1,5 – 2,0% de fósforo (referido a materia seca). Sin embargo existen ciertos microorganismos capaces de asimilar el fósforo en proporciones superiores a las correspondientes a los requisitos nutritivos normales bajo condiciones aerobias, almacenándolo en forma de gránulos de polifosfatos denominados volutina (Neethling, 1995; Teira, 1996). Las primeras observaciones del fenómeno se registraron en el año 1955, pero no fue hasta finales de 1965 cuando se confirmo que el fenómeno es de tipo biológico, puesto que alrededor del 80% de la eliminación de fósforo se produjo sin adición de sustancias químicas. Este fenómeno fue denominado inicialmente como Luxury Uptake por Levin y Shapiro en 1965 (Neethling, 1995). 51 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA A principios de los años setenta, este fenómeno se relacionó con una liberación de fósforo en condiciones anaerobias y en presencia de sustrato fácilmente biodegradable. El proceso de fango activado fue diseñado originalmente para la eliminación de carbono y nitrógeno, pero en 1976 Bernard propuso un sistema de eliminación biológica simultánea de nitrógeno y fósforo, conocido como proceso Phoredox en Sudáfrica y Bardenpho en los Estados Unidos. La eliminación biológica de fósforo en exceso se basa en el enriquecimiento de los fangos activados con bacterias capaces de acumular ortofosfatos en cantidades superiores a los requisitos metabólicos normales (Muyima etal., 1997). Los sistemas convencionales de fangos activados utilizan el fosforo del agua residual únicamente para la síntesis de nuevas células. Sin embargo, cuando los fangos activados se exponen alternativamente a condiciones anaerobias y aerobias, las células asimilan más fósforo del requerido para la síntesis celular. Este fenómeno es conocido como Enhanced Biological Phosphorus Removal (EBPR), que traducido sería Eliminación Biológica Incrementada de Fósforo (EBIF), (Barajas, 2002). En los últimos años, se han desarrollado diversos procesos de eliminación biológica del fósforo como alternativa a los tratamientos químicos. El fósforo se elimina en los tratamientos biológicos mediante la incorporación de ortofosfatos, polifosfatos y fósforo orgánico al tejido celular. La cantidad total de fósforo eliminado depende de la producción neta de sólidos, que se determina mediante la ecuación: = ∙ ( − )∙ unidades SI 52 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Donde: : Producción diaria neta de fango activado, medida en términos de á , (Kg/d). : Producción observada, (Kg/Kg). 3 : Caudal de entrada, (m /d). 3 : Concentración de DBO o DQO en el afluente, (Kg/m ). : Concentración de DBO o DQO en el efluente, (Kg/m3). El contenido teórico del fósforo del tejido celular es del orden de una quinta parte del contenido en nitrógeno; el contenido real de fósforo puede variar entre una séptima y una tercera parte del contenido en nitrógeno, en función de las condiciones ambientales específicas. El porcentaje de fósforo eliminado durante el tratamiento secundario por la purga de fangos oscila, en promedio, entre 10 y el 30% de la cantidad total inicial. Si se emplea uno de los procesos desarrollados específicamente para la eliminación biológica del fósforo, se pueden conseguir rendimientos muy por encima de estos valores. El factor crítico en la eliminación biológica del fósforo es la exposición de los organismos a secuencias alternadas de condiciones aerobias y anaerobias. El fango que contiene el exceso de fósforo se purga o se conduce a un proceso lateral complementario donde se procede a la eliminación del exceso de fósforo. La exposición a condiciones aerobias y anaerobias alternadas se puede conseguir en el proceso de tratamiento biológico principal, o “corriente principal”, o en la línea de recirculación de fango, o “corriente auxiliar”. Cabe rescatar que el nivel de tratamiento biológico de aguas residuales la eliminación del fosforo se hace en conjunto con la eliminación de nitrógeno, esto es llamado remoción de nutrientes, a continuación en la Tabla Nº 4 se 53 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA muestran algunos de los procesos más conocidos para la remoción de nutrientes: Tabla Nº 8. Sistemas biológicos utilizados en la eliminación de nutrientes (nitrógeno y fosforo). El proceso AO: es un proceso de alta carga diseñado inicialmente para la eliminación exclusiva de fósforo. La zona aerobia está diseñada para la oxidación de la materia orgánica y la zona anaerobia para la eliminación de fósforo. La modificación de este proceso para la eliminación de nitrógeno consiste en el cambio de la zona anaerobia por una zona anóxica y la inclusión de un flujo de recirculación interna. El proceso AON no permite alcanzar la desnitrificación completa y requiere altas tasas de recirculación para alcanzar un grado significativo de eliminación de nitrato. Fig. Nº 13.- Sistema biológico AO 54 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA El proceso A2/O: está diseñado para la eliminación de nitrógeno y de fósforo, aunque la desnitrificación completa no es posible. Básicamente, el proceso A2/O es una modificación del proceso AO, ya que añade una zona anóxica entre las zonas anaerobia y aerobia. La zona anóxica se incluye solamente para reducir las cargas de nitrato sobre la zona anaerobia mediante el caudal de recirculación de fangos, lo que afectaría a la eliminación de fósforo. Fig. Nº 14.- Sistema biológico A2/O El proceso Bardenpho: alcanza una eliminación completa de nitrógeno mediante el uso de dos zonas de desnitrificación, lo que resulta en tiempos de residencia hidráulicos muy elevados. Se emplea una zona aerobia final a fin de limitar la desnitrificación y la flotación de fango en el decantador secundario. El proceso Bardenpho de 5-etapas es una extensión del proceso anterior para incluir la eliminación de fósforo. Se consiguen altas tasas de desnitrificación, a la vez que se recirculan muy pocos nitratos a la zona anaerobia mediante la recirculación de fangos del decantador secundario. Fig. Nº 15.- Sistema biológico Bardenpho. 55 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA El proceso UCT: fue desarrollado por la Universidad de Ciudad del Cabo para la eliminación de fósforo. Este proceso incluye tres zonas básicas (anaerobia, anóxica y aerobia) y dos flujos de recirculación interna, por lo que es muy parecido al proceso A2/O salvo que los fangos activados de retorno no se recirculan a la zona anaerobia sino a la anóxica. De esta manera se elimina todo el oxígeno disuelto y el nitrato contenidos en el flujo de recirculación a la zona anaerobia. La recirculación interna mejora la utilización de la materia orgánica en la etapa anaerobia, proporcionando condiciones óptimas para la fermentación en la fase anaerobia. Fig. Nº 16.- Sistema biológico UCT. El proceso UCT modificado: incluye una fase anóxica dividida en dos zonas. La primera recibe la recirculación de los fangos del decantador y proporciona la recirculación a la zona anaerobia. La segunda zona anóxica recibe la recirculación de la zona aerobia, y es donde ocurre la desnitrificación. 2*Q Anaerobio Anóxico Aerobio 0.5*Q Fig. Nº 17.- Sistema biológico UCT modificado. 56 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA El proceso VIP (Virginia Initiative Plant): es en esencia idéntico al proceso UCT. Fue desarrollado y patentado como una patente de dominio público por la Hampton Roads Sanitation District (HRSD) en Norfolk, Virginia, Estados Unidos (HRSD, 1988). Al igual que otros procesos de eliminación biológica de nitrógeno, el proceso VIP incluye una secuencia de zonas anaerobia, anóxica y aerobia seguidas de un decantador secundario. Sin embargo, el fango recirculado desde el decantador, se vierte al reactor anóxico y no directamente a la zona anaerobia, a fin de evitar la entrada de oxígeno a éste último, como ocurre en los procesos A2/O o Bardenpho. Por otro lado, el líquido de mezcla nitrificado se recircula al rector anóxico, mientras que el líquido de mezcla desnitrificado se recircula a razón de 1Q-2Q desde la zona anóxica hasta el inicio del reactor anaerobio Fig. Nº 18.- Sistema biológico UCT VIP. 3.5.3 ELIMINACIÓN POR PRECIPITACIÓN QUÍMICA DEL FÓSFORO Los productos químicos que se han utilizado para eliminar el fósforo incluyen las sales metálicas y la cal. Las sales metálicas más comunes son el cloruro de hierro y el sulfato de aluminio. También se utilizan entre otros el sulfato de hierro y el cloruro de hierro II, que se puede obtener como subproducto en la elaboración de aceros (aguas de decapado). El uso de polímeros combinados con sales de hierro y aluminio también ha proporcionado resultados satisfactorios. La cal no se emplea con mucha frecuencia, puesto que genera 57 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA una gran producción de fangos. La precipitación química del fosforo en aguas residuales, puede producirse en distintos puntos dentro del proceso de tratamiento de aguas residuales, los principales puntos en los que se puede eliminar el fósforo se pueden clasificar en: 1. Pre precipitación. 2. Co precipitación. 3. Post precipitación. Pre precipitación: Se aplica a la adición de productos químicos para la precipitación del fósforo al agua residual bruta previo a las instalaciones de sedimentación primaria. En este caso el fósforo precipitado se elimina con el fango primario. Polímero Agua a tratar Mezcla Rápida Sedimentación Primaria Sal metálica Fangos Tanque de aireación Sedimentación Secundaria Efluente Fangos Fig. Nº 19.- Diagrama de flujo pre precipitación para la eliminación del fósforo. Co precipitación: es el proceso de adición de químicos para la formación de precipitados que se eliminaran con los lodos biológicos. Los productos se pueden añadir en distintos lugares, como por ejemplo, al efluente de las instalaciones de sedimentación primaria, al licor mezcla del proceso de lodos activados o al efluente de un proceso de tratamiento biológico antes de la sedimentación secundaria. 58 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Polímero Agua a tratar Sedimentación Primaria Tanque de aireación Sedimentación Secundaria Fangos Sal metálica Fangos Efluente Fig. Nº20.- Diagrama de flujo co precipitación para la eliminación del fósforo. Post precipitación: corresponde a la adición de productos químicos al efluente de la sedimentación secundaria y la posterior eliminación de los precipitados químicos, estos suelen ser eliminados por filtración del efluente o en instalaciones de sedimentación complementarios. Sal metálica Agua a tratar Sedimentación Primaria Tanque de aireación Fangos Sedimentación Secundaria Filtro Terciario Efluente Fangos Fig. Nº 21.- Diagrama de flujo post precipitación para la eliminación del fósforo. Los principales precipitantes químicos utilizados para desestabilizar las partículas y producir el floc son: 59 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Tabla Nº 9. Tipos de reactivos químicos empleados en el tratamiento del agua residual. Tipo de Reactivo Ejemplo Uso en el tratamiento de aguas Clarificación del agua superficial Tratamiento de aguas residuales Clarificación del agua superficial Coagulantes Inorgánicos Sales de aluminio Polímeros de aluminio Sales de hierro Otros coagulantes inorgánicos Retiro de fosfatos Algicida Agua con materia orgánica Para iniciar la coagulación del agua del mar Agua fría Floculantes Naturales floculantes inorgánicos floculantes orgánicos (polímeros naturales) Con las sales férricas Con las sales de aluminio Clarificación Coagulantes Orgánicos Sintéticos Coagulación en línea: En la filtración del agua del mar. Aguas residuales industriales: este es el campo del uso principal que implica coagulantes orgánicos. Agua superficial: se utiliza un floculante sintético combinado con el coagulante en el proceso de la clarificación. El mejor polímero es generalmente uno que es aniónico o levemente catiónico. Floculantes Orgánicos Sintéticos Aguas residuales industriales: En este caso del tratamiento se utiliza un coagulante inorgánico, un polímero aniónico. De algunos casos especiales (tales como tratamiento de superficies, limpieza de gases), un floculante de polímero catiónico solo es a menudo el más eficaz. Aguas residuales municipales: En combinación con un coagulante inorgánico, el mejor floculante es generalmente uno del tipo aniónico. Cuando solamente se desea el retiro de los SS, un floculante sintético se puede utilizar solamente. Lodo que deseca: Los floculantes catiónicos se adaptan generalmente al tratamiento del lodo orgánico. El lodo inorgánico requiere el uso de floculantes aniónicos. A continuación se muestran algunas de las sales más utilizadas en el proceso de precipitación química. 60 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Tabla Nº 10. Productos químicos empleados en el tratamiento del agua residual Fórmula Precipitantes químicos Sulfato de Aluminio Al2(SO4)3 · 18H2O Al2(SO4)3 · 14H2O Cloruro Férrico Sulfato Férrico Sulfato Ferroso FeCl3 Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 · 3H2O FeSO4 · 7H2O De estos, los más utilizados son las sales de Aluminio y de Hierro; cuando se adiciona estas sales al agua se producen una serie de reacciones muy complejas donde los productos de hidrólisis son más eficaces que los iones mismos; estas sales reaccionan con la alcalinidad del agua y producen los hidróxidos de aluminio o hierro que son insolubles y forman los precipitados. La principal reacción con la alcalinidad del agua es: Precipitación de fosfatos con aluminio: Al+3 + HnPO4-3 ↔ AlPO4 + nH+ 61 METODOLOGÍA CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA La metodología de este trabajo de tesis, se basó en la determinación de cuatro parámetros físico - químicos, como lo son el Fósforo Total, el Fósforo Libre, los Sólidos Suspendidos Totales, y por último la Demanda Química de Oxígeno, estos cuatro parámetros fueron medidos en cuatro puntos distintos dentro de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas, en este caso se realizaron los muestreos en la Planta de Tratamientos de Aguas Residuales de la ciudad de Puerto Natales, Parte importante de este trabajo de tesis es la realización del ensayo de laboratorio “Test de Jarras”, este ensayo de laboratorio se realiza para ver la capacidad Coagulante y Floculante de distintos tipos de soluciones, en este caso especifico se trabajo con Sulfato de Aluminio (Al2(SO4)3 · 18H2O). El procedimiento ocupado para la determinación y comparación de datos consistió en realizar los análisis de laboratorio para los cuatro parámetros ya mencionados, antes y después del proceso de coagulación – floculación, adicionando en cada partida de muestras una cantidad conocida de la solución coagulante, así, de esta manera obtener datos para poder generar curvas de precipitación para el Fósforo Total y el Fósforo Libre, los cuales son el motivo principal de este trabajo de titulación. Tanto los análisis de laboratorio como el procedimiento del ensayo de Test de Jarras fueron realizados bajo normativa vigente. 62 METODOLOGÍA 4.1 MUESTREO 4.1.1 LUGAR FÍSICO DE MUESTREO El muestreo se realizó en las instalaciones de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales perteneciente a la empresa Aguas Magallanes S.A., ubicada en Prolongación Piloto Pardo S/N, Puerto Natales, Provincia de Última Esperanza, Región de Magallanes y Antártica Chilena. 4.1.2 ESQUEMA PLANTA TRATAMIENTOS Esta planta cuenta con un sistema de tratamiento de Lodos Activados, el proceso de tratamiento de dicha planta se explica en el siguiente esquema simplificado, señalando los lugares donde fueron tomadas las muestras: Agua Residual Bruta Desarenador Rejas A.B. S.P T. L.M. Reactor Biológico S.D.S. Desinfección UV Clarificador Secundario Agua Residual Tratada Fig. Nº 22.- Diagrama de flujo simplificado Planta tratamiento de Aguas Residuales Puerto Natales. 63 METODOLOGÍA 4.1.3 PUNTOS DE MUESTREO Para la toma de muestras se ubicaron cuatro puntos distintos dentro de la Planta de Tratamiento, estos puntos no fueron elegidos al azar, sino que se determinaron con el fin de conocer las cargas contaminantes existentes en los lugares más importantes del proceso. En la siguiente tabla se señalan los puntos de muestreo con sus respectivas abreviaturas, desde la entrada del agua residual, hasta la salida de esta ya tratada. Tabla Nº 11. Lugares de muestreo Planta de Tratamiento de Aguas 4.1.4 Lugar de Muestreo Abreviatura Agua Bruta A.B. Salida Pre Tratamiento S.PT. Licor Mezcla L.M. Salida Decantador Secundario S.D.S. FECHAS DE MUESTREO Los muestreos se realizaron entre los meses de Junio – Julio del año 2006, de forma semanal, para poder aplicar por semana una dosis especifica de coagulante. A continuación se señalan las fechas en las cuales se realizaron los muestreos: Tabla Nº 12. Fechas de realización de Muestreo Muestra Fecha de Muestreo Nº 1 09 Junio 2006 Nº 2 16 Junio 2006 Nº 3 23 Junio 2006 Nº 4 13 Julio 2006 Nº 5 21 Julio 2006 Nº 6 28 Julio 2006 64 METODOLOGÍA 4.1.5 NORMATIVA DE MUESTREO Los muestreos fueron realizados bajo la normativa Chilena existente, los procedimientos para el monitoreo de Residuos Líquidos están contenidos en la Norma Chilena Oficial NCh 411/2 Of 96, Calidad del agua – Muestreo – Parte 2: Guía sobre técnicas de muestreo; NCh 411/3 Of 96, Calidad del agua – Muestreo – Parte 3: Guía sobre la preservación y manejo de las muestras, y NCh 411/10 Of 97, Calidad del agua – Muestreo – Parte 10: Guía para el muestreo en aguas residuales. La toma de muestra estuvo a cargo del personal de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Las muestras tomadas corresponden a muestras puntuales, por lo que debido a la distancia entre Punta Arenas y Puerto Natales, fueron tomadas a primera hora de los días antes señalados, estas muestras fueron enviadas vía terrestre y recepcionadas aproximadamente 4 horas después de haber sido tomadas, durante el envío y a la recepción de estas, las muestras se mantuvieron a una temperatura de 4°C 4.2 ENSAYOS DE LABORATORIO. 4.2.1 TEST DE JARRAS El ensayo de test de jarras se utiliza para determinar las dosis más efectivas de coagulante para un agua específica durante el control de la coagulación y floculación en una planta de tratamiento tanto de agua residual, como de agua potable, especialmente cuando la calidad del agua fluctúa rápidamente. Se puede utilizar también con objeto de determinar las velocidades de sedimentación para el diseño de tanques de sedimentación y conocer el potencial del agua cruda para la filtración directa. 65 METODOLOGÍA 4.2.1.1 Características del Equipo El equipo utilizado para el Test de Jarras, se encuentra en el Laboratorio de Físico - Química y Medio Ambiente perteneciente al Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Magallanes, y cuenta con las siguientes características: Fig. Nº 23.- Equipo para el ensayo del Test de Jarras Tabla Nº 13. Características Equipo Test de Jarras Características Técnicas Estructura Metálica recubierta con pintura epoxi. Números de posiciones de agitación Varillas de acero inoxidable 6 Regulables en altura con dispositivo auto bloqueo Panel posterior Retro iluminado Motor de corriente continua con reducción independiente para cada puesto de agitación Pluri comando Comando único para selección de giro de cada paleta Potencia 80 W. Peso 18 Kg. Dimensiones 935 x 347 x 260 (mm) Prestaciones Regulación electrónica de giro Selector de velocidad prefijado en 10 15 - 30 - 45 - 60 - 90 - 120 - 150 - 200 rpm (hasta 300 rpm opcional) 66 METODOLOGÍA 4.2.1.2 Metodología ocupada en el ensayo La metodología utilizada se basa en la norma ASTM D2035-80 (2003) “Standard Practice for Coagulation-Flocculation Jar Test of Water”, en la que señala la forma de preparación de las soluciones que se van a ocupar en el ensayo de Test de Jarras. Se deben preparar soluciones madres de los coagulantes, coadyuvantes coagulantes y otros reactivos químicos a concentraciones tales que las cantidades adecuadas para utilizarse en las pruebas de coagulación se puedan medir exacta y convenientemente. A continuación se muestran algunas de las soluciones típicas que se preparan para un ensayo de Test de Jarras. Tabla Nº 14. Concentraciones típicas para soluciones coagulantes Reactivo Químico Concentración de solución madre Duración de la solución 1 ml en un litro de solución equivale a Sulfato de Aluminio 1% 1 mes 10 mg Al+3/L Cloruro Férrico 1% 2 meses 10 mg Fe+3/L Cal 1% 1 mes 10 mg/L Poli electrolito 0,05 % 1 semana 0,5 mg/L Acido Sulfúrico 0,1 N 3 meses 4,9 mg/L Para el caso específico de este trabajo de tesis se ocupó el Sulfato de Aluminio (Al2(SO4)3 · 18H2O) como solución coagulante, por lo tanto se tomó la relación indicada en la tabla anterior (1 ml de Sulfato de Aluminio al 1 %, equivale a 10 mg/L de Al+3). 67 METODOLOGÍA 4.2.1.3 Procedimiento para el ensayo de jarras El procedimiento utilizado para llevar a cabo el Test de Jarras se realizó con dosis fijas de solución de Aluminio durante cada semana de muestreo, esto con el fin de analizar por cada partida todos los puntos donde se tomaron las muestras. Las fechas y dosis de solución añadidas se señalan en la siguiente tabla: Tabla Nº 15. Dosis de coagulante adicionadas para ensayo de jarras Fecha de Muestreo Dosis de aluminio utilizada (Al+3) 09 – 06 – 2006 5 mg/L 16 – 06 – 2006 10 mg/L 23 – 06 – 2006 15 mg/L 13 – 07 – 2006 20 mg/L 21 – 07 – 2006 25 mg/L 28 – 07 – 2006 30 mg/L El procedimiento ocupado en laboratorio fue el siguiente: 1. Colocar un vaso de 1 litro debajo de cada una de las paletas de agitación, para este caso solo se ocuparon 4 vasos. 2. En cada vaso añadir exactamente 1 litro de una muestra proveniente de cada punto de muestreo. 3. Anotar en una hoja de datos la cantidad de coagulante que se añade a cada vaso. Esta cantidad variará de semana en semana. 4. Añadir la misma cantidad de coagulante en cada vaso. 68 METODOLOGÍA 5. Colocar las paletas de agitación dentro de los vasos, arrancar el agitador y operarlo durante 1 min a una velocidad de 120 - 150 rpm. 6. Al cabo de un minuto, reducir la velocidad al grado en que se empiecen a formar los flóculos, (normalmente 15 rpm) y permitir que la agitación continúe durante unos 15 min. 7. Una vez que transcurre el periodo de agitación, detener el agitador y se deja sedimentar los flóculos formados, esto se hace por un periodo de 20 min. 8. Después de los 20 min, se extrae el líquido sobrenadante para la realización de los análisis antes mencionados. Es importante señalar que los análisis de Fósforo total, Fósforo libre, DQO y Sólidos suspendidos totales, se realizan antes y después del ensayo. El pH también se mide en ambos casos. 4.2.2 ANÁLISIS QUÍMICOS Los análisis realizados para el siguiente trabajo de tesis, se basan tanto en la normativa chilena 2313 (NCh 2313), como en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Los análisis de Fósforo Total, Demanda Química de Oxigeno, Sólidos Suspendidos Totales y pH corresponden a la NCh 2313, en cambio el análisis de Fósforo libre corresponde al Standard Methods. Cabe señalar que tanto para la determinación de fósforo total, fósforo libre y Demanda Química de Oxígeno, se trabajo con curvas de calibración. 69 METODOLOGÍA 4.2.2.1 Normativa A continuación se detallan las normas utilizadas para los análisis realizados, señalando el principio de dicha norma: Norma Chilena 2313 (NCh 2313) 1. NCh 2313/1, Of 95, Decreto Supremo N°545 de 1995 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas Residuales – Métodos de análisis Parte 1: Determinación pH. Principio: El método se basa en la determinación de la actividad de los iones de hidronio por medición potenciométrica, empleando un electrodo de vidrio y un electrodo de referencia, previa calibración del instrumento con soluciones de pH estándar. 2. NCh 2313/3, Of 95, decreto Supremo N°545 de 1995 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas residuales – Métodos de análisis Parte 3: Determinación de Sólidos Suspendidos Totales secados a 103° C – 105° C. Principio: El principio se basa en filtrar una muestra bien homogenizada a través de un filtro tarado, de fibra de vidrio estándar y secar el residuo retenido hasta masa constante, a 103°C – 105°C. El aumento de masa del filtro representa el contenido de sólidos suspendidos totales. 3. NCh 2313/15, Of 97, Decreto Supremo N°949 de 1997 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas residuales – Métodos de análisis Parte 15: Determinación de Fósforo Total. Principio: La determinación de fósforo incluye dos pasos principales, conversión de las diferentes formas de fósforo a ortofosfato disuelto y detección colorimétrica. El presente método incluye tres métodos de 70 METODOLOGÍA digestión alternativos y la determinación colorimétrica en la cual el ortofosfato reacciona con molibdato de amonio bajo condiciones ácidas para formar el ácido molibdofosfórico que en presencia de vanadio genera el ácido vanadomolibatofosfórico. La intensidad del color desarrollado es proporcional a la concentración de fósforo. Para la realización de este ensayo se realizó la digestión con ácido sulfúricoácido nítrico. Tabla Nº 16. Datos para la confección de curva de calibración del Fósforo Volúmen Fósforo (ml) (mg P) 0,0 0,00 0,2 0,02 0,3 0,03 0,4 0,04 0,5 0,05 1,0 0,10 2,0 0,20 3,0 0,30 4,0 0,40 5,0 0,50 Absorbancia 400 (nm) 0,000 0,038 0,055 0,074 0,089 0,179 0,351 0,528 0,706 0,825 Absorbancia 420 (nm) 0,000 0,023 0,033 0,044 0,054 0,109 0,211 0,318 0,426 0,501 Absorbancia 470 (nm) 0,000 0,007 0,011 0,014 0,017 0,037 0,071 0,108 0,149 0,174 Estos datos nos entregan las siguientes curvas de calibración: Absorbancia 400 (nm) Curva Calibración Fósforo 400 (nm) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = 1.712x r² = 0.997 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Fósforo (mg P) Fig. Nº 24.- Curva calibración Fósforo a 400 (nm) 71 METODOLOGÍA Absorbancia 420 (nm) Curva Calibración Fósforo 420 (nm) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 y = 1.035x r² = 0.998 0,1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Fósforo (mg P) 0,5 0,6 Fig. Nº 25.- Curva calibración Fósforo a 420 (nm) Absorbancia 470 (nm) Curva Calibracion Fósforo 470 (nm) 0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 y = 0.357x r² = 0.998 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Fósforo (mg P) Fig. Nº 26.- Curva calibración Fósforo a 470 (nm) 4. NCh 2313/24, Of 97, Decreto Supremo N°1144 de 1997 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas residuales – Métodos de análisis Parte 24: Determinación de la Demanda Química de Oxigeno (DQO). Principio: El método se basa principalmente en la oxidación de la materia orgánica por el dicromato en medio de ácido sulfúrico, con lo cual el carbono es convertido en CO2 y el hidrógeno en agua. La cuantificación se realiza por colorimetría. 72 METODOLOGÍA Tabla Nº 17. Datos para la confección de curva de calibración del DQO Volúmen (ml) 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 DQO (mg/L DQO) 0,00 250 500 750 1000 Absorbancia 600 (nm) 0,000 0,053 0,148 0,224 0,284 Absorbancia (600 nm) Curva de Calibración DQO 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 y = 0,0003x r2 = 0,992 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 mg/L de DQO Fig. Nº 27.- Curva calibración DQO a 600 (nm) Standard Methods El análisis para el Fósforo libre, se basó en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, Part 4500 – P, A, B y C, y al igual que el Fósforo libre, las curvas de calibración son las mismas ocupadas para el Fósforo Total. 73 DATOS OBTENIDOS CAPÍTULO 5. DATOS OBTENIDOS En el siguiente capítulo de esta tesis, se presentan los datos y resultados obtenidos en los análisis realizados a cada una de las muestras antes y después del proceso de coagulación – floculación. Los datos están ordenados por orden de análisis, y en estos se presentan el promedio, la desviación estándar, el intervalo de error, el valor máximo y por último el valor mínimo. 5.1 DATOS INICIALES, SIN APLICACIÓN DE SULFATO DE ALUMINIO 5.1.1 PH. Tabla Nº 18. Datos para los valores de pH 5.1.2 pH A.B. S.PT. L.M. S.D.S. Promedio 8,38 8,41 6,84 7,16 Desviación Estándar 0,31 0,32 0,04 0,05 Intervalo de Confianza (1) 0,09 0,09 0,01 0,01 Máximo 8,77 8,61 6,88 7,21 Mínimo 7,92 7,77 6,78 7,09 SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST). Tabla Nº 19. Datos para los valores de SST. S.S.T. A.B. S.PT. L.M. S.D.S. Promedio 125 114 7541 5,0 Desviación Estándar 6 7 437 0,3 1,7 2,1 120,3 0,1 Máximo 132 125 7868 5,2 Mínimo 115 102 6735 4,3 Intervalo de Confianza 5.1.3 (1) DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO (DQO). 74 DATOS OBTENIDOS Tabla Nº 20. Datos para los valores de DQO. D.Q.O. A.B. S.PT. L.M. S.D.S. Promedio 341,8 307,6 4430 49,4 Desviación Estándar 12,3 25,1 411,6 2,9 Intervalo de Confianza (1) 3,4 6,9 113,3 0,8 Máximo 353,8 327,2 4747 55,2 Mínimo 320,1 258,2 3670 47,3 5.1.4 FÓSFORO TOTAL (P TOTAL). Tabla Nº 21. Datos para los valores de P total. Fósforo Total A.B. S.PT. L.M. S.D.S. Promedio 7,67 7,27 47,0 6,72 Desviación Estándar 0,3 0,1 3,9 0,5 Intervalo de Confianza (1) 0,1 0,1 1,1 0,1 Máximo 7,87 7,34 50,1 7,43 Mínimo 7,20 7,18 39,40 6,12 5.1.5 FÓSFORO LIBRE (P LIBRE) Tabla Nº 22. Datos iniciales para los valores de P libre. Fósforo Libre A.B. S.PT. L.M. S.D.S. Promedio 5,79 5,58 33,8 5,09 Desviación Estándar 0,3 0,2 2,8 0,2 Intervalo de Confianza (1) 0,1 0,1 0,8 0,1 Máximo 6,02 5,73 37,1 5,31 Mínimo 5,24 5,25 29,8 4,82 (1) todos los intervalos de confianza se calcularon con un α de 0.95. 75 DATOS OBTENIDOS 5.2 ENSAYOS POSTERIORES A LA ADICÓN DE SULFATO DE ALUMINIO Los resultados que se muestran a continuación corresponden a los valores obtenidos tras la realización de los análisis de Sólidos Suspendidos Totales, Demanda Química de Oxigeno, Fósforo total y Fósforo libre. Los resultados presentados están ordenados por análisis, y por dosis de Al+3 adicionado en cada punto de muestreo. Los resultados de pH no se señalan, debido a que para la realización de la coagulación – floculación con Sulfato de Aluminio, se tuvieron que ajustar los pH al rango de mayor eficiencia, el cual es 6.5 a 8.0, lo cual se logro adicionando pequeñas dosis de H2SO4. En las siguientes tablas y gráficos se muestran las curvas de precipitación obtenidas en cada uno de los análisis realizados, para los valores del punto de muestreo N° 3, correspondiente al Licor Mezcla (L.M.), los gráficos se presentan a parte ya que los rangos de medida son más amplios. 5.2.1 CONCENTRACIONES DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES EN LOS CUATRO PUNTOS DE MUESTREO DESPUÉS DEL TEST DE JARRAS. Tabla Nº 23. Concentraciones de Sólidos Suspendidos Totales después del test de jarras. Dosis de A.B. S.PT. L.M. S.D.S. 5 47 41 61 3,0 10 43 36 55 3,0 15 42 32 47 3,0 20 36 24 33 1,0 25 28 17 28 2,0 30 23 16 19 1,0 Al+3(mg/L) 76 DATOS OBTENIDOS Gráficos de datos obtenidos para las concentraciones de Sólidos Suspendidos Totales en los puntos de muestreo: Agua Bruta, Salida Pre Tratamiento y Salida de Decantador Secundario. S.S.T. (mg/L) Concentración de Sólidos Suspendidos Totales después de la adición de Al2(SO4)3 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 A.B. S.P T. S.D.S. 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 28.- Concentración de Sólidos Suspendidos Totales después de la adición de Sulfato de Aluminio. Gráfico de datos obtenido para la concentración de Sólidos Suspendidos Totales en el punto de muestreo: Licor Mezcla. Concentración Sólidos Suspendidos Totales despues de la adición de Al2(SO4)3 70 S.S.T. (mg/L) 60 50 40 30 L.M. 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 29.- Concentración de Sólidos Suspendidos Totales después de la adición de Sulfato de Aluminio en el Licor Mezcla. 77 DATOS OBTENIDOS 5.2.2 CONCENTRACIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXIGENO EN LOS CUATRO PUNTOS DE MUESTREO DESPUÉS DEL TEST DE JARRAS. Tabla Nº 24. Concentraciones de Demanda Química de Oxigeno después del test de jarras. Dosis de A.B. S.PT. L.M. S.D.S. 5 135 121 187 115 10 130 117 180 100 15 110 98 153 93 20 80 73 110 73 25 73 67 93 63 30 67 60 55 42 Al+3(mg/L) Gráficos de datos obtenidos para las concentraciones de la Demanda Química de Oxígeno en los puntos de muestreo: Agua Bruta, Salida Pre Tratamiento y Salida de Decantador Secundario. D.Q.O. (mg/L) Concentración de la Demanda Química de Oxigeno despues de la adición de Al2(SO4)3 160 140 120 100 80 60 40 20 0 A.B. S.P T. S.D.S. 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 30.- Concentración de la Demanda Química de Oxígeno después de la adición de Sulfato de Aluminio. 78 DATOS OBTENIDOS Gráfico de datos obtenido para la concentración de la Demanda Química de Oxígeno en el punto de muestreo: Licor Mezcla. D.Q.O. (mg/L) Concentración de la Demanda Química de Oxigeno despues de la adición de Al2(SO4)3 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 L.M. 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 31.- Concentración de Sólidos Suspendidos Totales después de la adición de Sulfato de Aluminio en Licor Mezcla. 5.2.3 CONCENTRACIONES DE FÓSFORO TOTAL EN LOS CUATRO PUNTOS DE MUESTREO DESPUÉS DEL TEST DE JARRAS. Tabla Nº 25. Concentraciones de Fósforo Total después del test de jarras. Dosis de A.B. S.PT. L.M. S.D.S. 5 7.6 7.0 45.2 6.2 10 7.3 6.8 43.8 5.9 15 6.5 5.9 23.2 5.6 20 5.7 5.5 17.1 4.8 25 4.9 4.7 14.8 4.1 30 4.5 4.4 14.3 3.8 Al+3(mg/L) 79 DATOS OBTENIDOS Concentración de Fósforo Total: Fósforo Total (mg P/L) Concentración de Fósfro Total despues de la adición de Al2(SO4)3 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 A.B. S.P T. S.D.S. 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 32.- Concentración de Sólidos Suspendidos Totales después de la adición de Sulfato de Aluminio. Fosforo Total en Licor Mezcla: Fósforo Total (mg P/L) Concentración de Fósfro Total despues de la adición de Al2(SO4)3 en Licor Mezcla 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 L.M. 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 33.- Concentración de Fósforo Total después de la adición de Sulfato de Aluminio en Licor Mezcla. 80 DATOS OBTENIDOS 5.2.4 CONCENTRACIÓN DE FÓSFORO LIBRE EN LOS CUATRO PUNTOS DE MUESTREO DESPUÉS DEL TEST DE JARRAS. Tabla Nº 26. Concentraciones de Fósforo Libre después del test de jarras. Dosis de A.B. S.PT. L.M. S.D.S. 5 5.02 4.71 28.20 3.27 10 4.62 4.32 25.61 2.93 15 3.59 3.24 20.54 2.12 20 2.98 2.51 20.11 1.71 25 2.55 1.85 18.71 1.12 30 2.24 1.66 16.15 0.79 +3 Al (mg/L) Gráficos de datos obtenidos para las concentraciones de Fósforo Libre en los puntos de muestreo: Agua Bruta, Salida Pre Tratamiento y Salida de Decantador Secundario. Fósforo Libre (mg PO4-3/L) Concentración de Fósfro libre despues de la adición de Al2(SO4)3 6 5 4 3 A.B. 2 S.P T. 1 S.D.S. 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 34.- Concentración de Fósforo Libre después de la adición de Sulfato de Aluminio. 81 DATOS OBTENIDOS Gráfico de datos obtenido para la concentración de Sólidos Suspendidos Totales en el punto de muestreo: Licor Mezcla. Fósforo Libre (mg PO4-3/L) Concentración de Fósfro libre despues de la adición de Al2(SO4)3 en Licor Mezcla 30 25 20 15 10 L.M. 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 35.- Concentración de Fósforo Libre después de la adición de Sulfato de Aluminio en Licor Mezcla. 82 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS CAPÍTULO 6. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS En el siguiente capítulo se presentan las discusiones de los resultados, comparando los datos bibliográficos con los obtenidos a través de los análisis realizados en Laboratorio. En la siguiente tabla se presentan los datos iniciales obtenidos en los análisis realizados al Agua Bruta durante el período de muestreo. Tabla Nº 27.Datos iniciales para el Agua Bruta en cada una de las muestras realizadas. FECHA 09-06-2006 16-06-2006 23-06-2006 13-07-2006 21-07-2006 28-07-2006 N° Muestras Promedio Desv. Stand. Inter. Conf. Máximo Mínimo pH DQO (mg/L) SST (mg/L) P. total (mg/L) P. libre (mg/L) 8,42 8,77 7,92 8,65 8,15 8,34 6 8,38 0,31 0,07 8,77 7,92 347,2 351,5 320,1 353,8 337,0 341,4 6 341,8 12,34 3,40 353,8 320,1 128 120 115 129 127 132 6 125 6,37 1,75 132 115 7,85 7,58 7,20 7,73 7,79 7,87 6 7,67 0,25 0,07 7,87 7,20 6,02 5,90 5,24 5,86 5,78 5,93 6 5,79 0,28 0,08 6,02 5,24 En esta tabla se señala el promedio obtenido para cada análisis. Con estos datos podemos comparar con los datos bibliográficos e indicar el tipo de Agua Bruta a la que corresponde en relación a su carga contaminante. 83 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Tabla Nº 28. Composición típica del agua residual domestica bruta. (Metcalf y Eddy, 1995) Concentración Contaminantes Sólidos totales Disueltos, totales (SDT) Fijos Volátiles Sólidos en suspensión (SS) Fijos Volátiles Sólidos sedimentables Unidades mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Débil 350 250 145 105 100 20 80 5 Media 720 500 300 200 220 55 165 10 Fuerte 1200 850 525 325 350 75 275 20 Demanda bioquímica de oxígeno, mg/L: 5 días, 20°C (DBO5, 20°C) mg/L 110 220 400 Carbono orgánico total (COT) Demanda química de oxigeno (DQO) Nitrógeno (total en la forma N) Orgánico Amoniaco libre mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 80 250 20 8 12 160 500 40 15 25 290 1000 85 35 50 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L n°/100 ml µg/L 0 0 4 1 3 30 20 50 50 6 10 - 107 < 100 0 0 8 3 5 50 30 100 100 107 - 108 100 - 400 0 0 15 5 10 100 50 200 150 107 - 109 > 400 Nitrito Nitrato Fósforo (total en la forma P) Orgánico Inorgánico Cloruros a Sulfatos a Alcalinidad (como CaCO3) Grasa Coliformes totales Compuestos orgánicos volátiles (COVs) a Los valores se deben aumentar en la cantidad en que estos compuestos se halles presentes en las aguas de suministro En base a los resultados iniciales obtenidos y como se puede apreciar en los datos de la Tabla N° 28 correspondiente a la composición típica del agua residual domestica bruta, se puede señalar que el agua analizada cae en la categoría de agua residual doméstica bruta de carga contaminante media. Los datos iniciales aportados por los análisis realizados para el Agua Bruta de las muestras de Aguas residuales de la Planta de Tratamiento, nos muestran valores similares para cada una de las seis muestras analizadas, con una pequeña variación en una de las 84 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS muestras, esta corresponde a la Muestra N° 3, tomada el 23 de Junio del 2006, que en comparación con las otras muestra presenta una leve baja en la concentración de la carga contaminante, esto se debe a que durante el mes de Junio del 2006, el total de precipitaciones fue de 12,1 mm, siendo el día 23 el más lluvioso, alcanzando 6,0 mm, haciendo que la carga contaminante se encuentre mas diluida (Dirección General de Aeronáutica Civil) de la Región de Magallanes y Antártica Chilena. Con los datos obtenidos inicialmente, se puede decir que el Fósforo total medido en el agua bruta, está fuera de los límites máximos permisibles dados por el Decreto Supremo 90 (Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales), con estos datos, se puede señalar que para los valores de fósforo, el agua bruta analizada se encuentra fuera de norma en la tabla N° 3, descarga a cuerpos de agua Lacustre y la N° 4, descarga al mar dentro de la Zona de Protección Litoral, para la tabla N° 5, descarga al mar Fuera de la Zona de Protección Litoral no se señala, y en las tablas N° 1 y N° 2, Descarga a cuerpos fluviales sin y con poder de dilución respectivamente, los parámetros están dentro de la norma. Tabla Nº 29.Comparacion de resultados de análisis con tablas del DS90. FECHA pH DQO* (mg/L) SST (mg/L) P. total (mg/L) P. libre* (mg/L) Promedio 8,38 341,8 125 7,67 5,79 10 15 2 5 - - Tabla N°1 Tabla N°2 Tabla N°3 Tabla N°4 Tabla N°5 6,0 – 8,5 6,0 – 8,5 6,0 – 8,5 6,0 – 9,0 6,0 – 8,5 Tablas del DS90 80 300 80 100 300 * Tanto la DQO como el Fósforo libre no son incluidos en DS90 85 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Con el sistema de tratamiento biológico que se realiza actualmente, mucho de los parámetros analizados, están dentro de la normativa exigida (DS90), cumpliendo para los valores de DQO , SST, pH, Fósforo total y Fósforo libre, para las tablas N°1 y 2, descarga a cuerpos fluviales sin y con poder de dilución respectivamente y la tabla N°5, descarga al mar Fuera de la Zona de Protección Litoral, sin embargo los valores del fósforo total y del fósforo libre se encuentran fuera de norma (ver tabla N° 21 y 22) para la tabla N°3, descargas a cuerpos de aguas lacustres, y para la N°4, descarga de aguas al mar dentro de la zona de protección litoral, siendo los valores máximos permisibles para este parámetro 2 mg/L, y 5 mg/L respectivamente. Con los datos antes señalados, se hace necesario contar con algún proceso de eliminación de dichos contaminantes, en el que se pueda alcanzar los valores señalados por la normativa vigente, cuando el vertido así lo requiera. La tendencia de las curvas en la zona de adición cercanas a los 20 mg/L de aluminio, muestran una leve variación, formándose un “efecto silla” (véanse figuras N° 28, 30, 32 y 34), ya que en las cercanías de esta concentración, todas las curvas tienden a estabilizarse. La causa podría ser la formación de un compuesto intermedio que no precipite sino hasta una adición mayor de reactivo. En relación a la eliminación del Fósforo, se tiene lo siguiente: los gráficos presentados a continuación muestran la comparación de la concentración de fósforo libre con respecto a la bibliografía. Cabe rescatar que el primer gráfico está diseñado con agua residual sintética, pero comparándolo con el agua residual urbana real, se observa que la tendencia de las curvas es similar. 86 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS Fig. Nº 36.- Concentración de Fósforo Libre en relación a la adición de Al2(SO)4. Fósforo Libre (mg PO4-3/L) Concentración de Fósfro libre despues de la adición de Al2(SO4)3 6 5 4 3 A.B. 2 S.P T. 1 S.D.S. 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 37.- Concentración de Fósforo Libre después de la adición de Al2(SO)4. Las curvas de remoción de fósforo libre en agua residual real, en comparación con la de bibliografía tienen la misma tendencia y magnitud, pero a diferencia de las teóricas, las obtenidas con agua residual no convergen. Esto lleva a pensar en la existencia de fósforo ligado a un compuesto del agua residual el cual nunca es precipitado totalmente, ya sea por su forma en equilibrio o porque se requerirían dosis de coagulante mucho mayores. También se debe destacar que para alcanzar similares niveles de fósforo libre se utiliza mas Al+3 en aguas residuales, esto era de esperar por la presencia de otros 87 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS compuestos que consumen reactivos sin aportar significativamente a la eliminación del fósforo. Esta observación lleva a la conclusión de que resulta inseguro desde el punto de vista económico y del dimensionado de instalaciones de almacenamiento, la utilización directa de datos de bibliografía, menos aún, obtenidos con aguas residuales sintéticas. Con respecto a las eficiencias de remoción de contaminantes se tienen los siguientes gráficos: Tanto como para el Agua Bruta como para la Salida del Pre Tratamiento, los valores de eficiencia en la remoción son similares, esto es porque en estas etapas solo se retiran sólidos y arenas, sin embargo se ve una leve mejora en la remoción del fósforo, esto se puede deber a que el fosforo este asociado a algún sólido que se haya retirado en las etapas previas y no existe una influencia mayor en los otros contaminantes. % de Remoción en Agua Bruta 1,00 Eficiencia (ɳ) 0,80 0,60 D.Q.O. 0,40 S.S.T. 0,20 P total 0,00 P libre 0 10 20 30 40 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 38.- Porcentaje de Remoción de contaminantes en Agua Bruta. 88 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS % de Remoción en Salida Pre Tratamiento Eficiencia (ɳ) 1,00 0,80 0,60 D.Q.O. 0,40 S.S.T. 0,20 P total 0,00 P libre 0 10 20 30 40 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) Fig. Nº 38.- Porcentaje de Remoción de contaminantes en Salida Pre Tratamiento. Para la DBO5, la relación DBO/DQO, en el Agua Bruta nos da un valor de 1.5 (DBO5 promedio de Afluente es de 235 mg/L, y del efluente es de 10,9 mg/L, datos aportados por Aguas Magallanes S.A.) en cambio la relación que nos entrega el efluente es de 0.22, valor que se acerca a la bibliografía. Resulta interesante que con solo adicionar Al+3, se alcancen altos rendimientos en la eliminación de DQO y SST (Fig. N° 38), es más, si se usa la relación anterior para el efluente (DBO/DQO = 0,22), se puede verificar que este cumple con la normativa en cuanto a materia orgánica, encontrándose bajo los límites de DBO5, para todas las tablas del DS90, para dosis iguales o superiores a 20 mg/L. En cuanto a la eliminación de sólidos suspendidos, se verifica que para todas las dosis ensayadas, agregadas en cualquier parte del tratamiento, el sobrenadante cumple con los límites de calidad de efluente del DS90. Esto nos puede llevar a concluir que podría evaluarse, sobre todo en explotaciones temporales o de muy pequeño tamaño, la inclusión de un sistema de precipitación química como único tratamiento. Evidentemente esto debería ponderarse en función de costos de 89 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS operación, simpleza y facilidad de puesta en marcha, la cual es siempre una limitante en plantas que operan en forma discontinuas, sobre todo aquellas que lo hacen por temporada. Con el sistema de tratamiento biológico que se realiza, mucho de los parámetros analizados, están dentro de la normativa exigida (DS90), cumpliendo para los valores de DQO , SST, pH, Fósforo total y Fósforo libre, para las tablas N°1 y 2, descarga a cuerpos fluviales sin y con poder de dilución respectivamente y la tabla N°5, descarga al mar Fuera de la Zona de Protección Litoral, sin embargo los valores del fósforo total y del fósforo libre se encuentran fuera de norma (ver tabla N° 21 y 22) para la tabla N°3, descargas a cuerpos de aguas lacustres, y para la N°4, descarga de aguas al mar dentro de la zona de protección litoral, siendo los valores máximos permisibles para este parámetro 2 mg/L, y 5 mg/L respectivamente. Para cualquiera de las dosis aplicadas de aluminio, la calidad del sobrenadante en cuanto a su contenido de fósforo cumple con las tablas 1 y 2 de DS90 independientemente del grado de tratamiento, debido a que el contenido natural del agua residual, es inferior a las exigencias de la legislación. En el caso de mayores requerimientos de eliminación del fósforo (tablas N°3 y N°4 del DS90), se alcanzan valores favorables de calidad con dosis superiores a 20 mg/L agregadas al efluente del decantador secundario, cumpliendo en este caso con la tabla N°4. En el rango de las dosis estudiadas no se logró para ningún grado de tratamiento cumplir con los límites de la tabla N°3. 90 CONCLUSIONES CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES 1. Debido a los valores que presenta el Agua Residual analizada, se puede determinar que esta corresponde por bibliografía a un Agua Residual de Concentración Media. 2. Las variaciones en las condiciones pluviométricas inciden directamente en los valores de la carga contaminante de entrada a la Planta de Tratamiento de Aguas 3. Tanto los valores de Fósforo total, DBO5, Sólidos Suspendidos Totales y pH en el afluente del sistema de tratamiento analizado (agua bruta), están todos por sobre la normativa vigente (DS 90), por lo que se hace necesario un sistema de tratamiento. 4. Los valores de fósforo que se obtienen después de la adición de sulfato de aluminio en aguas reales, se asemejan a los aportados por la bibliografía para aguas sintéticas, sin embargo, y a pesar de esta similitud, comparando las curvas de remoción de fósforo libre teórica y real señalan que las dosis a agregar de coagulante son mucho mayores en un agua real que en un agua sintética. 5. La no convergencia de las curvas de precipitación de fósforo en el agua analizada a valores cercanos a cero se puede deber a que en el agua residual real el comportamiento del fosforo es desconocido, y siempre queda parte de éste dentro del tratamiento, posiblemente asociado a algún compuesto que no precipita. La situación anterior no se presenta en aguas residuales sintéticas. 6. La adición de Al+3 entrega altas eficiencias en la remoción de la materia orgánica y de sólidos suspendidos, lográndose calidades de 91 CONCLUSIONES efluentes que cumple con todas las tablas del DS90, desde la menor dosis utilizada en este estudio (5 mg Al+3/L). 7. Para aguas residuales de carga contamínate media como la analizada, no se hace necesario un tratamiento específico para el fósforo, ya que su contenido es inferior al exigido por las tablas N°1 y N°2 del DS90. 8. Dosis de 20 mg/L de aluminio aplicadas al efluente de un proceso biológico, cumplen con la tabla N°4 del DS90, sin embargo no se encontraron en este estudio dosis para cumplir con la tabla N°3 del citado decreto. Para el cumplimiento de esta tabla debería estudiarse la incorporación de otros agentes precipitantes u otras tecnologías de mayor eficiencia en la eliminación de fósforo. 9. Se concluye que el punto en el tratamiento para la adición del coagulante depende esencialmente de la calidad del efluente deseado, la cual está relacionada con el cuerpo receptor de dicho efluente. 10. Los altos niveles de eliminación de contaminante obtenidos mediante la adición de Al+3, hacen interesante la evaluación de este proceso como tratamiento único, especialmente en aquellos casos en que el tratamiento biológico presente inconvenientes en su aplicación. 92 BIBLIOGRAFIA CAPÍTULO 8. BIBLIOGRAFIA American Public Health Association (APHA), Estándar Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th ed., Washington DC, USA, 1998. Enhancing phosphate removal from wastewater by using polyelectrolytes and clay injection, Mahmut Özacar, I. Ayhan Sengil, Department of Chemistry, Science & Art Faculty, Sakarya University, 54100 Sakarya, Turkey. Journal of Hazardous Materials B100 (2003) 131-146. Arvin, E., G. Petersen and J. Skarup (1981): Fosforfjernelse fra byspildevand med jern-og aluminiumsalte. (Phosphorous removal from wastewater with iron and aluminium salts). Volume 1 (Theorical background an experimentas result). Department of Environmental Engieneering Thecnical Universty of Denmark (Rep. 80 – 67). EPA (1976): Process design manual for phosphorous removal. U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio. (EPA 625/1-76001a). Ramalho, R.S. Tratamiento de aguas residuales. Editorial Reverté (1991). Mujeriego, R. 1990. Riego con agua residual municipal regenerada. Manual práctico. Universidad Politécnica de Cataluña, 481 pp. Influencia del tiempo de retención celular y la temperatura en los procesos de eliminación biológica de materia orgánica y nutrientes de las aguas residuales. Francisca García Usach. Tesis doctoral UPV. (2002) 93 BIBLIOGRAFIA Metcalf y Eddy. Ingeniería de aguas residuales. Editorial McGraw-Hill, Inc. (1995), New York, NY. Campos, H., Parra, O. and G. Agüero. 1991. Evaluación de la carga de Fósforo y Nitrógeno en el Lago Villarrica. Universidad Austral. República de Chile. Removal of nitrogen and phosphate from wastewater by addition of bittern, S.I. Lee, S.Y. Weon, C.W. Lee, B. Koopman. Department of Environmental Engineering, Cheongju, 361-763, Repiblic of Korea. Nutrient removal and sludge production in the coagulation – flocculation process. Department of Chemical Engineering, Univrsity of Murcia, Campus Espinardo, 30071, Murcia, Spain. Water research 36 (2002) 2910-2919. Stability of enhanced biological phosphorous removal and composition of polyphosphate granules. Christiane Schönborn, Hans-Dietrich Bauer. Institute for Solid State and Materials Research, Helmholtzstr. 20, D 01069 Dresden, Germany. Norma Chilena Oficial NCh 411/2 Of 96, Calidad del agua – Muestreo – Parte 2: Guía sobre técnicas de muestreo. NCh 411/3 Of 96, Calidad del agua – Muestreo – Parte 3: Guía sobre la preservación y manejo de las muestras. NCh 411/10 Of 97, Calidad del agua – Muestreo – Parte 10: Guía para el muestreo en aguas residuales. NCh 2313/1, Of 95, Decreto Supremo N°545 de 1995 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas Residuales – Métodos de análisis Parte 1: Determinación pH. NCh 2313/3, Of 95, decreto Supremo N°545 de 1995 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas residuales – Métodos de análisis Parte 3: 94 BIBLIOGRAFIA Determinación de Sólidos Suspendidos Totales secados a 103° C – 105° C. NCh 2313/15, Of 97, Decreto Supremo N°949 de 1997 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas residuales – Métodos de análisis Parte 15: Determinación de Fósforo Total. NCh 2313/24, Of 97, Decreto Supremo N°1144 de 1997 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas residuales – Métodos de análisis Parte 24: Determinación de la Demanda Química de Oxigeno (DQO). Decreto Supremo 90 (DS90), Establece Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes Asociados a las descargas de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales, Ministerio Secretaría General de la Presidencia de la República, República de Chile. Otras fuentes de búsqueda www.elsevier.com/locate/watres www.lenntech.com/espanol/coagulacion.htm www.lenntech.com/espanol/floculacion.htm www.uc.cl/quimica/agua/potabiliz.htm www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080004.htm www.conama.cl www.elsevier.com/locate/chemosphere www.elsevier.com/locate/jhazmat 95 GLOSARIO A continuación se presentan una serie de términos ocupados en este trabajo de tesis. Acidez: La capacidad cuantitativa del agua de neutralizar una base, expresada en equivalente de carbonato de calcio en ppm o del mg/l. El número de los átomos de hidrógeno que están presente determina esto. Es medido generalmente por medio de una valoración con una solución de hidróxido sódico estándar. Aerobio: Un proceso que ocurre en presencia del oxígeno, tal como la digestión de la materia orgánica por las bacterias en una cámara de oxidación. Afinidad: La agudeza con la que un cambiador de un ion toma y se aferra a un contador-ion. Las afinidades se ven muy afectadas por la concentración del electrolito que rodea al cambiador del ion. Agentes contaminantes biodegradables: Agentes contaminantes que son capaces de ser descompuestos bajo condiciones naturales. Aglomeración: Proceso de unir partículas más pequeñas para formar una masa más grande. Agua contaminada: La presencia en el agua de suficiente material perjudicial o desagradable para causar un daño en la calidad del agua. Agua potable: Agua que es segura para beber y para cocinar. Aguas brutas: Entrada antes de cualquier tratamiento o uso. Aguas grises: Aguas domésticas residuales compuestas por agua de lavar procedente de la cocina, cuarto de baño, aguas de los fregaderos, y lavaderos. Aguas hipo anóxicas: Aguas con una concentración de oxígeno disuelto menor que 2 mg/L, el nivel generalmente aceptado como mínimo requerido para la vida y la reproducción de organismos acuáticos. Aguas negras: Aguas que contiene los residuos de seres humanos, de animales o desechos de alimentos. Aguas receptoras: Un río, un lago, un océano, una corriente de agua u otro curso de agua, dentro del cual se descargan aguas residuales o efluentes tratados. Aguas residuales: Fluidos residuales en un sistema de alcantarillado. El gasto o agua usada por una casa, una comunidad, una granja, o industria que contiene materia orgánica disuelta o suspendida. Aguas residuales brutas: Aguas residuales sin tratar y sus contenidos. Aguas residuales municipales: Residuos líquidos, originados por una comunidad. Posiblemente han sido formados por aguas residuales domésticas o descargas industriales. Aireación: Técnica que se utiliza en el tratamiento de aguas que exige una fuente de oxígeno, conocida comúnmente como purificación biológica aeróbica del agua. El agua es traída para ponerla en contacto con las burbujas de aire o rociando el aire se trae en contacto con agua por medio de instalaciones de la aireación. El aire es presionado a través de la superficie del agua, este burbujea y el agua se provee de oxígeno. Aireación mecánica: Uso de la energía mecánica para inyectar aire al agua para causar una corriente residual que absorba oxígeno. Alcalinidad: La alcalinidad significa la capacidad tapón del agua; la capacidad del agua de neutralizar. Evitar que los niveles de pH del agua lleguen a ser demasiado básico o ácido. Es También añadir carbón al agua. La alcalinidad estabiliza el agua en los niveles del pH alrededor de 7. Sin embargo, cuando la acidez es alta en el agua la alcalinidad disminuye, puede causar condiciones dañinas para la vida acuática. En química del agua la alcalinidad se expresa en PPM o el mg/l de carbonato equivalente del calcio. La alcalinidad total del agua es la suma de las tres clases de alcalinidad; alcalinidad del carbonato, del bicarbonato y del hidróxido. Alcantarilla combinada: Un sistema de alcantarilla que transporta tanto aguas residuales como agua de lluvia de escorrentía. Algas: Organismos uni o multicelular que se encuentran comúnmente en el agua superficial, tal como lenteja de agua. Producen su propio alimento por medio de la fotosíntesis. La población de las algas se divide en algas verdes y en algas azules, de las cuales las algas azules son muy dañinas para la salud humana. El crecimiento excesivo las algas puede hacer que el agua tenga olores o gusto indeseables. La descomposición de las algas disminuye las fuentes de oxígeno en el agua. Anaerobio: Un proceso que ocurre en ausencia de oxígeno, tal como la digestión de la materia orgánica por las bacterias en un UASB-reactor. Bacterias: Pequeños microorganismos unicelulares, que se reproducen por la fisión de esporas. Bacteria coliforme: Bacteria que sirve como indicador de contaminantes y patógenos cuando son encontradas en las aguas. Estas son usualmente encontradas en el tracto intestinal de los seres humanos y otros animales de sangre caliente. Bioacumulación: El aumento en la concentración de una sustancia en organismos vivos, debido al contacto de éste con aire, agua, o alimento contaminado, debido a la lenta metabolización y excreción. Biopelícula: Población de varios microorganismos, contenidos en una capa de productos de excreción, unida a una superficie. Bioremediación: El tratamiento biológico de las aguas residuales y del lodo, induciendo la interrupción de productos orgánicos y de hidrocarburos para dar dióxido de carbono y agua. Cámara de contacto con cloro: Parte de la planta de tratamiento de agua donde el efluente es desinfectado por cloro. Capacidad de asimilación: La capacidad del agua natural de recibir aguas residuales o materiales tóxicos sin que tengan efectos negativos y sin daño para la vida acuática o para los seres humanos que consumen ese agua. Capacidad de reserva: Extra capacidad de tratamiento construida dentro de las plantas de tratamiento de aguas residuales y alcantarillado con la capacidad de alcanzar incrementos de flujos futuros debido al crecimiento de la población. Caudal: Flujo de agua superficial en un río o en un canal. Caudal de agua cero: Cuando solo el caudal de agua que entra a un sistema de alcantarillado es agua normal doméstica y sanitaria, porque toda la industrial y la de la agricultura es reciclada dentro de la planta. Caudal de agua subterránea: Aguas subterráneas que entran en zonas costeras, las cuales han sido contaminadas por la infiltración en la tierra de lixiviados, inyección en pozos profundo de aguas peligrosas y tanques asépticos. Cámara de almacenamiento de agua: Una charca para líquidos residuales, diseñada para lograr algún grado de tratamiento bioquímico. Cámara de oxidación: Cuerpo de agua construido por el hombre en el cual los residuos son consumidos por las bacterias. Cloración: Proceso de purificación del agua en el cual el cloro es añadido al agua para desinfectarla, para el control de organismos presente. También usado en procesos de oxidación de productos impuros en el agua. Coágulos: Residuo sólido precipitado en el filtro después de que la filtración tenga lugar. Coagulación: Desestabilización de partículas coloidales por la adición de un reactivo químico, llamado coagulante. Esto ocurre a través de la neutralización de las cargas. Coagulantes: Partículas líquidas en suspensión que se unen para crear partículas con un volumen mayor. Coeficiente de ratio cinemático: El número que describe la proporción en la que los componentes del agua como la demanda biológica de oxígeno disuelto suben o bajan. Coloides: Material de muy pequeño tamaño, en el rango de 10-5 a 10-7 mm de diámetro. Concentración: La cantidad de material disuelto en una unidad de solución, expresado en mg/L. Contaminación por nutrientes: Contaminación de las fuentes de aguas por una excesiva entrada de nutrientes. En aguas superficiales, la excesiva producción de algas es la mayor preocupación. Contaminación térmica: Descarga de agua caliente desde un proceso industrial que es recibida por un agua superficial, causando la muerte o lesiones a los organismos acuáticos. Contaminante: Un compuesto que a concentración suficientemente alta causa daños en la vida de los organismos. Contaminantes biológicos: Organismos vivos tales como virus, bacterias, hongos, y antígenos de mamíferos y de pájaros que pueden causar efectos dañinos sobre la salud de los seres humanos. Contaminantes tóxicos del agua: Compuestos que no son encontrados de forma natural en el agua y vienen dados en concentraciones que causan la muerte, enfermedad, o defectos de nacimiento en organismos que los ingieren o absorben. DBO (Demanda Biológica de Oxígeno): La cantidad de oxígeno (medido en el mg/l) que es requerido para la descomposición de la materia orgánica por los organismos unicelulares, bajo condiciones de prueba. Se utiliza para medir la cantidad de contaminación orgánica en aguas residuales. DBO 5: La cantidad de oxígeno disuelto consumido en cinco días por las bacterias que realizan la degradación biológica de la materia orgánica. Decantar: Retirar la capa superior de un líquido después de que materiales pesados (un sólido o cualquier otro líquido) se haya depositado. DQO (Demanda Química de Oxígeno): Cantidad de oxígeno (medido en mg/L) que es consumido en la oxidación de materia orgánica y materia inorgánica oxidable, bajo condiciones de prueba. Es usado para medir la cantidad total de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales. En contraposición al DBO, con el DQO prácticamente todos los compuestos son oxidados. Descarga: La liberación de contaminantes que fueron capturados por un medio de filtración. Descarga indirecta: Introducción de contaminantes desde una fuente no doméstica en un sistema de tratamiento de aguas residuales público. Descargadores indirectos que pueden ser comercializados o facilitados por industrias cuyas aguas residuales entran en el alcantarillado local. Descarga municipal: Descarga de efluentes procedentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales, el cual recibe agua residuales de las casas, de establecimientos comerciales, e industrias en cuencas de drenaje costeras. Descomposición: La ruptura de la materia orgánica por bacteria y fungi, para cambiar la apariencia de la estructura química y física de la materia orgánica. Desinfección: La descontaminación de fluidos y superficies. Para desinfectar un fluido o una superficie una variedad de técnica están disponibles, como desinfección por ozono. A menudo desinfección significa eliminación de la presencia de microorganismo con un biocida. Desinfectantes: Fluidos o gases para desinfectar filtros, tuberías, sistemas, etc. Desnitrificación: Eliminación de productos nitritos y nitratos del agua para producir una calidad que responda a los estándares comunes. Digestor: Tanque cerrado para el tratamiento de aguas residuales, en el cual las bacterias actúan induciendo la ruptura de la materia orgánica. Efluente: La salida o flujos salientes de cualquier sistema que despacha flujos de agua, a un tanque de oxidación, a un tanque para un proceso de depuración biológica del agua, etc. Este es el agua producto dada por el sistema. Escherichia coli (E. coli): Bacteria coliforme que está a menudo asociada con el hombre y desechos a animales y es encontrada en el intestino. Es usada por departamentos de salud y laboratorios privados para medir la calidad de las aguas. Eutrófico: Referente al agua que está enriquecida en nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. Eutrofización: Enriquecimiento del agua, la cual causa un crecimiento excesivo de plantas acuáticas e incrementan la actividad de microorganismos anaeróbicos. Como resultado los niveles de oxígenos disminuyen rápidamente y el agua se asfixia, haciendo la vida imposible para los organismos acuáticos aeróbicos. Filtración: Separación de sólidos y líquidos usando una sustancia porosa que solo permite pasar al líquido a través de él. Filtración de arena: La filtración de arena es frecuentemente usada y es un método muy robusto para eliminar los sólidos suspendidos en el agua. El medio de filtración consiste en múltiples capas para arenas con variedad en el tamaño y gravedad específica. Filtros de arena pueden ser suministrados para diferentes tamaños y materiales ambas manos operan de totalmente de forma automática. Filtrado: Un líquido que ha sido pasado a través de un medio de filtro. Floculación: Acumulación de partículas desestabilizadas y micro partículas, y posteriormente la formación de copos de tamaño deseado. Uno debe añadir otra sustancia química llamada floculante en orden de facilitar la formación de copos llamados flóculos. Flóculo: Masa floculada que es formada por la acumulación de partículas suspendidas. Puede ocurrir de forma natural, pero es usualmente inducido e orden de ser capaz de eliminar ciertas partículas del agua residual. Flotación: Proceso de separación sólido-líquido o líquido-líquido, el cual es aplicado para partículas cuya densidad es más pequeña que la densidad del líquido que las contiene. Hay tres tipos: flotación natural, ayudada e inducida. Flotación de aire disuelto (FAD): Un proceso donde se induce la flotación con muchas burbujas de aire o 'micro burbujas', de 40 a 70 micras. Flotación mecánica: Un término utilizado en la industria mineral para describir el uso de dispersar aire para producir burbuja que miden entre 0.2 a 2 mm de diámetro. Flujo: El ratio del caudal de un recurso, expresado en volumen por unidad de tiempo. Flujo entrante: Una corriente de agua que entra en cualquier sistema o unidad de tratamiento. Hipoclorito: Un anión que forma compuestos como hipoclorito de calcio y de sodio. Esos productos son a menudo utilizados para desinfectar y blanquear. Índice de Coliformes: Una posición de la pureza del agua basada en un conteo de bacterias Coliformes. Infiltración: Penetración del agua en un medio, por ejemplo el suelo. Infraestructura para las aguas residuales: El plan o la red para la colección tratamiento y traspaso del agua de cloaca de una comunidad. Inhibidor: Sustancia química que interfiere en una reacción química, como la precipitación. Ión: Un átomo en solución que está cargado, o sea positivamente (cationes) o negativamente (aniones). Ión cambiador: El reemplazo de iones indeseados con una cierta carga por iones deseados de la misma carga en una solución, por un ión permeable absorbente. Iones dipolares: Iones que actúan tanto como cationes o como aniones de acuerdo con el ambiente en el cual se encuentren. En tecnología del agua son usualmente macromoléculas orgánicas. Laguna aireada: Un depósito para el tratamiento de aguas que acelera la descomposición biológica de la materia orgánica estimulando el crecimiento y la actividad de las bacterias, que son responsables de la degradación. Lodo activado: Proceso biológico dependiente del oxígeno que sirve para convertir la materia orgánica soluble en biomasa sólida, que es eliminada por gravedad o filtración. Lodos: Residuo semisólido, que contiene microorganismos y sus productos, de cualquier sistema de tratamiento de aguas. Lodos residuales: Lodos producidos por un sistema de alcantarillado público. Materia orgánica: Sustancias de material de plantas y animales muertos, con estructura de carbono e hidrógeno. Microorganismos: Organismos que son tan pequeño que sólo pueden ser observados a través del microscopio, por ejemplo bacterias, fungi, levaduras, etc. Muestra compuesta: Una serie de muestras de agua adquirida en un periodo de tiempo dado y ponderada por un ratio de flujo. Muestra puntual: Muestra tomada a una hora fecha y lugar especifico. Moléculas: Combinación de dos o más átomos del mismo o de diferente elemento que permanecen junto por enlaces químicos. Monitorización del agua: Proceso constante de control de un cuerpo de agua por muestreo y análisis. Neutralización: La adición de sustancias para neutralizar el agua, tal que no sea ácida ni tampoco básica. Neutralización no significa especialmente pH de 7.0, solamente significa el punto de equivalencia de una reacción ácidobase. Nitrificación: Proceso biológico, durante el cual bacterias nitrificantes convierten el amoniaco tóxico en nitrato para disminuir su efecto dañino. Esto es comúnmente utilizado para eliminar sustancias de nitrógeno de las aguas residuales, pero en lagos y en pantanos esto ocurre de forma natural. Nutriente: Cualquier sustancia que promueve el crecimiento de organismos vivos. El término es generalmente aplicado para el nitrógeno y el fósforo en aguas residuales, pero es también aplicado a otros elementos esenciales y elementos traza. No potable: Agua que es insegura o desagradable para beber debido a su contenido en contaminantes, minerales o agentes infecciosos. Oxidación: Reacción química en la cual los iones son transfieren los electrones, para incrementar la valencia positiva. Oxidación biológica: Descomposición de materiales orgánicos complejos por microorganismos a través de la oxidación. Oxígeno disuelto: La cantidad de oxígeno disuelto en agua para un cierto tiempo, expresado en ppm o mg/L. Ozono: Un inestable agente oxidante, que consiste en tres átomos de oxígeno y puede ser formado en la capa de ozono de la atmósfera. Es producido por descarga eléctrica a través de oxígeno o por lámparas UV especialmente diseñadas. Parámetro: Una variable, propiedad medible cuyo valor está determinado por las características del sistema en el caso del agua por ejemplo, estas pueden ser la temperatura, la presión, la densidad, etc. Parte alícuota: Una porción de una muestra tomada para el análisis. Unas o más partes alícuotas forman una muestra. Partes por millón: Expresado como ppm; medida de la concentración. Un ppm es una unidad de peso de soluto por peso de solución. En análisis de agua un ppm es equivalente a mg/l. Patógeno: Enfermedad producida por microorganismos. pH: El valor que determina si una sustancia es ácida, neutra o básica, calculado por el número de iones de hidrógeno presente. Es medido en una escala desde 0 a 14, en la cual 7 significa que la sustancia es neutra. Valores de pH por debajo de 7 indica que la sustancia es ácida y valores por encima de 7 indican que la sustancia es básica. Planta de tratamiento: Una estructura construida para tratar el agua residual antes de ser descargada al medio ambiente. Precipitado: Producto insoluble de una reacción química en un medio acuoso. Pre-tratamiento: Proceso utilizado para reducir o eliminar los contaminantes de las aguas residuales antes de que sean descargadas. Proceso de precipitación: La alteración de compuestos disueltos a insolubles o compuestos malamente soluble, en orden de ser capaz de eliminar los compuestos por filtración. Recirculación: Reciclar el agua después de ser usada. A menudo esta tiene que pasar por un sistema de purificación de aguas residuales antes de poder ser re usada. Residuo: Los residuos secos restantes después de la evaporación de una muestra de agua o de lodo. SDT: Sólidos disueltos totales. El peso por unidad de volumen de agua de sólidos suspendidos en un medio de filtro después de la filtración o evaporación. Sedimentación: Asentamiento de partículas sólidas en un sistema líquido debido a la gravedad. Sedimentos: Suelo, arena, y minerales lavados desde el suelo hacia la tierra generalmente después de la lluvia. Sistema de aguas residuales: Todo el sistema de recolección de aguas residuales, tratamiento, y traspaso. Sistema de alcantarillado: Tuberías que colectan y transportan aguas residuales desde fuentes individuales hasta una alcantarilla mayor que la transportará a continuación hacia una planta de tratamiento. Sólidos disueltos: Materiales sólidos que se disuelven totalmente en agua y pueden ser eliminados por filtración. Sólidos sedimentables: Producto sedimentables y son eliminados en ese camino. Aquellos sólidos suspendidos en las aguas residuales que se depositan después de un cierto periodo de tiempo. Sólidos suspendidos: Partículas sólidas orgánicas o inorgánicas que se mantienen en suspensión en una solución. Sólidos totales: Todos los sólidos en el agua residual o aguas de desecho, incluyendo sólidos suspendidos y sólidos filtrables. ST: Sólidos totales. El peso de todos los sólidos presentes en el agua por unidad de volumen. Esto es usualmente determinado por evaporación. El peso total concierne tanto a materia suspendida y disuelta orgánica e inorgánica. Tamaño de partícula: Los tamaños de partícula vienen determinado, por la más pequeña dimensión, por ejemplo el diámetro. Esta es usualmente expresada en tamaño de micras. Tanque de aireación: Un tanque que se utiliza para inyectar el aire en el agua. Test de la jarra: Prueba de laboratorio con diferentes dosis químicas, mezcla a velocidad, tiempo de asentamiento, para estimar el mínimo o la dosis ideal de coagulante requerida para alcanzar los objetivos de calidad en un agua. Tratamiento de agua avanzado: Es el nivel de tratamiento de aguas que requiere una reducción del 85 por ciento en la concentración del agente contaminador, también conocido como tratamiento terciario. Tratamiento de aguas residuales avanzado: Cualquier tratamiento de aguas residuales que incluye el retiro de nutrientes tales como fósforo y nitrógeno y un alto porcentaje de sólidos suspendidos. Tratamiento físico y químico: Proceso generalmente usado para facilitar el tratamiento de aguas residuales. Proceso físico es por ejemplo la filtración. Tratamiento químico puede ser por ejemplo la coagulación, la cloración, o el tratamiento con ozono. Tratamiento primario de aguas residuales: La eliminación de sólidos suspendidos, flotando o precipitados de un agua residual sin tratar. Tratamiento secundario: La eliminación o reducción de contaminantes y DBO del efluente procedente del tratamiento primario de las aguas residuales. Tratamiento terciario: Limpieza avanzada de aguas residuales que va más allá del secundario o el estado biológico, eliminando nutrientes como el fósforo, nitrógeno y la mayoría de la DBO y sólidos suspendidos. Turbidez: Medida de la no transparencia del agua debida a la presencia de materia orgánica suspendida. UV: Ultra Violeta. Radiación que contiene una longitud de onda menor que la luz visible. Es a menudo usada para matar Zona costera: Tierra y aguas cerca de la costa, cuyos usos y ecología están afectadas por el mar. Zona no saturada: La zona por encima del nivel piezométrico donde los poros del suelo no están totalmente llenos de agua. Zona saturada: El área por debajo del nivel piezométrico donde todos los espacios abiertos están llenos de agua. ANEXO: RESULTADOS DE LABORATORIO Valores de entrada obtenidos para el Agua Residual Bruta en los distintos puntos de muestreo: 1. Agua Bruta. FECHA 09-06-2006 16-06-2006 23-06-2006 13-07-2006 21-07-2006 28-07-2006 pH 8,42 8,77 7,92 8,65 8,15 8,34 DQO 347,2 351,5 320,1 353,8 337,0 341,4 SST 128 120 115 129 127 132 P. total 7,85 7,58 7,20 7,73 7,79 7,87 P. libre 6,02 5,90 5,24 5,86 5,78 5,93 N° Muestras Promedio Desv. Stand. Inter. Conf. Máximo Mínimo 6 8,38 0,314 0,086 8,77 7,92 6 341,8 12,340 3,398 353,8 320,1 6 125 6,369 1,754 132 115 6 7,67 0,253 0,070 7,87 7,20 6 5,79 0,280 0,077 6,02 5,24 2. Salida Pre Tratamiento. FECHA 09-06-2006 16-06-2006 23-06-2006 13-07-2006 21-07-2006 pH 8,48 8,55 7,77 8,61 8,51 DQO 321,2 310,0 258,3 319,4 327,2 SST 111 115 102 125 113 P. total 7,28 7,32 7,18 7,34 7,21 P. libre 5,64 5,51 5,25 5,68 5,73 28-07-2006 8,56 309,4 116 7,27 5,69 N° Muestras Promedio Desv. Stand. Inter. Conf. Máximo 6 8,41 0,318 0,088 8,61 6 307,6 25,091 6,909 327,2 6 114 7,474 2,058 125 6 7,27 0,062 0,017 7,34 6 5,58 0,180 0,050 5,73 Mínimo 7,77 258,3 102 7,18 5,25 3. Licor Mezcla. FECHA 09-06-2006 16-06-2006 23-06-2006 13-07-2006 21-07-2006 28-07-2006 N° Muestras Promedio Desv. Stand. Inter. Conf. Máximo Mínimo pH 6,87 6,88 6,86 6,78 6,80 6,85 6 6,84 0,040 0,011 6,88 6,78 DQO 4620 4736 3670 4747 4265 4540 6 4430 411,619 113,343 4747 3670 SST 7436 7855 6735 7837 7515 7868 6 7541 436,916 120,309 7868 6735 P. total 50,1 48,7 39,4 49,3 46,8 47,7 6 47,0 3,901 1,074 50,1 39,40 P. libre 37,1 35,3 29,8 32,5 32,1 36,2 6 33,8 2,810 0,774 37,1 29,8 SST 5,2 4,7 4,8 4,3 4,6 4,7 6 5 0,293 0,081 5,2 4,3 P. total 7,43 6,87 6,94 6,26 6,72 6,12 6 6,72 0,479 0,132 7,43 6,12 P. libre 5,27 5,31 4,82 5,03 5,11 4,97 6 5,09 0,185 0,051 5,31 4,82 4. Salida Decantador Secundario. FECHA 09-06-2006 16-06-2006 23-06-2006 13-07-2006 21-07-2006 28-07-2006 N° Muestras Promedio Desv. Stand. Inter. Conf. Máximo Mínimo pH 7,14 7,21 7,20 7,18 7,12 7,09 6 7,16 0,048 0,013 7,21 7,09 DQO 55,2 48,7 47,9 49,1 48,3 47,3 6 49,4 2,901 0,799 55,2 47,3 Valores obtenidos en Laboratorio para el Agua Residual Bruta en los distintos puntos de muestreo: 1. Sólidos Suspendidos Totales. Dosis Al+3 5 10 15 20 25 30 A.B. 47,8 43,1 42,7 36,5 28,7 23,7 S.P T. 41,2 36,0 32,7 24,3 17,2 16,1 S.D.S. 3,0 3,0 3,0 1,0 2,0 1,0 L.M. 61,4 55,3 47,5 33,5 28,2 19,0 2. Demanda Química de Oxigeno. Dosis Al+3 5 10 15 20 25 30 A.B. 135 130,0 110,0 80,0 73,0 67,0 S.P T. 121 117,0 98,0 73,0 67,0 60,0 S.D.S. 51,0 48,0 47,0 38,0 34,0 32,0 L.M. 187,0 180,0 153,0 110,0 93,0 43,0 A.B. 5,02 4,62 3,59 2,98 2,55 2,24 S.P T. 4,71 4,32 3,24 2,51 1,85 1,66 S.D.S. 3,27 2,93 2,12 1,71 1,12 0,79 L.M. 28,20 25,61 20,54 20,11 18,71 16,15 3. Fósforo Libre. Dosis Al+3 5 10 15 20 25 30 4. Fósforo Total. Dosis Al+3 5 10 15 20 25 30 A.B. 7,62 7,33 6,48 5,74 4,97 4,54 S.P T. 7,01 6,78 5,89 5,46 4,72 4,39 S.D.S. 6,23 5,93 5,61 4,76 4,06 3,83 L.M. 45,20 38,12 35,60 30,57 24,78 21,20 Datos de porcentaje de remoción de contaminantes en los cuatro puntos de muestreo. 1. Agua Bruta. Dosis Al+3 5 10 15 20 25 30 DQO 0,61 0,63 0,66 0,77 0,78 0,80 SST 0,63 0,64 0,63 0,72 0,77 0,82 P total 0,03 0,03 0,10 0,26 0,36 0,42 P libre 0,17 0,22 0,31 0,49 0,56 0,62 % de Eficiencia Eficiencia (ɳ) 1,00 0,80 0,60 D.Q.O. 0,40 S.S.T. 0,20 P total P libre 0,00 0 10 20 30 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) 40 2. Salida Pre Tratamiento. Dosis Al+3 5 10 15 20 25 30 DQO 0,62 0,62 0,62 0,77 0,80 0,81 SST 0,63 0,69 0,68 0,81 0,85 0,86 P total 0,04 0,07 0,18 0,26 0,35 0,40 P libre 0,16 0,22 0,38 0,56 0,68 0,71 % de Eficiencia Eficiencia (ɳ) 1,00 0,80 0,60 D.Q.O. 0,40 S.S.T. 0,20 P total 0,00 P libre 0 10 20 30 40 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) 3. Licor Mezcla. Dosis Al+3 5 10 15 20 25 30 DQO 0,96 0,96 0,96 0,98 0,98 0,99 SST 0,99 0,99 0,99 1,00 1,00 1,00 P total 0,10 0,22 0,10 0,38 0,47 0,56 P libre 0,24 0,27 0,31 0,38 0,42 0,55 % de Eficiencia Eficiencia (ɳ) 1,20 1,00 0,80 D.Q.O. 0,60 S.S.T. 0,40 P total 0,20 P libre 0,00 0 10 20 30 40 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) 4. Salida Decantador Secundario. Dosis Al+3 5 10 15 20 25 30 DQO 0,08 0,01 0,02 0,23 0,30 0,32 SST 0,42 0,36 0,38 0,77 0,57 0,79 P total 0,16 0,14 0,19 0,24 0,40 0,37 P libre 0,38 0,45 0,56 0,66 0,78 0,84 % de Eficiencia Eficiencia (ɳ) 1,00 0,80 0,60 D.Q.O. 0,40 S.S.T. 0,20 P total P libre 0,00 0 5 10 15 20 25 30 Dosis de Al2(SO4)3 (mg Al+3/L) 35